JP2004537145A - 自己調整サブミニアチュア同軸コネクタ - Google Patents

Abstract

シェル、誘電体および導体エレメントを備えたサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）であって、導体エレメントは、インタフェース・コンタクト・チップと係合して、はんだ付けを必要とすることなく回路基板上のトレースなどの電気回路に対してインタフェース・コンタクト・チップを電気接点中にバイアスし、かつ、熱不整合によって生成される相対運動を調整するバイアス エレメントを備えている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は同軸ケーブルおよび類似用コネクタに関し、より詳細には同軸ケーブルおよび類似のマイクロ波周波数伝送線路の接続に使用されるサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年７月２６日出願の既出願同時係属仮出願第６０／３０７，９５２号に基づくものである。
サブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）は、マイクロ波周波数用高性能サブミニアチュアコネクタとして広く使用されている。これらのコネクタは、当分野の技術者によって、フレキシブルケーブルおよび半硬質ケーブルを含む同軸ケーブルと共に使用されている。サブミニアチュア同軸コネクタは、半硬質ケーブルと共に用いた場合、約１８ＧＨｚまで有効であり、また、フレキシブルケーブルと共に用いた場合は、通常、直流値から約１２．４ＧＨｚまで使用することができる。他の極めて希なケースでは、サブミニアチュア同軸コネクタは、約１８ＧＨｚまで動作させるべく特性を持たせることができ、モードフリーでは約２５ＨＧｚまで機能させることができる。サブミニアチュア同軸コネクタの中には、さらに希なケースとして約２７ＧＨｚまで動作するように設計されているものもある。
【０００３】
サブミニアチュア同軸コネクタは、広帯域周波数での動作が可能であり、かつ、反射が小さくなっている。サブミニアチュア同軸コネクタは、通常、５０オームの定インピーダンスを有するべく設計されており、マイクロ波産業における、同軸線路から回路基板上に印刷された、あるいは回路基板上に配置されたトレースまたは他の回路エレメントまでインタフェースしなければならない多くのアプリケーションでは常に使用されている。
【０００４】
通常、これらの標準サブミニアチュア同軸コネクタは、外部導体との均一な接触を保証するべく、外部シェルおよびねじ付きカップリングを有している。いくつかの設計では、スナップフィット（ｓｎａｐ−ｆｉｔ）接続またはプレスフィット（ｐｒｅｓｓ−ｆｉｔ）接続が使用されている。いずれの設計においても、密結合が高周波数におけるサブミニアチュア同軸コネクタの反射および減衰の最小化を可能にし、かつ、機械的強度および耐久性を提供している。密接続によってリアクタンスが最小化されるため、他のタイプのスナップオン・サブミニアチュア・コネクタに関連する周波数を超えてサブミニアチュア同軸コネクタを使用することができる。
【０００５】
サブミニアチュア同軸コネクタは、マイクロ波能動コンポーネント、マイクロ波受動コンポーネント、ハイエンド無線電子工学、計装アプリケーションおよび航空電子工学と共に使用される。一例として、Ｌｉｇｈｔ Ｈｏｒｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、ＭｏｌｅｘおよびＪｏｎｓｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓなどの会社のコネクタを始めとする多くの様々なタイプのサブミニアチュア同軸コネクタが市販されている。これらのコネクタは、一例として、圧力クリンプ、クランプおよびはんだ端子アタッチメントに利用することができる。これらのコネクタは、印刷回路基板ストリップ線路、トレースあるいは他の類似回路エレメントから同軸ケーブルへの適切な接続を提供している。サブミニアチュア同軸コネクタおよび関連プラグの例については、Ｚｉｅｒｓに対する米国特許第６，２１７，３８２号およびＭａｇｎｕｓｏｎに対する米国特許第５，８２３，７９０号を参照されたい。
【０００６】
