CN108370107B - 用于同轴电缆连接器的装置 - Google Patents

Abstract

用于将同轴电缆(500)连接到连接器的装置，其中同轴电缆(500)包括围绕电缆(500)的内部部分的至少一个金属编织层(506)和围绕所述至少一个金属编织层(506)的外绝缘层(508)；连接器包括被布置为与所述至少一个金属编织层(506)电接触的套管(512)以及用于在所述电接触的位置中向同轴电缆(500)的外绝缘层(508)施加压力(522)的装置；并且在用于施加压力(522)的所述装置(514、516)和同轴电缆(500)的外绝缘层(508)之间布置有硅酮套筒(520)，硅酮套筒处于以下位置：当电缆(500)的所述内部部分(502、504)插入到套管(512)内时，将所述压力(522)施加到所述硅酮套筒(508)。

Description

用于同轴电缆连接器的装置

技术领域

本发明涉及电视网络安装设备，并且更具体地涉及用于同轴电缆连接器的装置。

背景技术

数十年来，在标准IEC 60169-24中规定的F型连接器已用于地面、有线和卫星电视安装设备。由于F型连接器的价格低廉、高达75Ω的良好阻抗匹配、以及宽带宽可用性，F型连接器已成为受欢迎的同轴电缆连接器。公F型主体通常被卷曲或压缩到同轴电缆经暴露的外部编织层上。母F型连接器具有外螺纹，具有匹配内螺纹连接环的公连接器通过螺纹连接到外螺纹。

在各种电视安装设备中，将连接器和电缆编织层之间的金属对金属的接触电阻进行优化并保持一段时间良好的接触电阻。总体接触电阻的任何降级均导致传输阻抗增加，并降低屏蔽效能。

鉴于在CATV频谱中操作的新型4G LTE无线服务，当务之急是，电缆互连组件(即，具有所附接的连接器的同轴电缆)基于CENELEC标准作为市场需求而满足非常高的屏蔽效能。

然而，实际上，当前的同轴电缆组件均不能随着时间保持A++级的屏蔽效率。事实证明，虽然电缆互连组件在制造时可以满足A++级的要求，但是在将其安装在CATV网络中一段时间后，同一组件的耦合传递功能已显著降级。

因此，需要改进的用于将同轴电缆连接到连接器的装置。

US2005/181652公开一种同轴电缆连接器，包括在压缩螺母的腔体内的弹性体带。当将压缩螺母紧固至连接器的主体上时，弹性体带被迫围绕电缆护套变形。

US2011/065317公开一种F型连接器，包括柱柄和优选由硅酮制成的孔环，其通过抵靠前者压缩同轴电缆的编织物而提高电接触。

发明内容

现在已开发了改进的装置来缓解上述问题。作为本发明的一个方面，提供了用于将同轴电缆连接到连接器的装置，其特征在于独立权利要求中呈现的内容。从属权利要求公开了本发明的有利实施例。

根据第一方面，提供了用于将同轴电缆连接到连接器的装置，其中同轴电缆包括围绕电缆的内部部分的至少一个金属编织层以及围绕所述至少一个金属编织层的外绝缘层；连接器包括被布置为与所述至少一个金属编织层电接触的套管以及用于向同轴电缆的外绝缘层或处于所述电接触位置的所述至少一个金属编织层施加压力的装置；并且在用于施加压力的所述装置与同轴电缆的外绝缘层或所述至少一个金属编织层之间布置有硅酮套筒，硅酮套筒处于以下位置：当电缆的所述内部部分插入到套管内时，所述压力被施加到硅酮套筒。

根据一个实施例，在将同轴电缆连接到连接器之前，硅酮套筒围绕同轴电缆的外绝缘层进行布置。

根据一个实施例，在将同轴电缆连接到连接器之前，硅酮套筒在所述连接器内布置在与用于施加压力的所述装置共同定位的位置中。

根据一个实施例，硅酮套筒由邵氏A硬度值为20至80的硅酮制成。

根据一个实施例，硅酮套筒被布置为通过膨胀来补偿同轴电缆的外绝缘层的变形，使得所述电接触处的所述压力保持基本恒定。

根据一个实施例，同轴电缆的所述至少一个金属编织层由铜或镀锡铜制成。

根据一个实施例，连接器是F型公压缩连接器或F型公弯式连接器。

根据第二方面，提供了硅酮套筒在用于通过在装置中膨胀来补偿同轴电缆的外绝缘层的变形的用途，其中同轴电缆连接到连接器并且变形由所述连接器施加到同轴电缆的外绝缘层的压力引起。

