DE10328881B3

DE10328881B3 - Kontaktfreier HF-Verbinder

Info

Publication number: DE10328881B3
Application number: DE2003128881
Authority: DE
Inventors: Thomas Haunberger; Manfred Stolle
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: CN2658953Y; TW200501518A

Abstract

Ein verbesserter kontaktfreier HF-Verbinder zeichnet sich u. a. durch die folgenden Merkmale aus: DOLLAR A - Die beiden Verbindungsabschnitte (7, 9) sind über eine Fixier- und Zentriereinrichtung in vorgebbarer axialer und/oder radialer Relativlage zueinander positionierbar, und DOLLAR A - die mit den Innenleiter-Koppelflächen (107a, 107b) bzw. den Außenleiter-Koppelflächen (109a, 109b) versehenen Innenleiter- und Außenleiterabschnitte (7a, 9a; 7b, 9b) sind in ihrer Funktionsstellung berührungslos ohne dazwischen befindliche Isoliermaterialien und/oder eines festen Dielektrikums angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen kontaktfreien HF-Verbinder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Hochfrequenzverbindungen zwischen zwei HF-Komponenten, beispielsweise einem Koaxialkabel und einem Verstärker, einer Antenneneinrichtung oder einem sonstigen elektronischen Gerät, werden normalerweise mittels koaxialer Steckverbindung realisiert. So werden der Innen- und der Außenleiter einer Koaxialleitung mittels entsprechendem Kontaktdruck durch Verschraubung (Passung) oder Federkontakte verbunden. Diese Verbindungstechnik kann bei hochwertigen Steckverbindern sehr teuer sein.

Gemäß der EP 0 391 257 B1 ist ferner ein elektrischer Verbinder zur Anbringung an einer leitfähigen Platte vorgeschlagen worden. Der Verbinder weist einen Schraubanschluss für den Außenleiter auf. Um den Mantel des Außenleiters mit einer sich radial zur Längsrichtung des Verbinders erstreckenden metallischen Platte kontaktfrei zu koppeln, sind elektrische kontaktfreie Elemente vorgesehen, die innerhalb eines Außenprofils des Verbinders eingefügt sind. Dazu ist ferner ein leitfähiger Clip notwendig, der innerhalb des Außenprofils eingefügt ist, und der kontaktfreie Elemente in Druckkontakt mit einem leitfähigen Mantel hält. Der Innenleiter ist in herkömmlicher Weise elektrisch-galvanisch mit einem anzuschließenden Koaxialkabel kontaktiert.

Ein kontaktfreier HF-Verbinder ist auch aus der GB 826,975 A bekanntgeworden. Dieser kontaktfreie HF-Verbinder weist jeweils einen ersten Innen- und einen ersten Außenleiterabschnitt sowie einen zweiten Innen- und einen zweiten Außenleiterabschnitt auf, wobei die Innen- und/oder die Außenleiterabschnitte mit Innenleiter- und Außenleiterkoppelflächen versehen sind, so dass die jeweiligen Verbindungsabschnitte galvanisch kontaktfrei (also kapazitiv) gekoppelt sind.

Ein insoweit vergleichbarer Stand der Technik ist auch aus der DE 25 13 498 A1 als bekannt zu entnehmen.

Aus der JP 61072401 A ist grundsätzlich ein Verbinder für die Mikrowellentechnik als bekannt zu entnehmen. Dieser vorbekannte Steckverbinder weist eine in galvanischer Hinsicht kontaktfreie und damit kapazitive koaxiale Innenleiterkopplung auf. Die Außenleiter der beiden Verbindungen sind zur Kontaktierung und Fixierung miteinander verschraubt und damit elektrisch galvanisch verbunden.

Schließlich ist aus der DE 195 44 324 A1 eine koaxiale Verbindungsanordnung als bekannt zu entnehmen, bei der sowohl die Innenleiter als auch die Außenleiter mitein ander kapazitiv gekoppelt sind, um Störungen durch Potentialdifferenzen, Mantelwellen und Störspannungen zu vermindern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ausgehend von diesem Stand der Technik einen verbesserten HF-Verbinder zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung schafft einen gegenüber dem Stand der Technik in zweifacher Hinsicht verbesserten HF-Verbinder, der für eine Vielzahl von Anwendungen in der HF-Technik erhebliche Vorteile bringt.

Grundsätzlich könnte daran gedacht werden, nicht nur von einem kontaktfreien HF-Verbinder, sondern von einem "kapazitiven HF-Verbinder" zu sprechen. Ein derartiger Begriff wäre jedoch nur eingeschränkt richtig. Eine kapazitive Kopplung bei Leitungen ist nur dann vorhanden, wenn die Leitungslänge wesentlich kleiner ist als L << λ/4 ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch bevorzugt eine Länge verwendet, die demgegenüber größer ist. Von daher lässt sich die kontaktfreie Leitungskopplung am ehesten im Sinne einer kapazitiven und einer induktiven Leitungskopplung umschreiben. Von daher wird im Folgenden im Wesentlichen von "kontakfreiem HF-Verbinder" gesprochen.

