CN110383602A

CN110383602A - 插塞器

Info

Publication number: CN110383602A
Application number: CN201880013117.XA
Authority: CN
Inventors: 克劳斯·法尔肯贝格; 塞巴斯蒂安·戈斯; 于尔根·黑茨纳; 埃尔温·科彭多费尔
Original assignee: Lenny Cable Co Ltd
Current assignee: Lenny Cable Co Ltd
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-10-25
Also published as: WO2018153777A1; US20200235526A1; EP3586408A1

Abstract

本发明涉及一种插塞器，尤其是高频插塞器，插塞器具有第一接触元件以及支撑元件(电介质)，从而使第一接触元件通过支撑元件受到机械引导，并且其中，支撑构件具有值小于2的介电常数。

Description

插塞器

技术领域

本发明涉及一种插塞器，优选是微波连接器，尤其是高频插塞器，在下文中也被称为HF插塞器，其具有主体、接触元件以及由电介质构成的支撑元件。

背景技术

插塞器在此尤其构造为所谓的同轴插塞器。该插塞器被用于传输数据，特别是大于一百kHz并且特别是大于1GHz的高频的数据。

在同轴插塞器中存在多个不同的变体。共同之处在于，它们具有作为第一接触元件的销形的内导体和作为第二接触元件的同心地包围内导体的套管形的外导体。在一些变体中，例如在小型的所谓的SMA插塞器中，通常在内导体与外导体之间布置有绝缘体，即电介质。电介质在此被用作使内导体机械稳定化的支撑元件。

为了使高频电信号传输特性良好，插塞器的特性阻抗应匹配于与它联接的电缆的特性阻抗。此外，寻求尽量高的截止频率，也就是说插塞器应适用于传输尽量高的频率。特性阻抗和截止频率在此与几何因子以及所选的材料有关。适用于特性阻抗和截止频率的众所周知的公式是：

a)和

b)

其中，fcutoff＝截止频率，Z＝特性阻抗，D＝外导体的直径，d＝内导体的直径，ε_r＝电介质的介电常数；

因此，为了实现限定的特性阻抗，HF插塞器在电介质的介电常数被预先给定的情况下具有最小直径。因此，该最小直径限制了减小插塞器的结构体积的可能性。原则上，可以省去电介质的布置，以便在插塞器内部实现空气的介电特性。然而，这通常导致稳定性损失，这提高了插塞器的故障率。

发明内容

基于此，本发明的任务是说明一种插塞器，尤其是HF插塞器，其在机械稳定性良好的情况下具有比迄今市面上常见的HF插塞器更小的结构体积。

该任务根据本发明通过一种插塞器，尤其是高频插塞器来解决，该插塞器具有主体、第一接触元件以及支撑元件，从而使第一接触元件通过支撑元件受到机械引导，其中，支撑元件具有值小于2的介电常数。该介电常数的所给定的值在此针对标准条件来给定，也就是说在室温(18℃)下并在待传输信号频率为50Hz的情况下给定。下面所给定的所有针对介电常数的值均适用于这些标准条件。

有利的实施例，改进方案和变型方案是从属权利要求的主题。

在本文中，高频特别是被理解为具有至少100kHz并且优选大于1GHz或甚至大于10GHz的值的频率。因此，插塞器被构造成用于传输如下这些频率，即，插塞器的截止频率高于这些频率。

支撑元件通常机械地支撑第一接触元件并且为此被构造为固体。为此，它尤其是套筒形地包围第一接触元件。支撑元件优选形状锁合地(formschlüssig)在周侧围绕第一接触元件布置。支撑元件被构造为绝缘体并且因此构造为电介质。在本文中，电介质通常被理解为弱导电的或非导电的非金属材料。

一般地，信号传输例如是经过插塞器而有损耗的。这种损耗例如归因于导体材料内部的损耗(例如所谓的铜损耗)和/或由于布置在插塞器内部的电介质的介电常数所引起的损耗。此外，损耗通常与要传输的信号的频率在设计方面相关。换句话说：频率越高并且介电常数的值越高，则发生的传输损耗就越高。

由于支撑元件具有值小于2的介电常数(也称为介电导率)，使得实现了如下介电值，该介电值例如低于被用于这种绝缘体的PTFE(聚四氟乙烯)的介电值。优选地，介电常数还具有小于1.8或小于1.6的值。由此，降低了受介电常数影响的传输损耗。介电值、介电常数值或介电数通常且类似地被理解为物质的各自的介电常数。

此外，由此实现了插塞器的截止频率(Cut-Off-Frequenz)的值的提高，这对插塞器的信号传输行为具有有利影响。在本文中，截止频率特别被理解为频率(阈)值，在超过该频率(阈)值时，有待于沿着传输路径传输的信号的振幅在传输路段的末端处落到预定的或要求的值以下。幅度的下降以及与之相关的信号衰减归因于以高于截止频率的频率发生波动的信号的破坏性的叠加。换句话说：传输路径，通常是插塞器或电缆，由于其在直径方面的几何形状并不被设计成用于无损地传输具有大于各自的截止频率的频率的信号。截止频率与几何形状相关，尤其是与插塞器的或电缆的直径相关。