考虑下面进一步的实施例的详细公开，本发明的这些和其他方面以及与其相关的实施例将变得显而易见。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的各种实施例，其中：

图1是同轴电缆的结构的一个示例；

图2a、图2b图示了老化对同轴电缆互连组件的耦合传递功能的影响；

图3a和图3b图示了电链应对具有镀NiSn的F型连接器和铝电缆编织物的同轴电缆互连组件的耦合传递功能的影响；

图4示出了具有连接到F型母连接器的同轴电缆的现有技术F型公压缩连接器的示意性截面图；

图5图示了用于将F型公压缩连接器连接到同轴电缆的机构；

图6示出了根据本发明的一个实施例的如图5所示的F型公压缩连接器和同轴电缆；以及

图7示出了根据本发明的一个实施例的围绕同轴电缆安装的硅酮套筒的一个示例。

具体实施方式

在下文中，首先更详细地描述与现有技术有关的问题。随后，阐明了仅在申请人最近研究中揭示的这些问题背后的实际技术原因。

图1示出了同轴电缆结构的一个示例。电缆100包括用于传导电信号的内(或中心)导体102。内导体102通常由铜或镀铜钢制成。内导体102被绝缘层104包围，绝缘层104围绕导体102形成介电绝缘体。包围内导体的绝缘体可以是塑性固体(例如，聚乙烯(PE)或特氟隆(PTFE)、泡沫塑料或空气，具有支撑内导体的间隔件。

绝缘层104被通常由铝制成的薄金属箔106包围。这进一步由编织的金属编织物108包围。图1仅示出一个编织层108，但是可以存在两个编织层(内层和外层)或甚至更多编织层。根据同轴电缆的预期使用领域，编织物通常由非合金铝、铜或镀锡铜制成。例如，用于各种TV组件的同轴电缆通常具有由非合金铝制成的编织物。电缆由通常由聚氯乙烯(PVC)制成的外绝缘护套110保护。

同轴电缆的结构使得能够通过将电场限制在介电体中而使得编织物外部的电场和磁场泄漏最小化并且防止外部电场和磁场对电缆内部的信号造成干扰。每个同轴电缆的屏蔽效率由其耦合传递功能表征，耦合传递功能可以被定义为传输阻抗和一起测量的屏蔽衰减。耦合传递功能主要取决于同轴电缆的组成，部分取决于电缆的外部和内部金属编织物和箔片构造。然而，为了在各种TV组件中实际使用，电缆需要连接到同轴F型连接器。

当前可用的同轴F型连接器有两个基本功能类型，即，弯式连接器和压缩连接器。两个连接器类型均包括外部主体、套管和固定螺母。为了在电缆编织物和连接器之间建立接地连接，所述连接器类型均使用将同轴电缆的(外部)编织物压缩到连接器套管上的简单方法。两者均实现了经由电缆PVC外护套、通过压缩将同轴电缆连接到连接器的相同结果。

为了获得最佳的传输阻抗，必须将连接器和电缆编织物之间的金属对金属的接触电阻进行优化，并将其保持一段时间来获得良好的接触电阻。总体接触电阻的任何降级均导致传输阻抗的增加。

鉴于在CATV频谱内操作的新型4G LTE无线服务，电缆互连组件(即，附接有连接器的同轴电缆)必须满足非常高的屏蔽效能。例如，针对30MHz-1000MHz的频率范围，有线TV运营商通常要求屏蔽效能保持在-105dB、针对5MHz-30MHz传输阻抗在0.9mΩ/m，这基本上符合CATV行业EN50117-2-4Cenelec标准的A++级。先前的电缆组件只需要A+级(即，针对30MHz-1000MHz为-95dB)。

