CN108493549B - 一种毫米波频段的毛纽扣结构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种毫米波频段的毛纽扣结构件，通过在金属基板上设置毛纽扣接触件，毛纽扣接触件的最大外径仅为1.25mm，相比设置SMP或SSMP界面的射频连接器，本发明所述毛纽扣接触件的外径小了约三分之二，这样保证该毫米波频段的毛纽扣结构件具有集成度高的优点。毛纽扣接触件两端各通过1颗接触帽与外部结构互连，保证毛纽扣具有良好的固定性，能够与外部金属基板之间形成50欧姆的阻抗匹配，满足毫米波频段的信号传输要求；该毫米波频段的毛纽扣结构件在高温条件下整个链路的信号传输平稳，具有优良的环境适应性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种毫米波频段的毛纽扣结构件，属于微波技术领域。
背景技术
随着相控阵天线技术的不断发展，其应用越来越广泛，技术也越来越成熟。TR组件作为相控阵天线的核心部件，其性能至关重要。相控阵天线对对TR组件的体积和能耗有着极为苛刻的要求，实现TR组件的小型化具有相当重要的现实意义。目前，TR组件的结构由“砖块式”向“瓦片式”转变，体积变得越来越小。这种转变正是由于采用了毛纽扣的低矮化垂直互连的解决方案。中国发明专利CN201510797389.1发明了一种用于瓦片式面子阵的垂直射频连接器，该连接器的界面为SMP或SSMP界面，通过互配对接的SMP或SSMP到达子阵模块和整机使用的需求。中国专利CN201520168598.5发明了本发明提供一种二维毫米波模块间的射频垂直连接电路，旨在可靠性更高、拆装更方便的射频垂直连接电路。中国专利CN201510827337.4发明了一种毛纽扣板间射频连接器，采用乱丝插针作为接触件，在绝缘安装板上设置有至少一组排列成同轴模式的乱丝插针，每组同轴模式的乱丝插针完成一路射频信号的传输，多组乱丝插针可同时传输多路射频信号。上述发明在各自的应用领域各有优势，但仍不同程度的存在一些缺陷：①、用于瓦片式面子阵的一种具有SMP或SSMP界面的垂直射频连接器，这种连接器本身外形尺寸较大，最小外径约3.7mm或3mm，如果将其应用于相控阵天线系统，那么单位面积内设置的高频信号通道相对较少；②、二维毫米波模块间的射频垂直连接电路，其结构虽能满足高密度和用于毫米波频段的需求，但毛纽扣易脱落；③、采用乱丝插针作为接触件的毛纽扣板间射频连接器，结构虽能满足高密度的要求，但不能保证传输毫米波频段的信号，且毛纽扣易脱落。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种毫米波频段的毛纽扣结构件，具体技术方案如下：
一种毫米波频段的毛纽扣结构件，包括板状天线、印制电路板，所述天线的背面固设有金属接地片层，所述天线的背面还设置有多个第一中心触点，所述第一中心触点的外部设置有环状隔离层一，所述第一中心触点与金属接地片层之间通过隔离层一隔开，所述金属接地片层上还设置有多个焊接区；所述印制电路板的正面设置有外接触线路层，所述印制电路板的正面还设置有与第一中心触点一一对应的第二中心触点，所述第二中心触点的外部设置有环状隔离层二，所述第二中心触点与外接触线路层之间通过隔离层二隔开；所述天线和印制电路板之间设置有板状连接件，所述连接件包括金属基板、与第一中心触点一一对应的毛纽扣接触件，所述金属基板上设置有用来安装毛纽扣接触件的安装通道，所述安装通道包括设置在金属基板正面的沉孔和设置在金属基板背面的通孔一，所述沉孔和通孔一连通，所述通孔一的中轴线与沉孔的中轴线共线；所述毛纽扣接触件包括连接针，所述连接针位于通孔一中，所述连接针的中部设置有凸缘一，所述连接针的上下两端分别设置有柱状绝缘体，所述绝缘体的尾端设置在通孔一中，所述绝缘体的尾端设置有与连接针端部相配合的通孔二，所述绝缘体的中央还设置有与通孔二相连通的通孔三，所述通孔三的中轴线与通孔二的中轴线共线，所述通孔二中设置