CN1985407A - 用于半刚性同轴电缆的恒阻抗插塞接头 - Google Patents

Abstract

一种接头或第一插头(100)被提供用来接纳配合插头或第二插头(10)，从而形成恒阻抗连接。第一插头(10)的中心导体(16)被支承以提高结构上的完整性，其中帽(32)连接在伸出该插头的外导体部分(24)的中心导体(16)的一部分上。恒阻抗接头是由两个部分或完全接合的插头(30)构成的。配合插头(10)具有突出于内导体(22)的外导体(34)，并制成接纳接头或第一插头(100)的部分。一旦接合，接头和配合插头(10)就具有满足内导体帽外径(34)、外导体内径(22)以及介电常数之间关系的阻抗等式的配合尺寸。

Description

用于半刚性同轴电缆的恒阻抗插塞接头

技术领域

本发明涉及传输线接头，具体而言，涉及用于半刚性同轴电缆的接头，更具体而言，涉及这样的接头，即，其具有内导体支承件并能给信号通路提供恒阻抗连接，包括在接头仅部分接合的时候。

背景技术

接头将传输线的各导体与设备或其它电缆连接。同轴电缆接头在同轴电缆的导电体之间提供了导电接触；其中，接合处属于可通过在每个导体上重复装卸触点支承结构而容易构造和破裂的类型。

接头通常包括小的突出的凸形中心导体和相应的以机械和电的方式被制成接纳凸形部分的凹形中心导体。

接头的中心导体部分非常脆弱，容易受损。中心导体部分例如会在接头在连接过程中不对准时受损。这可能发生在“无间隙配合”连接、远程连接以及快速连接/脱开的应用场合中。通常，中心导体是由有限直径的可弯曲铜线制成的，很少有或没有机械支承来抵抗弯曲或其它作用力。在典型的同轴接头中，中心导体的凸形部分突出并从外导体上伸出以插入凹形部分中。因此，同轴电缆接头的中心导体端头露出且易受插入过程中操纵和变形的损害。

如上所述的同轴电缆或接头具有由电缆或接头结构的几何形状和导体之间相应的介电材料决定的特性阻抗。特性阻抗可由下面的公式表示：

Z＝138(ε)^-1/2log(D/d)，

其中，

Z是传输线的阻抗；

D是外导体的内径；

d是内导体的外径；

ε是相对介电常数。

重要的是，接头还必须具有同一阻抗。否则的话，由于阻抗失配，信号中断和反射就会降低信号质量。在信号频率大约为1千兆赫或更高的应用场合中，在较高频率状态下，这尤其显得真实。

尽管现有技术已试图以多种方式最大程度地减少接头中通常出现的阻抗失配，但却未给出教导或建议来在接头接合的整个过程中保持阻抗恒定的同时加强可弯曲的中心导体或给中心导体提供任何形式的结构支承。

发明内容

因此，考虑到现有技术中的这些问题和缺陷，本发明的一个目的在于，提供一种恒阻抗接头，其可在接头部分或全部接合时维持恒阻抗，同时在中心导体上采用支承结构。

本发明的另一个目的在于，提供一种同轴接头中心导体，其不容易在对准或无间隙连接过程中弯曲或变形，并在与相应的内接头配合时维持恒阻抗。

本发明的其它目的和优点将部分地显而易见并将部分地从说明书中明显看出。

本发明实现了上述和其它本领域的技术人员会明显看出的目的，本发明涉及一种具有自由端和固定端的电接头插座，包括：具有外径和自由端的同轴电缆的内导体，同轴电缆的外导体具有内径和自由端，内导体与外导体同轴，内外导体自由端与接头插座自由端一致，内导体自由端突出于外导体自由端；可连接到同轴电缆上的固定端，同轴电缆在内导体与外导体之间具有介电隔片，并一直延伸到外导体自由端；基本上覆盖突出于外导体自由端的内导体自由端的导电帽，帽与内导体同轴，基本上为圆柱形，且具有基本等于内导体外径的内径和略大于内导体外径的外径；接头插座与一同轴配合插头接合和电连接，同轴配合插头具有相应的内外导体以及至少位于其间的介电隔片；其中，这样成形接头插座和配合插头的内外导体并选择介电隔片的材料，即，当接头插座与配合插头接合时，沿着接合连接部的中心轴线，由“d”表示的内导体的有效外径、由“D”表示的外导体的有效内径以及由ε表示的其间的介质的相对介电常数满足等式：Z＝138(ε)^-1/2log(D/d)，其中，“Z”是阻抗，阻抗在接合连接部的整个中心轴线上基本恒定。