事实证明，实际上当前的同轴电缆组件均不能随时间保持A++级屏蔽效率。有线TV行业已发现了这样的问题，即，尽管电缆互连组件在制造时可以满足A++级要求，但是同一组件的耦合传递功能在安装在CATV网络中一段时间后显著降级。

可以通过图2a和图2b中所示的测试结果来图示该现象。图2a示出了未使用的电缆互连组件的耦合传递功能。可以看出，耦合传递功能很好地满足了A++级的要求，特别是对低频5MHZ-30MHz传输阻抗的要求。

图2b示出了温度循环测试后相同电缆互连组件的耦合传递功能。温度循环测试通过将电缆置于其最小和最大温度极限来模拟电缆组件的基本老化。在该特定测试中，在-20℃至+60℃下、停留时间为5分钟进行一周温度循环。从图2b可以看出，耦合传递功能严重降级。低频传输阻抗和整体屏蔽效能均降级。

现在研究已证明，该问题与同轴电缆编织物和连接器套管之间金属对金属接触电阻的降级有关。该接触电阻随着时间降级，并且是在压缩连接器时PVC电缆外护套用于施加所需的压力的结果。

经过详细研究，结果发现问题是由两种现象引起的。首先涉及电缆编织物，电缆编织物在CATV同轴电缆中主要是非合金铝。第二涉及电缆的PVC护套。这些材料均呈现被称为“蠕变”的问题。材料蠕变(也称为冷变形)被定义为材料实体在机械应力的影响下永久移动或变形。它是由于长期暴露在高水平的应力下而导致的，这些应力仍低于实际材料的屈服强度。

在非合金铝的情况下，极轻微的力下可能存在蠕变，并且接触力会随着时间而逐渐减小。PVC聚合物表现出相同的问题，并且在联合应用中非常不稳定。在当前同轴电缆/连接器情况下，电缆护套和编织聚合物与主接头压缩串联。聚合物具有很大的温度和湿度膨胀率，并且会随时间蠕变，直到接头接触最终减少到几乎为零。

蠕变有三个关键阶段，即，初级、二级和三级蠕变。在初始阶段(即，初级蠕变)，应变率相对较高，但随着时间的增加而减慢。这是由于加工硬化。应变率最终达到最小值并接近恒定。这是由于加工硬化和热处理(即，热软化)之间的平衡。基本上不断增长的阶段被称为二级或稳定蠕变。所表征的“蠕变应变率”通常指代在该二级阶段的速率。该速率的应力相关性取决于蠕变机制。最后，关于三级蠕变，由于颈缩现象，应变率随应力呈指数增加。断裂通常发生在三级阶段。

在电缆/连接器的金属对金属的接触电阻降级的情况下，蠕变的初级阶段和二级阶段最适用，但是三级蠕变可能适用于长时间段并且暴露于极端温度，在一些CATV应用中可能发生这种情况。

除了蠕变现象之外，在上述研究中还发现了另一问题。该问题涉及CATV F型连接器电镀材料和同轴电缆铝编织物之间的金属对金属的电链应。这比蠕变更严重，并且它特别影响同轴电缆的低频传输阻抗，并且在一定程度上影响屏蔽效能。

连接器和同轴电缆接地触点之间的任何电链应最终将导致任何宽带电缆网络中最严重的问题之一，即，生成公共路径失真(CPD)。CPD是统称，包括在宽带有线系统内生成的所有差拍产物，属于上行返回路径频谱。当前向路径信号通过连接点时，生成落在上游频谱内的差拍能量。这排除了有源部件生成的任何差拍能量。如上所示，CPD由呈现非线性传输特性的连接点引起。CPD是任何宽带电缆系统中最困难和最有问题的问题之一，因为系统的任何故障通常表现为间歇性问题，因此很难识别。由于该原因，CPD有时会被误解为上行侵入噪声。

多年来的大量深入研究表明，关于CPD，连接的实际设备与电缆匹配部件之间的F型连接器的金属对金属的接触是关键问题。研究表明，NiSn(镍锡)和NiSn镀层产生对CPD的影响最小的金属对金属接触的最佳选择。结果，大多数连接器被镀有NiSn或镍。镍的性能不如NiSn，因为镍镀比NiSn硬，但仍然被大量使用。