有毛纽扣，所述绝缘体的首端设置有接触帽，所述绝缘体首端的外侧还设置有凸缘二；位于上方的凸缘二的外侧壁与沉孔的孔壁之间设置有金属套筒，所述金属套筒的上端面高于金属基板的正面，位于下方的凸缘二的外侧壁与通孔一的孔壁之间过盈配合；所述接触帽包括圆柱状接触柱一、圆柱状接触柱二和位于接触柱一和接触柱二之间的过渡部，所述接触柱一的直径大于接触柱二的直径，所述通孔三的孔径小于通孔二的孔径，所述接触柱一设置在通孔二中，所述接触柱二的端部穿过通孔三且接触柱二的端部设置在通孔三的外部；位于上方的接触柱一的端部与第一中心触点接触，所述接触柱二的端部与毛纽扣的一端接触，所述毛纽扣的另一端与连接针的端部接触，位于下方的接触柱一的端部与第二中心触点接触。
作为上述技术方案的改进，所述金属基板的正面还固设有绝缘定位销，所述天线上还设置有与绝缘定位销相配合的销孔；所述金属接地片层与金属基板焊接连接。
作为上述技术方案的改进，所述第一中心触点与金属接地片层之间形成50欧姆阻抗匹配。
作为上述技术方案的改进，所述第一中心触点的直径大于接触柱二的直径，所述第二中心触点的直径等于第一中心触点的直径，所述隔离层一的外径小于金属套筒的内径。
作为上述技术方案的改进，所述第一中心触点的表面与金属接地片层的表面齐平，所述第二中心触点的表面与外接触线路层的表面齐平。
作为上述技术方案的改进，所述连接针的端部与通孔二之间为过盈配合。
作为上述技术方案的改进，所述毛纽扣与通孔二之间为间隙配合，所述接触柱一与通孔二之间为间隙配合，所述接触柱二与通孔三之间为间隙配合。
作为上述技术方案的改进，所述金属套筒的外侧壁与沉孔的孔壁之间为过盈配合，所述金属套筒的内侧壁与凸缘二的外侧壁之间为过盈配合。
作为上述技术方案的改进，所述金属套筒的内侧壁与金属套筒的端面之间设置有第一圆弧段，所述金属套筒的外侧壁与金属套筒的端面之间设置有第二圆弧段。
作为上述技术方案的改进，所述毛纽扣由表面镀金的铍青铜丝绕制成螺旋状柱体。
本发明的有益效果：通过在金属基板上设置毛纽扣接触件，所述毛纽扣接触件的最大外径仅为1.25mm，相比设置SMP或SSMP界面的射频连接器，本发明所述毛纽扣接触件的外径小了约三分之二，这样保证该毫米波频段的毛纽扣结构件具有集成度高的优点。毛纽扣接触件两端各通过1颗接触帽与外部结构互连，从而保证毛纽扣具有良好的固定性，能够与外部金属基板之间形成50欧姆的阻抗匹配，满足毫米波频段的信号传输要求；该毫米波频段的毛纽扣结构件在高温条件下整个链路的信号传输平稳，具有优良的环境适应性和可靠性。
附图说明
图1为本发明所述毫米波频段的毛纽扣结构件的结构示意图；
图2为本发明所述天线的结构示意图；
图3为本发明所述安装通道的结构示意图；
图4为本发明所述毛纽扣接触件的结构示意图；
图5为本发明所述连接针的结构示意图；
图6为本发明所述绝缘体的结构示意图；
图7为本发明所述接触帽的结构示意图；
图8为本发明所述金属套筒的结构示意图；
图9为本发明所述印制电路板的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1~9所示，所述毫米波频段的毛纽扣结构件，包括板状天线1、印制电路板6，所述天线1的背面固设有金属接地片层13，所述天线1的背面还设置有多个第一中心触点11，所述第一中心触点11的表面与金属接地片层13的表面齐平，所述第一中心触点11的外部设置有环状隔离层一12，所述第一中心触点11与金属接地片层13之间通过隔离层一12隔开，所述金属接地片层13上还设置有多个焊接区14；所述印制电路板6设置在天线1的下方，所述印制电路板6的内部传输线为带状线传输结构。