DE2410486A1 - HIGH FREQUENCY COAXIAL PLUG - Google Patents
HIGH FREQUENCY COAXIAL PLUGInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenz-Koaxialstecker für Frequenzen, die höher sind als die Grenzfrequenz des nächst höheren Schwingungsmodus, die für die Kontaktflächen-Abmessungen des Steckers "berechnet wird.The invention relates to a high-frequency coaxial connector for frequencies which are higher than the cut-off frequency of the next higher vibration mode that is used for the contact surface dimensions of the connector "is calculated.
Infolge der besonderen Abmessungen weisen alle Hochfrequenz-Koaxialstecker eine theoretisch errechenbare Grenzfrequenz für den nächst höherem Schwingungstyp (T E */) auf. Diese Frequenz ist - in GHz - durch die GleichungDue to the special dimensions, all high-frequency coaxial connectors have a theoretically calculable cut-off frequency for the next higher vibration type (TE * /) . This frequency is - in GHz - given by the equation
f =f =
7.527.52
gegeben, wobei f die Grenzfrequenz der nächst höheren Schwingungsart für den Stecker, 6 die Dielektrizitätskonstante für das Stecker-Dielektrikum, D der Innendurch-given, where f is the cutoff frequency of the next higher vibration type for the connector, 6 the dielectric constant for the connector dielectric, D the inner diameter
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messer des Außenleiters des Steckers, und d der Außendurchiriesser des Innenleiters des Steckers ist.diameter of the outer conductor of the plug, and d is the outer diameter of the inner conductor of the plug.
Oberhalb der Grenzfrequenz kann, im Stecker Resonanz auftreten, wodurch der ¥elligkeitsfaktor ( das Stehwellenverhältnis ) merklich erhöht wird, wodurch die Übertragungsverluste im Stecker bis zu einem Maße ansteigen, wo der Stecker nicht mehr verwendet werden kann. Da diese Resonanz nur zeitweilig auftritt, und da es daher unter Umständen möglich ist, daß ein Stecker auch oberhalb der errechneten Grenzfrequenz verwendet werden kann, ohne daß das Auftreten der nächst höheren Schwingungsart feststellbar ist, ist ein zuv-erlässiger Betrieb bei diesen höheren Frequenzen nicht erreichbar.Above the cut-off frequency, resonance can occur in the connector. whereby the ¥ eligibility factor (the standing wave ratio) is increased noticeably, whereby the transmission losses increase in the plug to a level where the plug can no longer be used. This one Resonance occurs only intermittently, and since it is therefore under It is possible under certain circumstances that a plug can also be used above the calculated cut-off frequency without that the occurrence of the next higher vibration type can be determined reliable operation cannot be achieved at these higher frequencies.
Anhand von Gleichung 1 ist zu ersehen, daß die Grenzfrequenz für den Stecker durch Verwendung eines Dielektrikums mit kleinerer Dielektrizitätskonstante , oder durch Verkleinern der entsprechenden Durchmesser der Kontakte erhöht werden kann. Bei den meisten Steckern wird aber schon das beste verfügbare dielektrische Material verwendet. Es ist daher normalerweise nicht möglich, durch andere Ausxfahl des dielektrischen Materials die Grenzfrequenz des Steckers zu erhöhen. Darüberhinaus sind die Durchmesser der vorhandenen Stecker normalerweise festgelegt, die durch die Kontaktflächen-Abmessungen des Steckers definiert sind. Die Änderung der Leiterd.urchmesser ist weiterhin auch durch das Erfordernis beschränkt, daß die charakteristische Impedanz; durch de;: Stecker etwa konstant sein soll und daß diese charakteristische Impedanz einer Koaxial-Steckverbindung etwa 50 Ohm betragen soll.From equation 1 it can be seen that the cutoff frequency for the connector by using a dielectric with a smaller dielectric constant, or by reducing it the corresponding diameter of the contacts can be increased. For most plugs, however, already used the best available dielectric material. It is therefore usually not possible through others The cut-off frequency is selected from the dielectric material of the plug to increase. In addition, the diameter of the existing connector is usually determined by the contact surface dimensions of the connector are defined. The change in the conductor diameter is also limited by the requirement that the characteristic Impedance; by de ;: connector should be about constant and that this characteristic impedance of a coaxial connector should be about 50 ohms.