Die erfindungsgemäße Lösung betrifft also eine HF-Steckverbindung mit einem Kuppler und einem Stecker, bei wel chem sowohl der Innenleiter als auch der Außenleiter galvanisch kontaktfrei gekoppelt ist. Ferner ist eine Fixier- und Zentriereinrichtung vorgesehen, die den Stecker und den Kuppler sowohl in axialer als auch in radialer Richtung so mechanisch führen, dass beide Teile ineinander steckbar sind, ohne sich galvanisch zu berühren.

Dadurch ist eine leichte und optimale Verbindung des Kupplers und Steckers möglich, wobei durch die Fixier- und Zentriereinrichtung eine exakte Positionierung und Fixierung beider Teile zueinander gewährleistet sind. Dadurch ergeben sich auch optimale elektrisch einwandfreie reproduzierbare Verhältnisse.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die koaxiale Länge für die kontaktfreie Innenleiter- und/oder Außenleiterkopplung eine λ/4-Länge aufweisen, und zwar bezogen auf die zu übertragende Frequenz, vorzugsweise die Mittenfrequenz eines zu übertragenenden Frequenzbereiches. Mit anderen Worten ist die Innen- und/oder Außenleiterkopplung nach Art einer Leitungstransformation aufgebaut. Abweichend dazu kann in einer ebenfalls vorgesehenen Weiterentwicklung der Erfindung die Anpassstruktur auch unter Vermeidung einer λ/4 axialen Baulänge für die Innenleiter- und/oder Außenleiterkopplung realisiert werden, nämlich insbesondere dann, wenn eine entsprechende Anpassstruktur ergänzend vorgesehen ist. Diese Maßnahme kann Vorteile insbesondere bei einer kleinen Koppelfläche und/oder kurzen Koppellänge aufweisen.

Der erfindungsgemäße Verbinder kann so aufgebaut sein, dass er jeweils mit zugehörigen HF-Komponenten fest verbunden ist, die über den Verbinder direkt zusammengefügt werden können. D.h., die eigentlichen Elemente des Verbinders sind dann nicht über flexible koaxiale Leitungen mit nachgeschalteten oder vorgeschalteten HF-Komponenten, sondern direkt mit diesen verbunden, wodurch sich eine kompakte feste Bauanordnung ergibt.

Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, mehrere berührungslose Verbinder zu einem berührungslosen Multiverbinder zusammenzufassen. Durch die berührungsfreie Verbindung ergeben sich hier große Vorteile bezüglich der Montage. Probleme, wie sie bei der herkömmlichen galvanischen Kontakttechnik bezüglich Feder- und Stirnkontakten auftreten und auftreten können, werden bei der berührungslosen Kopplung gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden. Die Steckkontaktierung eines Multiverbinders kann somit mit einer Montageeinheit erfolgen. Es müssen nicht alle Verbinder einzeln zusammengesteckt werden.

Wie bereits erwähnt, kann im Rahmen der Erfindung eine Ankopplung bzw. eine berührungslose Verbindung auch zu Standard-Verbindern wie beispielsweise 7-16 oder N-Buchsen realisiert werden. Die Erfindung eignet sich dabei insbesondere auch für die Übertragung hoher HF-Leistungen, wobei durch die kontaktfreie Kopplung bedingt auch eine gewünschte Gleichstromabkopplung realisierbar ist, was Vorteile insbesondere dann aufweist, wenn eine elektrische Verbindung zu einem Verstärker, einem Messgerät etc. realisiert werden soll.

Schließlich lässt sich im Rahmen der Erfindung auch eine große Frequenzbandbreite realisieren.

Der erläuterte erfinderische HF-Verbinder kann auch für eine berührungslose, potentialfreie Gehäusedurchführung verwendet werden, z.B. für eine HF-geschirmte Messkammer.

