EP3586408A1 - Stecker - Google Patents

Stecker

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Publication number
EP3586408A1
EP3586408A1 EP18706471.2A EP18706471A EP3586408A1 EP 3586408 A1 EP3586408 A1 EP 3586408A1 EP 18706471 A EP18706471 A EP 18706471A EP 3586408 A1 EP3586408 A1 EP 3586408A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plug
contact element
support element
airgel
permittivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18706471.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Falkenberg
Sebastian GOSS
Jürgen HETZNER
Erwin Köppendörfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leoni Kabel GmbH
Original Assignee
Leoni Kabel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leoni Kabel GmbH filed Critical Leoni Kabel GmbH
Publication of EP3586408A1 publication Critical patent/EP3586408A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/646—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00 specially adapted for high-frequency, e.g. structures providing an impedance match or phase match
    • H01R13/6473—Impedance matching
    • H01R13/6477—Impedance matching by variation of dielectric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2103/00—Two poles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/38—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts
    • H01R24/40—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency
    • H01R24/42—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches
    • H01R24/44—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches comprising impedance matching means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
    • H01R9/03—Connectors arranged to contact a plurality of the conductors of a multiconductor cable, e.g. tapping connections
    • H01R9/05—Connectors arranged to contact a plurality of the conductors of a multiconductor cable, e.g. tapping connections for coaxial cables
    • H01R9/0521—Connection to outer conductor by action of a nut

Definitions

  • the invention relates to a connector, preferably a microwave connector, in particular a high frequency connector, hereinafter also referred to as RF connector, which has a body, a contact element and a support member made of a dielectric.
  • a connector preferably a microwave connector, in particular a high frequency connector, hereinafter also referred to as RF connector, which has a body, a contact element and a support member made of a dielectric.
  • the plug is designed in particular as a so-called coaxial connector.
  • the plug is used to transfer data, especially from high frequencies of greater than one hundred kHz and especially greater than 1 GHz.
  • coaxial plugs there are a large number of different variants of coaxial plugs. Common to them is that they have a pin-shaped inner conductor as a first contact element and a sleeve-shaped outer conductor concentrically surrounding this as a second contact element.
  • an insulating body ie a dielectric is often arranged between the inner conductor and the outer conductor. The dielectric serves as a support element for a mechanical stabilization of the inner conductor.
  • the characteristic impedance of the connector should match that of a cable connected to it.
  • the highest possible limit frequency is sought, ie the plug should be suitable for the transmission of the highest possible frequencies.
  • Both the characteristic impedance and the cutoff frequency depend on geometric factors as well as on the selected materials. For the characteristic impedance and the cut-off frequency, the known formulas apply: c
  • the HF plug therefore has a minimum diameter for a given permittivity of the dielectric.
  • the minimum diameter thus limits the possibilities of reducing the overall volume of the plug.
  • the arrangement of the dielectric can be dispensed with in order to achieve the dielectric properties of air within the plug. However, this usually results in stability losses that increase a failure rate of the connector.
  • the present invention seeks to provide a connector, in particular an RF connector, which has a smaller size than the previously commercially available RF connector with good mechanical stability.
  • a connector in particular high-frequency connector, which has a body, a first contact element and a support member, so that the first contact element undergoes a mechanical guidance by the support member, wherein the support member has a permittivity with a value less than 2.
  • the stated value of the permittivity is given here for standard conditions, i. at room temperature (18 ° C) and at a frequency of the signal to be transmitted of 50Hz. All permittivity values given below apply to these standard conditions.
  • radio frequency is understood to mean especially frequencies with a value of at least 100 kHz and preferably of more than 1 GHz or even of more than 10 GHz.
  • the plug is therefore designed to transmit such frequencies, ie its cutoff frequency is above these frequencies.
  • the support element generally supports the first contact element mechanically and is designed as a solid body for this purpose. It surrounds the first contact element for this purpose in particular sleeve-shaped. It is preferably arranged in a form-fitting manner circumferentially around the first contact element.
  • the support element is designed as an insulating body and thus as a dielectric. Dielectric in the present case is generally understood to mean an electrically weak or non-electrically conductive, non-metallic material.
  • signal transmissions are lossy, for example via a plug.
  • losses are due, for example, to losses within the conductor material (e.g., so-called copper losses) and / or to losses due to the permittivity of the dielectric disposed within the connector.
