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Bereich der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im wesentlichen auf elektromagnetisches Hochfrequenz(RF)-Übertragungsausrüstung. Insbesondere bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Verbinden von Hochleistungs-RF-Koaxialleitungen miteinander
und/oder mit anderen Funktionseinheiten.
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Hochspannungs-, Hochleistungs-RF-Signale,
wie sie beispielsweise im Bereich des Sendens zur Kommunikation
und Unterhaltung verwendet werden, werden oft über Distanzen von bis zu mehreren
tausend Fuß von
Sendern, welche typischerweise auf dem Erdboden oder anderen einfach
zur Wartung erreichbaren Bereichen aufgestellt sind, eingekoppelt,
um die Antennen, von welchen Signale ausgestrahlt werden, zu erreichen.
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Dieser Verbindungsprozess wird gewöhnlich unter
der Verwendung von festen Koaxialleitungen (Koax) durchgeführt, welche
aus konzentrischen Rohrstücken,
welche über
Isolatoren beabstandet sind, hergestellt sind, die sorgfältig dimensioniert
und bearbeitet, zusammengebaut, versiegelt und oft mit Druck beaufschlagt
sind, üblicherweise
mit aggressiv getrockneter Luft oder mit Stickstoff, der von Wasserdampf,
Sauerstoff und anderen Verunreinigungen zum größtmöglichen Ausmaß gereinigt
worden ist. Einzelne Abschnitte von Koax, welche von einem Zoll oder
weniger bis zu einem Fuß im
Durchmesser in Abhängigkeit
vom Grad der übertragenden
Leistung dimensioniert seien können,
werden typischerweise entweder miteinander und/oder mit anderem
Equipment unter der Verwendung von speziellen Verbindern oder Kupplungen
verbunden.
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Wo es nicht auf den Platz ankommt,
ist es oft möglich,
die Standartverbinder zu verwenden, die von der Electronic Industries
Association (EIA) entwickelt und zugelassen wurden wie EIA-225 vor mehreren
Jahrzehnten. Diese Verbindungen sind gewöhnlich standardisiert und austauschbar.
Allerdings kann für
einige Anwendungen der Platzbedarf kritisch sein, so dass unter
diesen Umständen
die bekannten Verbinder unwünschenswert
sperrig sein können.
Beispielsweise verwenden einige Vorrichtungen des Standes der Technik
radial hervortretende Flansche, die durch längsgerichtete Bolzen verbunden
sind. Das Ausmaß der
radialen Überstände kann
auf Grund des Freiraums für
die Schraubenköpfe
und die Werkzeugköpfe,
die die Schrauben festziehen, bedeutsam sein. Im Stand der Technik
sind keine passenden Austauschelemente mit verringerten Abmessungen
für EIA-225
RF Standartleistungsverbinder bekannt.
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Entsprechend besteht ein Bedarf für ein RF-Leistungskoaxialverbindungsaußengehäuse, das
die Möglichkeit
zur Größenreduzierung
bietet, die Elementebeabstandungen reduziert und/oder die Baudichte
im Vergleich mit den konventionellen Ausführungen erhöht, während die Hochfrequenzleistung
beibehalten wird, die im wesentlichen identisch zu den konventionellen
Ausführungen
ist und die mechanische Haltbarkeit erhält, die einen Leistungsgrad erreicht,
die für
nützliche
Anwendungen angebracht ist.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindungen stellen
ein RF-Leistungskoaxialverbindungsaußengehäuse mit der Eignung für reduzierte
Größe, reduzierte
Elementebeabstandungen und/oder vergrößerte Baudichte im Vergleich
mit konventionellen Ausführungen
bereit, während
eine adäquate
mechanische Stärke
und Hochfrequenzleistung beibehalten wird, die im wesentlichen identisch
zu den konventionellen Ausführungen
ist.
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In einem ersten Aspekt umfasst ein
Verbinder zum Verbinden eines ersten Koaxialteils mit einem zweiten
Koaxialteil einen im wesentlichen zylindrischen Körper, der
mit dem ersten Koaxialteil verbunden ist; eine im wesentlichen zylindrischen
Hülse, die
mit dem zweiten Koaxialteil verbunden ist und in den Verbindungskörper einsetzbar
ist; und einen lösbaren
Klemmring, der in den Körper
eingreift und den Körper
in den Kontakt mit der Hülse
bringt.