Schließlich kann der erläuterte Verbinder auch durch einen einfachen O-Ring (beispielsweise aus Silikon) in seiner Außenleiterkoppelstelle (beispielsweise im Topf) axial gedichtet werden. Somit sind Steckverbindungen auch im Außenbereich verwendbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische Axiallängsschnittdarstellung durch einen berührungslosen koaxialen Verbinder unter Realisierung einer kontaktfreien Innenleiter- und kontaktfreien Außenleiterkopplung;
2: ein zu 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel zur Erläuterung einer berührungslosen Ankopplung an eine Standardbuchse;
3: eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispieles nach 1 ohne mechanische Fixierung;
4: ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei welchem eine partielle Fixierung der beiden Elemente des Verbinders durch Verwendung von nichtleitendem Material (Dielektrikum) realisiert ist;
5: eine Abweichung gegenüber 4, bei der die beiden Elemente des Verbinders mechanisch fixiert sind, indem die Freiräume zwischen den Elementen des Verbinder mit isolierendem Material (Dielektrikum) voll volumenmäßig aufgefüllt sind;
6: ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden Elemente des Verbinders über eine separate mechanische Fixierung in fester Relativlage zueinander gehalten werden, die vorzugsweise außen vorgesehen ist; und
7 bis 9: weitere zu dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel abgewandelte Ausführungsbeispiele kontaktfreier koaxialer Verbindungen mit unterschiedlichen Durchmessern.
In 1 sind schematisch zwei HF-Komponenten 1 und 1' dargestellt, die jeweils über eine Koaxialleitung 3, 3' verbunden werden sollen. Dazu sind die beiden Koaxialleitungen 3, 3' mittels einer berührungslosen koaxialen HF-Verbindung 5 miteinander verbunden.
Die HF-Verbindung 5 weist dabei zwei Verbinder 7 und 9 auf.
Der in 1 links liegende Verbinder 7 steht dabei mit der Koaxialleitung 3 und darüber mit der HF-Komponente 1 in elektrischer Verbindung, wozu der Innenleiter 7'a (der den zugehörigen Innenleiterabschnitt 7a umfasst) mit dem Innenleiter 3a der Koaxialleitung 3 und der Außenleiter 7'b (der den zugehörigen Außenleiterabschnitt 7b umfasst) mit dem Außenleiter 3b der Koaxialleitung 3 elektrischgalvanisch verbunden ist.
Entsprechend ist der in 2 rechts liegende Verbinder 9 mit der zugehörigen HF-Koaxialleitung 3' mit der HF-Komponente 1' derart verbunden, dass der Innenleiter 9'a (der den zugehörigen Innenleiterabschnitt 9a umfasst) mit dem Innenleiter 3'a der Koaxialleitung 3' und der Außenleiter 9'b (der den zugehörigen Außenleiterabschnitt 9b des Verbinders 9 umfasst) mit dem Außenleiter 3'b der Koaxialleitung 3' elektrisch-galvanisch verbunden ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, dass der eine Innenleiterabschnitt 7a buchsenförmig gestaltet ist und dazu eine axiale Innenleiter-Ausnehmung 17 aufweist, die von der zugehörigen Stirnseite des Innenleiterabschnittes 7a aus nach Art einer axial verlaufenden Sackbohrung ausgebildet ist. Es kann insoweit auch von einem (eher buchsenförmigen) Kuppler gesprochen werden.
Entsprechend ist der damit zusammenwirkende Innenleiterabschnitt 9a des zweiten Verbinders 9 nach Art eines Innenleiter-Stiftes 19 gestaltet, der in Funktionsstellung in die Innenleiter-Ausnehmung 17 berührungslos eingreift. Insoweit kann hier ebenfalls von einem Verbinder, Steckverbinder oder Stecker gesprochen werden.
Aus dem schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist auch ersichtlich, dass die Innenleiterabschnitte 7a und 9a in Axialrichtung benachbart zu der Innenleiter-Ausnehmung 17 bzw. dem Innenleiter-Stift 19 mit gleicher Durchmesserstärke oder zumindest annähernd gleicher Durchmesserstärke ausgestaltet sind.
Aus der schematischen Darstellung gemäß 1 ist zu ersehen, dass der Außenleiterabschnitt 7b hülsenförmig gestaltet ist und einen Durchmesser aufweist, der an sich dem Außenleiterabschnitt 9'b des zweiten Verbinders 9 entspricht. Im Bereich des Koppelabschnittes jedoch ist der zweite Außenleiterabschnitt 9b mit einem Topf 109 versehen, so dass der Außenleiterabschnitt 9b über diesen Topf 109 hülsenförmig ausläuft, wobei der Innendurchmesser des Topfes 109 zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des in der Funktionsstellung im Topf endenden Außenleiterabschnittes 7b des ersten Verbinders 7.
Da sich sowohl die Innenleiterabschnitte wie auch die Außenleiterabschnitte weder an ihren innen oder außen liegenden Mantelflächen noch an ihren stirnseitigen Abschlussenden berühren, wird dadurch eine kontaktfreie Innen- und Außenleiterkopplung realisiert.