因此，同轴F型连接器的NiSn或镍镀层连接到非合金铝的同轴电缆编织物。然而，当涉及到避免与其他金属的任何形式的电化腐蚀效应时，铝是最糟糕的材料之一。众所周知，当与分别产生290mV和660mV的电差分的铝接触时，NiSn和镍是主要问题。

此外，由于蠕变接触力降低的事实意味着当铝暴露于空气和可能的湿气时将开始进一步氧化。铝氧化分为两部分，并且对于压力型接触有两个关键问题。首先涉及当铝暴露于空气时，由于绝缘Al₂O₃层(称为蓝宝石)在表面区域上形成并且不断增长而导致表面导电性差。A1₂O₃层是类钻石层，并且它是绝佳的绝缘体。任何水/湿气的存在也会在接头中形成氢氧化铝的附加绝缘材料。

图3a和图3b所示的测试结果可以说明镀NiSn的F型连接器和铝电缆编织物之间的电链应。图3a示出了具有镀NiSn的F型连接器和铝电缆编织物的未使用的电缆互连组件的耦合传递功能。可以看出，耦合传递功能实际上在整个要求的频率范围内满足A++级的要求。

图3b示出了在与图2b相同的温度循环测试之后，同一电缆互连组件的耦合传递功能，但是然后将电缆组件在露天放置4周。从图3b可以看出，低频传输阻抗和整体屏蔽效能均远远不能满足A++级的要求。从5MHz到截止频率的低频传输阻抗实际上表明了电缆编织物和连接器主体之间的接触电阻的降级。以mΩ/m为单位示出了传输阻抗，并且可以清楚地显示潜在的CPD问题。传输阻抗显示电缆编织物和连接器之间的金属对金属接触电阻显著增加。这明显由电链应引起，通过切断连接器并使用新连接器安装电缆而进一步证明，由此电缆恢复到在温度循环之前其原始性能。

图4示出了具有连接到F型母连接器的同轴电缆的现有技术F型公压缩连接器的示意性截面图。图4中各部分的尺寸不按比例绘制。注意，F型母连接器的结构与用于说明的根本问题无关。F型公压缩连接器包括固定螺母400、套管402和主体404。F型公压缩连接器连接到同轴电缆406，使得同轴电缆的剥离的介电绝缘体408和内导体410被插入套管402中并且电缆的PVC护套412被紧密压缩。同轴电缆的铝编织物414与套管的外表面接触，从而提供接地连接。通过将固定螺母400旋拧到F型母连接器416主体中的对应螺纹上，将F型公压缩连接器的主体404连接到F型母连接器416。

由于套管402通常镀有NiSn并且同轴电缆的编织物414是铝而产生这些问题。同轴电缆铝编织物414和镀NiSn的连接器套管402之间的金属对金属的接触点是所述两个部分配合以形成整体接地点的点，而且是由于上述现象而经受电化腐蚀的点。由于同轴电缆铝编织物414和镀NiSn的连接器套管402没有形成紧密的金属对金属接触，在这种情况下，由于金属不同以及缺乏接触压力，所以形成氧化层。本文中的能量生成所谓的二极管效应，二极管效应实际上导致发生非线性能量转移(即，CPD)。

图5进一步示出了用于将F型公压缩连接器连接到同轴电缆的机构。在右侧示出了在电缆插入之前的同轴电缆500。同轴电缆500包括中心导体502和介电绝缘体504。同轴电缆500进一步包括编织物506和PVC护套508，它们已从介电绝缘体504周围被剥离以用于安装。在左侧示出了在电缆插入之前的独立的F型公压缩连接器510。连接器包括套管512、固定螺母的外主体514和固定螺母的内主体516。内主体516通常由塑料制成。外主体514面向内主体的一侧是倾斜的，使得当插入同轴电缆500、外主体被推向内主体516时，内主体向内弯曲并将同轴电缆的PVC护套508压缩。

