EP1895625A1 - Connecteur coaxial pour relier deux cartes de circuit imprimé - Google Patents

Connecteur coaxial pour relier deux cartes de circuit imprimé Download PDF

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EP1895625A1
EP1895625A1 EP07301293A EP07301293A EP1895625A1 EP 1895625 A1 EP1895625 A1 EP 1895625A1 EP 07301293 A EP07301293 A EP 07301293A EP 07301293 A EP07301293 A EP 07301293A EP 1895625 A1 EP1895625 A1 EP 1895625A1
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contact
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Bernard Constantin
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Radiall SA
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    • H01R2103/00—Two poles

Definitions

  • the present invention relates to a coaxial connector for connecting two printed circuit boards of the type intended to interconnect very high frequency transmission lines located on two parallel printed circuit boards.
  • Coaxial connectors are already known for connecting two printed circuit boards comprising a first cylindrical connector element intended to be fixed at one end to a first printed circuit board, and a second cylindrical connector element intended to come into contact, at one end, a second printed circuit board, each connector element having a central contact and an outer contact separated by an insulator, the central and outer contacts of the first and second connector members having cylindrical bearing surfaces mutually in contact, resilient means being interposed between the first and second connector members and biasing the central and outer contacts of the second connector member toward the second printed circuit board.
  • the first connector element is fixed, in particular by soldering, to the first printed circuit board and the second card is brought in abutment against the second connector element which is displaced relative to the first connector element, the contacts of the second connector element being pressed under the action of the elastic means against the conductive zones provided on the second card.
  • a connector of this type in which the elastic means are elastomer O-rings is described in the patent US 6,699,054 and a connector of this type in which the elastic means are compression springs is described in the patent US 6,776,668 .
  • the known coaxial connectors have, due to their structure, a significant impedance variation over their length.
  • the connector described in the patent US 6,776,668 there is a high impedance area at the center contact of the second connector element.
  • the known connectors do not allow a large movement in the relative movement of the connector elements which requires a high accuracy for the distance between cards.
  • the present invention proposes to make a coaxial connector for connecting two printed circuit boards avoiding in particular the drawbacks mentioned above. and allowing to connect two printed circuit boards without requiring a significant alignment accuracy, without generating significant insertion efforts and without having to require systems for maintaining distance between accurate cards.
  • the coaxial connector according to the invention lends itself to a high density of integration on printed circuit boards, making it possible to simultaneously interconnect a very large number of very high frequency transmission lines, in particular up to 18 GHz , located on two parallel printed circuit boards.
  • the coaxial connector according to the present invention can in particular be used in the latest generation radars using electronic scanning antennas which are composed of a large number of radiating sources.
  • the coaxial connector according to the present invention is essentially characterized by the fact that the cylindrical surfaces mutually in contact with the central contacts of the first and second connector elements are annular bearing surfaces radially outwardly displaced from the central contact bodies and delimiting with them a first volume in which is mounted a first spring, and that the cylindrical surfaces mutually in contact with the first and second connector elements are annular bearing surfaces radially outwardly displaced from the external contact bodies and delimiting with them a second volume in which is mounted a second spring.
  • the contact area between the annular lands of the central contacts is closer to the end by which the first connector element is intended to be fixed to the first printed circuit board than the contact area between the annular bearing surfaces of the external contacts.
  • the springs are advantageously helical compression springs.
  • the diameter of the annular bearing surface of the central contact of the first connector element is smaller than the diameter of the annular bearing surface of the central contact of the second connector element, and the diameter of the annular bearing surface of the central contact of the first connector element is less than the diameter of the annular bearing surface of the external contact of the second connector element.
  • an electromagnetic shielding ring is disposed in the second volume mentioned above, around the range inwardly offset the outer contact of the second connector element.
  • FIG. 1 shows a coaxial connector according to the invention comprising a first connector element generally designated 1, and a second connector element generally designated 2.
  • the connector element 2 can slide in a limited manner inside the connector element 1.
  • the connector element 1 shown is fixed on a printed circuit board, another printed circuit board 4 being shown being brought closer to the connector, as illustrated by arrows.
  • the connector element 1 and its components will be qualified as fixed while the connector element 2 and its components will be qualified as mobile.
  • the fixed connector element 1 comprises an external mass contact body 5 connected by an annular base portion 6 to an annular bearing surface 7 concentric with the body 5 and offset inwardly relative thereto.
  • the fixed external contact thus produced is fixed by brazing at 8 on the printed circuit board 3.
  • the fixed central contact comprises a cylindrical contact body 9 having a recess from which extends an annular bearing surface 10 which is thus offset outwardly relative to the body 9.
  • An insulator 11 is interposed between the contact body fixed 9 and the span 7 of the fixed external contact.
  • the movable connector element 2 comprises a tubular outer body 12 extended by an annular bearing surface 13 which, as can be seen in the drawing, is in contact with the bearing surface 7 of the fixed external contact.
  • the bearing surface 13 is offset inwardly relative to the body 12.
  • the movable central contact comprises a movable contact body 14 extended by an outwardly displaced annular bearing surface 15. As seen in FIG. 1, this bearing surface 15 is in contact with the bearing surface 10 of the fixed central contact.
  • the fixed contact body 9 is fixed to the printed circuit board 3 by soldering, in particular in a metallized hole of the printed circuit board.
  • An insulator 16 is disposed between the movable outer contact body 12 and the movable central contact body 14. As can be seen in FIG. 1, before the support of the card 4, the movable central contact body 14 protrudes slightly of the end face of the movable outer contact body 12.
  • a helical compression spring 17 is placed between the fixed and movable outer contacts while a compression coil spring 18 is placed between the fixed and movable central contacts, the coil springs 17 and 18, when they are compressed. by pressing the card 4 tending to pressurize the mobile central and external contacts against the printed circuit board 4.
  • a shielding ring 19 with respect to the electromagnetic radiation is arranged around the bearing surface 13.
  • Figure 2 illustrates the connector of Figure 1 in the use position with a maximum distance between cards while Figure 3 illustrates the connector with a minimum distance between cards.
  • the movable connector element slides in the fixed connector element, a compression force due to the springs applying the fixed and movable central contacts between determined wheels of the card with a possible eccentricity 0.7 mm.
  • the compressive force is 4.2 N, and in the position of Figure 3 9.6 N.
  • this stroke is 1.6 mm.
  • This stroke can be further increased by changing the length dimensions of the movable external contact and the movable central contact. In practice, it is possible to envisage a distance between cards up to 20 mm.
  • a low 18 GHz reflection coefficient independent of the distance between the printed circuits is obtained by defining the diameters interiors (D) of the bodies of mass 7 and 12 and the outside diameters (d) of the central contacts 9 and 14 governing the impedance of the line sections indicated by the arrows A, B, C in FIG. 2, according to the formula 138 ⁇ ⁇ X ⁇ log D d so that they are equal and identical to the characteristic impedance of the access lines Zo, for example 50 Ohm.
  • the sections of lines A and C are of invariable lengths.
  • the adaptation zones D and E are the dimensional transitions between the zones A, B, C of characteristic impedance Zo and are also of invariable lengths.