在第二方面，本发明涉及一种同轴电接头，包括：第一插头，其包括：第一插头自由端、第一插头固定端、具有外径和自由端的第一同轴电缆的第一插头内导体，以及具有内径和自由端的第一同轴电缆的第一插头外导体，第一插头内导体与第一插头外导体同轴，第一插头内导体自由端与第一插头自由端一致，第一插头内导体自由端突出于第一插头外导体自由端；第二插头，其包括：第二插头自由端、第二插头固定端、具有外径和自由端的第二同轴电缆的第二插头内导体，以及具有内径和自由端的第二同轴电缆的第二插头外导体，第二插头内导体与第二插头外导体同轴，第二插头外导体自由端与第二插头自由端一致，第二插头外导体自由端突出于第二插头内导体自由端；插塞形盖，其包括：基本上覆盖突出于外导体自由端的第一插头内导体自由端的导电盖，盖与第一插头内导体同轴，基本上为圆柱，且具有等于第一插头内导体外径的内径和略大于第一插头内导体外径的外径；其中，固定端的每个适于连接到在内导体和外导体之间具有电介质的同轴电缆上；突出于第一插头外导体自由端的第一插头内导体自由端与第二插头内导体自由端连接，且突出于第二插头内导体自由端的第二插头外导体自由端与第一插头外导体自由端连接，于是接头就在插头被电连接且至少部分被接合时形成重叠区；第一插头与第二插头接合并连接，以形成经过插头和重叠区的连续信号通路，由此信号阻抗“Z”贯穿包括在重叠区内的接头保持基本恒定，重叠区形成信号通路的一部分。

在第三方面，本发明涉及一种形成信号通路的电接头插头，接头插头具有自由端和固定端，包括：具有外径和自由端的内导体、具有内径和自由端的外导体，内导体与外导体同轴，内导体自由端与接头插头自由端一致，内导体自由端突出于外导体自由端；位于内外导体之间且具有介电常数的介电隔片；可连接到同轴电缆上的固定端；基本上覆盖突出于外导体自由端的内导体自由端的导电帽，帽与内导体同轴，基本上为圆柱，且具有基本等于内导体外径的内径和大于内导体外径的外径；接头插头适于与同轴配合插头接合和电连接，同轴配合插头具有相应的内外导体和位于其间的具有介电常数的介电隔片；其中，接头插头突出导体的自由端和帽适于与配合插头突出导体的自由端重叠，从而在插头被电连接且至少部分被接合时形成重叠区；在整个信号通路上，这样设定外导体内径与内导体外径所成的比和介电常数，即，使得阻抗在接头插头的整个中心轴线上基本恒定。

在第四方面，本发明涉及一种具有自由端和固定端的同轴电接头插头，包括：具有内径D₁的外导体；具有外径d₁的内导体；内导体在接头插头的自由端伸出外导体的一部分；伸出外导体的内导体部分上的导电帽，帽具有外径d₃；其中，接头插头适于与一配合插头连接，配合插头具有外径为d₂的内导体、内径为D₂的外导体以及伸出于内导体的外导体的一部分，部分外导体具有内径D₃；使得在接头插头至少部分地与配合插头接合时，直径所成的比：D₁/d₁、D₂/d₂和D₃/d₃基本相等。

附图说明

本发明被认为是新颖的特征和本发明的元件特性在随附权利要求中详细地阐述。附图仅出于图示的目的示出且未按比例绘制。不过，就机构和操作方法而言，本发明自身可通过参照下面结合附图给出的详细说明得到最好的理解，其中：