该机构对于大多数F型压缩连接器而言是典型的。当同轴电缆500已被正确地插入连接器510中时，弯曲的内主体516在电缆编织物506和连接器套管512之间施加压力，该压力是电缆和连接器之间的金属对金属电接触的关键，金属对金属电接触维持最佳RFI屏蔽和传输阻抗。在执行连接器压缩时，主要为了固定电缆并防止其从连接器中拔出，该过程在套管512和编织物506之间增加一些压力。

然而，如上所述，由于PVC护套508固有的材料蠕变，电缆编织物506和连接器套管512之间的压力将随时间而降级。当PVC护套蠕变时，其在压力点处变得越来越薄，并且因此压力将缓慢降级至实际上没有压力的点。除F型压缩连接器外，该问题还适用于目前市场上的F型弯式连接器。

考虑到F型连接器的普及，需要用于防止蠕变的改进装置，以确保电缆编织物与连接器套管之间的最佳金属对金属电接触的稳定性。

现在已发明了用于防止蠕变的新布置，该布置适用于目前市场上的F型压缩连接器和F型弯式连接器。

作为第一方面，提供了用于将同轴电缆连接到连接器的装置，其中同轴电缆包括包围电缆的内部部分的至少一个金属编织层以及包围所述至少一个金属编织层的外绝缘层；连接器包括被布置为与所述至少一个金属编织层电接触的套管以及在所述点接触的位置处用于将压力施加到同轴电缆的外绝缘层或所述至少一个金属编织层的装置；并且在用于施加压力的所述装置与所述同轴电缆的外绝缘层或所述至少一个金属编织层之间布置有硅酮套筒，硅酮套筒处于以下位置：使得当电缆的所述内部部分插入到套管内时，将所述压力施加到硅酮套筒。

因此，通过使用附加硅酮套筒保持金属对金属的接触电阻并且由此防止PVC电缆护套和铝电缆蠕变(这会随时间减小接触力)，而防止RFI屏蔽的劣化。因此，可以防止最终的总体信号故障和主要RF屏蔽泄漏。

根据一个实施例，硅酮套筒被布置为通过膨胀来补偿同轴电缆的外绝缘层的变形，使得所述电接触处的所述压力保持基本恒定。

如上所述，随着时间的推移，PVC电缆护套会在压力点蠕变并变得更薄。然后硅酮套筒将膨胀并补偿蠕变间隙，从而在压力点处保持恒定的压力。这将确保最佳的金属对金属接触力，并因此确保连接器套管和电缆编织物之间的最佳接触电阻。

图6中描绘了装置的各种实施例，图6示出了根据该装置连接的如图5所示的F型公压缩连接器和同轴电缆。在图6中，同轴电缆的中心导体502和介电绝缘体504已被插入套管512的腔中，使得中心导体502延伸到连接器的另一侧，以连接到母连接器。在插入同轴电缆500时，编织物506和PVC护套508已被引导到套管512的外表面，使得电缆编织物506与连接器套管512形成金属对金属电触(未示出)。此外，在插入同轴电缆500时，固定螺母的外主体514的倾斜表面已推动固定螺母的内主体516，使得内主体已在内部弯曲并且现在对同轴电缆的PVC护套508进行压缩。

现在，在内主体516和PVC护套508之间，存在硅酮套筒520，硅酮套筒520被定位为使得由固定螺母的外主体和内主体施加的压力主要施加到硅酮套管，并且其次经由硅酮套筒施加到电缆的PVC护套。压力点由箭头522表示。当PVC电缆护套在压力点处蠕变并变得更薄时，硅酮套筒通过相对于PVC护套膨胀而补偿变形，使得电接触处的压力保持基本恒定。

根据一个实施例，在插入同轴电缆之前，同轴电缆的PVC护套508被剥离至少达到这样的长度，即，当插入时，内主体516主要向硅酮套筒施加力，并且其次经由硅酮套筒，向电缆的金属编织层506施加力。由于压缩配件均匀分布的力，金属编织层不会受损，并且不会发生铝编织氧化。