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In einem weiteren Aspekt umfasst
ein Verbinder für
das Verbinden eines ersten Koaxialteils mit einem zweiten Koaxialteil
ein erstes Verbindungsmittel, welches mit dem ersten Koaxialteil
verbunden ist, ein zweites Verbindungsmittel, welches mit dem zweiten Koaxialteil
verbunden ist und in das erste Verbindungsmittel einsetzbar ist,
und Mittel zum in Verbindung bringen des zweiten Verbindungsmittel
in Kontakt mit dem ersten Verbindungsmittel.
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In einem weiterem Aspekt umfasst
ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Koaxialteils mit einem
zweitem Koaxialteil die Schritte des Verbindens eines im wesentlichen
zylindrischen Körpers mit
einem ersten Koaxialteil, des Verbindens der im wesentlichen zylindrischen
Hülse mit
dem zweiten Koaxialteil, des Einsetzens der Hülse in den Körper und
in Kontakt bringen des Körpers
mit der Hülse,
so dass die Hülse
einen eingreifenden Kontakt mit dem Körper aufweist.
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Somit wurden die wichtigeren Merkmale
der Erfindung etwas allgemein dargelegt, damit die folgende detaillierte
Beschreibung davon besser verstanden werden kann, und damit der
Beitrag der Erfindung zum Stand der Technik besser gewürdigt werden
kann. Es gibt natürlich
zusätzliche
Merkmale der Erfindung, die im folgenden beschrieben werden, und
die den Gegenstand der hieran angefügten Ansprüche darlegen.
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In diesem Zusammenhang soll, bevor
zumindest eine Ausgestaltung der Erfindung im Detail beschrieben
wird, angemerkt werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht
auf die Einzelheiten der Konstruktion und die Anordnungen der Komponenten,
die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen
dargestellt sind, beschränkt sein
soll. Die Erfindung umfasst auch andere Ausführungen und kann auf verschiedene
Arten durchgeführt
und ausgeführt
werden. Es ist ebenfalls anzumerken, dass die hierin als auch in
der Zusammenfassung angewendeten Formulierungen und Begriffe nur
dem Zweck der Beschreibung dienen und nicht als eine Beschränkung betrachtet
werden sollen.
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Als solches werden es die Fachleute
würdigen,
dass die Grundidee, auf welcher diese Offenbarung beruht, leicht
als Grundlage für
das Entwickeln anderer Strukturen, Verfahren und Systeme zur Ausführung der
verschiedenen Zwecke der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Es
ist daher wichtig, dass die Ansprüche so betrachtet werden, dass
sie äquivalente
Ausführungen
umfassen, in soweit, als sie sich nicht von dem Geist und Wesen
der Erfindung lösen.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines RF Verbinders, der eine Verbinderanordnung
mit verringertem Durchmesser gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst.
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2 ist
eine Längsschnittansicht
durch die Mitte des Verbinders gemäß 1.
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3 ist
eine Explosionsansicht des Verbinders gemäß 1.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungen der
Erfindung
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Eine bevorzugte Ausführung der
Erfindungen stellt ein RW-Leistungskoaxialverbindungsaußengehäuse mit
der Eignung für
reduzierte Größe, reduzierte
Elementebeabstandungen und/oder vergrößerte Baudichte im Vergleich
mit konventionellen Ausführungen
bereit, während
eine adäquate
mechanische Stärke
und Hochfrequenzleistung beibehalten wird, die im wesentlichen identisch
zu den konventionellen Ausführungen
ist. Eine Ausführung verwendet
bevorzugter Weise einen über
den Umfang mit Gewinde versehenen äußeren Verbinder, der ein Gegenstück zu einem über den
Umfang mit Gewinde versehenen Klemmring darstellt, um die Enden
von zwei Koaxialteilen zusammen zu führen, wie beispielsweise zwei
Segmente von festen Hochleistungs-Koaxialleitungen. Diese Anordnung
kann einen reduzierten äußeren Durchmesser
im Vergleich zu bestehenden Verbinderanordnungen bieten.
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1 zeigt
einen Verbinder 10 zum Verbinden eines typischen Abschnittes
von äußerem Koax 12 mit
einem zweiten Teil eines äußeren Koax 18. Das
erste Koax 12 ist leitend und vorzugsweise permanent mit
einem mit Gewinde versehenen äußeren leitenden
Körper 14 verbunden.