現在使用されている、より一般的なサブミニアチュア同軸コネクタの多くは、回路基板上に印刷された電気導体すなわちトレースとして形成された単一線路を、サブミニアチュア同軸コネクタの中央導体（またはコネクタ）に半永久接続するためにはんだ接続を使用しなければならない。例えば、サブミニアチュア同軸コネクタ内の中心に位置付けされた中央導体または他のコネクタ・エレメントは、回路基板の回路トレース部分に配置されたスルーホール中に展開し、回路トレースにはんだ付けされることになる。はんだ接続を必要とする様々なサブミニアチュア同軸コネクタの例には、半硬質ケーブル用ＳＭＡ直角はんだ型プラグ、半硬質ケーブル用ストレートジャック、ストレートプラグおよびストレートバルクヘッドジャック、フレキシブルケーブルまたは半硬質ケーブル用はんだ型アンテナコネクタプラグ、および三点プラグ、ジャックおよびバルクヘッドジャックがある。はんだ接続は、他の多くのタイプのサブミニアチュア同軸コネクタプラグに使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の目的は、上で説明した従来技術によるサブミニアチュア同軸コネクタの欠点を克服したサブミニアチュア同軸コネクタを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、導体を回路基板トレースまたは他の回路エレメントにはんだ付けする必要がなく、かつ、熱不整合によって生成される相対運動を調整することができるサブミニアチュア同軸コネクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は有益であり、新規で、かつ、目に見えては分からないサブミニアチュア同軸コネクタおよびサブミニアチュア同軸コネクタ規格を使用してギガヘルツ（ＧＨｚ）レンジの高周波信号を転送する方法が提供される。本発明は、回路基板の表面および回路基板上のあらゆる電気トレースに直角に整列した、従来のはんだ処理またはスルーホールマウントを使用する必要のない、低コストでかつ信頼性の高いサブミニアチュア同軸コネクタ・インタフェースを可能にしている。したがって、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、はんだ付けに必要な高い温度にコネクタおよび回路基板を晒すことなく取り付けることができる。
【０００９】
また、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、組立て中または処理中に電気トレースにアクセスすることなく回路基板に取り付けることができる。このサブミニアチュア同軸コネクタは、安価な方法で取り付けることができ、また、公差の蓄積を補償することができるため、広く使用されているサブミニアチュア同軸コネクタの製造にしばしば必要な精密機械加工処理の必要がなく、したがって通常のサブミニアチュア同軸コネクタより安価なハウジング（シェル）を使用することができる。
【００１０】
本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、材料の熱不整合によって生成される相対運動を自動的に調整することができるため、より安価な材料を使用することができ、かつ、はんだの破壊および基板の亀裂による信号劣化の可能性を小さくすることができる。本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、熱不整合が存在する場合であっても、３ＧＨｚを超えて使用することができる。
【００１１】
本発明によれば、コネクタは外部シェルを備えている。外部シェルの内側には、長手方向に延びたボアを備えた誘電体が設けられている。ボアの内側には、回路基板上のストリップ線路またはトレース回路などの電気回路を電気接続するためのインタフェース・コンタクト・チップを備えた導体エレメントが設けられている。バイアス エレメントは、インタフェース・コンタクト・チップと係合し、はんだ付けを必要とすることなく回路基板上の電気回路に対してインタフェース・コンタクト・チップを自己調整電気接点中にバイアスしている。このコネクタは、熱不整合によって生成される相対運動を自動的に調整している。外部シェル、誘電体および導体エレメントは、サブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）として形成されることが好ましい。導体エレメントは、さらに、標準ＳＭＡインタフェース接続を使用して同軸ケーブルを電気接続するための近位コネクタをインタフェース・コンタクト・チップの反対側に備えている。
【００１２】
本発明のさらに他の態様では、バイアス エレメントは、コンプライアントばね荷重中間コンタクトを備えている。本発明のさらに他の態様では、バイアス エレメントは、ファズボタンまたはポーゴーピンを備えることができる。例えばバイアス エレメントは、電気接触を維持しつつバイアス力を付与する金めっきモリブデンウールなどの導電性ウール構造を備えることができる。
