CN1390374A - 用于减少消极互调影响的射频连接器 - Google Patents

Abstract

一种用于把射频能量耦合进或出天线(34、36)的射频连接器(10),包括一接地件(14),其电容地和导电地耦合到所述天线装置内的接地结构(18)。该连接器规定射频信号的多数流量通过该连接器的电容接地连接线(14)而不通过导电接地连接线(18)。该天线内的直流和其它低频信号具有一经过该导电接地连接线的直接接地路径。由于RF信号流经该电容接地连接线(14),消极的互调产物明显减少。

Description

用于减少消极互调影响的射频连接器

技术领域

本发明总体上涉及天线系统，尤其是涉及用于把能量从外部传输线结构耦合进或出天线装置或类似物的方法。

背景技术

众所周知电子线路系统中的金属对金属连接点有时产生二极管连接点效应(“diode junction effect”)，其导致非线性电压-电流特性。已经知道流经这种非线性连接点的射频(RF)信号产生互调产物，互调产物具有不同于原始RF信号的频率。这种频率影响称为消极互调(或PIM)。在下面系统中有时这些消极互调产物把它们自己表现为相对强的干扰信号，该信号危害系统性能。至少，这些产物可以使得难于满足用于假信号级别的系统规范。所以，可能产生这样非线性影响的连接通常应该避免。

因此，在射频系统中需要一种线路结构，其在RF信号流动路径中避免使用金属-对-金属连接点。

附图说明

图1图解了根据本发明一个实施例的一种连接器的侧视图，该连接器用于把RF能量耦合进/出电路盒；

图2是图1连接器的正视图；

图3是图1盒中的天线线路的顶视图，其耦合到本发明一个实施例中的连接器上；

图4是图解了本发明的更详细的连接器布置的侧剖面图；

图5是图解了根据本发明的另一个实施例的一种连接器的侧视图，该连接器用于把RF能量耦合进/出电路盒；

具体实施方式

本发明涉及一种连接器结构，其用于把射频(RF)能量传递进/出RF电路模块。该连接器结构利用电容耦合来给该模块提供RF接地连接线，由此在RF信号接地线路中避免了金属-对-金属接触。该连接器也提供直流(DC)接地连接线，其用于给DC或其它低频信号分量提供信号流动路径。该连接器设计成这样，使得流经该连接器接地连接线的多数RF信号能量流经所述电容耦合而相对少的流经DC短路。因此，在DC短路的金属-对-金属接触点中产生消极互调产物的概率明显地降低。本发明的连接器结构在包含相对高的RF信号电流级别的应用中特别有益，例如用在由高输出功率放大电路馈送的发射天线中。

图1图解了根据本发明一个实施例的连接器10的侧视图。连接器10是工作的，其用于在电路盒16中的线路(未示)和位于电路盒16外面的同轴电缆22之间耦合RF能量。在优选实施例中，电路盒16中的线路包括一个或更多的天线元件，天线元件用于与远程实体进行无线通信。可以领会此处使用的术语“盒”(‘housing’)可以适用于底板结构或底盘，线路系统可以建在其上，且该“盒”并不局限于掩盖或包装内部线路系统的结构。如图解所示，连接器10包括一导电同轴过渡段12，在这里同轴电缆22可以连接到连接器10上。在所示的实施例中，导电同轴过渡段12包括螺纹部分，同轴电缆22上的连接件24可以连接在该螺纹部分上。

正如本领域技术人员公知那样，同轴电缆是具有中心导体的传输线结构，该中心导体可由一种绝缘材料包围，而该绝缘材料由一种或多种同轴布置的外部导体或屏蔽包围。该屏蔽可以或可以不由一种保护绝缘外套包围。除了帮助射频能量流经电缆之外，该屏蔽通常起电缆接地的作用。也就是，该屏蔽通常至少在电缆的一端连接到系统接地线(典型的是地面接地线)。连接到连接器10的导电同轴过渡段12上的电缆连接件24的部分与同轴电缆22的屏蔽导电地耦合。因此，当电缆22连接到同轴过渡段12时，同轴过渡段12通过同轴电缆22接地到系统地线上。

