CN1129987C - 提供两用连接以与天线或连接器接口对接的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种连接器接口(68)提供了从无线通信装置到同轴连接器的直接连接。无线通信装置具有带天线连接器的外罩。天线连接器具有空心假圆柱中心,提供穿过外罩的开口。连接器接口具有用户连接器66,所述用户连接器包括:外导体外壳(72)、非导体衬套(76)和接地探头(78)。将外导体外壳(72)固定在印制电路板(70)上。非导体衬套(76)位于外导体外壳(72)的空心假圆柱中心内。当将连接器接口连接到无线通信装置时,外导体外壳(72)接触天线连接器,并且接地探头穿过开口延入外罩,从而与外罩内的地电位电气连接。
Description
I.发明领域
本发明涉及无线通信装置和它的生产测试。尤其,本发明涉及一种用于无线通信装置的、新型的和改进的两用连接,所述连接在正常使用中与天线对接,在生产测试期间与连接件对接。
II.有关技术描述
无线通信装置正变得日益流行,蜂窝电话是特别值得注意的一个例子。用这些装置发射和接收射频(RF)信号,以建立对装置的通信链路。在制造这些装置期间,在把装置发货给用户之前,必须先对RF信号产生和接收电路以及信号处理电路进行功能性的测试。
对这些装置进行的典型测试过程包括,将一个小的测试天线放置在安装于无线通信装置上的天线附近。使测试信号在两个天线之间通过,以测试灵敏度、输出功率,以及装置中RF电路和信号处理电路的其它参数。一种这样的无线通信装置是便携式蜂窝电话。单个蜂窝电话可以有两个天线,每个天线都可用来发射和接收RF信号。一般将这两个天线包括在单一天线组件中,诸如用于正常RF传输的可伸缩的单极鞭状天线和小型螺旋天线,即使当把单极鞭状天线收入电话主体内时,所述小型螺旋天线仍保留在电话主体的外部。在正常工作期间,可以使用单极鞭状天线或螺旋天线传送RF信号。在Baldry的美国专利第5,353,036号中例示了这种系统。此外,可以用螺旋天线将信号发射到测试天线和接收来自测试天线的信号。虽然在某些条件下用这些系统可以对蜂窝电话性能特征进行可接受的精确测量,但是难以防止在生产环境中的小误差积累,这会降低所得结果的质量。此外,在可能同时测试许多装置的生产环境中,来自邻近RF源的干扰会影响测量正确度。
虽则两个天线耦合的测试存在缺点,但无线通信装置一般还没有包括合适的不依赖于这种耦合的测试对接硬件。在Korovesis等人的美国专利第5,394,162号中,将这些问题与安装在车辆内的蜂窝电话的测试一起考虑。在该情况下,通常在车辆的外部表面(诸如后窗)上提供鞭状天线,以将RF信号传送到车辆本身的外面。具体地说,Korovesis等人描述一种带有接地板的RF耦合器,接地板的中心有一孔,在安装鞭状天线之前先将接地板放置到后窗上的鞭状天线接口上面。放置半圆形接触键以与天线接口基座电气接触。虽然该设备允许不使用天线而进行电话测试,但干扰仍是一个问题。为了有助于减少这种干扰,在使用期间,最好在测试设备上面放置网状电磁干扰屏蔽。与这种安排相比较,本发明基本上没有这种麻烦。
因此,将会意识到需要一种关于下述手段和方法的技术,即它能够在待测无线装置和标准测试设备之间提供连接,且能克服现有技术的麻烦,排除对辐射场的需要。本发明提供一种直接的和有效的连接,它适合于生产环境,并且不需要在装置上附加端口。
发明内容
本发明是一种用于无线通信装置的新型的和改进的接口。根据本发明,使用单个端口,在正常使用期间连接到天线,并在生产线测试期间连接到测试设备。对天线和测试设备两者使用单个接口可以增加生产线测试的方便性和可靠性。在测试期间,接口连接器提供直接的电气耦合,排除了在生产测试期间对辐射场的需要,从而降低了与其它同时进行测试的产品的相互干扰。另外,与无线通信装置的直接电气耦合还可以提高耦合阻抗的可重复能力,并减小耦合阻抗的值,从而提高测试测量结果的精度和可靠性。在一特别合适的实施例中,本发明的接口连接器与蜂窝电话相连。
