DE69915982T2

DE69915982T2 - Koaxialverbinder mit Impedanzsteuerung

Info

Publication number: DE69915982T2
Application number: DE69915982T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Frank Ensign; Wayde Barry King
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: KR20000035070A; EP1003247A3; EP1003247A2; TW480778B; KR100320358B1; US6015315A; JP2000156266A; DE69915982D1; EP1003247B1; JP3105504B2

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Koaxial-Steckverbinder werden in vorbestimmten Größen und mit vorbestimmter Nennimpedanz, wie z. B. 50 Ohm oder 75 Ohm, hergestellt. Eine Bauart eines Miniatur-Koaxial-Steckverbinders ist der D-Sub-Steckverbinder Größe 8 mit 75 Ohm, dessen Mittelkontakte einen Stift mit 1 mm (0,04 Zoll) Durchmesser einschließen sowie eine äußere Steckerhülse mit einem Außendurchmesser von 3,9 mm (0,153 Zoll) im vorderen Abschnitt und 4,8 mm (0,188 Zoll) Außendurchmesser im hinteren Abschnitt. Wenn ein einfacher Massivisolator verwendet wird, der einen Abstand nur um einen Buchsenkontakt im vorderen Abschnitt schafft, hat der vordere Abschnitt eine Impedanz von etwa 40 Ohm und der hintere Abschnitt eine Impedanz von etwa 85 Ohm, was einen Durchschnitt von etwa 65 Ohm ergibt, was wesentlich weniger als die gewünschten 75 Ohm. ist. Die Impedanz kann gesteigert werden, indem der Isolator mit Lufträumen konstruiert wird, aber dies kann zu einem Isolator mit schwacher Struktur führen, der während des Einführens des Mittelkontakts leicht beschädigt werden kann, insbesondere auf Grund der geringen Größe der Teile des Miniatur-Steckverbinders. Es sei angemerkt, dass aus Kostengründen der Isolator ein einstückig formgegossenes Teil sein muss. Ein kostengünstiger Miniatur-Koaxial-Steckverbinder, dessen Impedanz näher an der Nennimpedanz, wie z. B. 75 Ohm, liegt, der aber dennoch eine stabile Konstruktion aufweist, wäre von großem Wert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird einen Miniatur-Koaxial-Steckverbinder in Standardgröße geschaffen, der robust und preisgünstig ist und eine Impedanz aufweist, die näher an der Nennimpedanz des Steckverbinders liegt. Der Steckverbinder enthält ein Metallblechgehäuse, das einen äußeren Kontakt bildet, einen entlang der Achse des Steckverbinders verlaufenden Mittelkontakt und einen Isolator, der den Mittelkontakt innerhalb des Gehäuses hält. Der Isolator hat einen hinteren Abschnitt, der einen zylindrischen buchsenförmigen Teil umfasst, der 360° um die Achse verläuft und drei Rippen aufweist, die von der Buchse radial nach innen verlaufen und radial innere freie Enden haben. Der Kontakt hat eine Zacke, die in Presspassung mit den freien inneren Enden der Rippen liegt. Die Buchse hat einen vorderen Abschnitt mit einer Stifteinführöffnung an ihrem vorderen Ende und eine Buchse, die einen großen radialen Schlitz aufweist, um den Formvorgang des Isolators zu erleichtern.
Die neuen Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen ausgeführt. Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen am besten verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine isometrische Rückansicht eines gemäß vorliegender Erfindung aufgebauten Koaxial-Steckverbinders, von dessen Rückseite ein Kabel ausgeht.
2 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung des Steckverbinders aus 1.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 1 und der Linie 3-3 in 4.
4 ist eine Ansicht der hinteren Stirnseite des Steckverbinders aus 3, entlang der Linie 4-4 in 5 gesehen.
5 ist eine Schnittansicht des Isolators aus 4 entlang der Linie 5-5.
6 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Steckverbinders aus 3, wobei jedoch ein Kabel und eine hintere Endkappe angebracht sind.