注意，实施例的基础思想不仅限于F型连接器。因此，在该示例中，在所述电接触的位置中，用于向同轴电缆的外绝缘层施加压力的装置指代由固定螺母的外主体和内主体施加的压力，而根据所讨论的连接器的结构，可以以各种方式实现所述装置。

根据一个实施例，在将同轴电缆连接到连接器之前，硅酮套筒围绕同轴电缆的外绝缘层布置。在很多情况下，将同轴电缆连接到连接器可能更容易，使得围绕同轴电缆预先安装硅酮套筒，并且然后同轴电缆只插入连接器中。图7示出了其中已围绕同轴电缆702安装硅酮套筒700的一个示例。

根据一个实施例，在将同轴电缆连接到连接器之前，将硅酮套筒布置在所述连接器内与用于施加压力的所述装置共同定位的位置中。因此，代替围绕同轴电缆预先安装硅胶套筒，连接器可以包括硅酮套筒，并且因此可以向消费者提供具有有利效果的独立连接器。

根据一个实施例，硅酮套筒由具有20至80的邵氏A硬度值的硅酮制成。可以根据邵氏标度来测量材料的硬度。存在至少12种不同的邵氏标度，并且通常在邵氏标度OO、A和D中测量各种弹性材料(例如，聚合物、弹性体和橡胶)的硬度。在本文中，需要认真考虑材料硬度，因为需要能够在压力点处维持对PVC电缆护套的高压力。可以以各种硬度水平来制造作为类橡胶聚合物的硅酮。实验显示通过具有约为20-80的邵氏A标度硬度值的软到中等硬度的硅酮会实现最佳结果。

根据一个实施例，同轴电缆的所述至少一个金属编织层由铜或镀锡铜制成。虽然铝编织物被广泛用于现有CATV网络的同轴电缆，但是该装置可以用于例如从TV天线墙壁插座到电视机或机顶盒构建独立的A++级RF同轴引线(即，互连电缆)。由于引线使用铜或镀锡铜编织电缆代替非合金铝编织电缆，因此可以避免电化腐蚀问题，并且可以更容易实现A++级的要求。

本领域技术人员理解，除非明确或暗示某些实施例仅彼此备选，否则以上描述的任何实施例可以被实现为与一个或多个其他实施例的组合。

显然，本发明不限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内对其进行修改。

Claims (6)

1.一种适于安装在同轴电缆(500)上的连接器(510)，所述同轴电缆包括包围所述电缆的内部部分的至少一个金属编织层(506)以及包围所述至少一个金属编织层的外绝缘层(508)；

其中所述连接器包括：套管(512)，所述套管被布置为在将所述至少一个金属编织层(506)向所述套管的外表面引导时与所述至少一个金属编织层电接触，其中所述电缆的所述外绝缘层(508)被布置为针对所述电接触的长度被剥离；以及固定螺母，包括内主体(516)和外主体(514)，在插入所述同轴电缆(500)时，所述内主体向内弯曲，并且所述弯曲部形成用于在所述电接触的位置中向所述同轴电缆的所述至少一个金属编织层施加压力的装置；

其中在用于施加压力的所述装置和所述同轴电缆的所述至少一个金属编织层(506)之间布置有硅酮套筒(520)，所述硅酮套筒处于以下位置：当所述电缆的所述内部部分被插入到所述套管内时，所述压力被施加到所述硅酮套筒并且还被施加到所述同轴电缆的所述至少一个金属编织层。

2.根据权利要求1所述的连接器，其中，

在将所述同轴电缆连接到所述连接器之前，所述硅酮套筒围绕所述同轴电缆的所述至少一个金属编织层被布置。

3.根据权利要求1所述的连接器，其中，

在将所述同轴电缆连接到所述连接器之前，所述硅酮套筒在所述连接器内被布置于与用于施加所述压力的所述装置共同定位的位置中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的连接器，其中，

所述硅酮套筒由邵氏A硬度值为20至80的硅酮制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的连接器，其中，

所述同轴电缆的所述至少一个金属编织层的材料是铜或镀锡铜。

6.根据前述权利要求中任一项所述的连接器，其中，

所述连接器是F型公压缩连接器或F型公弯式连接器。

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