因此,在本发明的一个方面,提供了一种连接器接口,用于将无线通信装置的RF信号电路导电地连接到天线或测试设备。本实施例的连接器接口包括导电材料的外壳、导电材料的探头和非导电材料的中间衬套。无线通信装置包括信号方位空心天线连接器,在测试期间,该连接器连接到连接器接口的外壳。探头穿过空心天线连接器接触无线通信装置主体内的地电位。
在本发明的另一个方面,提供一种测试无线通信装置的方法。在该方法中,使有天线接口的无线通信装置连接到连接器接口,致使连接器接口的第一部分电气地耦合到无线通信装置的接地部分,而连接器接口的第二部分耦合到无线通信装置的信号部分。将测试设备电气地耦合到连接器接口以测试无线通信装置的功能性。从天线接口取下连接器接口并把天线连接到天线接口。从而测试无线通信装置而不使用辐射场。
因此,通过装置上现有的连接器,通过提供从无线装置到测试设备的直接连接,本发明克服了技术中长期存在的问题,从而排除了使用辐射场的需要,以及在装置上附加端口的要求。
附图简述
当结合附图和下面的详细说明,本发明的特征、目的和优点将变得更为明了,在所有的附图中,相同的参考字符识别相应的元件,其中:
图1是一部分无线通信装置和它的相关的天线和天线接口的透视图;
图2是图1的无线通信装置的一部分内部电路的方框图;
图3A是沿图1的无线通信装置的线3-3取得的侧面纵剖面图;
图3B是外罩14的顶板的视图;
图4是沿图1的通信装置的线4-4取得的单极鞭状天线的剖面图;
图5是沿图1的线4-4取得的安装在天线接口中的图4的单极鞭状天线的剖面图;
图6A是本发明的连接器接口的透视图;图6B是本发明的连接器接口的侧视图;
图7是沿图6A的线7-7取得的剖面图,示出安装在图3的天线接口中的连接器接口;以及
图8是流程图,示出根据本发明的装置测试方法。
较佳实施例的详述
现在将参考附图描述本发明的较佳实施例。打算以最宽广合理的方式来解释此处所表示的用于说明中的术语,尽管该术语是连同本发明的某些特殊较佳实施例的详细描述一起使用的。对于一些特殊的术语,下面会作进一步的强调。如本说明中的那样,将明显地和具体地定义打算由读者以任何有限制的方式解释的任何术语。
现在参考图1,说明无线通信装置10。例如,装置10可以是蜂窝电话,虽然诸如无线计算机网络设备、自动仪表读数设备等其它无线通信产品也适合与本发明一起使用。装置10包括单极鞭状天线12,它通过天线接口16连接到装置外罩14。最好,天线12是可伸缩的,并在收起时滑入装置外罩14。
在图2中表示装置10内部的一部分功能电路。天线12通过天线接口16耦合到由电源22供电的接收电路18和发射电路20。电源22一般是内部电池,但是也可以包括与外部直流(DC)或交流(AC)电源相连。当安装天线12时,信号导体24将天线12电气地耦合到接收电路18和发射电路20。此外,接地导体26将装置10的地连接到电源22的地。
当制造无线通信装置时,必须进行功能性的测试以保证装置正常工作。诸如信号分析仪和RF功率计等合适的测试设备一般具有同轴接口。可用于测试无线通信装置的方法是将测试设备连接到测试天线。在测试过程中,将测试天线放置在无线通信装置之天线(诸如天线12)的附近。因此信号在装置和测试设备之间辐射地耦合。然而,该过程有耦合效率依赖于两个天线之相对位置和方向的缺点。还有,在有许多装置同时进行测试的生产环境中可能出现功率相对较高的干扰。
作为另一种方法,可以将测试设备直接连接到装置导体,诸如直接耦合到装置10的导体24和接地导体26。这类物理接口排除了辐射耦合的应用并使上述缺点减至最小。存在几种选择来完成直接连接。可以将测试设备直接连接到在天线接口16处的导体24而不使用直接接地附件。然而,这类单个的导体系统会遭受未控制的地电流,这种电流使耦合效率产生大的变化并产生不希望的辐射能量。另一种系统可以在装置的外罩上提供一分立的“双线”测试端口(即提供接地和信号连接两者的端口),这是专用于测试设备的附件。专用测试端口增加了装置的价格,还降低了装置的性能和外表美观。