如图1所示，连接器10包括一个相对大的法兰14，法兰14最好是与同轴过渡段12做为一体。同轴过渡段12和法兰14都用导电材料做成，最好是一种具有良好导电性能的金属。在优选实施例中，例如使用镀白青铜的黄铜，虽然在选择中可以使用许多不同金属或合金。因为同轴过渡段12和法兰14是导电地相互耦合，当电缆22连接到连接器10上时，法兰14将通过同轴电缆22也接地到系统接地线上。

使用一个或多个紧固件26，连接器10的法兰14连接到电路盒16上。在所示实施例中，紧固件26包括多个螺钉，这些螺钉穿过法兰14和盒16上相应的孔并与盒16内侧上的螺母固定。因为通过螺钉的导电连接是不想要的，使用非导电螺钉或导电螺钉与例如非导电衬套或垫圈一起使用来把连接器10连接到盒16。正如可以领会的那样，可以使用许多种选择的非导电固定方法中任何一种来把连接器10固定在盒16上，包括使用卡子、粘合剂，和/或卡扣式紧固件。

在所示的实施例中，盒16包括一导电接地平面结构18，其通过绝缘层20与法兰14分隔开。因此，在法兰14和接地平面18之间形成一电容。该电容值设计为这样，使得在有意义的频率范围内(例如内部线路系统的工作的频率范围)，连接出现短路(也就是非常低的阻抗)。接地平面18是盒16中整个接地结构的一部分，盒16中所有需要接地的线路系统都使用该接地结构。因此，在有意义的频率范围内，法兰14和连接器10的同轴过渡段12与电路盒16中的电路接地线紧紧地电容耦合。

正如图1中图解的那样，接地平面18也可以通过结构上地支撑连接器10来执行一个结构功能。也就是，接地平面18可以是承载线路系统的金属电路盒或底盘的壁或底板的一部分。

绝缘层20可以以许多不同方式中任何一种插入法兰14和接地平面18之间。例如在一种方法中，在连接器法兰14连接到接地平面18上之前，把绝缘片(例如绝缘带)粘合在接地平面18的外表面。在另一种方法中，在法兰14连接之前，把绝缘层生成、沉积或涂在接地平面18的外表面。作为选择，可以把绝缘材料粘合、生成、沉积或涂在法兰14本身上。在另外一种方法中，在法兰14和接地平面18之间使用绝缘衬垫。因为在法兰14和接地平面18之间需要预定的最小电容值，绝缘层20的厚度和介电常数必须相对得到控制。另外，法兰14的表面积必须相对精确。

连接器10也包括一中心导体，其用于把RF能量从同轴电缆22的中心导体耦合到电路盒16中的线路系统。图2是连接器10的正视图，其表示了连接器10中的中心导体28。中心导体28通过连接器10中的绝缘嵌入物32定在中心并固定在连接器10中。当把电缆连接件24连接到连接器10的同轴过渡段12上时，电缆连接件24中的中心导体插头(未示)插入到中心导体28上的弹性导电部件的环30的中心，中心导体28握住该插头来提供导电连接。

如图1所示，连接器10的中心导体28和绝缘嵌入物32延伸出连接器10的法兰14并进入到电路盒16。在所示实施例中，中心导体28导电地与盒16中传输线结构的导体34、36耦合。图3是盒16内侧上线路系统的顶视图(对应于图1中的观察方向A)，其表示本发明一个实施例中具有导体34和36的传输线结构的连接。如图解所示，每个导体34、36馈给相应的一对储气搭板天线部件(air loaded patch antennaelement)50、52，它们每个都使用绝缘垫片(未示)悬置在接地平面18上方。连接器10的中心导体28包括一横杆部件44，其导电地连接(例如焊接)到每个传输线导体34、36的端部48。在选择的实施例中，横杆部件44电容地与传输线中心导体34、36耦合来在导体信号流动线路中避免金属-对-金属连接点。也就是，把绝缘层插入到每个导体34、36和横杆部件44之间来在部件间提供预定的电容值。在一个实施例中，使用收缩外套管或类似物把电容耦合的导体34、36和横杆部件44保持在一起。