图1示出了本发明凸形插头(male connector plug)的横剖图；

图2示出了与本发明的凸形插头配合的凹形插头(femaleconnector plug)的横剖图；

图3示出了整体具有恒定介电常数的部分接合的接头的横剖图。

具体实施方式

在描述本发明的优选实施例时，在此参照附图1-3，图中相同的标号表示本发明相同的结构元件。

根据本发明，一插头被设置用于恒阻抗接头，并用于与第二插头配合。重要的是，插头的中心导体被支承以提高结构的完整性。恒阻抗接头是由两个配合的插头构成的。通常称作凸形插头的第一插头具有内导体，其突出于外导体。通常称作凹形插头的第二插头具有外导体，其突出于内导体外并被制成接纳凸形插头部分。

每个插头都装有内导体、外导体以及置于其间的介电隔片。图1示出了本发明凸形插头10的横剖图。半刚性同轴电缆12在凸形插头的固定端14处连接。同轴电缆12包括内导体或中心导体16、介电隔片18以及外导体20。内导体16具有外径22和自由端24。自由端24伸出于外导体20。外导体20具有内径26和自由端28。内导体与外导体同轴。内导体自由端24被示出突出于外导体自由端28外。所述端部随后可被略微压缩以与配合的外导体的自由端电接触。外导体20在实体上与导电弹簧夹30电连接。弹簧夹被制成以形成与凹形配合插头的外导体电接触，该凹形配合插头的外导体会在凸形插头的外导体上滑动并与之电接触。在至少一个实施例中，电缆的介电绝缘延伸至弹簧夹的端头处的平面42。在其它实施例中，绝缘可能延伸得不这样远。在由弹簧夹30的平面42的相对侧，导电帽或插塞32基本上覆盖突出于外导体自由端外的内导体自由端24。帽与内导体同轴，基本上为圆柱形，且其内径基本上等于内导体外径22，而其外径34略大于内导体外径。与教导阶形圆柱状段的现有技术不同，帽或插塞32的外径34在整个帽长度上基本恒定。微小的弯曲度形成在端头36处，但并未以任何方式影响接头的阻抗，因为弯曲部分被制成由凹形插头的内导体完全包围。所述帽给中心导体提供了结构上的完整性，并提供与凹形插头内导体的电接触。对于贯穿整个接头的信号，帽的恒定直径便利于恒定的特性阻抗。

此外，由于电缆12直接插在插头中并且不在插头的后端或固定端14处终止或分开，则在它横穿插头后端时没有信号的阻抗失配。

凸形插头10被构造成与凹形插头相配合，该凹形插头经由相应的导向件与具有相应内导体和外导体的同轴电缆可相连接。可由塑料制成但不一定由塑料制成的圆形体38连接在凸形插头的固定端、主要用于引导和将凸形插头和凹形插头固定在一起。在连接时，导向件还保护电连接免受外力和环境因素的影响。导向件可以是多导向单元的一体部分。凸形插头和凹形插头的内导体和外导体具有预定形状，并且这样选择同轴电缆电介质的材料，即，当凸形插头与凹形插头接合时，沿着被接合连接部的中心轴线40，由“d”表示的内导体的有效外径、由“D”表示的外导体的有效内径以及其间由“ε”表示的介质的相对介电常数满足等式：

Z＝138(ε)^-1/2log(D/d)

其中，“Z”为阻抗。几何形状的确定和介电材料的选择是这样的，即，沿着接头中心轴线的任何地方，阻抗基本上都是恒定的。

重要的是，帽的增加改变了插头的几何形状，使得就确保整个接头的恒阻抗。凹形插头必须具有内径足够达到包围凸形插头帽32外径的内导体。凹形插头还必须具有在它与凸形插头的内导体上的插塞帽(bullet cap)接合时维持阻抗等式的外导体直径和相应的介电部分。

帽32是由从结构上比中心导体的导电材料(conductive material)还更强且更稳固地承受弯曲和压缩力的导电材料制成的。优选的是，帽是由镀有比如金的高传导非氧化性材料的结构制成的。帽可通过焊接、压配合或其它在连接之后实现并维持中心导体传导性的非破坏性方式而被连接。将连接部分设计成低损耗的阻抗界面。帽端头36在长度上明显小于延伸于并覆盖中心导体的突出部分24的帽的长度。端头呈圆形或插塞形。它适于容易地插入配合凹形插头的中空内导体圆筒内。