Durch die jeweils nach Art von konzentrischen Hülsen gebildeten Innenleiter-Koppelflächen 107a und 109a sowie den Außenleiterkoppelflächen 107b und 109b wird die kontaktfreie Kopplung realisiert. Die Größe der Innen- und Außenleiterkoppelflächen, d.h. insbesondere die Länge der Innen- und Außenleiterkoppelflächen, kann aber aufgrund der mechanischen Dimensionierungen mechanisch unterschiedlich lang ausfallen. Bevorzugt erfolgt die kontaktfreie Kopplung der Innenleitersabschnitte 7a und 9a sowie der Außenleiterabschnitte 7b und 9b, d.h. insbesondere im Bereich des Topfes 109 am Außenleiterabschnitt 9b, mittels einer elektrischen Länge von λ/4, bezogen auf die zu über tragende Frequenz bzw. auf das zu übertragende Frequenzband. Die Größe λ entspricht bevorzugt in etwa der Wellenlänge λ der Mittenfrequenz des zu übertragenden Frequenzbereichs.
Die Länge der Töpfe 109 lässt sich also so einstellen, dass das offene Ende der elektrischen Leitung jeweils als Leerlauf und innen als Kurzschluss wirkt. Die Koppelstellen wirken von daher im HF-Bereich wie eine direkte Verbindung, so dass der Innen- und der Außenleiterübergang stufenlos erfolgt. Somit ist keine Anpassstruktur für die Impedanzanpassung notwendig. Allerdings kann eine Anpassung der Töpfe auch mit unterschiedlicher Axiallänge vorgenommen werden. Insbesondere bei klein ausfallender Koppelfläche bzw. kurzer axialer Koppellänge kann es von daher notwendig sein, noch im Verbinder eine zusätzliche Anpassstruktur vorzusehen.
Wie später u.a. noch anhand von 6 erläutert werden wird, können mit beiden Verbindern 7 und 9 auch nichtleitfähige mechanische Arretierungsmittel 55a und 55b verbunden werden oder zusammenwirken, die beispielsweise über einen Schraubkontakt aneinander befestigt werden. Somit können ein erstes und zweites mechanisches Arretierungsmittel 55a und 55b mechanisch miteinander verbunden werden, um darüber die elektrischen Teile der Verbinder 7 und 9 in vorbestimmter berührungsloser Lage zueinander positionieren.
Durch die Verwendung der nichtleitfähigen mechanisch zusammenwirkenden Arretierungsmittel 55a und 55b können, wie erwähnt, die beiden koaxialen Verbinder 7 und 9 berührungslos zueinander gehalten werden. In der Regel wird deshalb Luft als Dielektrikum zwischen den beiden Verbindern 7 und 9 verwendet. Durch die koaxiale Ausbildung können beide Verbinder 7 und 9 relativ zueinander verdreht werden, ohne dass dadurch die Koppelwirkung verschlechtert oder beeinträchtigt wird. Auch wenn beide Verbinder 7 und 9 nicht in gleicher Stecktiefe zusammengesteckt werden, sind in weiten Bereichen nachteilige Effekte auszuschließen.
Abweichend zum gezeigten Ausführungsbeispiel wird angemerkt, dass allgemein zwei über der Verbindung 5 zu koppelnde HF-Komponenten 1 und 1' jeweils fest und direkt mit dem zugehörigen Verbinder 7 bzw. 9 verbunden sein können (also in Form eines festen Verbinders oder eines Steckverbinders), so dass die jeweilige HF-Komponente 1 mit dem Verbinder 7 und die HF-Komponente 1' mit dem Verbinder 9 eine feste Baueinheit bilden. Mit anderen Worten ist die in 1 dargestellte Verwendung von koaxialen (in der Regel flexiblen) Leitungen 3 und 3' nicht notwendig.
In 2 ist in schematischer Wiedergabe eine berührungslose Ankopplung an eine Standardbuchse 31 beschrieben, die im gezeigten Ausführungsbeispiel einen schematisch wiedergegebenen Innenleiterabschnitt 9a und einen Außenleiterabschnitt 9b aufweist. Der Innenleiterabschnitt 9a kann dabei grundsätzlich stecker- und buchsenförmig gestaltet sein, in welchen bzw. in welche üblicherweise ein Koaxialstecker mit entsprechendem steckerförmigen Innenleitern zur Herstellung einer elektrisch-galvanischen Verbindung einsteckbar ist.
Mittels dieser herkömmlichen Standardbuchse 31 kann eine kontaktfreie Steckverbindung unter Verwendung eines Ver binders 7 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 2 realisiert werden. Dieser Verbinder 7 weist nunmehr einen entsprechenden Innenleiterabschnitt 7a mit einer topfartigen Innenleiter-Ausnehmung 17 auf. Die Innenleiter-Ausnehmung 17 weist ein größeres Radialmaß auf, welches so dimensioniert ist, dass darin der Innenleiterabschnitt 9a berührungslos eingeführt werden kann.
Der Außenleiterabschnitt 7b weist im gezeigten Ausführungsbeispiel einen stufenförmig, d.h. radial nach außen stufenförmig erweiterten Aufnahmeabschnitt 7' auf, in dessen Bereich der Außenleiterabschnitt 9b der Standardbuchse 31 endet. Mit anderen Worten ist die Ausbildung bevorzugt derart, dass das Radialmaß zwischen der innen liegenden Mantelfläche des Außenleiters 9b der Standardbuchse 31 und der außen liegenden Mantelfläche des Außenleiterabschnittes 7b im Bereich der Außenleiterkoppelflächen 107b, 109b gleich ist der radialen Wandstärke 35 des Außenleiterabschnittes 7'b des Verbinders 7 versetzt zum Koppelbereich.