因为连接器10的接地部分电容地耦合到接地平面18上，在经过可能产生消极互调影响的连接器10的RF接地线路中没有金属-对-金属接点。在本发明的构思中，可以领会，因为构成RF接地线路的结构通常暴露给环境因素(例如下雨、湿度、风等)比中心导体的程度更大，进入或从电路盒出来的RF接地线路比中心导体线路通常更可能地产生PIM影响。已经知道这些环境因素在金属-对-金属接头区域里导致PIM发生率增加。然而，连接器10的法兰14和盒16中的接地结构之间缺少导电连接导致一种情形，在该情形中在盒16中没有接地回路，通过该接地回路DC或其它低频电流可能流向地面接地线。当在线路系统中聚集大量的没有地方可去的电荷时，例如在雷电暴风雨期间在外部安装的天线电路中形成的电荷，这可能导致电弧(arching)和其它问题。因此，根据本发明的一个方面，用一短路部件40(看图1)来在连接器屏蔽(也就是系统接地)和盒16中的接地结构之间提供DC电流路径。

根据本发明，短路部件40的尺寸和位置设计为这样，以便使得在正常的运行期间流经连接器10的接地连接线的RF能量中很少一部分将流经短路部件40。也就是，短路部件40设计成这样，以致在有意义的频率范围内RF信号通过电容器接点经受的阻抗比通过短路部件40所经受的阻抗小得多，因此主要流经电容器连接点。因为RF信号主要流经电容器，在经过短路部件40流动线路中的局部金属-对-金属接触接点中，PIM产生出现的机会非常小。因此，避免了PIM问题尽管在连接器屏蔽和接地平面18之间存在金属-对-金属接点。

在优选实施例中，短路部件40由刚性金属栓柱构成，其整体连接到连接器法兰14上。当安装连接器10时，短路栓柱穿过盒16中的孔，然后导电地固定到接地平面18上。在一种方法中，短路栓柱包括一个螺纹端部而且一个螺母被用来把该栓柱固定到接地平面18。在其它方法中，把短路栓柱焊接、软焊接或使用例如导电树脂胶合到接地平面18。该短路栓柱最好是一相对窄的部件，其具有高电感，由此栓柱的阻抗在工作频率范围内比电容器的阻抗大许多(例如大于5倍)。但短路栓柱的厚度应足够大，以便能安全和可靠地承载可能出现在电路中的最坏情形下DC和低频率电流级别。短路栓柱最好位于尽可能远离法兰14上的导电同轴过渡段12处。这是因为在高功率馈送运行中，高RF电流将通常在法兰14上从同轴过渡段12向外辐射，而这些RF电流值通常是在法兰14的远边部比靠近栓柱12处的小。因此，在法兰14远边部附近的短路栓柱的位置将减少高RF电流流经短路栓柱的可能性。

短路部件40可采用不同于上述的刚性栓柱的形式。事实上，可以使用任何形式的短路部件，该短路部件将为盒内的低频信号提供接地路径，而且使大多数RF信号电流流经连接器10的电容连接点。在这方面，可以用导线、镀金属的通孔、导电棒、片或箔和其它选择结构来提供短路。短路部件40可以连接到连接器10的任何接地部分而不局限于连接到法兰14。另外，短路部件40可以连接到盒16内的接地结构的任何部分而不局限于连接到形成与连接器10的电容连接的接地平面18的部分上。

图4是连接器布置90的侧剖面图，其类似于图1中图解的布置。连接器90包括螺纹同轴过渡段92和整体法兰94。法兰94通过绝缘层98电容地耦合到接地平面96，接地平面96是天线盒100的一部分。法兰94上的导电短路栓柱102突出穿过接地平面96而不与接地平面导电接触。然后用接地带104把短路栓柱102导电地连接到盒100内的接地平面96(通过终端栓柱106)。接地带104用于在DC接地线路中取得必要数量的电感来确保RF电流将流经电容连接点而不流经DC接地线路。如前面所述，连接器90的中心导体导电地耦合到天线盒内的传输结构上，中心导体馈给一个或多个位于盒内的天线部件108。天线罩110也用于保护天线线路系统不受外部环境的损坏。