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in 5.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt den Steckerteil eines Koaxial-Steckverbinders 10, von dessen hinterem Ende ein Koaxialkabel 12 ausgeht. 2 zeigt, dass der Steckverbinder ein Metallblechgehäuse 14, einen innerhalb des Gehäuses liegenden Isolator 16 und einen innerhalb des Isolators liegenden Mittelkontakt 18 enthält. Eine hintere Kontakthülse 20 liegt am hinteren Ende des Steckverbinders und eine hintere Endkappe 21 verschließt das hintere Ende. Der Mittelkontakt 18 enthält einen vorderen Abschnitt 22 in Form einer Buchse, einen hinteren Abschnitt 24, der eine Ausnehmung zum Aufnehmen und Verlöten eines Mittelleiters des Kabels bildet, und einen Mittelteil 26 mit kleinem Durchmesser. Der Isolator hat einen vorderen Abschnitt 30, der innerhalb eines vorderen Abschnitts 32 des Metallblechgehäuses 14 liegt. Der Isolator hat ferner einen hinteren Abschnitt 34, der innerhalb eines hinteren Abschnitts 36 des Gehäuses liegt.
3 zeigt das Gehäuse 14, den Isolator 16 und den Mittelkontakt 18 in vollständig zusammengebautem Zustand. Der Mittelkontakt 18 wird in den Isolator eingebaut, indem der Mittelkontakt in Vorwärtsrichtung F in seine Position bewegt wird. Der Mittelkontakt hat eine Zacke 40 und einen Flansch 42, die ihn an dem Isolator festhalten, wobei die Zacke 40 in Presspassung mit dem Isolator liegt. Der vordere Abschnitt 30 des Isolators enthält eine Stifteinführöffnung 44, die so gestaltet ist, dass sie einen Stift 46 eines passenden Steckverbinders an seine Position führt, während ein äußerer Anschlusskontakt 51 des passenden Steckverbinders B um das Gehäuse gleitet. Der vordere Abschnitt 32 des Gehäuses ist so gestaltet, dass er in dem äußeren Anschlusskontakt 51 des passenden Steckverb inders aufgenommen wird, und der hintere Abschnitt 36 des Gehäuses hat eine Größe, dass er in einen Kanal eines großen Steckverbinderkastens passt, der den Steckverbinder 10 und weitere Steckverbinder enthalten kann. Bei beiden Steckverbindern 10 und B verläuft das Gehäuse oder der äußere Anschlusskontakt 14, 51 im wesentlichen um die gesamte Länge des Verbindungsendes des Mittelkontakts 18, 46.
4 ist eine Rückansicht des Isolators 16, die den hinteren Abschnitt 34 des Isolators zeigt, der über die Länge des hinteren Abschnitts einen im wesentlichen konstanten Querschnitt hat. Der hintere Abschnitt des Isolators enthält einen zylindrischen buchsenförmigen Teil 50, der vorzugsweise eine zylindrische äußere Oberfläche 52 und eine zylindrische innere Oberfläche 55 hat, obgleich dies nicht erfindungswesentlich ist. Der hintere Isolatorabschnitt hat ferner drei Rippen 60, 62, 64 mit radial äußeren Enden 66, die in den buchsenförmigen Teil 50 übergehen, und mit radial inneren Enden 68, die insofern freie Enden sind, als sie mit den anderen Rippen nicht verbunden sind. Die Zacke 40 an dem Mittelkontakt 18 aus 3 liegt in einer Presspassung mit den drei Rippen 60–64, um die Bewegung des inneren Kontakts nach hinten zu verhindern. Wie 5 zeigt, hat der vordere Abschnitt 30 des Isolators einen Kupplungsteil 80 in Form einer Buchse mit einem großen vertikalen Schlitz 82. Der Schlitz 82 ist vorgesehen, um die Formung des Isolators zu ermöglichen sowie um das Luftvolumen zu erhöhen, um die Impedanz in dem Verbindungsbereich zu steigern. 7 zeigt, dass der Schlitz einen Winkel A von etwa 90° überspannt, womit ein buchsenförmigen Kupplungsteil 80 verbleibt, der einen Winkel von etwa 270° überspannt. Der Kupplungsteil enthält einen zylindrischen Boden 84, der 180° überspannt, und aufrecht stehende Wände. Dies führt zur Steifigkeit des Kupplungsteils 80, um sein säulenartiges Kollabieren zu verhindern, wenn eine nach vorne gerichtete Kraft auf die Einführöffnung 44 (5) ausgeübt wird.