本发明提供一种装置接口,它有双线测试端口和天线端口的功能。图3是沿图1的无线通信装置的线3-3取得的侧面纵剖面图。最好用聚合物材料制造外罩14的顶板,最好是用模压使它包括向上伸展的法兰28,该法兰相对于由天线12确定的纵轴具有圆形的轴向横截面。将由导电材料制造的假圆柱外壳38固定到法兰28的内表面,该假圆柱外壳具有由内表面41确定的空心的内侧,至少使一部分所述内表面刻上螺纹。
图3B是外罩14的顶板的顶视图,它示出在天线接口16中的开口(opening)的假圆柱形状。法兰28具有圆形的横截面。然而,假圆柱外壳38的顶视图示出它的半圆形的形状。在现有技术的结构中,在法兰28内存在圆柱形的带螺纹的导体外壳,而不是假圆柱外壳38。现有技术圆柱外壳和天线的螺纹部分配合。例如,参见随后描述的图4的外部螺纹表面59。然而,在本发明中,一部分现有技术圆柱外壳消失。在较佳实施例中,约有90度的现有技术圆柱外壳消失,因此,产生了在图3B中所示的假圆柱外壳的半圆横截面。在介绍后面的附图时将变得更为明白,消失部分具有足够大的尺寸以允许与连接器接口相关的接地探头在测试期间进入,而该消失部分又足够的小,致使在正常使用期间假圆柱外壳38的余留部分对标准天线提供稳定的连接。
图3A示出相应于假圆柱外壳38的外罩14内的安排。将印制线路板42放置在外罩14内。使印制线路板42安装得与图1和图3B的线4-4确定的平面平行。因此在图3A中仅示出印制线路板42的边缘。印制线路板42的边缘和假圆柱外壳38中的间隙对准。再参考图3B,可以通过天线接口16的空心中心看到印制线路板42的第二边缘。还有,通过天线接口16的空心中心可以看到电接头46。将电接头46电气地连接到印制线路板42上的接地平面并相应地捆绑到如图2所示的接地导体26。当这里描述当前发明的另外方面时,这种安排的应用将更为明了。
使假圆柱外壳38电气地耦合到接收电路18和发射电路20。在较佳实施例中,使接收电路18和发射电路20放置在印制电路板42上,并通过在图3A中未示出的弹簧附件使之附加到假圆柱外壳38。
在另一个实施例中,电接头46可以包括安装机构的一部分或电气地耦合到地电位的外罩14内的其它元件。在这种情况下,电接头46的位置和功能保持不变。
现在参考图4,描述单极鞭状天线到天线接口16的耦合。图4是沿图1的通信装置的线4-4取得的单极鞭状天线的剖面图。一般,天线12对于它的纵轴是对称的。天线12包括具有细长杆形状的导电辐射部分61。为了柔软性,可能或可能不将辐射部分61灌封在聚合物材料中,并可能包括螺旋形或其它的结构,使之起到使其物理长度减至最小而保留合适的辐射特性的作用。还有许多其它的天线结构和设计是本发明的熟练技术人员所熟知的,它们也适用于本发明。
天线12包括非导体头部58和具有外部螺纹表面59的柱身部分60,它从头部58向下伸展。头部58和柱身部分60确定管道62,所述管道纵向伸展通过头部58和柱身部分60的内部并通过它可滑动地安装导体部分61。帽64位于导体部分61的底部。当伸展导体部分61时,帽64和柱身部分60接触,从而将导体部分61电气地连接到柱身部分60。
图5示出一般用途的耦合到天线接口16的天线12。如图所示,图5包括沿图1的线4-4取得的天线接口16的剖面图。柱身部分60的外部螺纹表面59和假圆柱外壳38的内部表面41上的螺纹配合。因为天线12是可滑动的,可将它收在外罩14里面。然而,为了增加RF性能,可以伸展天线42(如图5所示)以便通过使辐射部分61和柱身部分60的底表面物理地接合,帽64的顶部表面电气地接触辐射部分61和柱身部分60。最好,帽64到辐射部分61和柱身部分60的连接包括可靠的接合,以致当使天线完全伸出时用户可以感觉到。
当天线缩进时,导体部分61向下伸入外壳14。再次参考图3A和3B,注意印制线路板42的位置和天线接口16的轴中心偏离某个距离。由于该偏离,形成一条沿天线接口16之轴中心所确定的线,向下延伸到外罩14内的通道48。当天线12缩进时,导体部分61向下伸入通道48。还要注意,接地电接头46偏离由天线接口16的轴中心确定的线一个足够的距离,致使即使天线12处于缩进的位置,导体部分61也不接触接地电接头46。如图5所示是印制线路板42的平表面。