通过支撑元件并且尤其是通过它的值小于2的介电常数而存在如下可能性，即，与传统的插塞器相比，在具有相同或改进的传输特性的情况下可以减小结构体积进而减小插塞器几何形状。尤其地，能够实现更高的截止频率。

优选地，支撑元件具有气凝胶，并且尤其由气凝胶形成。在本文中，气凝胶通常被理解为高孔隙率的固体，其具有值至少为80％、尤其是至少95％的孔隙率。换句话说：气凝胶是海绵状构造的固体，其体积由尤其是至少95％的孔隙进而是空气的份额组成。

由于高空气含量，使得气凝胶(相比于由相同的材料如气凝胶构成的实心的固体)具有明显更低的介电常数值，从而使得它们在作为电介质使用方面是极其有利的。

根据合乎目的的改进方案，聚合物气凝胶、尤其是聚酰亚胺气凝胶被用作气凝胶。在本文中，聚酰亚胺通常被理解为基于酰亚胺基团的塑料，诸如聚琥珀酰亚胺(PSI)，聚噁二唑苯并咪唑(PBO)或聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)。这种聚合物气凝胶例如在其机械性能方面优于传统的气凝胶。在本文中，机械性能特别例如被理解为强度、可加工性以及耐水性。尤其地，在强度与低介电常数值相关联的情况下，在支撑元件的抗冲击性方面与传统的气凝胶相比被认为是有利的。这促成插塞器的牢固的结构形式。例如，这方面应例如特别是参考来自Blueshift-Materials公司的材料支撑元件优选由其形成。

符合目的地，支撑元件，尤其是气凝胶，具有1.1至1.4的介电常数(ε_r)。优选地，该值小于1.3，并且尤其是1.18。该值接近空气的介电常数值(ε_r≈1)。因此，支撑元件在机械支撑良好的情况下具有与空气几乎相同的介电特性。除了良好的传输特性外，还实现了良好的故障安全性，例如，防止插塞器的第一接触元件变弯。同时能够实现小的结构尺寸的插塞器。

作为气凝胶的替选地，支撑元件具有发泡塑料或由发泡塑料形成。在此，塑料具有高发泡率，即具有高的空气份额。例如，空气份额超过30％，超过50％或超过70％(空气份额的体积相对于总体积)。

根据改进方案，发泡聚四氟乙烯(PTFE)或发泡聚乙烯(PE)被用作发泡塑料。

该设计方案基于与使用气凝胶相同的基本构思，即设置有尽量高的空气份额。然而，使用上述气凝胶，尤其是聚酰亚胺是优选的，这是因为在其中良好的机械强度和非常低的介电常数组合。

补充地，这种设计方案，尤其是由气凝胶构成的这种电介质的应用对于具有电介质的所有插塞器是适用和能借用的。此外替选或补充地，由气凝胶构成的电介质也可以用于电缆，例如用于具有内导体、电介质和外导体的同轴电缆。

在本文中，另一个优选的方面在于，支撑元件具有值小于1g/cm³的密度、优选小于0.5g/cm³的密度、以及尤其是小于0.2g/cm³的密度。

优选地，插塞器构造为同轴插塞器，即具有内导体(第一接触元件)以及作为第二接触元件的同心地包围内导体的外导体。在两者之间布置有支撑元件，该支撑元件优选填满内导体与外导体之间的间隙。在此，支撑元件优选呈柱体形地构成并且同心地围绕第一接触元件布置。第一接触元件在此典型地构造为实心销或空心销，其被套筒形的外导体在构成间隙的情况下所包围。沿纵向方向观察，第一接触元件在此典型地凸出超过套管形的外导体。支撑元件优选沿纵向方向延伸直到外导体的端部，在任何情况下，第一接触元件沿纵向方向都凸出超过支撑元件。

根据同轴插塞器的结构形式，第二接触元件优选是插塞器的也是多节段的主体的或壳体的一部分。因此，存在一些结构形式，其中，插塞器和配合插塞器彼此拧接或借助(卡口式)形状锁合地能彼此连接。部分地，除了第二接触元件(外导体)还设置有附加的构件，例如锁紧螺母或卡口式封闭件。于是，这些附加的构件是主体的组成部分或形成主体。

在这种有附加的构件的情况下，第一接触元件、支撑元件以及第二接触元件优选同心地被主体包围。主体形成一种外套筒并且一方面用于机械保护，并且另一方面用于插塞器的机械的可联接性。对于后者，主体通常具有机械的连接元件，例如内螺纹或外螺纹或者按照卡口式封闭件的类型的接头。为了使可拧接性更简单，主体例如在外侧上具有滚花或例如具有六边形的外轮廓。

插塞器通常构造用于与互补的配合插塞器，尤其是插座连接。销形的第一接触元件电接触地插入到互补的插座套筒中。操作套筒又形成配合插塞器的内导体。该内导体又被套筒形的外导体包围，该外导体电接触地与插塞器的套筒形的外导体构成插塞连接部，尤其是容纳该外导体。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的实施例。这些附图以极为简化的图示示出：