Landscapes

  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un connecteur coaxial pour relier deux cartes de circuit imprimé, comportant un premier élément de connecteur cylindrique (1) destiné à être fixé, par une extrémité, à une première carte de circuit imprimé (3) et un deuxième élément de connecteur cylindrique (2) destiné à venir au contact, par une extrémité, d'une deuxième carte de circuit imprimé (4), chaque élément de connecteur comportant un contact central (9, 10 ; 14, 15) et un contact extérieur (5, 6, 7 ; 12, 13) séparés par un isolant (11 ; 16), des moyens élastiques (17, 18) étant interposés entre les premier et deuxième éléments de connecteur et sollicitant les contacts central et extérieur du deuxième élément de connecteur en direction de la deuxième carte de circuit imprimé. Le connecteur comporte des portées annulaires (10, 15) en déport radialement vers l'extérieur des corps de contacts centraux (9, 14) et délimitant avec eux un premier volume dans lequel est monté un premier ressort (18), et sont des portées annulaires (7, 13) en déport radialement vers l'intérieur des corps de contact extérieurs (5, 12) et délimitant avec eux un deuxième volume dans lequel est monté un deuxième ressort (17).

Description

  • La présente invention est relative à un connecteur coaxial pour relier deux cartes de circuit imprimé, du type destiné à interconnecter des lignes de transmission à très haute fréquence situées sur deux cartes de circuit imprimé parallèles.
  • On connaît déjà des connecteurs coaxiaux pour relier deux cartes de circuit imprimé comportant un premier élément de connecteur cylindrique destiné à être fixé, par une extrémité, à une première carte de circuit imprimé, et un deuxième élément de connecteur cylindrique destiné à venir au contact, par une extrémité, d'une deuxième carte de circuit imprimé, chaque élément de connecteur comportant un contact central et un contact extérieur séparés par un isolant, les contacts centraux et extérieurs des premier et deuxième éléments de connecteurs comportant des portées cylindriques mutuellement en contact, des moyens élastiques étant interposés entre les premier et deuxième éléments de connecteur et sollicitant les contacts central et extérieur du deuxième élément de connecteur en direction de la deuxième carte de circuit imprimé.
  • Le premier élément de connecteur est fixé, notamment par brasage, à la première carte de circuit imprimé et la deuxième carte est amenée en appui contre le second élément de connecteur qui est déplacé relativement au premier élément de connecteur, les contacts du second élément de connecteur étant pressés sous l'action des moyens élastiques contre les zones conductrices prévues sur la deuxième carte.
  • Un connecteur de ce type dans lequel les moyens élastiques sont des joints toriques en élastomère est décrit dans le brevet US 6 699 054 et un connecteur de ce type dans lequel les moyens élastiques sont des ressorts de compression est décrit dans le brevet US 6 776 668 .
  • Les connecteurs coaxiaux connus présentent, du fait de leur structure, une variation d'impédance importante sur leur longueur. En particulier, dans le connecteur décrit dans le brevet US 6 776 668 , on trouve une zone d'impédance élevée au niveau du contact central du second élément de connecteur.
  • En outre, les connecteurs connus ne permettent pas un grand débattement dans le mouvement relatif des éléments de connecteurs ce qui nécessite une grande précision pour la distance entre cartes.
  • La présente invention se propose de réaliser un connecteur coaxial pour relier deux cartes de circuit imprimé évitant notamment les inconvénients mentionnés ci-dessus et permettant de relier deux cartes de circuit imprimé sans requérir une précision d'alignement importante, sans générer d'efforts d'insertion importants et sans avoir à requérir à des systèmes de maintien de distance entre cartes précis.
  • En outre, le connecteur coaxial selon l'invention se prête à une grande densité d'intégration sur des cartes de circuit imprimé, permettant d'interconnecter simultanément un nombre très important de lignes de transmission à très haute fréquence, notamment jusqu'à 18 GHz, situées sur deux cartes de circuit imprimé parallèles.