图5是根据本发明另一个实施例的连接器60的侧视图。连接器60也使用电容耦合来提供RF接地连接，但是该电容耦合不使用连接器60的法兰62作为电容器的一个极板。作为代替，用一对法兰扩展器64、66来形成需要的电容，法兰扩展器导电地连接到(最好与法兰62为一个整体)法兰62。当安装连接器60时，每个法兰扩展器64、66包括一水平延伸部件68、70，水平延伸部件延伸进相应的电路盒(未示)。每个水平延伸部件68、70通过各自的绝缘层76、78与相应的接地平面72、74分隔开。这样，法兰62与接地平面72、74电容地耦合。如前述实施例，接地连接的电容值被选定为使得在相应的线路系统的工作频率范围内出现一个几乎短路的电路。因此，设计绝缘层76、78的厚度和介电常数和水平延伸部件68、70与相应的接地平面72、74的重叠面积来取得想要的电容值。

另外，如前述实施例，短路部件80用于提供通过连接器60的DC接地线路。在图解实施例中，螺钉和螺母用来把每个水平延伸部件68、70短路连接到相应的接地平面72、74。正如所领会的，也可以使用许多选择的短路技术中的任何一个，例如前面讨论的。类似于前述实施例，短路部件80尽可能地靠近每个水平延伸部件68、70的远边部，来避开最大RF电流区域。工作频率带内的短路连接的阻抗也应该显著地高于相同频率带内的电容连接点的阻抗。如图5所示，连接器60的中心导体82电容地耦合到传输线中心导体84，中心导体84引到盒内相应线路系统的输入端口(未示)。在选择的实施例中，连接器中心导体82导电地连接到传输线中心导体84。

虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，如本领域技术人员可以理解的，可以采用不背离本发明的精神和范围的改进和变化。应认为这种修改和变化在本发明和附属的权利要求的权限和范围内。

Claims (19)

1.一种天线装置，包含：

一盒，其具有一位于其中的接地平面；

至少一个位于所述盒中的天线部件，所述至少一个天线部件能够与外部环境进行无线通讯；

一个与所述盒机械地耦合的输入/输出连接器，其用于把电磁能耦合进或出所述天线装置，所述输入/输出连接器具有把外部信号传输结构连接到所述天线装置的部件；以及

一传输线，其用于在所述输入/输出连接器和所述至少一个天线部件之间传送电磁能；

其中所述输入/输出连接器包括一导电接地部件，在所述至少一个天线部件的工作的电磁频率范围内，导电接地部件主要与所述盒中的所述接地平面电容地耦合，所述导电接地部件还与所述盒中的所述接地平面导电地耦合，以便为所述导电接地部件和所述接地平面之间的直流(DC)信号提供流动路径。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器的所述导电接地部件包括一个连接器法兰，连接器法兰与所述盒机械地耦合。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器的所述法兰通过一绝缘层与所述接地平面分隔开，用于在所述法兰与所述接地平面之间提供电容，所述电容对于所述至少一个天线部件的所述工作的电磁频率范围内的信号表现出相对低的电抗值。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器的所述导电接地部件包括一导电短路部件，该导电短路部件与所述接地平面导电地耦合。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于：