Da in diesem Falle davon ausgegangen werden muss, dass die kontaktfreien Koppelflächen von Innen- und Außenleitern keine elektrische Länge von λ/4 (wobei λ der Wellenlänge Lambda entspricht) des zu übertragenden Frequenzbandes bzw. des zu übertragenden Frequenzbereiches, insbesondere nicht einer elektrischen Länge von λ/4 der Mittenfrequenz eines zu übertragenden Frequenzbandes entsprechen, sondern die Koppelflächen baubedingt gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 kleiner ausgebildet sind, ist bei diesem Ausführungsbeispiel ferner eine Impedanzanpassung 41, 43 vorgesehen. Diese Impedanzanpassung kann an dem entsprechenden Innenleiterabschnitt 7a und/oder dem zu gehörigen Außenleiterabschnitt 7b des Verbinders 7 ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dazu der Innenleiter 7'a über eine gewisse Axiallänge mit unterschiedlichem Durchmesser zu den sich axial davor oder dahinter anschließenden Innenleiterabschnitten 7a ausgebildet. Dadurch erfolgt die Impedanzanpassung für das jeweilige Frequenzband mittels einer gewünschten Impedanztransformation.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ferner anzumerken, dass sowohl der Außenleiter 7b als auch der Innenleiter 7a ein kleineres Radialmaß aufweisen können. Wenn nämlich der Innenleiterabschnitt 9a der Standardbuchse 31 hohl ausgebildet ist, kann das Außenmaß des Innenleiterabschnittes 7a kleiner dimensioniert werden, so dass dieser Innenleiter 7a in den hohlen Innenleiterabschnitt 9a des zweiten Verbindungsteiles 9 eingesteckt werden kann. Auch beim Außenleiter besteht die Möglichkeit einer Umkehrung, in der Gestalt, dass das Außen- oder Durchmessermaß des Außenleiters 7b des Verbinders 7 kleiner dimensioniert ist als der lichte Innenabstand des Außenleiters 9b des Verbinders 9 bzw. der Buchse 31.
Der gesamte ineinander steckbare Aufbau der Verbinder 7 und 9 oder eines Verbinders 7 und eines weiteren Verbinders in Form einer Standardbuchse 31 kann mittels elektrisch nicht-leitenden Fixier- oder Arretiermittel 55a, 55b derart erfolgen, dass die kontaktfreie Kopplung der Innen- und Außenleiter ohne Verwendung dazwischen befindlicher elektrisch nicht-leitender Isoliermaterialien (Abstandshalter 51, 53) durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten wird also zwischen den Koppelflächen z.B. lediglich Luft verwendet. Unabhängig davon können aber auch in die sen Bereichen zwischen den Koppelflächen sonst übliche Isoliermaterialien, insbesondere in Form eines Dielektrikums, verwendet werden.
1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die beiden Verbindungsabschnitte oder Verbinder 7 und 9, bei denen die kontaktfreie Kopplung des Innen- und Außenleiters absolut berührungslos erfolgt, also nicht durch Verwendung eines fest eingefügten Isolators oder Dielektrikums. Das Dielektrikum in 1 und 2 besteht bei Verwendung eines entsprechenden Verbinders in Luftatmosphäre lediglich aus Luft.
Eine Abwandlung ergibt sich dabei auch aus 3, wobei hier die beiden HF-Komponente 1 und 1' direkt mit den Verbindern 7 und 9 fest verbunden sind, so dass die Leitungsabschnitte 3 und 3' oben nicht notwendig sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 zeigt eine Abwandlung insoweit, als hier zur relativen Fixierung der beiden Verbinder 7 und 9 partielle Fixierungen 51 bzw. 53 mit nichtleitendem Material verwendet worden ist. Dieses nichtleitende Abstandshalter 51 bzw. 53 sind an verschiedenen Stellen unter verschiedener Ausformung eingesetzt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird dieses nichtleitende Material beispielsweise in Form eines Abstandshalters 51 oder Ringes 51a zur Fixierung des Innenleiters 9a gegenüber dem Innenleiter 7a verwendet, und zwar hier im Bereich des freien Endes des Innenleiters 9a. Ein zweites isolierendes Material 51b wird im Wesentlichen als Abstandshalter zur Begrenzung der Einstecktiefe des Verbinders 7 und 9 verwendet und ist dazu im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 4 in dem Bereich angeordnet, in dem das stirnseitige Ende des Verbindungsteiles 7a benachbart zu dem Stufenabsatz 209a am Innenleiter 9a ausgebildet ist, bei der der eigentliche Innenleiterabschnitt 9a in einen Innenleiter-Leitungsabschnitt 9'a mit größerem Materialquerschnitt übergeht.
Entsprechend sind Abstandshalter 53a und 53b in Form eines nichtleitenden Dielektrikums vorgesehen, um eine galvanische Kontaktierung zwischen den Außenleiterabschnitten 7b und 9b zu vermeiden. Der eine Abschnitt 53a des aus isolierendem Material bestehenden Abstandshalters 53 ist dabei wieder am stirnseitigen freien Ende des einen Außenleiterabschnittes 9b und der andere Abschnitt des isolierenden Materials am stirnseitigen Ende des eingesteckten anderen Außenleiterabschnittes 7b vorgesehen. Auch dieser Abstandshalter 53b ist so ausgebildet, dass dadurch die Einstecktiefe der beiden Verbinder 7 und 9 relativ zueinander begrenzt wird.