  • the losses are usually correlated constructively with the frequency of the signal to be transmitted. In other words, the higher the frequency and the higher the value of the permittivity, the higher the transmission losses that occur.
  • the support element has a permittivity, also called dielectric conductivity, with a value less than 2, a dielectric value is achieved which is, for example, below the dielectric value for PTFE (polytetrafluoroethylene) used for such insulators.
  • the permittivity preferably has a value of less than 1, 8 or less than 1.6. As a result, permittivity-related transmission losses are reduced.
  • the dielectric constant, the permittivity value or the dielectric constant are understood in a general and analogous manner to mean the respective permittivity of a substance.
  • the cutoff frequency is understood as meaning in particular a frequency (threshold) value which, when exceeded, causes an amplitude of a signal to be transmitted along a transmission path to fall below a predetermined or required value at the end of the transmission path.
  • the decrease in amplitude and the associated signal attenuation are due to destructive superimposition of the oscillating with a frequency above the cutoff frequency signal.
  • the transmission path usually a plug or a cable, is due to its geometry, in terms of diameter, not designed for a lossless transmission of signals having a frequency above the respective cutoff frequency.
  • the cutoff frequency is correlated with the geometry, in particular with the diameter of the plug or the cable.
  • the support element and in particular by its permittivity with a value less than 2, it is possible to reduce the overall volume and thus the plug geometry compared to conventional plug with the same or improved transmission properties. In particular, higher cut-off frequencies are made possible.
  • the support element has an airgel and is in particular formed by an airgel.
  • airgel is generally understood to mean highly porous solids which have a porosity of at least 80% and in particular of at least 95%.
  • aerogels are sponge-like solid bodies whose volume consists in particular of at least 95% of pores and thus air.
  • aerogels Due to the high proportion of air, aerogels have a significantly lower permittivity value compared to a solid solid of the same material as the airgel, so that they are extremely advantageous for use as a dielectric.
  • the airgel used is a polymer airgel, in particular a polyimide airgel.
  • Polyimides are present generally plastics based on the imide group such as polysuccinimide (PSI), polyoxadiazobenzimidazole (PBO) or polymethacrylimide (PMI) understood.
  • PSI polysuccinimide
  • PBO polyoxadiazobenzimidazole
  • PMI polymethacrylimide
  • Such polymer aerogels have, for example, in terms of their mechanical properties advantages over conventional aerogels.
  • mechanical properties are understood to mean specifically, for example, strength, processability and water resistance.
  • the strength in connection with the low permittivity value is an advantage in terms of impact resistance of the support element compared to the conventional aerogels to see. This leads to a robust construction of the plug.
  • the support element in particular the airgel, has a permittivity ( ⁇ ⁇ ) of 1, 1 to 1, 4.
  • the support element has almost the same dielectric properties as air with at the same time good mechanical support.
  • a good reliability is achieved, for example, a bending of the first contact element of the plug is prevented.
  • a small size of the connector is possible.
  • the support element has a foamed plastic or is formed by a foamed plastic.
  • the plastic in this case has a high VerDumungsrate, ie a high proportion of air.
  • the proportion of air is over 30%, over 50% or over 70% (volume of the air fraction relative to the total volume).
  • a foamed polytetrafluoroethylene (PTFE) or a foamed polyethylene (PE) is used as the foamed plastic.
  • This embodiment is based on the same basic idea as the use of an airgel, namely to provide the highest possible proportion of air.
  • the dielectric from an airgel can also be used for cables, for example for coaxial cables with inner conductor, dielectric and outer conductor.
  • the support element has a density with a value less than 1 g / cm 3 , preferably of less than 0.5 g / cm 3 and in particular of less than 0.2 g / cm 3 .
  • the plug is formed as a coaxial connector, thus has an inner conductor (first contact element) and a peripheral conductor surrounding this concentrically as a second contact element.
  • the support element is arranged, which preferably completely fills a gap between inner conductor and outer conductor.
  • the support element is preferably cylindrical and arranged concentrically around the first contact element.
  • the first contact element is typically formed as a solid pin or as a hollow pin, which is surrounded by the sleeve-shaped outer conductor to form the gap.
  • the first contact element viewed in a longitudinal direction, typically projects beyond the sleeve-shaped outer conductor.
  • the support element preferably extends in the longitudinal direction to the end of the outer conductor, in any case, the first contact element is in the longitudinal direction via the support element over.