所述印制电路板6的正面设置有外接触线路层63，所述印制电路板6的正面还设置有与第一中心触点11一一对应的第二中心触点61，所述第二中心触点61的直径等于第一中心触点11的直径，所述第二中心触点61的表面与外接触线路层63的表面齐平，所述第二中心触点61的外部设置有环状隔离层二62，所述第二中心触点61与外接触线路层63之间通过隔离层二62隔开；所述天线1和印制电路板6之间设置有板状连接件，所述连接件包括金属基板2、与第一中心触点11或第二中心触点61一一对应的毛纽扣接触件3，所述金属基板2上设置有用来安装毛纽扣接触件3的安装通道，所述安装通道包括设置在金属基板2正面的沉孔21和设置在金属基板2背面的通孔一22，所述沉孔21和通孔一22连通，所述通孔一22的中轴线与沉孔21的中轴线共线；所述毛纽扣接触件3包括连接针33，所述连接针33位于通孔一22中，所述连接针33的中部设置有凸缘一331，所述连接针33的上下两端分别设置有柱状绝缘体34，所述绝缘体34的尾端设置在通孔一22中，所述绝缘体34的尾端设置有与连接针33端部相配合的通孔二341，所述绝缘体34的中央还设置有与通孔二341相连通的通孔三342，所述通孔三342的中轴线与通孔二341的中轴线共线，所述通孔二341中设置有毛纽扣32，所述绝缘体34的首端设置有接触帽31，所述绝缘体34首端的外侧还设置有凸缘二343；位于上方的凸缘二343的外侧壁与沉孔21的孔壁之间设置有金属套筒5，所述金属套筒5的上端面高于金属基板2的正面，位于下方的凸缘二343的外侧壁与通孔一22的孔壁之间过盈配合；所述接触帽31包括圆柱状接触柱一311、圆柱状接触柱二313和位于接触柱一311和接触柱二313之间的过渡部312，所述接触柱一311的直径大于接触柱二313的直径，所述通孔三342的孔径小于通孔二341的孔径，所述接触柱一311设置在通孔二341中，所述接触柱二313的端部穿过通孔三342且接触柱二313的端部设置在通孔三342的外部；位于上方的接触柱一311的端部与第一中心触点11接触，所述接触柱二313的端部与毛纽扣32的一端接触，所述毛纽扣32的另一端与连接针33的端部接触，位于下方的接触柱一311的端部与第二中心触点61接触。
所述毫米波频段的毛纽扣结构件的工作过程如下：
天线1上的第一中心触点11与位于上方的接触柱二313触及，位于上方的接触柱一311与位于上方的毛纽扣32的上端触及，位于上方的毛纽扣32的下端与连接针33的上端触及，连接针33的下端与位于下方的毛纽扣32的上端触及，位于下方的毛纽扣32的下端与位于下方的接触柱一311触及，位于下方的接触柱二313与印制电路板6中的第二中心触点61触及，从而形成了每一个信号通道的中心接触链路；其中，所述毛纽扣32本身具有优良的弹性，在毛纽扣32的作用下，能够保证上述每一个信号通道的中心接触链路的完整，保证信号传输通畅。
天线1上的金属接地片层13与金属基板2的正面通过焊接触及，金属接地片层13上用来焊接的位置为焊接区14；金属基板2的背面与印制电路板6中的外接触线路层63触及，从而形成了每一个信号通道的外接触链路。
所述第一中心触点11与金属接地片层13之间形成50欧姆阻抗匹配，只有形成50欧姆阻抗匹配，才能传输毫米波频段。
所述金属基板2是由表面镀金的铝板制成。所述连接针33为表面镀金的金属柱状件，凸缘一331的存在，使得上下两个绝缘体34能够相互独立，互不干扰。所述绝缘体34由耐高温的聚酰亚胺制成。所述的金属套筒5由不锈钢管加工制成。所述毛纽扣32由表面镀金的铍青铜丝绕制成螺旋状，然后再压制成柱体，所述毛纽扣32的外径为0.254mm。上述材料的选用，使得在高温条件下，整个链路的信号传输平稳，具有良好的环境适应性和较高的可靠性。
所述毛纽扣接触件3呈哑铃状，这使得毛纽扣接触件3的中部与通孔一22的孔壁之间存在较大的空隙，这能够降低整个通道的介电常数，使之满足50欧姆阻抗匹配。
位于上方的接触柱二313的上端面高于金属基板2正面，且位于上方的接触柱二313的上端面高出金属基板2正面0.15mm~0.25mm；这使得位于上方的接触柱二313的上端能够更好地与第一中心触点11触及。位于下方的接触柱二313的下端面低于金属基板2背面，且位于下方的接触柱二313的下端面低出金属基板2背面0.15mm~0.25mm，这使得位于下方的接触柱二313的下端能够更好地与第二中心触点61触及。