Ein damit zusammenpassender Gewindeklemmring 16 schraubt
sich in den Körper 14,
zieht dabei den Ring 16 zu dem Körper 14 und zwingt
ein leitendes Hülsenelement
in Position, welches in 1 verdeckt
ist. Die leitende Hülse
ist leitend und vorzugsweise permanent mit dem zweiten Koax 18 verbunden.
Die Fähigkeit,
ein Drehmoment auf den Klemmring 16 zu übertragen, kann durch die Verwendung
eines konventionellen Zapfenschlüssels,
nicht dargestellt, erhöht
werden, wobei ein erstes Lochmuster 20 verwendet wird,
um den Schlüssel
mit dem Klemmring 16 zu verbinden. In der gezeigten bevorzugten
Ausführungsform
kann ein zweites Lochmuster 22 auf dem Körper 14 eine mechanische
Kraftverstärkung
für einen
zweiten Zapfenschlüssel,
nicht dargestellt, bilden. Dessen Verwendung soll es wiederum ermöglichen,
dass die Kraftbeaufschlagung auf den äußeren leitenden Körper 14 beschränkt wird,
und nicht auf die gegenüberliegenden
angelöteten
Verbindungen der anderen zusammengefügten Verbindungen, die Anordnung, an
die das Koax angebracht ist oder ähnliches, übertragen wird.
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Neben dem Verbinden eines Koax 12 mit
einem Koax 18 kann der Verbinder 10 ein Koax 12 mit einem
weiteren Gegenstand, wie einer Signalbox, verbinden, die eine Koax-Ausrüstung aufweist.
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Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform ist,
dass sie eine mögliche
Reduzierung des Gesamtdurchmessers des Verbinders im Vergleich mit
Verbindern des Standes der Technik ermöglicht. Beispielsweise beträgt der Gesamtflanschdurchmesser für ein 4
1/16 Zoll Außendurchmesserkoax
weniger als 5 Inch für
die bevorzugte Ausführungsform
im vergleich zu 6 3/16 Inch bei Verbindern des Standes der Technik.
Der Stand der Technik benötigt
den größeren Durchmesser,
um die Radialflansche aufzunehmen, welche für den Freiraum für Schraubenkopf
und Werkzeug vorgesehen ist.
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2 stellt
eine Schnittansicht des Verbinders gemäß 1 dar, wobei der Gewindeklemmring 16 einen
Gewindebereich 25 aufweist, der in einen Gewindeabschnitt 27 innerhalb
des Körpers 14 eingreift.
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Ein erster Koaxialteil, wie beispielsweise
das Koax 12, weist einen Außenleiter 26 und einen
Innenleiter 28 auf. Der Innenleiter 28 kann dadurch
abgeschlossen werden, dass er auf eine erste Seite 30 einer Innenleiterkupplung 32 mit
Zweifachstecker einer konventionellen Ausführung aufgedrückt wird,
wobei die Kupplung 32 ein permanent angebrachtes isolierendes
Distanzstück 34 aufweisen
kann. Der Außenleiter 26 des
Koax 12 wird dadurch abgeschlossen, dass er an den ersten äußeren leitenden
Körper 14 in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
befestigt wird.
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Ein zweiter Koaxialteil, wie beispielsweise ein
zweiter Koax 18, weist einen Innenleiter 40 auf, der
hier dargestellt ist, wie er auf der zweiten Seite 42 der beispielhaft
verwendeten Mittelleiterkupplung 32 mit Zweifachstecker
aufgesteckt ist. Das isolierende Distanzstück 34 der beispielhaft
verwendeten Kupplung 32 ist zwischen den beiden äußeren Leitungsverbindern
in einer Ausnehmung 44, die für diesen Zweck bereitgestellt
wurde, gehalten. Das zweite Koax 18 hat einen zweiten Koax-Außenleiter 46,
an den eine zweite zusammenpassende äußere Leitungshülse 48 leitend
und bevorzugt permanent in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführung verbunden
ist.
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Ein Gewindeklemmring 16 bringt
den äußeren leitenden
Körper 14 und
die leitende Hülse 48 in engen
Kontakt, wenn sie durch die Verwendung eines Schlüssels, auf
den zuvor bezug genommen wurde, fest zusammengeschraubt wurden.
Ein elastischer O-Ring 52, der in einer O-Ring Nut 54 angeordnet
ist, kann eine Dichtung mit vernachlässigbarer Gasleckage bereitstellen,
wenn er, wie in 2 dargestellt,
eingebaut ist.