Das Vorsehen der drei Rippen 60–64 in 4 bietet Robustheit, während beträchtlicher leerer Raum innerhalb des hinteren Abschnitts des äußeren Gehäuses verbleibt. Der leere Raum erhöht die charakteristische Impedanz des hinteren Ab schnitts des Steckverbinders, der den hinteren Gehäuseabschnitt 54 (3) und den darin liegenden hinteren Isolatorabschnitt 34 enthält. Der vordere Abschnitt 30 des Isolators, der innerhalb des vorderen Abschnitts 53 des Gehäuses liegt, hat eine Impedanz von etwa 40 Ohm. Wenn ein massiver Isolator ohne Luftraum innerhalb des hinteren Abschnitts 54 des Gehäuses liegt, hat der hintere Abschnitt des Steckverbinders eine Impedanz von etwa 85 Ohm. Dies führt zu einer Durchschnittsimpedanz des Steckverbinders von etwa 65 Ohm, was beträchtlich weniger als die vorgesehene charakteristische Impedanz von 75 Ohm für den Steckverbinder ist. Eine niedrigere Impedanz führt zu Verlusten. Dadurch, dass die Anmelderin einen hinteren Isolatorabschnitt 34 mit einem Luftraum (zwischen den Rippen) vorsieht, erhöht die Anmelderin die Impedanz des hinteren Abschnitts des Steckverbinders auf etwa 100 Ohm, was zu einer Impedanz des Steckverbinders von etwa 75 Ohm führt. Obgleich die Impedanz sowohl im vorderen Bereich als auch im hinteren Bereich sich deutlich von 75 Ohm unterscheidet, was zu Signalreflexionen und folglich zu Verlusten führt, sind diese Verluste geringer, als dies mit einer Gesamtimpedanz erzielbar wäre, die beträchtlich unter 75 Ohm liegt. Es sei angemerkt, dass über etwa 1 GHz die Verluste durch Reflexionen gewöhnlich zu hoch für die praktische Verwendung sind.
Wenn der Mittelkontakt 18 aus 3 eingebaut wird, wird er nach vorne geschoben. Der Durchmesser des Mittelkontakts 18 ist möglichst gering gehalten, um die erforderliche Impedanz in dem hinteren Abschnitt des Steckverbinders aufrecht zu erhalten. Der Mittelkontakt 18 aus 3 kann einer Druckkraft entlang seiner Länge von bis zu etwa 30 Pfund widerstehen, bevor er säulenartig kollabiert. Wenn ein weiterer Steckverbinder B mit dem Steckverbinder 10 zusammengesteckt wird, übt der Stift 46 des zu verbindenden Steckverbinders eine nach hinten gerichtete Kraft aus. Die Zacke 40 und der Isolator 16 widerstehen einer Kraft von mindestens 2 Pfund während des Zusammensteckens. Bisher waren bei Isolatoren von Koaxial-Steckverbindern mit radialen Rippen die Rippen durch eine Buchse mit kleinem Durchmesser aus Isoliermaterial miteinander verbunden. Um einen beträchtlichen Luftraum beizubehalten, waren die Rippen dünner als bei der Anmelderin und die Konstruktion erforderte ein komplizierteres Formwerkzeug.