所述金属套筒5的上端面高出金属基板2的正面0.03~0.06mm；所述金属套筒5具有阻锡作用，保证高温条件下流动的焊锡不渗透到天线1中的第一中心触点11和隔离层一12处。
进一步地，为防止安装时发出错位；所述金属基板2的正面还固设有绝缘定位销4，所述天线1上还设置有与绝缘定位销4相配合的销孔15；所述绝缘定位销4由绝缘工程塑料制成端部为圆台状的柱体，所述绝缘定位销4插入到销孔15时，能够防止安装时发出错位。
进一步地，所述第一中心触点11的直径大于接触柱二313的直径，这使得接触柱二313与第一中心触点11之间接触更可靠；所述隔离层一12是一种绝缘的空腔，当隔离层一12的外径小于金属套筒5的内径时，整个金属套筒5的端面与金属接地片层13完全配合，接地更可靠。
进一步地，所述连接针33的端部与通孔二341之间为过盈配合，这使得连接针33的端部与绝缘体34的尾端之间结合牢固。
进一步地，为方便安装，所述毛纽扣32与通孔二341之间为间隙配合；为方便接触帽31活动，所述接触柱一311与通孔二341之间为间隙配合，所述接触柱二313与通孔三342之间为间隙配合。而所述通孔三342的孔径小于通孔二341的孔径，这能限制住接触帽31的活动空间，避免接触帽31从绝缘体34的首端处脱落。
进一步地，所述金属套筒5的外侧壁与沉孔21的孔壁之间为过盈配合，这使得金属套筒5与金属基板2之间结合稳固；所述金属套筒5的内侧壁与凸缘二343的外侧壁之间为过盈配合，这使得金属套筒5与绝缘体34首端的凸缘二343结合稳固。
进一步地，所述金属套筒5的内侧壁与金属套筒5的端面之间设置有第一圆弧段51，所述金属套筒5的内侧壁通过第一圆弧段51过渡到金属套筒5的上/下端面，第一圆弧段51具有引导作用，方便将金属套筒5套在绝缘体34首端凸缘二343的外侧；所述金属套筒5的外侧壁与金属套筒5的端面之间设置有第二圆弧段52，所述金属套筒5的外侧壁通过第二圆弧段52过渡到金属套筒5的上/下端面，第二圆弧段52具有引导作用，方便将金属套筒5插进沉孔21。
在上述实施例中，为了降低整个通道的介电常数，使之满足50欧姆阻抗匹配，所述毛纽扣接触件3设置成哑铃状，使其满足传输毫米波频段的要求。毛纽扣32的直径为0.254mm，接触帽31的最大直径为0.254mm，满足小型化条件下的毛纽扣32固定问题。单个安装通道的最大外径尺寸仅为1.25mm，满足小型化的要求。通过设置金属套筒5，使得天线1上的金属接地片层13与金属基板2在进行焊接时，焊锡不能进入到第一中心触点11和环状隔离层一12内部，从而避免影响高频信号的传输。绝缘定位销4采用绝缘工程塑料，能够防止信号泄露。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种毫米波频段的毛纽扣结构件，包括板状天线（1）、印制电路板（6），
所述天线（1）的背面固设有金属接地片层（13），所述天线（1）的背面还设置有多个第一中心触点（11），所述第一中心触点（11）的外部设置有环状隔离层一（12），所述第一中心触点（11）与金属接地片层（13）之间通过隔离层一（12）隔开，所述金属接地片层（13）上还设置有多个焊接区（14）；
所述印制电路板（6）的正面设置有外接触线路层（63），所述印制电路板（6）的正面还设置有与第一中心触点（11）一一对应的第二中心触点（61），所述第二中心触点（61）的外部设置有环状隔离层二（62），所述第二中心触点（61）与外接触线路层（63）之间通过隔离层二（62）隔开，其特征在于：
所述天线（1）和印制电路板（6）之间设置有板状连接件，所述连接件包括金属基板（2）、与第一中心触点（11）一一对应的毛纽扣接触件（3），所述金属基板（2）上设置有用来安装毛纽扣接触件（3）的安装通道，所述安装通道包括设置在金属基板（2）正面的沉孔（21）和设置在金属基板（2）背面的通孔一（22），所述沉孔（21）和通孔一（22）连通，所述通孔一（22）的中轴线与沉孔（21）的中轴线共线；