所述导电短路部件与所述输入/输出连接器的所述导电接地部件整体地连接。

6.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器包括一导电同轴过渡段，导电同轴过渡段用于把外部同轴电缆连接到所述输入/输出连接器，以及一个导电法兰部件，导电法兰部件用于把所述输入/输出连接器连接到所述盒，所述导电同轴过渡段位于所述导电法兰部件上并与其导电地耦合，其中所述导电短路部件在一点上连接到所述导电法兰部件，该点与所述导电法兰部件的外边的距离比其与所述的导电同轴过渡段的距离近。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器的所述导电接地部件和所述接地平面之间的所述导电耦合，对于所述至少一个天线部件的所述工作电磁频率范围内的信号来说表现为第一电抗值，而所述输入/输出连接器的所述导电接地部件和所述接地平面之间的所述电容耦合，对于所述工作电磁频率范围内的信号来说表现为第二电抗值，其中所述第一电抗值显著地大于所述第二电抗值。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于：

所述第一电抗值至少比所述第二电抗值大五倍。

9.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器包括一个中心导体，该中心导体用于把电磁能耦合进或出所述天线装置，其中所述输入/输出连接器的所述中心导体与所述传输线的中心导体电容地耦合。

10.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

所述输入/输出连接器包括一个中心导体，该中心导体用于把电磁能耦合进或出所述天线装置，其中所述输入/输出连接器的所述中心导体与所述传输线的中心导体导电地耦合。

11.一种连接器，其用于在天线盒内的天线部件和外部电缆之间耦合电磁能，包含：

一导电同轴过渡段，其用于把外部电缆连接到所述连接器，当外部电缆连接到所述连接器上时，其在所述连接器和外部电缆之间提供接地连接；

一导电平面，其与所述同轴过渡段导电地耦合，所述导电平面具有一表面区域，该表面区域用于与第二导电平面形成一电容，所述第二导电平面是天线盒接地结构的一部分，在天线盒内的天线部件的工作频率范围内，所述电容提供相对低的阻抗值，以在所述连接器的所述导电同轴过渡段和天线盒内的所述接地结构之间提供电容耦合；以及

一导电短路部件，其与所述导电同轴过渡段导电地耦合，用于在所述导电同轴过渡段和天线盒内的所述接地结构之间提供导电路径。

12.根据权利要求11所述的连接器，其特征在于：

所述导电同轴过渡段包括螺纹，该螺纹用于与所述电缆的电缆连接件上相应的螺纹接合。

13.根据权利要求11所述的连接器，其特征在于：

所述导电平面是所述连接器上的法兰的一部分，所述法兰包括用于把所述连接件机械地耦合到天线盒上的部件。

14.一种天线单元，包含：

一具有内部接地结构的盒；

至少一个天线部件位于所述盒内部，所述至少一个天线部件包括一信号端口用于把电磁信号传递到或传出所述至少一个天线部件，所述至少一个天线部件具有预定的工作频率范围；

用于把位于所述盒外部的电缆的接地部件电容地耦合到所述盒的所述内部接地结构的部件；和

用于把所述电缆的所述接地部件导电地耦合到所述盒的所述内部接地结构的部件；

其中在所述预定频率范围内，在所述电缆的所述接地部件和所述内部接地结构之间流动的信号将主要地流经所述电容耦合部件。

15.根据权利要求14所述的天线单元，其特征在于：

所述用于电容耦合的部件包括一连接到所述盒的输入/输出连接器，所述输入/输出连接器具有一导电平面，该导电平面形成电容器的一个电极，该电容器把所述输入/输出连接器耦合到所述盒的所述内部接地结构，所述输入/输出连接器还包括把所述电缆的接地部件连接到所述输入/输出连接器的部件，其中所述用于连接的部件与所述导电平面导电地耦合。

16.根据权利要求15所述的天线单元，其特征在于：

所述导电平面是所述输入/输出连接器的法兰的一部分，所述法兰机械地耦合到所述盒。

17.根据权利要求15所述的天线单元，其特征在于：

所述用于导电耦合的部件包括一导电部件，该导电部件从所述导电平面向外凸出且导电地耦合到所述导电平面。

18.根据权利要求14所述的天线单元，其特征在于进一步包含：

把所述电缆的中心导体电容地耦合到所述至少一个天线部件的所述信号端口的部件。

19.根据权利要求14所述的天线单元，其特征在于进一步包含：

把所述电缆的中心导体导电地耦合到所述至少一个天线部件的所述信号端口的部件。

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