如上所述,根据本发明,为了方便和正确地测试装置10,也可以使用天线接口16以提供双线测试接口。通过使用图6所示的连接器接口68来完成该连接。使用连接器接口68使天线接口16和标准连接器适配。连接器接口68包括印制电路板70、用户连接器部件66和到同轴连接器84的印制电路板(PCB)。当测试装置10时,用户连接器66和装置10配接,并使到同轴连接器84的PCB附加到测试设备。
用户连接器部件66包括三部分:外导体外壳72、非导体衬套76和接地探头78。如下所述,将用户连接器部件66安装在印制电路板70上。在图6A中,示出作为侧面安装的用户连接器部件66,致使用户连接器部件的假想中心轴平行于印制电路板70的平面。
外导体外壳72的外部具有基本上是圆形的轴向横截面。间隙防碍了外导体外壳72的圆形特性。接地探头78和非导体衬套76两者占据由间隙确定的区域。参考图6B可以容易地看到外导体外壳72的半圆形状。图6B是连接器接口68的侧视图。外导体外壳中间隙的尺寸和形状类似于最恰当地示于图3B中的假圆柱外壳38之间隙的尺寸和形状。外导体外壳72的内部表面可以是任何合适的形状,该形状一般确定了假圆柱中心,并且容纳了横向放置在其中的接地探头78。
外导体外壳72具有扁平的和有角的边缘74,它配接随后在图7中示出的装置10的假圆柱外壳38。
外导体外壳72的半圆法兰86部分伸向印制电路板70的下面,并将它用焊接或其它方法机械地和电气地连接到印制电路板70的印制线80上。在图6A中以虚线示出法兰86,以表示在图6A所示的方位上,法兰86在印制电路板70的反面。在法兰86的外表面延续外导体外壳72的形状。焊接到板上的法兰86的内表面具有矩形形状。在印制电路板70和法兰86之间产生接触的区域,印制线80和法兰86的内表面的形状一致。在印制电路板70上,印制线80超过法兰86而延伸以提供PCB-同轴连接器84的连接。用虚线示出印制线80以表示在图6所示的方位上印制线80是印制在印制电路板70的反面。
在较佳实施例中,接地探头78具有与电接头46配接的矩形表面。接地探头78具有笔直的矩形杆的形状,它从非导体衬套76的外表面突出并通过用户连接器部件66延伸,并通过在法兰86上的印制电路板70的边缘。分开接地探头78和法兰86的距离等于印制电路板70的厚度,致使接地探头78直接在印制电路板70的另一面上从法兰86接触印制电路板70,因此,提供印制电路板70和用户连接器部件66之间的稳固的机械连接。将接地探头78用焊接或其它方法机械地和电气地连接到印制在印制电路板70的顶部一侧的接地印制线82上,因此,在用户连接器66和印制电路板70之间提供机械和电气的连接。在印制电路板70和接地探头78之间产生接触的区域,接地印制线82和接地探头78的矩形形状一致。接地印制线82超过接地探头78而延伸,以沿印制电路板70提供PCB-同轴连接84的连接。在较佳实施例中,扩大接地印制线82以提供对印制线80的参考接地平面,从而建立印制线80的特性阻抗。
在一个最一般的实施例中,可以将用户连接器66安装成包括顶部安装结构的任何形式。在顶部安装结构中,用户连接器66的假想中心轴垂直于印制电路板70的平面。在这种结构中,从外导体外壳72伸出一组齿穿过印制电路板70,以致可以用焊接或其它方法将这些齿机械地和电气地连接到印制电路板70的反面。同样,接地探头将穿过印制电路板70而延伸,致使可以用焊接或其它方法将它机械地和电气地连接到印制电路板70的反面。可将本发明的其余特征直接应用于这种顶部安装结构。
再次参考示于图6A中的较佳实施例,uqf PCB-同轴连接器84示作SMA连接器,它垂直于印制电路板70而安装。PCB-同轴连接器84包括中心连接器88,它穿过印制电路板70而延伸,并焊接到在图6所示的方位上的印制电路板70的反面。这样,完成了从外导体外壳72到法兰86、到印制线80、到PCB-同轴连接器84的的中心导体88的信号连接。