【００１３】
本発明のさらに他の態様では、誘電体およびインタフェース・コンタクト・チップは、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化されている。シェルは、ＳＭＡシェルとして形成することができ、また、ねじフィット接続、プレスフィット接続またはスナップフィット接続のうちのいずれか１つの構成にすることができる。
【００１４】
本発明の他の目的、特徴および利点については、本発明についての以下の詳細説明を添付の図面に照らして考察することにより明らかになるものと思われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について、本発明の好ましい実施形態を示した添付の図面を参照してより詳細に説明するが、本発明は、多くの様々な形態で具体化することができるため、本発明を本明細書において説明する実施形態に制限するものとして解釈してはならない。本明細書において説明する実施形態は、本出願の開示を余すとことなく完全に理解するためのものであり、本発明の範囲を当分野の技術者に余すところなく伝えるためのものである。添付の図面において、同一番号は同一エレメントを表している。
【００１６】
本発明は有益であり、サブミニアチュア同軸コネクタ規格を使用してギガヘルツ（ＧＨｚ）レンジの高周波信号を転送することができる、新規で、かつ、目に見えては分からないサブミニアチュア同軸コネクタが提供される。本発明は、回路基板の表面および回路基板上のストリップ線路または電気トレースなどのあらゆる信号線路に直角に整列した、従来のはんだ処理またはスルーホールマウントを使用する必要のない、低コストでかつ信頼性の高いサブミニアチュア同軸コネクタ・インタフェースを可能にしている。したがって、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、はんだ付けに必要な高い温度にコネクタおよび回路基板を晒すことなく取り付けることができる。
【００１７】
また、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、組立て中または処理中にしばしば必要なストリップ線路または他の電気トレースへのアクセスを必要とすることなく回路基板に取り付けることができる。このサブミニアチュア同軸コネクタは、安価な方法で取り付けることができ、また、公差の蓄積を補償することができるため、広く使用されているサブミニアチュア同軸コネクタの製造に必要な精密機械加工処理の必要がなく、したがって通常のサブミニアチュア同軸コネクタより安価なハウジング（シェル）を使用することができる。
【００１８】
本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、材料の熱不整合によって生成される相対運動を自動的に調整することができるため、熱不整合をより生じやすいより安価な材料を使用することができ、かつ、はんだの破壊および基板の亀裂による信号劣化の可能性を小さくすることができる。本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタは、異なる材料間に熱不整合が存在する場合であっても、３ＧＨｚを超えて使用することができる。
【００１９】
図１〜５は、自己調整型であり、かつ、上で説明した従来技術の欠点を克服する本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタ１０の様々な実施形態を示したものである。分かり易くするために、以下の説明を通して、異なる実施形態間で共通の類似構造エレメントは、それらの説明に際して同じ参照数表示が使用されている。
【００２０】
図１を参照すると、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）１０が示されており、また、ＳＭＡシェルとして従来通りに形成された外部シェル１２が示されている。図１に示すこの特定の実施形態では、ＳＭＡシェル１０には、当分野の技術者に知られているように、ねじ山または他の適切なファスナハードウェアを持たせることができ、また、プレスフィット接続として形成することができる。さらに他の実施形態では、ＳＭＡシェル１０は、より密に、かつ、より正確にはめ合わせるためのプレスフィット接続を持たせるべく形成することができる。図１に示す特定の実施例では、当分野の技術者に知られているように、ＳＭＡシェル１２の下部すなわち末端部分１６の上に、サブミニアチュア同軸コネクタのあらゆるタイプのコネクタアタッチメント機構を受け入れることができるサポートオリフィスまたは他のサポート構造１８を備えた、環状に構成されたサポートすなわち取付けフランジ１４が形成されている。