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3 zeigt
eine Explosionsdarstellung des Verbinders gemäß 1. Der O-Ring 52 kann genau angeordnet
werden, um einen einfachen Zusammenbau und eine luftdichte Dichtung
zu gewährleisten und
um Schaden zu vermeiden, der nach vielfacher Verwendung zu einer
Leckage führen
könnte.
Die Verwendung eines Schmiermittels, nicht dargestellt, das mit
den Gehäuse-
und O-Ringmaterialien kompatibel ist, kann für viele Anwendungen vorteilhaft sein,
da es die Zusammenbaureibung reduziert, mikroskopische Öffnungen
sogar bei dem Vorhandensein des geforderten Überdrucks des gesamten Systems
füllt und
im wesentlichen inert nach dem Zusammenbau ist.
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3 zeigt
beispielhafte zusätzliche
Innenleiterdistanzstückanordnungen 56,
um ein Verfahren zu veranschaulichen, mit dem eine Gleichförmigkeit des
Abstands und damit eine Gleichförmigkeit
der charakteristischen Impedanz der Koaxialleitung, auf welche die
bevorzugt Ausführung
angewendet werden kann, die über
Abschnitte hinweg, die typischerweise eine Länge im Bereich von 12 Fuß aufweisen, beibehalten
werden können.
Der Abstand zwischen den Distanzstücken kann gemäß den mechanischen Abmessungen
des inneren und äußeren Leiters
festgelegt werden und kann maximiert werden mit dem Ziel, eine dielektrische
Konstante für
das Koax bereit zu stellen, die so nahe wie möglich an derjenigen der freien
Luft ist, im Austausch mit baulicher Robustheit. Alternative Distanzstückausführungen,
einschließlich solcher
Lösungsansätze, wie
der Anwendung eines nicht leitenden Stiftes anstelle von Scheiben
der dargestellten Art, oder einer Vielzahl von anderen Arten, können angewendet
werden.
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Die bevorzugte Ausführungsform
stellt einen äußeren Verbinder
mit verkleinerten Außenabmessungen,
z. B. des Durchmessers und/oder der Länge, für Hochleistungskoax bereit
und stellt die Verwendung derselben Innleiter-Verbindung 32 und
isolierenden Distanzstück 34 wie
sie in herkömmlichen äußeren Verbinderausführung verwendet
werden einschließlich
EIA-225 kompatible äußere Verbinder, vor.
Daher kann eine Anordnung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
von der verringerten Notwendigkeit für äußeren Freiraum profitieren,
obwohl ein Standart-Innenverbinder 32 und ein isolierendes Standartdistanzstück 34 verwendet
werden, was durch die vorliegende Erfindung geleistet werden kann.
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Da die bevorzugte Ausführungsform
die selbe Ausnehmung 44 (in der Hülse 48) für das isolierende
Distanzstück
wie herkömmliche
Verbindungsausführung
haben kann, kann jede innere Verbinder- und Distanzstückausführung, die
eine Verbesserung hinsichtlich innerer Standartverbinderausführungen darstellt,
aber mit konventionellen äußeren Verbindern
zusammenzuarbeiten soll, ausgetauscht werden gegen Standartausführungen
innerer Verbinder in einem System, welches das bevorzugte Ausführungsbeispiel
einsetzt. Dieses ermöglicht
ein Produkt oder System, das die reduzierte äußere Größe, welche durch die vorliegende
Erfindung bereitgestellt wird, verlangt, um von zukünftigen
Verbesserungen innerer Verbinderausführungen zu profitieren.
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Typische feste Koaxabschnitte 12 und 18, welche
für eine
kontinuierlich Außenanwendung
beabsichtigt sind, werden aus autokatalytischem Kupfer oder anderen
hochleitenden Materialien hergestellt. Äußere Leiterverbinderbestandteile 14, 16, 48 für solche
Anwendung werden vorzugsweise aus Materialien wie Phosphorbronze
hergestellt, die akzeptable Leitfähigkeit mit mechanischen Stärke und
Widerstandfähigkeit
gegen Witterung, Umwelt, Baustress oder andere Gefahren kombinieren.