  • Le connecteur coaxial selon la présente invention peut en particulier être utilisé dans les radars de dernière génération utilisant des antennes à balayage électronique qui sont composées d'un grand nombre de sources rayonnantes.
  • Le connecteur coaxial selon la présente invention est essentiellement caractérisé par le fait que les portées cylindriques mutuellement en contact des contacts centraux des premier et deuxième éléments de connecteurs sont des portées annulaires en déport radialement vers l'extérieur des corps de contact centraux et délimitant avec eux un premier volume dans lequel est monté un premier ressort, et que les portées cylindriques mutuellement en contact des premier et deuxième éléments de connecteurs sont des portées annulaires en déport radialement vers l'extérieur des corps de contact extérieurs et délimitant avec eux un deuxième volume dans lequel est monté un deuxième ressort.
  • De préférence, la zone de contact entre les portées annulaires des contacts centraux est plus proche de l'extrémité par laquelle le premier élément de connecteur est destiné à être fixé à la première carte de circuit imprimé que la zone de contact entre les portées annulaires des contacts extérieurs.
  • Les ressorts sont avantageusement des ressorts hélicoïdaux de compression.
  • De préférence, le diamètre de la portée annulaire du contact central du premier élément de connecteur est inférieur au diamètre de la portée annulaire du contact central du deuxième élément de connecteur, et le diamètre de la portée annulaire du contact central du premier élément de connecteur est inférieur au diamètre de la portée annulaire du contact extérieur du deuxième élément de connecteur.
  • En outre, pour empêcher les fuites électromagnétiques, une bague de blindage électromagnétique est disposée dans le deuxième volume mentionné ci-dessus, autour de la portée en déport vers l'intérieur du contact extérieur du deuxième élément de connecteur.
  • Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple nullement limitatif un mode de réalisation en se référant au dessin annexé, dans lequel :
    • la figure 1 est une vue en élévation, en demi-coupe, d'un connecteur coaxial selon l'invention, et
    • les figures 2 et 3 sont des vues analogues à celle de la figure 1 illustrant le connecteur dans deux positions extrêmes d'utilisation.
  • On a représenté sur la figure 1 un connecteur coaxial selon l'invention comportant un premier élément de connecteur désigné globalement par 1, et un second élément de connecteur désigné globalement par 2.
  • L'élément de connecteur 2 peut coulisser d'une manière limitée à l'intérieur de l'élément de connecteur 1.
  • L'élément de connecteur 1 représenté est fixé sur une carte de circuit imprimé, une autre carte de circuit imprimé 4 étant représentée en cours de rapprochement vers le connecteur, comme illustré par des flèches.
  • Dans ce qui suit, l'élément de connecteur 1 et ses composants seront qualifiés de fixes tandis que l'élément de connecteur 2 et ses composants seront qualifiés de mobiles.
  • L'élément de connecteur fixe 1 comprend un corps de contact extérieur de masse 5 relié par une partie de base annulaire 6 à une portée annulaire 7 concentrique avec le corps 5 et en déport vers l'intérieur par rapport à celui-ci.
  • Le contact extérieur fixe ainsi réalisé est fixé par brasage en 8 sur la carte de circuit imprimé 3.
  • Le contact central fixe comprend un corps de contact cylindrique 9 présentant un décrochement à partir duquel s'étend une portée annulaire 10 qui se trouve ainsi en déport vers l'extérieur par rapport au corps 9. Un isolant 11 est interposé entre le corps de contact fixe 9 et la portée 7 du contact extérieur fixe.
  • L'élément de connecteur mobile 2 comprend un corps extérieur tubulaire 12 prolongé par une portée annulaire 13 qui, comme on le voit sur le dessin, se trouve en contact avec la portée 7 du contact extérieur fixe. La portée 13 se trouve en déport vers l'intérieur par rapport au corps 12.