图1示出插塞器的正视图；以及

图2示出插塞器的分解图的侧视图。

在附图中，相同作用的部件以相同的附图标记示出。

具体实施方式

图1和2中所示的插塞器2构造为同轴插塞器，例如用于高频范围的应用的同轴插塞器。插塞器2具有居中的第一接触元件4作为内导体。第一接触元件4被支撑元件6同心地包围。

第二接触元件10共同地同心地围绕支撑元件6以及第一接触元件4地布置。在本实施例中，第二接触元件10形成同轴插塞器的外导体。也就是说，第一接触元件4和第二接触元件10构成间隙12，支撑元件6被放入间隙中并且在本实施例中完全填满间隙。

在本实施例中，第一接触元件4、支撑元件6以及第二支撑元件10共同地被主体14同心地包围。在本实施例中，主体14构造为锁紧螺母。因此，它用于将插塞器2联接或连接到例如相应的(在此未示出的)配合插塞器上，该配合插塞器例如构造为连接器或也构造为电部件的接头，例如示波器上的接头。为此，主体14例如在内侧16上具有多个螺纹道，借助螺纹道将插塞器2拧紧到配合插塞器上。为了更好地操作，主体14的外侧18具有六边形形式的轮廓。替选地或补充地，外侧18具有滚花。

支撑元件6通常形成绝缘体进而是电介质。该支撑元件在本实施方案中构造为高孔隙率的主体，尤其是构造为所谓的气凝胶8，更确切地说尤其构造为聚酰亚胺气凝胶。支撑元件6在此完全填满间隙12。沿纵向方向20(参见图2)观察地，支撑元件6延伸得与第二接触元件10(套筒形的外导体)一样远，而销形的内导体(第一接触元件4)沿纵向方向20凸出。

在本实施例中，气凝胶8尤其具有值在1.1至1.4的范围内的介电常数ε_r。在本实施例中，支撑元件6的介电常数ε_r近似相应于空气的介电常数ε_r(ε_r≈1)。由此减小了待传输的信号的受介电常数影响的干扰。

该设计方案的优点在于，由于介电常数ε_r很小，例如在预先给定的特性阻抗Z的情况下(并且与传统的插塞器相比)插塞器2可以构造得更小，即在第一接触元件4的直径d的情况下第二接触元件10(外导体)具有更小的直径D。

因此能够实现的是，制造具有比传统的直径更小的直径D的插塞器2，而不会不利地影响诸如截止频率或特性阻抗的信号传输特性。同时，通过支撑元件6保留了用于机械稳定化并引导第一接触元件4的支撑功能，从而使该支撑元件例如在插入插塞器2时保护它不会意外地折弯或弯曲。

作为气凝胶8的替选地，支撑元件6包括发泡塑料，例如发泡PTFE或发泡PE，并且尤其地由其形成。

在图2中简略地示出了插塞器2的分解图。图2例如示出了最终组装成束之前的插塞器2。在此，例如，第一接触元件4被引入到支撑元件6中，例如被推入用于构成压配合。同心地围绕第一接触元件4布置的支撑元件6随后地或者也在之前被置入到第二接触元件10中，优选地同样用于构成压配合。围绕第二接触元件10地布置有在此构造为锁紧螺母的主体14。

本发明不限于上述实施例。相反，本领域技术人员也可以在不脱离本发明主题的情况下从中得出本发明的其他的变型方案。尤其地，此外在不脱离本发明的主题的情况下，结合实施例地描述的所有单个特征也以其他方式彼此组合。

Claims

1.插塞器，尤其是高频插塞器，所述插塞器具有第一接触元件以及支撑元件，从而所述第一接触元件通过所述支撑元件受到机械引导，其中，所述支撑元件具有值小于2的介电常数。

2.根据权利要求1所述的插塞器，

其中，所述支撑元件具有气凝胶或由气凝胶形成。

3.根据权利要求2所述的插塞器，

其中，使用聚合物气凝胶作为气凝胶。

4.根据权利要求2或3所述的插塞器，

其中，使用聚酰亚胺气凝胶作为气凝胶。

5.根据权利要求4所述的插塞器，

其中，所述支撑元件具有在1.1至1.4的范围内的介电常数。

6.根据权利要求1或5所述的插塞器，

其中，所述支撑元件具有发泡塑料或由发泡塑料形成。

7.根据权利要求6所述的插塞器，

其中，使用发泡PTFE或发泡PE作为发泡塑料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的插塞器，

其中，所述支撑元件具有小于1g/cm³的密度，优选小于0.5g/cm³的密度，以及尤其是小于0.2g/cm³的密度。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的插塞器，

其中，所述第一接触元件以销的方式构成，所述销被所述支撑元件环绕地包围。

10.根据权利要求9所述的插塞器，其中，所述支撑元件填满所述第一接触元件与第二接触元件之间的间隙。