In 5 ist demgegenüber gezeigt, dass die entsprechenden in 4 getrennten Abstandshalterelemente 51a und 51b für die relative Ausrichtung der beiden Innenleiter auch als einteiliges durchgehendes Material 51 ausgebildet sein können. Entsprechendes gilt für den Abstandshalter 53 der beiden Außenleiterabschnitte. Auch hier ist lediglich ein einziges Abstandshaltermaterial verwendet worden, das die in 3 einzeln verwendeten Abstandshalterelemente 53a und 53b als einteiliges Teil verbindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist zur besseren Verdeutlichung in Ergänzung zu 1 gezeigt, wie die außenliegenden mechanischen Arretierungsmittel 55a und 55b, die ebenfalls nichtleitend sind, zum einen mit dem Außenleiter des Verbinders 7 bzw. mit dem Außenleiter des Verbinders 9 fest verbunden sind, und die dann an den entsprechenden Flanschen, beispielsweise durch Schrauben 61, miteinander fixiert werden können. Dadurch wird die axiale wie radiale Relativlage der beiden Verbinder 7 und 9 eindeutig festgelegt.
Nachfolgend wird noch kurz auf die Ausführungsbeispiele in einem schematischen Axialschnitt gemäß 7, 8 und 9 eingegangen, die Abwandlungen zu den vorausgehenden Ausführungsbeispielen zeigen.
Die Ausführungsbeispiele gemäß den 7 bis 9 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 6 im Wesentlichen dadurch, dass bei den kontaktfreien Koaxialverbindungen Leitungsabschnitte verwendet worden sind, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Aber auch eine Kopplung von entsprechenden Innenleiter- und/oder Außenleiterabschnitten 7a, 9a, 7b, 9b ist dann bei unterschiedlichen Durchmessern möglich, wenn beide Verbinder den gleichen Wellenwiderstand Z1 = Z2 haben oder im Wesentlichen haben, also der Wellenwiderstand nicht mehr als 20%, bevorzugt nicht mehr als 10% oder 5% voneinander abweicht. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 kann dabei als Dielektrikum wie bereits erörtert Luft (oder ein anderes gasförmiges Dielektrikum) verwendet werden, wobei üblicherweise bei Einsatz unter atmosphären Bedingungen nur Luft sinnvollerweise in Frage kommt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 und 9 ist beispielsweise für den ersten Verbinder 7 gezeigt, dass dieser von außen nach innen einen Kabelmantel 71 aufweist, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff wie PVC, FEP etc. Unterhalb des isolierenden Kabelmantels 71 befindet sich dann der Außenleiter 7'b mit dem entsprechenden Außenleiterabschnitt 7b. Koaxial in der Mitte liegend ist der im gezeigten Ausführungsbeispiel stiftförmige Innenleiter 7'a zum zugehörigen Innenleiterabschnitt 7a angeordnet, der mit dem Außenleiter bzw. Außenleiterabschnitt 7'b, 7b durch ein Dielektrikum 75 getrennt ist, welches aus entsprechend geeigneten isolierenden Materialien bestehen kann, beispielsweise ebenfalls Kunststoff etc, gleichermaßen aber auch aus Luft gebildet sein kann.
Zu ersehen ist in allen 7 bis 9, dass sowohl der Durchmesser der beiden Außenleiter als auch der Innenleiter der beiden Verbinder 7 und 9 unterschiedlich ist, wobei das Durchmesserverhältnis von beiden Leitungen gleich ist, d.h., dass das Verhältnis vom Innenleiter zum Außenleiter bezüglich der beiden Verbinder 7 und 9 jeweils gleich ist oder zumindest annähernd in ähnlicher Größenordnung ist, so dass Abweichungen hiervon geringer sind als 20%, vorzugsweise weniger als 10%. Dadurch lässt sich gewährleisten, dass beide Verbinder 7 und 9 der HF-Verbindung einen gleichen Wellenwiderstand aufweisen, also Z1 = Z2 ist. So kann z.B. auch ein Koaxialkabel direkt in den Verbinder eingesteckt werden, d.h., dass das Koaxialkabel den in 8 oder 9 links liegenden Verbinders 7 bilden würde, der lediglich in den weiteren Verbinder 9 eingesteckt werden kann. In diesem Falle sollte der Innenleiter mit der wirksamen elektrischen Länge L = λ/4 herausstehen, d.h. also mit der entsprechenden Länge axial über den zugehörigen Außenleiterabschnitt vorstehen. Die Abweichung sollte weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% sein. Der beste Wert wird erzielt, wenn λ der Mitten-Wellenlänge des zu übertragenden Frequenzbereiches entspricht. Die Außenleiterkopplung kann dann mit oder ohne Durchmessersprung erfolgen, wie dies nur beispielhaft in den verschiedenen Figuren dargestellt ist.
Ferner wird angemerkt, dass bei den 1 bis 6 der zu dem Verbinder 7 gehörende und links wiedergegebene Innenleiter 7'a bzw. der Innenleiterabschnitt 7a buchsenförmig und der in den Figuren rechts liegende zum Verbinder 9 gehörende Innenleiterabschnitt 9a stets stiftförmig dargestellt wurde. Dies kann auch andersherum ausgeführt sein, wie dies unter anderem auch anhand von 7 bis 9 zu ersehen ist, bei welchen nunmehr der Innenleiter 7a stiftförmig und der Innenleiter 9a buchsenförmig gestaltet ist. Das gleiche gilt grundsätzlich auch für die Außenleiter 7b und 9b die von ihrer Ausbildungsgeometrie her umgekehrt zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 6 ausgebildet sein können, d.h. abweichend von den zeichnerischen Darstellungen quasi der Außenleiterabschnitt 7b und 9b vertauscht ausgebildet ist.