  • Le contact central mobile comporte un corps de contact mobile 14 prolongé par une portée annulaire en déport vers l'extérieur 15. Comme on le voit sur la figure 1, cette portée 15 est au contact de la portée 10 du contact central fixe.
  • Le corps de contact fixe 9 est fixé à la carte de circuit imprimé 3 par brasage, notamment dans un trou métallisé de la carte de circuit imprimé. Un isolant 16 est disposé entre le corps de contact extérieur mobile 12 et le corps de contact central mobile 14. Comme on le voit sur la figure 1, avant l'appui de la carte 4, le corps de contact central mobile 14 fait légèrement saillie de la face d'extrémité du corps de contact extérieur mobile 12.
  • Un ressort hélicoïdal de compression 17 est mis en place entre les contacts extérieurs fixe et mobile tandis qu'un ressort hélicoïdal de compression 18 est mis en place entre les contacts centraux fixe et mobile, les ressorts hélicoïdaux 17 et 18, lorsqu'ils sont comprimés par appui de la carte 4 tendant à appliquer sous pression les contacts central et extérieur mobiles contre la carte de circuit imprimé 4.
  • Une bague de blindage 19 vis-à-vis du rayonnement électromagnétique est disposée autour de la portée 13.
  • La figure 2 illustre le connecteur de la figure 1 en position d'utilisation avec une distance maximale entre cartes tandis que la figure 3 illustre le connecteur avec une distance minimale entre cartes.
  • Lors de l'appui de la carte 4, l'élément de connecteur mobile coulisse dans l'élément de connecteur fixe, un effort de compression dû aux ressorts appliquant les contacts centraux fixe et mobile entre des roues déterminées de la carte avec une excentration possible de 0,7 mm.
  • Dans l'exemple illustré dans la position de la figure 2, l'effort de compression est de 4,2 N, et dans la position de la figure 3 de 9,6 N.
  • On voit que le débattement entre les positions minimale et maximale est important, une course minimale opérationnelle de 1,2 mm étant obtenue. Dans l'exemple illustré, cette course est de 1,6 mm. Cette course peut encore être augmentée en modifiant les dimensions en longueur du contact extérieur mobile et du contact central mobile. On peut, dans la pratique, envisager une distance entre cartes jusqu'à 20 mm.
  • Selon l'invention, on obtient un coefficient de réflexion à 18 GHz faible et indépendant de la distance entre les circuits imprimés, en définissant les diamètres intérieurs (D) des corps de masse 7 et 12 et les diamètres extérieur (d) des contacts centraux 9 et 14 régissant l'impédance des tronçons de lignes indiqués par les flèches A, B, C sur la figure 2, selon la formule 138 ε ⁢ X ⁢ Log D d
    Figure imgb0001
     afin que celles-ci soient égales et identiques à l'impédance caractéristique des lignes d'accès Zo, par exemple 50 Ohm. Les tronçons de lignes A et C sont de longueurs invariables. Les zones d'adaptation D et E sont les transitions dimensionnelles entre les zones A, B, C d'impédance caractéristique Zo et sont également de longueurs invariables. Leurs impédances plus élevées et leurs largeurs sont définies afin de minimiser les réflexions dans toute la bande de fréquence opérationnelle 0-18 GHz. Une modification de la distance entre les circuits imprimés 3 et 4 ne modifie donc pas les caractéristiques de ces zones d'adaptation, la variation de longueur se faisant uniquement sur le tronçon de ligne B qui étant d'impédance caractéristique Zo n'a pas d'impact sur le niveau de réflexion.
  • On assure ainsi de très bonnes caractéristiques radiofréquences jusqu'à 18 GHz indépendamment de la distance entre cartes. On obtient ainsi en particulier un coefficient R.O.S. (Rapport d'Ondes Stationnaires) inférieur à 1,5 jusqu'à une fréquence de 18 GHz.
  • Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode particulier de l'invention, il est bien évident qu'elle n'y ait nullement limitée et qu'on peut lui apporter différentes variantes et modifications sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendications ci-après.