在本设计中，电信号通过由内导体插塞帽与凹形插头的配合插座上的外导体限定的两个接头半部之间接头的重叠区。为了以高频率实现理想的恒阻抗和正确的操作，内导体和外导体的直径在重叠区内改变以补偿通过插塞帽在内导体上形成的被伸展直径。弹簧夹接触凹形插头的外导体以形成连续的外导体连接。插塞帽起到改变内导体直径的作用，内导体的直径进一步通过凹形插头的介电隔片和外导体补偿以满足阻抗等式。

图2示出了用于与凸形插头10配合的凹形插头100的横剖图。正如在凸形插头的结构中一样，凹形插头的内导体和外导体的长度不等。不过，在凹形插头中，外导体较长并突出于内导体外。配合凹形插头100被示出具有三个各自具有不同外径的内导体区域102a-c、具有可保持恒定的内径的外导体104以及置于其间优选位于位置106b处的至少一个介电隔片106。内导体102c被制成接纳凸形插头的插塞帽。内导体102c的内径108至少像插塞帽的外径34一样大。同样，外导体104的内径至少像凸形插头的外导体的外径一样大。外导体104在凸形插头的弹簧夹上滑动并压制该弹簧夹以形成低损耗的接触。介电隔片106b的内外尺寸和每个所示区域内的相关导体直径被调节，以在信号在接头的长度上从一个区域通行到另一个区域时维持恒阻抗。对于介电材料而言，为了维持恒阻抗，每个区域外径与内径所成的比率必须保持恒定。为了改变电介质，例如从一种电介质变到另一种，必须满足下列等式：

(ε₂)^-1/2log(D₂/d₂)＝(ε₁)^-1/2log(D₁/d₁)

其中，ε₁和ε₂分别是介质1和2的相对介电常数。

当信号通过每个区域时，只要维持上述等式，信号就会传播通过恒定和相等阻抗的介质，就像它在同轴电缆自身中那样。

重要的是，在区域102c中，内导体具有容纳插塞帽外径的内径。在这种情况下，容纳意味着直径被调节以维持阻抗等式。在连接过程中，插塞帽插入内导体102c内并可滑动地与之接触。外导体的内径被调节以满足上述表达式。

当形成电连接时，产生一个重叠区，由凸形插头内导体的放大突出部分(其是插塞帽区域)、缩短的外导体(与凹形插头的延长伸展的外导体部分一致)以及相应的介电隔片限定。当接头从部分接合滑到完全接合时，重叠区尺寸减小，此刻凹形配合插头的外导体滑过凸形插头的外导体。

凹形插头可在与供PC板设计使用的印刷电路板可安装组件中制造。

当介电常数全部相同时，仅需直径所成的比率来维持阻抗等式。例如，图3示出了整个具有恒定介电常数的部分接合的接头。同轴电接头插座300被示出具有自由端302和固定端304。所述插座包括具有内径D₁的外导体306和具有外径d₁的内导体308。内导体308的一部分310被示出在接头插座的自由端302处伸出于外导体306。内导体部分310上的导电帽(conductive cap)312伸出于外导体306。帽312具有外径d₃。接头插座300适于与配合插头320连接，该配合插头320具有带有外径为d₂的内导体322、内径为D₂的外导体324以及伸出内导体322之外的外导体324的部分326。外导体的伸出部分326具有内径D₃。重要的是，当接头插座至少与配合插头部分接合时，直径所成的比率：D₁/d₁、D₂/d₂和D₃/d₃满足等式：D₁/d₁＝D₂/d₂＝D₃/d₃。这确保了在每个界面处的阻抗失配忽略不计。

虽然本发明已结合具体优选实施例作了特定描述，但对于本领域的技术人员显而易见的是，可根据上述说明做出许多替换、改型和变化。因此，设想随附权利要求将包含任何落在本发明真实范围和精髓内的此类替换、改型和变化。

Claims (15)