  • the second contact element is preferably a part of the multi-membered body or housing of the plug. So there are some designs in which connector and mating connector bolted together or by means of a (bayonet) positive connection are connected to each other. In some cases, additional components are provided for the second contact element (outer conductor). hen, such as a union nut or a bayonet closure. These additional components are then part of the body or form this.
  • the first contact element, the support element and the second contact element are preferably surrounded concentrically by the body.
  • the body forms a kind of outer sleeve and serves on the one hand a mechanical protection and secondly a mechanical connectability of the plug.
  • the body generally has mechanical connecting elements, for example an inner or outer thread or a connection in the manner of a bayonet closure.
  • the body for example, on a outside knurling or, for example, a hexagonal outer contour.
  • the plug is generally designed for connection to a complementary mating connector, in particular socket.
  • the first, pin-shaped contact element is plugged into a complementary socket sleeve electrically contacting.
  • the bushing sleeve in turn forms an inner conductor of the mating connector. This is in turn surrounded by a sleeve-shaped outer conductor, which forms a plug-in connection in electrical contact with the sleeve-shaped outer conductor of the plug, in particular receives this.
  • FIGS. show in simplified representations:
  • Fig. 1 is a front view of a plug
  • Fig. 2 is a side view of an exploded view of the plug.
  • the plug 2 shown in Figs. 1 and 2 is formed as a coaxial connector, for example, for an application in the high frequency range.
  • the plug 2 has a central first contact element 4 as an inner conductor.
  • the first contact element 4 is surrounded concentrically by a support element 6.
  • a second contact element 10 is arranged concentrically.
  • the second contact element 10 forms in the exemplary embodiment an outer conductor of the coaxial connector. That the first contact element 4 and the second contact element 10 form a gap 12 in which the support element 6 rests and completely fills it in the exemplary embodiment.
  • the first contact element 4, the support element 6 and the second support element 10 are in the embodiment jointly surrounded by a body 14 concentric.
  • the body 14 is formed in the embodiment as a union nut. It therefore serves to connect or connect the plug 2, for example, to a corresponding (not shown here) mating connector, which is formed, for example, as a connector or as a connection of an electrical component, for example to an oscilloscope.
  • the body 14 for example, on an inner side 16 on a number of threads, by means of which the plug 2 is screwed onto the mating connector.
  • an outer side 18 of the body 14 has a contour in the manner of a hexagon. Alternatively or additionally, the outer side 18 has a border.
  • the support element 6 generally forms an insulating body and thus a dielectric. It is formed in the embodiment as a highly porous body, in particular as a so-called airgel 8 and in particular as a polyimide airgel.
  • the support member 6 fills the gap 12 completely. Viewed in a longitudinal direction 20 (see FIG. 2), the support element 6 extends as far as the second contact element 10 (sleeve-shaped outer conductor), whereas the pin-shaped inner conductor (first contact element 4) projects in the longitudinal direction 20.
  • the airgel 8 has in particular a permittivity ⁇ ⁇ with a value in the range of 1.1 to 1.4 .
  • the advantage of this embodiment is the fact that due to the low permittivity ⁇ ⁇ the plug 2 can be made smaller, eg with a given characteristic impedance Z - and compared to conventional plugs - ie with a smaller diameter D of the second contact element 10 (outer conductor) and at a diameter d of the first contact element 4th
  • the plug 2 With a smaller diameter D than conventional, without adversely affecting the signal transmission characteristics such as the cutoff frequency or a characteristic impedance.
  • the supporting element for the mechanical stabilization and guidance of the first contact element 4 is retained by the support element 6, so that it is protected, for example, from an unintentional bending over or bending over when the plug 2 is inserted.
  • the support element 6 comprises a foamed plastic, for example a foamed PTFE or a foamed PE, and is in particular formed from this.
  • Fig. 2 is a sketched exploded view of the plug 2 is shown.
  • Fig. 2 shows, for example, the plug 2 before a final assembly.
  • the first contact element 4 is introduced into the support element 6, for example, inserted to form a press fit.
  • the support element 6, which is arranged concentrically around the first contact element 4 is subsequently or also previously inserted into the second contact element 10, preferably likewise for forming a press fit.
  • To the second contact element 10 of the formed here as a union nut body 14 is arranged.
  • the invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

Landscapes

  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Es wird ein Stecker, insbesondere Hochfrequenzstecker angegeben, welcher ein erstes Kontaktelement sowie ein Stützelement (Dielektrikum) aufweist, sodass das erste Kontaktelement durch das Stützelement eine mechanische Führung erfährt, und wobei das Stützelement eine Permittivität mit einem Wert kleiner 2 aufweist.