Claims

Elektrisch-galvanischer kontaktfreier HF-Verbinder mit folgenden Merkmalen: – der kontaktfreie Verbinder weist einen ersten Verbinder (7) mit einem Innenleiterabschnitt (7a) und einem Außenleiterabschnitt (7b) auf, – die HF-Verbindung weist ferner einen zweiten Verbinder (9) mit einem zugehörigen Innenleiterabschnitt (9a) und einem Außenleiterabschnitt (9b) auf, – die Innenleiter- und/oder die Außenleiterabschnitte (7a, 9a; 7b, 9b) weisen Innenleiter-Koppelflächen (107a, 109a) und Außenleiter-Koppelflächen (107b, 109b) auf, worüber die Innenleiterabschnitte (7a, 9a) und/oder die Außenleiterabschnitte (7b, 9b), der beiden Verbinder (7, 9) elektrisch-galvanisch kontaktfrei gekoppelt oder koppelbar sind, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: – sowohl die Innenleiterabschnitte (7a, 9a) als auch die Außenleiterabschnitte (7b, 9b) der beiden Verbinder (7, 9) sind koaxial ausgebildet, und – die beiden Verbinder (7, 9) sind über eine Fixier- und Zentriereinrichtung in vorgebbarer axialer und radialer Relativlage zueinander positionierbar.
HF-Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixier- und Zentriereinrichtung aus einem oder mehreren isolierenden Abstandshaltern (51; 51a, 51b; 53; 53a, 53b) bestehen, die auf einem oder auf beiden Verbin dern (7, 9) im Bereich ihrer Außenleiter-Koppelflächen (107a, 109a) und/oder ihre Innenleiter-Koppelflächen (107a, 107b) vorgesehen sind, worüber die Innenleiterabschnitte (7a, 9a) und/oder die Außenleiterabschnitte (7b, 9b) auf Abstand gehalten sind.
Kontaktfreier HF-Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixier- und Zentriereinrichtung so ausgebildet ist, dass – die mit den Innenleiter-Koppelflächen (107a, 107b) bzw. den Außenleiter-Koppelflächen (109a, 109b) versehenen Innenleiter- und Außenleiterabschnitte (7a, 9a; 7b, 9b) in ihrer Funktionsstellung berührungslos ohne dazwischen befindliche Isoliermaterialien und/oder eines festen Dielektrikums angeordnet sind.
Kontaktfreier HF-Verbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Verbindern (7, 9) äußere mechanische Arretierungsmittel (55a, 55b) vorgesehen bzw. ausgebildet sind, die die beiden Verbinder (7, 9) in vorbestimmter Relativlage zueinander halten und fixieren, wobei diese allerdings vorzugsweise nicht leitend bzw. gegenüber den Verbindern (7, 9) isoliert sind.
HF-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden auf einer gemeinsamen koaxialen Erstreckungsachse positionierten Verbinder (7, 9) so ausgebildet sind, dass der eine Verbinder (7 bzw. 9) gegenüber dem anderen Verbinder (9 bzw. 7) um diese koaxiale Estreckungsachse relativ verdrehbar ist, und/oder, dass die beiden koaxialen Verbinder (7, 9) in unterschiedlicher relativer Verdrehlage axial miteinander verbindbar sind.
HF-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbinder (7, 9) rotationssymmetrisch oder im wesentlichen rotationssymmetrisch um ihre Axialachse herum ausgebildet sind.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktfreie Innenleiter-Kopplung nach Art eines Topfes (109) gebildet ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktfreie Außenleiter-Kopplung nach Art eines Topfes (109) gebildet ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der kontaktfrei gekoppelten Innenleiterabschnitte (7a, 9a) λ/4, vorzugsweise λ/4 ± weniger als 20%, vorzugsweise λ/4 ± weniger als 10%, insbesondere etwa oder zumindest näherungsweise λ/4 bezüglich des zu übertragenden Frequenzbereiches, vorzugsweise bezüglich der zu übertragenden Mittenfrequenz entspricht.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der kontaktfrei gekoppelten Außenleiterabschnitte (7b, 9b) λ/4, vorzugsweise λ/4 ± weniger als 20%, vorzugsweise λ/4 ± weniger als 10%, insbesondere etwa oder zumindest näherungsweise λ/4 bezüglich des zu übertragenden Frequenzbereiches, vorzugsweise bezüglich der zu übertragenden Mittenfrequenz entspricht.