1、一种具有自由端和固定端的电接头插座，包括：

具有外径和自由端的同轴电缆的内导体，所述同轴电缆的外导体具有内径和自由端，所述内导体与所述外导体同轴，所述内导体和外导体的自由端与所述接头插座的自由端一致，所述内导体的自由端突出于所述外导体的自由端；

可连接到所述同轴电缆上的所述固定端，所述同轴电缆在所述内导体与所述外导体之间具有介电隔片，且固定端延伸直到所述外导体的自由端；

基本上覆盖突出于所述外导体的自由端外的所述内导体的自由端的导电帽，所述帽与所述内导体同轴，基本上为圆柱形，且具有基本等于所述内导体的外径的内径和略大于所述内导体的外径的外径；

所述接头插座与一同轴配合插头接合和电连接，所述同轴配合插头具有相应的内导体和外导体以及至少位于其间的介电隔片；

其中，这样成形所述接头插座和所述配合插头的内导体和外导体并选择介电隔片的材料，使得当所述接头插座与所述配合插头接合时，沿着接合连接部的中心轴线，由“d”表示的内导体的有效外径、由“D”表示的外导体的有效内径以及由ε表示的该内导体和外导体之间的介质的相对介电常数满足等式：

Z＝138(ε)^-1/2log(D/d)

其中，“Z”是阻抗，阻抗在所述接合连接部的整个中心轴线上基本恒定。

2、如权利要求1所述的接头插座，其中，所述配合插头包括自由端，所述配合插头的内导体适于与具有所述帽的所述接头插座的内导体配合，所述配合插头的外导体适于与所述接头插座的外导体配合，所述配合插头的外导体的自由端突出于所述配合插头的内导体的自由端外。

3、如权利要求2所述的接头插座，其中，具有所述帽的所述接头插座的所述突出导体的所述自由端适于与所述配合插头的所述突出导体的所述自由端重叠，从而在所述插座与所述插头电连接且至少部分接合时形成重叠区。

4、如权利要求3所述的接头插座，其中，所述接头插座与所述配合插头接合并连接，以形成经过所述插座、所述插头以及所述重叠区的连续信号通路，由此所述阻抗“Z”在所述重叠区内保持基本恒定，使所述重叠区形成部分信号通路。

5、如权利要求4所述的接头插座，还包括，当所述插座和所述插头从第一次电连接且部分接合的位置移动到电连接且完全接合的位置时，所述阻抗在所述接合连接部的整个所述中心轴线上保持恒定。

6、如权利要求1所述的接头插座，其中，所述帽是插塞形的，具有圆柱体和型廓上略成尖头的端部，所述圆柱体具有基本恒定的外径。

7、如权利要求6所述的接头插座，其中，所述圆柱体完全包围突出于所述接头插座的外导体的自由端外的所述接头插座的内导体的自由端。

8、一种同轴电接头，包括：

第一插头，其包括：

第一插头自由端、第一插头固定端、具有外径和自由端的第一同轴电缆的第一插头内导体，以及具有内径和自由端的所述第一同轴电缆的第一插头外导体，所述第一插头内导体与所述第一插头外导体同轴，所述第一插头内导体的自由端与所述第一插头的自由端一致，所述第一插头内导体的自由端突出于所述第一插头外导体的自由端；

第二插头，其包括：

第二插头自由端、第二插头固定端、具有外径和自由端的第二同轴电缆的第二插头内导体，以及具有内径和自由端的所述第二同轴电缆的第二插头外导体，所述第二插头内导体与所述第二插头外导体同轴，所述第二插头外导体的自由端与所述第二插头的自由端一致，所述第二插头外导体的自由端突出于所述第二插头内导体的自由端；

插塞形盖，其包括：

基本上覆盖突出于所述外导体的自由端的所述第一插头内导体的自由端的导电盖，所述盖与所述第一插头内导体同轴，基本上为圆柱形，且具有基本等于所述第一插头内导体的外径的内径和略大于所述第一插头内导体的外径的外径；