Description

Beschreibung
Stecker
Die Erfindung betrifft einen Stecker, vorzugsweise einen Mikrowellenverbinder, insbesondere einen Hochfrequenzstecker, im Folgenden auch als HF-Stecker bezeichnet, welcher einen Korpus, ein Kontaktelement sowie ein Stützelement aus einem Dielektrikum aufweist.
Der Stecker ist dabei insbesondere als sogenannter Koaxialstecker ausgebildet. Der Stecker dient zur Übertragung von Daten, speziell von hohen Frequenzen von größer einhundert kHz und speziell von größer 1 GHz.
Bei den Koaxialsteckern gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Varianten. Gemeinsam ist ihnen, dass sie einen stiftförmigen Innenleiter als erstes Kontaktelement und einen diesen konzentrisch umgebenden hülsenförmigen Außenleiter als zweites Kontaktelement aufweisen. Bei einigen Varianten, beispielsweise bei den kleinbauenden sogenannten SMA-Steckern, ist häufig zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter ein Isolierkörper, also ein Dielektrikum angeordnet. Das Dielektrikum dient hierbei als Stützelement für eine mechanische Stabilisierung des Innenleiters.
Für gute Übertragungseigenschaften eines elektrischen Hochfrequenz-Signals sollte der Wellenwiderstand des Steckers an den eines daran angeschlossenen Kabels angepasst sein. Zudem wird eine möglichst hohe Grenzfrequenz angestrebt, d.h. der Stecker soll für die Übertragung von möglichst hohen Frequenzen geeignet sein. Sowohl der Wellenwiderstand als auch die Grenzfrequenz hängen dabei von geometrischen Faktoren sowie von den gewählten Materialien ab. Für den Wellenwiderstand sowie für die Grenzfrequenz gelten die bekannten Formeln: c
fcutoff = und
Mit fcutoff = Grenzfrequenz, Z = Wellenwiderstand, D = Durchmesser des Außenleiters, d = Durchmesser des Innenleiters, εΓ = Permittivität des Dielektrikums;
Um einen definierten Wellenwiderstand zu erreichen weist der HF-Stecker bei vorgegebener Permittivität des Dielektrikums daher einen Mindestdurchmesser auf. Der Mindestdurchmesser limitiert also die Möglichkeiten einer Verringerung des Bauvolumens des Steckers. Grundsätzlich kann auf die Anordnung des Dielektrikums verzichtet werden, um innerhalb des Steckers die dielektrischen Eigenschaften von Luft zu erreichen. Dies hat jedoch üblicherweise Stabilitätseinbußen zur Folge, die eine Ausfallrate des Steckers erhöhen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Stecker, insbesondere einen HF-Stecker anzugeben, der ein kleineres Bauvolumen als die bisher handelsüblichen HF-Stecker bei guter mechanischer Stabilität aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stecker, insbesondere Hochfrequenzstecker, welcher einen Korpus, ein erstes Kontaktelement sowie ein Stützelement aufweist, sodass das erste Kontaktelement durch das Stützelement eine mechanische Führung erfährt, wobei das Stützelement eine Permittivität mit einem Wert kleiner 2 aufweist. Der angegebene Wert der Permittivität ist hierbei für Standard-Bedingungen angegeben, d.h. bei Raumtemperatur (18°C) und bei einer Frequenz des zu übertragenden Signals von 50Hz. Sämtliche nachfolgend angegebene Werte für die Permittivität gelten für diese Standard-Bedingungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Unter Hochfrequenz werden vorliegend speziell Frequenzen mit einem Wert von zumindest 100 kHz und vorzugsweise von mehr als 1 GHz oder auch von mehr als 10 GHz verstanden. Der Stecker ist daher zur Übertragung von derartigen Frequenzen ausgebildet, d.h. seine Grenzfrequenz liegt über diesen Frequenzen.
Das Stützelement stützt allgemein das erste Kontaktelement mechanisch ab und ist hierzu als ein Festkörper ausgebildet. Es umgibt das erste Kontaktelement hierzu insbesondere hülsenförmig. Es ist bevorzugt formschlüssig umfangseitig um das erste Kontaktelement angeordnet. Das Stützelement ist als ein Isolierkörper und damit als ein Dielektrikum ausgebildet. Unter Dielektrikum wird vorliegend allgemein ein elektrisch schwach oder nicht elektrisch leitendes, nichtmetallisches Material verstanden.