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenleiterabschnitt (7a) unter Ausbildung einer sich von seiner Stirnseite axial erstreckenden Innenleiter-Ausnehmung (17) nach Art eines Topfes (109) gebildet ist, in welchen der mit dem anderen Verbinder (9) elektrisch verbundene Innenleiterabschnitt (9a) berührungslos einführbar ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der im Koppelbereich liegende Außenleiterabschnitt (9b) des einen Außenleiters (9'b) mit größerem Innendurchmesser topfförmig erweitert ist, und zwar unter Aufnahme des Außenleiterabschnittes (7b) des damit zusammenwirkenden anderen Verbinders (7).
HF-Verbinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiterabschnitt (7b) des einen Verbinders (7) ohne Veränderung des Außen- und/oder Innendurchmesser im Bereich der Außenleiter-Koppelflächen (107a, 109a) endet.
HF-Verbinder nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- und/oder Außendurchmesser des Außenleiterabschnittes (7b) dem Innen- und/oder Außendurchmesser des anderen Außenleiterabschnittes (7b) entspricht.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise koaxiale kontaktfreie Verbinder (7 bzw. 9), zu einem gemeinsamen Multiverbinder zusammengefasst sind.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Verbinder (7, 9) oder beide Verbinder (7, 9) einen O-Ring, vorzugsweise aus Silikon umfassen, der im Bereich der Außenleiter-Kopplung vorgesehen ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung eines isolierenden Abstandhalters (51, 53) die maximale axiale Einstecktiefe der beiden Verbinder (7, 9) begrenzt ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbinder (7 bzw. 9) direkt mit einer ihm zugeordneten HF-Komponente (1 bzw. 1') fest verbunden ist.
HF-Verbinder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verbinder (7, 9) einer HF-Verbindung (5) mit der jeweils ihnen zugeordneten HF-Komponente (1, 1') direkt und fest verbunden sind, d.h. sowohl elektrisch als auch mechanisch verbunden sind.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbinder (7, 9) und vorzugsweise beide Verbinder (7, 9) über eine Koaxialleitung (3, 3') mit einer ihr zugeordneten HF-Komponente (1, 1') verbunden oder verbindbar ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmessermaß der axial benachbart zu den Innenleiter-Koppelflächen (107a, 109a) vorgesehenen Innenleiter (7'a, 9'a) der kontaktfrei zu verbindenden Verbinder (7, 9) zumindest näherungsweise, vorzugsweise gleich ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da durch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der axial benachbart zu den Außenleiter-Koppelflächen (107b, 109b) vorgesehenen Außenleiter (7'b, 9'b) der kontaktfrei zu verbindenden Verbinder (7, 9) zumindest näherungsweise, vorzugsweise gleich ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Außenleiter (7'b, 9'b) axial benachbart zu den Außenleiter-Koppelflächen (109a, 109b) zumindest näherungsweise, vorzugsweise gleich ist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die kontraktfreie Verbindung unterschiedliche Durchmesser für Innen- und Außenleiter (7a, 7b; 9a, 9b) aufweist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktfreie Verbindung bezüglich des ersten Verbinders (7) und dem zweiten Verbinder (9) gleichen Wellenwiderstand ± weniger als 20%, vorzugsweise ± weniger als 10%, insbesondere in etwa gleichen Wellenwiderstand aufweist.
HF-Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbinder (7) ein Koaxialkabel umfasst, welches außen einen isolierenden Kabelmantel (71) aufweist, und dass der Außenleiter (9b) des anderen Verbinders (9) den Kabelmantel (71) mit dem darunter befindlichen Außenleiter (7b) des ersten Verbinders (7) in ineinander gestecktem Zustand übergreift.