Die Verwendung von Rippen durch die Anmelderin, bei welchen die Zacke des Mittelkontakts direkt mit den radial inneren freien Enden der Rippen in Eingriff kommt, erlaubt die Verwendung von dicken Rippen und hat einen Steckverbinder mit einfacher Konstruktion zum Resultat, der robust ist. Es ist zu betonen, dass der Steckverbinder und seine Teile eine sehr kleine Größe haben, wobei der Außendurchmesser C (5) des Isolators nur 3,99 mm (0,157 Zoll) beträgt, sodass eine hohe Robustheit erforderlich ist, um bei grober Handhabung beim Zusammenbau und bei der Verwendung eine Beschädigung zu verhindern. Der direkte Eingriff in Presspassung des Mittelkontakts mit den freien Enden der Rippen gemäß der Anmelderin führt zu einem Eingriff von stabilen Teilen des Isolators. Der Kupplungsteil 80 des vorderen Isolatorabschnitts ist ebenfalls robust, da er um deutlich mehr als einen Halbkreis um die Achse des Steckverbinders verläuft.
Die Rippen 60–64 sind vorzugsweise in einem Winkel von etwa 120° um die Achse 11 des Steckverbinders beabstandet, sodass der Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten Rippen mindestens 105° beträgt. In einem Steckverbinder mit dem dargestellten Aufbau, den die Anmelderin konstruiert hat, ist das Gehäuse aus Metallblech mit etwa 0,38 Millimeter (0,015 Zoll) Dicke geformt, wobei der vordere Abschnitt 53 einen Außendurchmesser D von 3,9 Millimeter (0,153 Zoll) hat und der hintere Abschnitt 54 einen Außendurchmesser E von 4,8 Millimeter (0,189 Zoll) hat. Der hintere Abschnitt des Isolators hat einen Außendurchmesser C von 4,0 mm (0,157 Zoll), sodass er in dem Gehäuse eng aufgenommen wird (mit einem Spalt von nicht mehr als einigen tausendstel Zoll). Jede der Rippen hat eine Breite G (4) von 0,91 Millimeter (0,036 Zoll), die mindestens 60% (tatsächlich 65%) des Durchmessers eines imaginären Kreises 70 beträgt, auf dem die inneren Enden 68 der Rippen liegen. Jede Rippe hat eine radiale Länge von 0,67 Millimeter (0,026 Zoll), was etwa 50% des Radius der Buchsenoberfläche 59 ist. Die radiale Länge der Rippen sollte mindestens 25% des Radius des Inneren 55 des buchsenförmigen Teils 50 betragen, um den Prozentsatz an festem Material nennenswert zu reduzieren und die charakteristische Impedanz zu erhöhen.
Die Erfindung schafft somit einen kostengünstigen und robusten Koaxial-Steckverbinder mit einer charakteristischen Impedanz, die nahe an einem bestimmten Niveau, wie z. B. 75 Ohm, liegt, indem die Impedanz des hinteren Abschnitts des Steckverbinders erhöht wird, um die geringe Impedanz des vorderen Abschnitts auszugleichen. Der hintere Abschnitt enthält einen Isolator mit einem buchsenförmigen Abschnitt und einer Vielzahl von Rippen, vorzugsweise drei gleichmäßig beabstandeten Rippen, die von der Buchse radial nach innen verlaufen und drei radial innere freie Enden haben. Der Mittelleiter des Steckverbinders ist auf den drei Enden der Rippen gehaltert, wobei der Mittelleiter eine Zacke hat, die in Presspassung mit den Rippen liegt. Der vordere Abschnitt des Steckverbinders hat vorzugsweise die Form einer Buchse, die eine Stifteinführöffnung an dem vorderen Ende hält. Die Buchse in dem vorderen Abschnitt hat einen Schlitz, wobei die Buchse so belassen ist, dass sie aus Gründen der Robustheit über mehr als 180° und vorzugsweise etwa 270° verläuft.