Generell sind Signalübertragungen beispielsweise über einen Stecker verlustbehaftet. Derartige Verluste sind beispielsweise auf Verluste innerhalb des Leitermaterials (z.B. sog. Kupferverluste) und/oder auf Verluste aufgrund der Permittivität des Dielektrikums, welches innerhalb des Steckers angeordnet ist, zurück zu führen. Weiterhin sind die Verluste üblicherweise mit der Frequenz des zu übertragenden Signals konstruktiv korreliert. Mit anderen Worten: Je höher die Frequenz und je höher der Wert der Permittivität, desto höher sind die auftretenden Übertragungsverluste.
Aufgrund dessen, dass das Stützelement eine Permittivität, auch dielektrische Leitfähigkeit genannt, mit einem Wert kleiner 2 aufweist, wird ein Dielektrizitäts- wert erreicht, der beispielsweise unterhalb des Dielektrizitätswert für PTFE (Poly- tetrafluorethylen) liegt, das für derartige Isolierkörper eingesetzt wird. Bevorzugt weist die Permittivität weiter einen Wert kleiner 1 ,8 oder kleiner 1 ,6 auf. Hierdurch sind permittivitätsbedingte Übertragungsverluste reduziert. Unter dem Dielektrizitätswert, dem Permittivitätswert oder der Dielektrizitätszahl wird allgemein und analog die jeweilige Permittivität eines Stoffes verstanden.
Weiterhin ist hierdurch eine Erhöhung des Wertes der Grenzfrequenz (Cut-Off- Frequenz) des Steckers erreicht, was sich vorteilhaft auf das Signalübertragungs- verhalten des Steckers auswirkt. Unter der Grenzfrequenz wird vorliegend speziell ein Frequenz(schwell)wert verstanden, bei dessen Überschreitung eine Amplitude eines entlang einer Übertragungsstrecke zu übertragenden Signals am Ende der Übertragungsstrecke unter einen vorgegebenen oder geforderten Wert fällt. Das Absinken der Amplitude und die damit verbundene Signalschwächung sind auf destruktive Überlagerungen des mit einem Frequenzwert oberhalb der Grenzfrequenz schwingenden Signals zurückzuführen. Mit anderen Worten: Die Übertragungsstrecke, üblicherweise ein Stecker oder ein Kabel, ist aufgrund seiner Geometrie, betreffend des Durchmessers, nicht zu einer verlustlosen Übertragung von Signalen mit einer Frequenz oberhalb der jeweiligen Grenzfrequenz ausgelegt. Die Grenzfrequenz ist mit der Geometrie, insbesondere mit dem Durchmesser des Steckers oder des Kabels korreliert.
Durch das Stützelement und insbesondere durch dessen Permittivität mit einem Wert kleiner 2 besteht die Möglichkeit, das Bauvolumen und damit die Steckergeometrie im Vergleich zu herkömmlichen Stecker bei gleichen oder verbesserten Übertragungseigenschaften zu reduzieren. Insbesondere werden höhere Grenzfrequenzen ermöglicht.
Vorzugsweise weist das Stützelement ein Aerogel auf und ist insbesondere durch ein Aerogel gebildet. Unter Aerogel werden vorliegend allgemein hochporöse Festkörper verstanden, die eine Porosität mit einem Wert von wenigstens 80% und insbesondere von wenigstens 95% aufweisen. Mit anderen Worten: Aerogele sind schwammartig ausgebildete Festkörper, deren Volumen zu einem Anteil von insbesondere wenigstens 95% aus Poren und somit Luft besteht.