Es tritt daher bei den praktischen Anwendungen die Schwierigkeit auf, eine Betriebsweise mit noch tolerierbaren Verlusten zu erhalten, wobei die Forderung besteht, mitTherefore, the problem arises in practical applications to obtain a mode of operation with losses that are still tolerable, the requirement being with
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einem festgelegten, vorhandenen Steckertyp eine Übertragung mit einer Frequenz durchzuführen, die höher liegt als die berechnete Grenzfrequenz. Gegenwärtig kann man diese Schwierigkeiten nur dadurch ausr.äuraen, daß man eine andere Steckerart verwendet. Dies ist aber häufig nicht möglich, nämlich dann, wenn ein Bauteil ganz neu konstruiert werden muß, um die Übertragung durchzuführen.a specified, existing connector type a transmission to be carried out at a frequency that is higher than the calculated cut-off frequency. Presently one can face these difficulties only set up by using a different type of connector used. However, this is often not possible, namely when a component has to be completely redesigned in order to perform the transfer.
Es ist daher u.a. Aufgabe dieser Erfindung, einen Hochfrequenz-Koaxialst ecker zu schaffen, der die genannten Nachteile nicht aufweist.It is therefore an object of this invention, inter alia, to provide a high frequency coaxial st to create ecker that does not have the disadvantages mentioned.
Diese Aufgabe wird bei einem Hochfrequenz-Koaxialstecker erfindungsgemäß gelöst durch einen Mittelkontakt mit einem ersten Außendurchmesser über einem relativ kurzen Kontaktflächenbereich und einem kleineren Außendur.chmesser für den verbleibenden Teil der Länge hinter dem Kontaktflächenbereich, durch einen Außenkontakt mit einem ersten Innendurchmesser über den relativen kurzen Kontaktflächenbereich und mit einem kleineren Innendurchmesser über den verbleibenden Teil der Länge hinter dem Kontaktflächenbereich, durch ein den Außen- und Mittelkontakt voneinander isolierendes Dielektrikum, wobei die Kontaktdurchmesser im Kontaktflächenbereich derart gewählt sind, daß ein nächst höherer Schwingungstyp F der Grenzfrequenz auftritt, der kleiner ist als die höchste Frequenz, bei der der Stecker verwendet werden soll, und wobei die Kontaktdurchraesser im verbleibenden Teil des Steckers hinter dem- Kontaktflächenbereich so gewählt werden, daß eine vorbestimmte Greiizfrequenz F0 auftritt, die höherThis object is achieved in a high-frequency coaxial connector according to the invention by a central contact with a first outer diameter over a relatively short contact surface area and a smaller outer diameter for the remaining part of the length behind the contact surface area, by an outer contact with a first inner diameter over the relatively short contact surface area and with a smaller inner diameter over the remaining part of the length behind the contact surface area, through a dielectric that isolates the outer and center contact from one another, the contact diameters in the contact surface area being selected such that a next higher oscillation type F of the cutoff frequency occurs, which is smaller than the highest frequency at which the plug is to be used, and wherein the contact diameter in the remaining part of the plug behind the contact surface area are selected so that a predetermined pickup frequency F 0 occurs, the higher
CtCt
als die höchste Frequenz ist, bei der der Stecker verwendet werden soll.than is the highest frequency at which the plug is used shall be.
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Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments and refinements of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung, sowie weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese Zeichnung stellt einen teilweisen seitlichen Querschnitt eines Steckers dar, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist.The invention, as well as further features, advantages and possible embodiments the invention are explained in more detail with reference to the drawing, for example. This drawing Figure 3 illustrates a partial side cross-section of a connector incorporating the features of the present invention having.