Claims (6)

  1. Connecteur coaxial pour relier deux cartes de circuit imprimé, comportant un premier élément de connecteur cylindrique (1) destiné à être fixé, par une extrémité, à une première carte de circuit imprimé (3) et un deuxième élément de connecteur cylindrique (2) destiné à venir au contact, par une extrémité, d'une deuxième carte de circuit imprimé (4), chaque élément de connecteur comportant un contact central (9, 10 ; 14, 15) et un contact extérieur (5, 6, 7 ; 12, 13) séparés par un isolant (11 ; 16), les contacts centraux et extérieurs des premier et deuxième éléments de connecteur comportant des portées cylindriques mutuellement en contact, et des moyens élastiques (17, 18) étant interposés entre les premier et deuxième éléments de connecteur et sollicitant les contacts central et extérieur du deuxième élément de connecteur en direction de la deuxième carte de circuit imprimé, caractérisé par le fait que les portées cylindriques mutuellement en contact des contacts centraux des premier et deuxième éléments de connecteur sont des portées annulaires (10, 15) en déport radialement vers l'extérieur des corps de contacts centraux (9, 14) et délimitant avec eux un premier volume dans lequel est monté un premier ressort (18), et que les portées cylindriques mutuellement en contact des premier et deuxième éléments de connecteur sont des portées annulaires (7, 13) en déport radialement vers l'intérieur des corps de contact extérieurs (5, 12) et délimitant avec eux un deuxième volume dans lequel est monté un deuxième ressort (17).
  2. Connecteur coaxial selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone de contact entre les portées annulaires des contacts centraux est plus proche de l'extrémité par laquelle ledit premier élément de connecteur est destiné à être fixé à la première carte de circuit imprimé que la zone de contact entre les portées annulaires des contacts extérieurs.
  3. Connecteur coaxial selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdits ressorts (18, 17) sont des ressorts hélicoïdaux de compression.
  4. Connecteur coaxial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le diamètre de la portée annulaire (10) du contact central du premier élément de connecteur est inférieur au diamètre de la portée annulaire (15) du contact central du deuxième élément de connecteur.
  5. Connecteur coaxial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le diamètre de la portée annulaire (7) du contact extérieur du premier élément de connecteur est inférieur au diamètre de la portée annulaire (13) du contact extérieur du deuxième élément de connecteur.
  6. Connecteur coaxial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une bague de blindage électromagnétique (19) est disposée dans ledit deuxième volume autour de ladite portée (13) en déport vers l'intérieur du contact extérieur du deuxième élément de connecteur.
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