Durch den hohen Luftanteil weisen Aerogele - im Vergleich zu einem massiven Festkörper aus dem gleichen Material wie das Aerogel - einen deutlich geringeren Permittivitätswert auf, so dass sie hinsichtlich einer Verwendung als Dielektrikum äußerst vorteilhaft sind.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist als Aerogel ein Polymer-Aerogel, insbesondere ein Polyimid-Aerogel verwendet. Unter Polyimide werden vorliegend allgemein Kunststoffe auf Basis der Imidgruppe wie beispielsweise Polysuccinimid (PSI), Polyoxadiazobenzimidazol (PBO) oder Polymethacrylimid (PMI) verstanden. Derartige Polymer-Aerogele weisen beispielsweise hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften Vorteile gegenüber herkömmlichen Aerogelen auf. Unter mechanischen Eigenschaften werden vorliegend speziell beispielsweise Festigkeit, Verarbeitbarkeit sowie Wasserfestigkeit verstanden. Insbesondere in der Festigkeit in Verbindung mit dem geringen Permittivitätswert ist ein Vorteil hinsichtlich einer Stoßfestigkeit des Stützelementes im Vergleich zu den herkömmlichen Aerogelen zu sehen. Dies führt zu einer robusten Bauweise des Steckers. An dieser Stelle sei beispielsweise speziell auf das Material AeroZero® der Firma Blueshift- Materials verwiesen, aus dem das Stützelement bevorzugt gebildet ist.
Zweckdienlicherweise weist das Stützelement, insbesondere das Aerogel eine Permittivität (εΓ) von 1 ,1 bis 1 ,4 auf. Bevorzugt liegt der Wert bei kleiner 1 ,3 und insbesondere bei 1 ,18. Dieser Wert liegt nahe an dem Permittivitätswert von Luft (εΓ=1 ). Somit weist das Stützelement nahezu die gleichen dielektrischen Eigenschaften wie Luft bei gleichzeitig guter mechanischer Abstützung auf. Neben guten Übertragungseigenschaften ist auch eine gute Ausfallsicherheit erzielt, z.B. wird ein Verbiegen des ersten Kontaktelements des Steckers verhindert. Gleichzeitig ist eine geringe Baugröße des Steckers ermöglicht.
Alternativ zu einem Aerogel weist das Stützelement einen geschäumten Kunststoff auf oder ist durch einen geschäumten Kunststoff gebildet. Der Kunststoff weist hierbei eine hohe Verschäumungsrate, also einen hohen Luftanteil auf. Beispielsweise liegt der Luftanteil bei über 30%, über 50% oder über 70% (Volumen des Luftanteils bezogen auf das Gesamtvolumen).
Gemäß einer Weiterbildung ist als geschäumter Kunststoff ein geschäumtes Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein geschäumtes Polyethylen (PE) verwendet.
Dieser Ausgestaltung beruht auf dem gleichen Grundgedanken wie die Verwendung eines Aerogels, nämlich einen möglichst hohen Luftanteil vorzusehen. Bevorzugt wird jedoch das oben beschriebene Aerogel, insbesondere Polyimid- Aerogel eingesetzt, da bei diesem eine gute mechanische Festigkeit mit einer sehr geringen Permittivität kombiniert ist.
Ergänzend ist eine derartige Ausgestaltung, insbesondere eine Verwendung eines derartigen Dielektrikums aus einem Aerogel für alle Stecker mit einem Dielektrikum geeignet und übertragbar. Zudem alternativ oder ergänzend lässt sich das Dielektrikum aus einem Aerogel auch für Kabel verwenden, beispielsweise für Koaxialkabel mit Innenleiter, Dielektrikum und Außenleiter.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt ist vorliegend auch darin zu sehen, dass das Stützelement eine Dichte mit einem Wert kleiner 1 g/cm3, vorzugsweise von kleiner 0,5 g/cm3 und insbesondere von kleiner 0,2 g/cm3 aufweist.
Bevorzugt ist der Stecker als ein Koaxialstecker ausgebildet, weist also einen Innenleiter (erstes Kontaktelement) sowie einen diesen konzentrisch umgebenden Außenleiter als zweites Kontaktelement auf. Dazwischen ist das Stützelement angeordnet, welches vorzugsweise einen Zwischenraum zwischen Innenleiter und Außenleiter vollständig ausfüllt. Hierbei ist das Stützelement vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und konzentrisch um das erste Kontaktelement angeordnet. Das erste Kontaktelement ist dabei typischerweise als ein massiver Stift oder auch als ein Hohlstift ausgebildet, der von dem hülsenförmigen Außenleiter unter Ausbildung des Zwischenraums umgeben ist. Das erste Kontaktelement steht dabei in einer Längsrichtung betrachtet typischerweise über den hülsenförmigen Außenleiter über. Das Stützelement erstreckt sich bevorzugt in Längsrichtung bis zum Ende des Außenleiters, auf alle Fälle steht das erste Kontaktelement in Längsrichtung über das Stützelement über.