所述毛纽扣接触件（3）包括连接针（33），所述连接针（33）位于通孔一（22）中，所述连接针（33）的中部设置有凸缘一（331），所述连接针（33）的上下两端分别设置有柱状绝缘体（34），所述绝缘体（34）的尾端设置在通孔一（22）中，所述绝缘体（34）的尾端设置有与连接针（33）端部相配合的通孔二（341），所述绝缘体（34）的中央还设置有与通孔二（341）相连通的通孔三（342），所述通孔三（342）的中轴线与通孔二（341）的中轴线共线，所述通孔二（341）中设置有毛纽扣（32），所述绝缘体（34）的首端设置有接触帽（31），所述绝缘体（34）首端的外侧还设置有凸缘二（343）；
位于上方的凸缘二（343）的外侧壁与沉孔（21）的孔壁之间设置有金属套筒（5），所述金属套筒（5）的上端面高于金属基板（2）的正面，位于下方的凸缘二（343）的外侧壁与通孔一（22）的孔壁之间过盈配合；
所述接触帽（31）包括圆柱状接触柱一（311）、圆柱状接触柱二（313）和位于接触柱一（311）和接触柱二（313）之间的过渡部（312），所述接触柱一（311）的直径大于接触柱二（313）的直径，所述通孔三（342）的孔径小于通孔二（341）的孔径，所述接触柱一（311）设置在通孔二（341）中，所述接触柱二（313）的端部穿过通孔三（342）且接触柱二（313）的端部设置在通孔三（342）的外部；
位于上方的接触柱一（311）的端部与第一中心触点（11）接触，所述接触柱二（313）的端部与毛纽扣（32）的一端接触，所述毛纽扣（32）的另一端与连接针（33）的端部接触，位于下方的接触柱一（311）的端部与第二中心触点（61）接触；
述金属基板（2）的正面还固设有绝缘定位销（4），所述天线（1）上还设置有与绝缘定位销（4）相配合的销孔（15）；所述金属接地片层（13）与金属基板（2）焊接连接；
所述第一中心触点（11）与金属接地片层（13）之间形成50欧姆阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述第一中心触点（11）的直径大于接触柱二（313）的直径，所述第二中心触点（61）的直径等于第一中心触点（11）的直径，所述隔离层一（12）的外径小于金属套筒（5）的内径。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述第一中心触点（11）的表面与金属接地片层（13）的表面齐平，所述第二中心触点（61）的表面与外接触线路层（63）的表面齐平。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述连接针（33）的端部与通孔二（341）之间为过盈配合。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述毛纽扣（32）与通孔二（341）之间为间隙配合，所述接触柱一（311）与通孔二（341）之间为间隙配合，所述接触柱二（313）与通孔三（342）之间为间隙配合。
6.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述金属套筒（5）的外侧壁与沉孔（21）的孔壁之间为过盈配合，所述金属套筒（5）的内侧壁与凸缘二（343）的外侧壁之间为过盈配合。
7.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述金属套筒（5）的内侧壁与金属套筒（5）的端面之间设置有第一圆弧段（51），所述金属套筒（5）的外侧壁与金属套筒（5）的端面之间设置有第二圆弧段（52）。
8.根据权利要求1所述的一种毫米波频段的毛纽扣结构件，其特征在于：所述毛纽扣（32）由表面镀金的铍青铜丝绕制成螺旋状柱体。
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