Obgleich hierin bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, ist es offensichtlich, dass für den Durchschnittsfachmann ohne weiteres Modifikationen und Variationen erkennbar sind, sodass folglich die Patentansprüche so auszulegen sind, dass derartige Modifikationen und Äquivalente eingeschlossen sind.

Claims

Koaxial-Steckverbinder (10) mit einer Achse (11), einem Metallgehäuse (14) mit einem vorderen und einem hinteren Gehäuseabschnitt (32, 36) mit allgemein zylindrischer Form, einem innerhalb des Gehäuses liegenden Mittelkontakt (18), der entlang der Achse verläuft, und einem Isolator (16), der den Mittelkontakt innerhalb des Gehäuses haltert, dadurch gekennzeichnet, dass: der Isolator einen in dem Gehäuse liegenden hinteren Isolatorabschnitt (34) hat, welcher Isolatorabschnitt einen großen buchsenförmigen Teil (50) hat, der eng innerhalb des Gehäuses liegt und mindestens drei Rippen (60, 62, 64) aufweist, die von dem buchsenförmigen Teil hauptsächlich radial nach innen verlaufen, wobei die Rippen radial innere freie Enden (68) haben; der Mittelkontakt (18) eng innerhalb der freien Enden der Rippen liegt, um dadurch die Menge an festem Material zwischen dem Mittelkontakt und dem hinteren Gehäuseabschnitt zu reduzieren und die charakteristische Impedanz zu steigern.
Steckverbinder nach Anspruch 1, bei welchem der Isolator einen vorderen Isolatorabschnitt (30) mit einem Kupplungsteil (80) und mit einem Vorderteil aufweist, der eine Stifteinführöffnung (44) an einem vorderen Ende des Kupplungsteils bildet; wobei der Kupplungsteil des vorderen Isolatorabschnitts in Form einer Buchse vorliegt, die kontinuierlich mindestens 180° um die Achse verläuft und die einen radial verlaufenden Schlitz (82) zum Erleichtern der Formung an einer Seite der Buchse hat, wobei der Schlitz entlang der Achse gesehen frei von Hinterschneidungen ist.
Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die mindestens drei Rippen aus drei Rippen (60, 62, 64) bestehen, die in einem Winkel von im wesentlichen 120° beabstandet sind.
Steckverbinder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jede der Rippen (60, 62, 64) eine radiale Länge hat, die mindestens 25% des Innenradius des buchsenförmigen Teils beträgt.
Koaxial-Steckverbinder nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das einstückige Metallblechgehäuse (14) einen zylindrischen vorderen Abschnitt (32) mit einem ersten Durchmesser und einen zylindrischen hinteren Abschnitt (36) mit einem größeren zweiten Durchmesser hat, wobei die beiden zylindrischen Abschnitte auf einer Achse (11) zentriert sind; der Isolator (16) ein einstückiger, geformter Isolator ist, der entlang eines Hauptteils der Länge des hinteren Abschnitts (36) des Gehäuses liegt.
Steckverbinder nach Anspruch 5, bei welchem der Isolator (16) einen vorderen Abschnitt (30) mit einem Kupplungsteil (80) mit einer im wesentlichen zylindrischen inneren und äußeren Form etwa 180° entlang der und um die Achse hat, wobei der Kupplungsteil etwa drei Viertel eines Kreises um die Achse verläuft und in den buchsenförmigen Teil des hinteren Isolatorabschnitts übergeht und der Kupplungsteil eng innerhalb des vorderen Abschnitts des Gehäuses liegt, wobei der vordere Abschnitt des Isolators einen vorderen Teil hat, der eine Stifteinführöffnung (44) bildet.
Steckverbinder nach Anspruch 6, bei welchem der Kupplungsteil (80) des Isolators das mit zylindrischer Form einen Schlitz (82) an einer Seite hat, wobei der Kupplungsteil in einer zu der Achse senkrechten Richtung eine Schlitzbreite hat, die gleich dem Innendurchmesser des vorderen Abschnitts des Isolators ist.