Je nach Bauform des Koaxialsteckers ist das zweite Kontaktelement vorzugsweise ein Teil des auch mehrgliedrigen Korpus oder Gehäuses des Steckers. So gibt es einige Bauformen, bei denen Stecker und Gegenstecker miteinander verschraubt oder mittels eines (Bajonett-) Formschlusses miteinander verbindbar sind. Teilweise sind zusätzliche Bauteile zum zweiten Kontaktelement (Außenleiter) vorgese- hen, wie z.B. eine Überwurfmutter oder ein Bajonett-Verschluss. Diese zusätzlichen Bauteile sind dann Bestandteil des Korpus oder bilden diesen.
In diesem Fall der zusätzlichen Bauteile sind das erste Kontaktelement, das Stützelement sowie das zweite Kontaktelement bevorzugt konzentrisch von dem Korpus umgeben. Der Korpus bildet eine Art Außenhülse und dient einerseits einem mechanischen Schutz und zweitens einer mechanischen Anschließbarkeit des Steckers. Für letzteres weist der Korpus allgemein mechanische Verbindungselemente, beispielsweise ein Innen- oder Außengewinde oder einen An- schluss nach Art eines Bajonettverschlusses auf. Zur einfacheren Verschraub- barkeit weist der Korpus beispielsweise an einer Außenseite eine Rändelung oder beispielsweise eine sechskantige Außenkontur auf.
Der Stecker ist allgemein zum Verbinden mit einem komplementären Gegenstecker, insbesondere Buchse ausgebildet. Das erste, stiftförmige Kontaktelement wird in eine komplementäre Buchsenhülse elektrisch kontaktierend eingesteckt. Die Buchsenhülse bildet wiederum einen Innenleiter des Gegensteckers. Diese ist wiederum von einem hülsenförmigen Außenleiter umgeben, welcher elektrisch kontaktierend mit dem hülsenförmigen Außenleiter des Steckers eine Steckverbindung ausbildet, insbesondere diesen aufnimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in stark vereinfachten Darstellungen:
Fig. 1 eine Frontansicht auf einen Stecker sowie
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Explosionsdarstellung des Steckers.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Stecker 2 ist als ein Koaxialstecker, beispielsweise für eine Anwendung im Hochfrequenzbereich ausgebildet. Der Stecker 2 weist ein zentrales erstes Kontaktelement 4 als Innenleiter auf. Das erste Kontaktele- ment 4 ist konzentrisch von einem Stützelement 6 umgeben.
Gemeinsam um das Stützelement 6 sowie um das erste Kontaktelement 4 ist ein zweites Kontaktelement 10 konzentrisch angeordnet. Das zweite Kontaktelement 10 bildet im Ausführungsbeispiel einen Außenleiter des Koaxialsteckers. D.h. das erste Kontaktelement 4 und das zweite Kontaktelement 10 bilden einen Zwischenraum 12 aus, in dem das Stützelement 6 einliegt und diesen im Ausführungsbeispiel vollständig ausfüllt.
Das erste Kontaktelement 4, das Stützelement 6 sowie das zweite Stützelement 10 sind im Ausführungsbeispiel gemeinsam von einem Korpus 14 konzentrisch umgeben. Der Korpus 14 ist im Ausführungsbeispiel als eine Überwurfmutter ausgebildet. Er dient daher einem Anschließen oder Verbinden des Steckers 2 beispielsweise an einen entsprechenden (hier nicht dargestellten) Gegenstecker, der beispielswiese als Verbinder oder auch als Anschluss einer elektrischen Komponente, beispielsweise an ein Oszilloskop ausgebildet ist. Hierzu weist der Korpus 14 beispielsweise an einer Innenseite 16 eine Anzahl an Gewindegängen auf, mittels denen der Stecker 2 auf den Gegenstecker aufgeschraubt wird. Zur besseren Handhabung weist eine Außenseite 18 des Korpus 14 eine Kontur nach Art eines Sechsecks auf. Alternativ oder ergänzend weist die Außenseite 18 eine Rände- lung auf.