PCB-同轴连接器84还包括有螺纹的圆柱外壳90。有螺纹的圆柱外壳90受到四齿基座92的支撑,并电气地连接到该四齿基座。四齿基座92的四齿延伸穿过印制电路板70,并且至少将一个齿焊接到印制电路板70的反面的通孔连接焊盘上。通孔连接焊盘电气地耦合到接地印制线82。这样,完成了从接地探头78到接地印制线82、到PCB-同轴连接器84的有螺纹的圆柱外壳90的连接。在测试过程期间,测试设备装置(图6A未示出)拧入有螺纹的圆柱外壳90和PCB-同轴连接器84的中心导体88。
将非导体衬套76放置在外导体外壳72的空心中心部分内并使其沿接地探头78的长度方向延伸。非导体衬套76最好包括电解质材料。在外导体外壳72内,非导体衬套76可以确定任何合适的形式,一般该形式包括与外导体外壳72的空心中心配接的假圆柱形状,以提供可靠的机械连接。最好,由电解质材料构成非导体衬套,并为外导体外壳72所携带的信号提供匹配的阻抗。非导体衬套76可以沿接地探头78的长度方向延伸,以对用户连接器66增加强度。在图6A中,示出了非导体衬套76的形状,它沿接地探头78(它伸出在外导体外壳72之外)的长度方向具有半圆的特性。在图6B中,可以看到导体衬套76为接地探头78和外导体外壳72提供电气和机械的隔离。
非导体衬套76在平行于用户连接器66的假想中心轴作延伸的的暴露表面上还有一个开口。接地探头78穿过开口而延伸,并在非导体衬套76的每一边上超过非导体衬套76。将接地探头78安装得基本上平行于但偏离外导体外壳72的假想轴中心。接地探头78的长度可能是固定的。另外,可以弹性地安装接地探头78,致使通过施加力,使远离印制电路板70的接地探头78的末端从休止位置相对于连接器接口68的其余部分而位移。
图7示出安装在装置10上的连接器接口68。比较图3B和图6B可以更好地理解配接过程。天线接口16通过在假圆柱外壳38中的间隙接收接地探头78。在图7中,沿图6A的线7-7取得连接器接口68的视图。沿线3-3取得装置10的视图。注意外导体外壳72的扁平且有角的边缘74接触假圆柱外壳38,以致提供到连接器接口68的信号连接。接地探头78向下延伸穿过装置外罩14,与接地的电接头46相接触。这样根据本发明完成了双线连接。注意,非导体衬套还穿过假圆柱外壳38伸入外罩14的内部,并在接地探头78和假圆柱外壳38之间提供隔离。
在一个较佳实施例中,将装置10安装在用于确定和稳定装置10之位置的测试夹具上。可以将连接器接口68固定到线性移动定位器上,该定位器允许连接器接口68向装置10作可靠和加压力的定位。最好,线性移动定位器使连接器接口68沿外导体外壳76的轴移动。诸如阿基米德螺纹之类的压力机构向着装置10对连接器接口68施加足够的压力以保证稳定的连接。可以使用小马达或蜗轮装置使线性移动定位器移动。
另外,连接器接口68可以是测试夹具的一个坚固的附加部分。在这种安排中,移动装置10使之贴着连接器接口68。例如,装置10可以滑入和抓住在位置上并可以在测试完毕之后容易地卸下。可以对装置10施加弹性压力的形式,以便保证连接器接口68和装置10之间的稳定连接。
本发明还设想一种用于测试无线通信装置的方法,如图8的流程图所详述。流程在开始方框100中开始。在方框102中,将连接器接口68的接地探头78插入装置10的外罩14,以接触接地电接头46。这样,在装置10和连接器接口68之间建立了接地连接。在方框104中,将连接器接口68的外导体外壳72配接到装置10之天线接口16的圆柱外壳38。这样,在装置10和连接器接口68之间建立了信号连接。因此,在装置10和连接器接口68之间建立了双线连接。
在方框106中,测试装置10的功能性。将执行测试过程的测试设备通过PCB-同轴连接器84耦合到连接器接口68。因此,连接器接口68提供从测试设备到装置10的直接双线接口。
在方框108中,在完成测试之后,使连接器接口68不再和装置10耦合,包括从外罩14内取出接地探头78。在方框110中,将天线12连接到天线接口16。因此,完成装置10的测试并在结束方框112中结束过程。