其中，所述固定端中的每个适于连接到在所述内导体和外导体之间具有电介质的所述同轴电缆上；

突出于所述第一插头外导体的自由端的所述第一插头内导体的自由端与所述第二插头内导体的自由端连接，且突出于所述第二插头内导体的自由端的所述第二插头外导体的自由端与所述第一插头外导体的自由端连接，使得所述接头在所述插头被电连接且至少部分被接合时形成重叠区；

所述第一插头与所述第二插头接合并连接，以形成经过所述插头和所述重叠区的连续信号通路，由此信号阻抗“Z”在整个包括在所述重叠区内的所述接头上保持基本恒定，使所述重叠区形成部分所述信号通路。

9、如权利要求8所述的接头，其中，这样设定所述第二插头外导体的内径与在所述第一插头内导体的突出部分上的所述导电盖的外径的比和所述重叠区的介电常数，即，所述阻抗基本恒定且与所述第一和第二插头中的阻抗基本相同。

10、如权利要求8所述的接头，其中，这样成形所述第一插头的内、外导体、所述第一插头内导体的所述突出部分上的所述导电盖和所述第二插头内外导体并这样选择所述电介质，即，使得当所述第一插头与所述第二插头接合时，沿着接合连接部的中心轴线，由“d”表示的内导体的有效外径、由“D”表示的外导体的有效内径以及其间介质的相对介电常数满足等式：

Z＝138(ε)^-1/2log(D/d)

其中，“Z”是所述信号阻抗，且所述阻抗在所述接合连接部的整个中心轴线上基本恒定。

11、如权利要求8所述的接头，还包括，当所述第一和第二插头位于电连接且部分接合的位置或电连接且完全接合的位置时，所述阻抗在所述接头的整个中心轴线上保持恒定。

12、一种形成信号通路的电接头插头，所述接头插头具有自由端和固定端，包括：

具有外径和自由端的内导体、具有内径和自由端的外导体，所述内导体与所述外导体同轴，所述内导体的自由端与所述接头插头自由端一致，所述内导体的自由端突出于所述外导体的自由端；

位于所述内、外导体之间且具有介电常数的介电隔片；

可连接到同轴电缆上的所述固定端；

基本上覆盖突出于所述外导体的自由端的所述内导体的自由端的导电帽，所述帽与所述内导体同轴，基本上为圆柱形，且具有基本等于所述内导体的外径的内径和大于所述内导体的外径的外径；

所述接头插头适于与同轴配合插头接合和电连接，所述同轴配合插头具有相应的内、外导体和位于其间的具有所述介电常数的介电隔片；

其中，所述接头插头的所述突出导体的所述自由端和所述帽适于与所述配合插头的所述突出导体的所述自由端重叠，从而在所述插头被电连接且至少部分被接合时形成重叠区；

在整个所述信号通路上，这样设定外导体内径与内导体外径的比和所述介电常数，即，使得所述阻抗在所述接头插头的整个中心轴线上基本恒定。

13、如权利要求12所述的接头插头，其中，所述导电帽为插塞形，具有圆柱体和轮廓上略成尖头的端部，所述圆柱体具有基本恒定的外径。

14、如权利要求12所述的接头插头，还包括，这样计算所述比，即，当所述接头插头与所述配合插头接合时，沿着接合连接部的中心轴线，由“d”表示的内导体的有效外径、由“D”表示的外导体的有效内径以及由ε表示的其间介质的相对介电常数满足等式：

Z＝138(ε)^-1/2log(D/d)

其中，“Z”是所述信号阻抗，且所述阻抗在所述接合连接部的整个中心轴线上基本恒定。

15、一种具有自由端和固定端的同轴电接头插头，包括：

具有内径D₁的外导体；

具有外径d₁的内导体；

所述内导体在所述接头插头的自由端处伸出所述外导体的一部分；

伸出所述外导体的所述内导体部分上的导电帽，所述帽具有外径d₃；

其中，所述接头插头适于与一配合插头连接，所述配合插头具有外径为d₂的内导体、内径为D₂的外导体以及伸出于所述内导体的所述外导体的一部分，所述部分外导体具有内径D₃；

使得在所述接头插头至少部分地与所述配合插头接合时，直径所成的比：D₁/d₁、D₂/d₂和D₃/d₃基本相等。

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