Das Stützelement 6 bildet allgemein einen Isolierkörper und damit ein Dielektrikum. Es ist im Ausführungsbeispiel als ein hochporöser Körper, insbesondere als ein sogenanntes Aerogel 8 ausgebildet und zwar insbesondere als ein Polyimid- Aerogel. Das Stützelement 6 füllt dabei den Zwischenraum 12 vollständig aus. In einer Längsrichtung 20 (vgl. Fig. 2) betrachtet erstreckt sich das Stützelement 6 soweit wie das zweite Kontaktelement 10 (hülsenförmiger Außenleiter), wohingegen der stiftförmige Innenleiter (erstes Kontaktelement 4) in Längsrichtung 20 übersteht. Das Aerogel 8 weist im Ausführungsbeispiel insbesondere eine Permittivitat εΓ mit einem Wert im Bereich von 1 ,1 bis 1 ,4 auf. Die Permittivitat εΓ des Stützelements 6 entspricht im Ausführungsbeispiel annähernd der Permittivitat εΓ von Luft (εΓ =1 ). Hierdurch ist eine permittivitätsbedingte Störung von zu übertragenden Signalen reduziert.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass aufgrund der geringen Permittivitat εΓ der Stecker 2 z.B. bei einem vorgegebenen Wellenwiderstand Z - und im Vergleich zu herkömmlichen Steckern - kleiner ausgebildet werden kann, also mit geringerem Durchmesser D des zweiten Kontaktelements 10 (Außenleiter) und bei einem Durchmesser d des ersten Kontaktelements 4.
Es ist also ermöglicht, den Stecker 2 mit einem geringeren Durchmesser D als herkömmlich zu fertigen, ohne die Signalübertragungseigenschaften wie beispielsweise die Grenzfrequenz oder einen Wellenwiderstand nachteilig zu beeinflussen. Gleichzeitig bleibt durch das das Stützelement 6 die Stützfunktion zur mechanischen Stabilisierung und Führung des ersten Kontaktelements 4 erhalten, sodass dieses beispielsweise bei einem Einstecken des Steckers 2 vor einem unbeabsichtigten Umknicken oder Umbiegen geschützt ist.
Alternativ zum Aerogel 8 weist das Stützelement 6 einen geschäumten Kunststoff, beispielsweise ein geschäumtes PTFE oder ein geschäumtes PE auf und ist insbesondere aus diesem gebildet.
In Fig. 2 ist eine skizzierte Explosionsdarstellung des Steckers 2 gezeigt. Fig. 2 zeigt beispielsweise den Stecker 2 vor einer endgültigen Konfektionierung. Hierbei wird beispielsweise das erste Kontaktelement 4 in das Stützelement 6 eingebracht, beispielsweise zur Ausbildung einer Presspassung eingeschoben. Das konzentrisch um das erste Kontaktelement 4 angeordnete Stützelement 6 wird anschließend oder auch zuvor in das zweite Kontaktelement 10, vorzugsweise ebenfalls zur Ausbildung einer Presspassung eingesetzt. Um das zweite Kontaktelement 10 ist der hier als Überwurfmutter ausgebildete Korpus 14 angeordnet. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei- spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1 . Stecker, insbesondere Hochfrequenzstecker, welcher ein erstes Kontaktelement sowie ein Stützelement aufweist, sodass das erste Kontaktelement durch das Stützelement eine mechanische Führung erfährt, wobei das Stützelement eine Permittivität mit einem Wert kleiner 2 aufweist.
2. Stecker nach Anspruch 1 ,
wobei das Stützelement ein Aerogel aufweist oder durch ein Aerogel gebildet ist.
3. Stecker nach Anspruch 2,
wobei als Aerogel ein Polymer-Aerogel verwendet ist.
4. Stecker nach Anspruch 2 oder 3,
wobei als Aerogel ein Polyimid-Aerogel verwendet ist.
5. Stecker nach Anspruch 4,
wobei das Stützelement eine Permittivität im Bereich von 1 ,1 bis 1 ,4 aufweist.
6. Stecker nach Anspruch 1 oder 5,
wobei das Stützelement einen geschäumten Kunststoff aufweist oder durch diesen gebildet ist.
7. Stecker nach Anspruch 6,
wobei als geschäumter Kunststoff ein geschäumtes PTFE oder geschäumtes PE verwendet ist.
8. Stecker nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei das Stützelement eine Dichte von kleiner 1 g/cm3 , vorzugsweise von kleiner 0,5 g/cm3 und insbesondere von kleiner 0,2 g/cm3 aufweist
9. Stecker nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem das erste Kontaktelement nach Art eines Stiftes ausgebildet ist, welcher von dem Stützelement umlaufend umgeben ist.
10. Stecker nach Anspruch 9, wobei das Stützelement einen Zwischenraum zwischen dem ersten und einem zweiten Kontaktelement ausfüllt.
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