Aus der beiliegenden Figur ist zu entnehmen, daß der Stecker 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einer. Standard-Steckerteil 12 mit einer daran befestigten Standard-Überwurf mutter lk aufweist. Im Steckerkörper 12 sind ( nicht dargestellte ) Standard-Bauteile enthalten, um den Stecker mit einem Koaxial-kabel mechanisch und elektrisch zu verbinden. Der Steckerkörper 12 weist einen Außenkontakt 16 und einen Innenkontakt lS auf, die voneinander mittels eines dielektrischen Isolators 2o getrennt sind,From the accompanying figure it can be seen that the connector 10 according to the present invention is a. Has standard connector part 12 with a standard union nut lk attached to it. The plug body 12 contains standard components (not shown) in order to mechanically and electrically connect the plug to a coaxial cable. The plug body 12 has an external contact 16 and an internal contact IS, which are separated from one another by means of a dielectric insulator 2o,
Aus der· Figur ist zu entnehmen, daß der Stecker 10 eine erste Zone oder ein erstes Teil, das mit Kontaktflächen-Teil bezeichnet wird, am vorderen Teil des Stekkers 12. An dieser Stelle ist der Innendurchmesser des Außenkontaktes l6 D und der Außendurchaesser des Inne:ikontaktes l8 d . Das ist der Teil des Steckers , der mit einem Stecker der gleichen Gattung, jedoch entgeger,-f;eset3ter Stecker Jcyr>Q susannenpasst »Dor Stecker weist daher Standard-Steckerabmessungen auf, der mit jedem Stecker gleicher Gattung, der Standard-Abmessungen aufweist, zusammenpasst.From the figure it can be seen that the plug 10 has a first zone or a first part, which is referred to as the contact surface part, on the front part of the plug 12. At this point, the inside diameter of the outside contact is 16 D and the outside diameter of the inside : ikontaktes l8 d. This is the part of the connector that fits with a connector of the same type, but differently, -f; eset3ter connector J cyr> Q susannenpasst »Dor connector therefore has standard connector dimensions, which has standard dimensions with every connector of the same type , fits together.
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In dem Bereich oder der Zone hinter dem Kontaktflächen-Bereich, der in der Zeichnung als resonanzfreier Bereich bezeichnet wird, und der einer. Bereich festlegt, der den größeren Teil der Länge des Steckers einnimmt,· ist der Durchmesser des Außenkontaktes ΐβ jedoch axif D1 und der Durchmesser des Innenkontaktes l8 auf d1 verkleinert. Die oben angegebene Gleichung 1 läßt erkennen, daß ,-wenn sowohl D als auch d verkleinert werden, die Grenzfrequenz (f ) sich erhöht. Es weist also nur der kurze Bereich des Steckers im Kontaktflächenbereich die kleinere Grenzfrequenz auf. je kurzer also der Bereich ist, in dem Schwingungsbereichsänderungen oder Resonanz auftreten kann, um so entsprechend geringer ist die Resonanzschwingung oder die aufgrund der Resonanz erhaltene Schwingungsbereichsänderung, die dabei auftreten kannj es hat sich dabei also herausgestellt, daß bei dem in der Figur dargestellten Stecker eine Schwingungsbereichsänderung nicht stattfindet, bis die höhere Grenzfrequenz des'resonanzfreien Bereichs erreicht ist. Es wird also ein Stecker geschaffen, der für Frequenzen zu verwenden ist, die höher sind als die Grenzfrequenz, die für die Kontaktflächen - Abmessungen errechnet werden.In the area or the zone behind the contact surface area, which is referred to in the drawing as the resonance-free area, and the one. Determines the area that takes up the greater part of the length of the plug, · the diameter of the external contact ΐβ is however axif D 1 and the diameter of the internal contact l8 is reduced to d 1. Equation 1 given above reveals that as both D and d are decreased, the cutoff frequency (f) increases. So only the short area of the plug in the contact surface area has the lower cut-off frequency. The shorter the range in which the oscillation range changes or resonance can occur, the correspondingly lower the resonance oscillation or the oscillation range change obtained due to the resonance that can occur The oscillation range does not change until the higher cut-off frequency of the resonance-free range is reached. A plug is thus created that can be used for frequencies that are higher than the cut-off frequency that are calculated for the contact surface dimensions.