Bevorzugt werden unähnliche
Materialien, die in Verbindung stehen, so ausgewählt, dass sich ihre Elektronegativitäten innerhalb
von 0,25 (auf der einheitslosen Pauling-Skala) von einander befinden,
um Erosion durch elektrolytische Effekte zu vermeiden. Ein weiteres
oft bevorzugtes Attribut bei allen Übertragungsleitungsanwendungen
dieser allgemeinen Art ist Gasflußminimierung durch Dichtungen
und Aufrechterhaltung eines geringen Überdrucks im Inneren des Systems, um
die elektrischen Komponenten, die RF Signale leiten oder isolieren,
frei von Verunreinigungen zu halten. Wenn das Äußere eines Systems durch Beschichten
der Bauteile wie 14, 16 mit einem widerstandsfähigen, nicht leitenden Überzug wetterbeständig gemacht
wurde, und wenn die weiteren Teile, die nicht Bestandteil des tatsächlichen
RF Signalübertragungsweges,
im wesentlichen die Turm- und Abspannstrukturen, Klammern, Aufhänger, Stützen und ähnliches,
isoliert von einander innerhalb des Machbaren sind, werden die Risiken
für einen
langfristig wartungsfreien Betrieb verringert.
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Der Zusammenbau von Systemen, die
konventionelle EIA-225 Flanschverbindungen und Verbindungen der
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung einsetzen, benötigt gewöhnlicher weise die Vorfertigung
individueller Abschnitte des inneren und äußeren Koax mit Distanzstücken 32 und mit
der Hülse 48 und
dem Körper 14,
die bereits an den entsprechenden Enden des Koaxes 12, 18 befestigt
sind, und mit dem Klemmring 16 bereits über den Koaxen geschoben in
einer Fertigungseinrichtung. Diese vorgefertigten Abschnitte können dann an
die entsprechenden Stellen gebracht und gemäß der vorliegenden Erfindung
zusammengebaut werden, indem der Außenleiter-Körper 14 mit einem Schlüssel gehalten
und die Komponenten durch Drehen des Gewindeklemmrings 16 mit
einem zweiten Schlüssel
in ihre endgültige
Anordnung gebrachte werden. Dementsprechend ist die bevorzugte Ausführungsform
vorteilhaft für
Anordnungen in der unmittelbaren Nähe von Antennen sowie anderen
Orten, an denen Platz ein Problem darstellt.
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Mehrere Befestigungsverfahren zum
permanenten Befestigen des Körper 14 und
der Hülse 48 an
die Koaxenden stehen zur Verfügung,
wobei die Materialien und die Verfahren des Zusammenbaus unter anderem
von den Materialien, aus denen die Bestandteile 14 und 48 und
die äußeren Koaxleiter 26, 46 hergestellt
sind, abhängen.
Schweißen,
Hart- und Weichlöten
werden gewöhnlich
verwendet und sind zuverlässige
Verfahren zum Verbinden von Elementen, die im wesentlichen permanent
zusammengefügt
werden, während
Verbindungsverfahren auf der Grundalge von Reibungsschluss auch
angewendet werden können.
Die Ausführung
des Körper 36 in der
bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet Löten an
das Ende des Koax-Außenleiters 26 durch
die Bereitstellung eines Schlitzes 58, in den vor dem Zusammenbau
Lötzinn
gebracht werden kann. Die nachfolgende Anwendung von kontrollierter
Wärme, ausreichend
um den Lötzinn
schmelzen zu lassen, auf den Verbindungsabschnitt der Anordnung
kann eine dauerhafte, gasdichte Verbindung erzielen. Ein solches
Befestigungsverfahren (Schlitz und Lötzinnvorform), das beim Anbringen
der Hülse
48 am zweiten äußeren Koaxleiter 46 einsetzbar
ist, ist nicht in den Zeichnungen dargestellt. Alternative Verfahren, wie
das Anbringen von Lötzinn
und Fließpaste
an chemisch gereinigten Elementen vor der Anwendung von Hitze, stellen
ebenfalls zufriedenstellende Verbindungen her.
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Die vielen Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung offensichtlich.
Daher ist es beabsichtigt, durch die beigefügten Ansprüche alle Merkmale und Vorteile
der Erfindung abzudecken, welche in den Geist und Umfang der Erfindung
fallen. Da des weiteren zahlreiche Abwandlungen und Variationen
für den
Fachmann auf einfache Weise zur Verfügung stehen, ist es nicht beabsichtigt,
die Erfindung auf die exakte Bauform und Betriebsweise, die dargestellt
und beschrieben sind, zu beschränken,
und somit sollen alle sinnvollen Modifikationen und Äquivalente
die einbezogen sein, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.