已经对应于接收和发射信号的无线通信装置描述了本发明。将这里所描述的一般原理可直接应用于一个系统,在该系统中,通信仅涉及接收或发射能力,不需要修改这里所述的原理。
提供了较佳实施例的上述描述,使熟悉本领域的人员能制造和使用本发明。熟悉本领域的人员易于明了对这些实施例的各种修改,并且无需创造才能,可以将这里所确定的一般原理应用于另外的实施例。因此不打算把本发明局限于这里示出的实施例,而是和这里所揭示的原理和新型特征符合的最宽广范围相一致。
Claims (13)
1.一种连接器接口,用于提供从无线通信装置到同轴连接器的直接连接,其特征在于,所述连接器接口包括:
外导体外壳,它具有空心中心以及确定一个间隙的横截面,所述间隙沿所述外导体外壳的至少一部分长度延伸;
非导体衬套,它位于所述外导体外壳的所述空心中心内,并延伸到所述间隙中;
接地探头,它平行于但偏离所述空心中心的中心轴,并所述非导体衬套把它和所述外导体外壳分开;
当将所述连接器接口连接到所述无线通信装置时,所述外导体外壳接触安装在所述无线通信装置上的天线连接器,并且所述接地探头穿过所述天线连接器中的开口,将所述接地探头电气地耦合到所述无线通信装置中的地电位。
2.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,还包括:
印制电路板,在所述印制电路板上安装外导体外壳;
信号印制线,它与所述外导体外壳电气连接,并且被印制在所述印制电路板上;
接地印制线,它与所述接地探头电气连接,并被印制在所述印制电路板上;以及
同轴-印制电路板连接器,将它固定在所述印制电路板上,并与所述信号印制线和所述接地印制线电气耦合。
3.如权利要求2所述的连接器接口,其特征在于,所述外导体外壳还包括法兰,所述法兰延伸超过所述空心中心,并且接触一部分所述印制电路板,而且一部分所述接地探头从所述空心中心延伸,以从所述法兰接触在所述印制电路板反面的所述印制电路板。
4.如权利要求3所述的连接器接口,其特征在于,分开所述法兰和所述接地探头部分的距离等于所述印制电路板的厚度。
5.如权利要求4所述的连接器接口,其特征在于,所述接地探头具有矩形横截面。
6.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,所述外导体外壳的横截面是半圆形。
7.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,在所述外导体外壳之所述横截面中的所述间隙对应于在所述天线连接器的有螺纹的导体部分的间隙,致使当将所述连接器接口连接到所述无线通信装置时,所述接地探头穿过位于所述天线连接器之所述有螺纹的导体部分上的间隙。
8.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,所述非导体衬套由电解质材料制成,并为所述天线连接器和所述外导体外壳之间所载信号提供匹配阻抗。
9.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,所述接地探头是弹性安装的。
10.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,所述非导体衬套至少部分地沿一部分所述接地探头的长度延伸,所述接地探头超过所述空心中心而延伸,以与所述无线通信装置内的所述地电位耦合。
11.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,所述地电位是放置在所述无线通信装置之外罩内的电路板上的裸露地电位。
12.如权利要求2所述的连接器接口,其特征在于,所述地电位是所述所述无线通信装置之外罩内的固定机构的导体部分。
13.如权利要求1所述的连接器接口,其特征在于,所述标准的同轴-印制电路板连接器是SMA-PCB连接器。
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