Es sei bemerkt, daß die Grenzfrequenz für den resonanzfreien Bereich dadurch erhöht werden könnte, indem man lediglich einen der Durchmesser D oder d verringert. Die charakteristische Impedanz für den Steckerbereich ist jedoch durch folgende Gleichung vorgegeben:It should be noted that the cutoff frequency for the resonance-free Area could be increased by reducing only one of the diameters D or d. the However, the characteristic impedance for the connector area is given by the following equation:
2O = _L38_ iog10 ( § ) (2) 2 O = _L38_ iog 10 (§) (2)
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Wenn man also nur einen der Durchmesser verringert, würde die charakteristische Impedanz entweder erhöht oder verringert werden, was eine V/elligkeitsfaktor-induzierende Impedanz-Unstetigkeit zur Folge hätte. Indem man beide Steckor-durchmesser so ändert, daß ihr Verhältnis konstant bleibt, bleibt auch die charakteristische Impedanz der beiden Bereiche des Steckers die gleiche, wodurch mögliche Unstetigkeiten im Stecker verringert werden.« Das Abändern beider Durchmesser hat den weiteren Vorteil, daß eine gewünschte Änderung der Grenzfrequenz mit einer geringen Änderung jeder der Durchmesser erreicht werden kann, wodurch die damit verbundenen Abänderungen bzw. Unstetigkeiten und Diskontinuitäten beim Aufbau des Steckers und somit auch der Spannungsumkehreffekt der Abraessungsänderungen auf den Welligkeitsfaktor klein bleiben.So if you only reduced one of the diameters, you would the characteristic impedance can either be increased or decreased, thus inducing a v / ell factor Impedance discontinuity would result. By changing both connector diameters so that their ratio is constant remains, the characteristic impedance of the two areas of the connector remains the same, whereby possible discontinuities in the connector are reduced. «Changing both diameters has the further advantage of that a desired change in cutoff frequency is achieved with a small change in each of the diameters can be, thereby making the related amendments or discontinuities and discontinuities in the construction of the connector and thus also the voltage reversal effect the changes in the dimensions to the waviness factor stay small.
Als Beispiel dafür, wie der Erfindungsgedanke praktisch angewandt werden kaiin, sei angenommen, daß der dielektrische Isolator 20 für doii Stecker Tetrafloräthalen mit einer Dielektrizitäts-Konstanten von 2,025 ist. Es sei weiter angenommen, daß D = 7 nim, d = 2,1 mm, D1 =6,2 mm, und d1 = 1,9 mm ist. In die Gleichung 1 eingesetzt ergeben diese Werte eine Grenzfrequenz im Kontaktflächen-Beroich des Steckers von etwa 15 GHz, während die Grenzfrequenz im resonanzfreien Bereich etwa 17 GHz ist. Setzt man die genannten Zahlen in die Gleichung 2 ein, so bekommt man in beiden Fällen eine charakteristische Impedanz von etwa 50 Ohm. Mit einem Stecker, dessen Kontaktflachen-Abmessungen eine Grenzfrequenz von 15 GHz festlegen, kann also sicher bis zu 17 GHz verwendet werden, ohne daß Umkehreffekte beim Welligkeitsfaktor auftreten.As an example of how the inventive concept can be practiced, assume that the dielectric insulator 20 for doii connectors is tetrafluoroethylene with a dielectric constant of 2.025. It is further assumed that D = 7 nm, d = 2.1 mm, D 1 = 6.2 mm, and d 1 = 1.9 mm. Inserted into equation 1, these values result in a cut-off frequency in the contact surface area of the plug of around 15 GHz, while the cut-off frequency in the resonance-free range is around 17 GHz. If you put the mentioned numbers in equation 2, you get a characteristic impedance of about 50 ohms in both cases. With a plug whose contact surface dimensions define a cut-off frequency of 15 GHz, up to 17 GHz can be safely used without reversing effects in the ripple factor.
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- 7 - 2A10486 - 7 - 2A10486
Obgleich die Erfindung anhand eines einzigen,speziellen Steckers dargestellt wurde, ist es klar, daß der allgemeine Erfindungsgedanke .dieser Erfindung auf alle Ho chfrequenz-Koarcial-Stecker in gleicher 17eise angewendet werden kann, die Kontaktflächen-Bereiche aufweisen. Obgleich also die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben worden war, so ist die Erfindung natürlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung schließt vielmehr sämtliche Möglichkeiten,Abänderungen und Äquivalente mit ein, die dem Sinne nach und im Rahmen der Erfindung enthalten sind, und die von einem Fachmann in Zusammenhang mit der Erfindung angewandt werden können.Although the invention is based on a single, special Connector, it is clear that the general Invention concept. This invention applies to all high frequency coarcial plugs can be used in the same 17eise that have contact surface areas. So although the invention has been illustrated and described on the basis of a preferred exemplary embodiment was, the invention is of course not limited to these embodiments. Rather, the invention includes all possibilities, modifications and equivalents with a, which are included in the sense of and within the scope of the invention, and those of a person skilled in the art can be used in connection with the invention.
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