ＳＭＡシェル１２の近位端２０は、規格通り、同軸ケーブルコネクタの端部を受け入れるべく構成されている。通常、ＳＭＡ（すなわち外部）シェル１２は、当分野の技術者に知られているように、金属製導電材料で形成されている。図２および３に示す実施形態は、環状に構成されたサポートすなわち取付けフランジ１４を使用して同様に構成されたＳＭＡシェルを有しており、一方、図４および５に示す実施形態は、環状に構成されたサポートすなわち取付けフランジ１４を持たないＳＭＡシェル１２の実施形態を示している。これらの実施形態には、取付けフランジ１４の代わりに、図に示すようにストレートリブセクション１４ａが使用されている。
【００２１】
実質的に円筒状に構成された誘電体２２は、ボディ部材として機能しており、ＳＭＡシェル１２の内側に設けられている。誘電体２２は、近位端２４および遠位端２６を有している。長手方向に延びたボア２８は、図に示す実施形態では近位端２４から遠位端２６まで延びている。誘電体２２は、導電性外部シェル（ＳＭＡシェル１２）と、近位端２４から遠位端２６まで延びた、長手方向に延びたボア２８の内側に設けられた導体エレメント３０との間に誘電体障壁を形成する誘電容量を有する誘電材料で形成されている。導体エレメント３０は、ピン状の構成を有していることが好ましい。誘電体２２は、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化され、図１〜５に示すように複数の構成を有している。図１には、遠位端２４に外部段付き肩部３２を有する誘電体２２が示され、一方、図３には、段付き肩部のない真っ直ぐな円筒状セクション３４を遠位端に持たせるべく形成された誘電体が示されている。図２、４および５に示す実施形態は段付き構成を有しているが、外部段付き肩部３２にはテーパ部分３６が施されている。これらの誘電体構成は、印刷基板上の様々なタイプの電気ストリップ線路またはトレースへの接続、あるいは当分野の技術者に提案されているその他の接続を補助している。
【００２２】
ボア２８の内側には、回路基板上に印刷された回路トレースなどの電気回路を電気接続するための遠位端にインタフェース・コンタクト・チップ４０を備えた導体エレメント３０が設けられている。ＳＭＡ近位コネクタセクション４２は、同軸ケーブルを標準タイプのＳＭＡ接続で電気接続するための近位端に配置され、同じように構成されている。
【００２３】
本発明によれば、バイアス エレメント４４がＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４０およびＳＭＡ近位コネクタ４２と係合して、ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４０とＳＭＡ近位コネクタ４２の間の電気経路が完成する。バイアス エレメント４４は、はんだ付けステップあるいはスルーホール組立てを必要とすることなく、回路基板上に印刷されたトレースなどの電気回路に対して、ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４０を電気接点中にバイアスしている。この改良型サブミニアチュア同軸コネクタ１０は、当業界が遭遇する、しばしば問題となる、あらゆる熱不整合によって生成される相対運動を調整している。誘電体２２、長手方向に延びたボア２８および導体エレメント３０の寸法は、当業界で当分野の技術者によって使用されている寸法構成と同様の寸法構成にすることができる。
【００２４】
本発明の一態様によれば、バイアス エレメント４４は、ＳＭＡ近位コネクタ４２からＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップまでの電気経路を提供するべく、電気的に導電性であるコンプライアントばね荷重中間コンタクト（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ， ｓｐｒｉｎｇ−ｌｏａｄｅｄ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｃｏｎｔａｃｔ）として形成することができる。バイアス エレメント４４は、中間コンタクトとして形成し、ファズボタン（ｆｕｚｚ ｂｕｔｔｏｎ）あるいはポーゴーピン（ｐｏｇｏ ｐｉｎ）などのばね機構を備えかつ有し、かつ／または２つの部品およびばねを内部に備えたエレメントを備えることができることが分かっている。多くの様々なタイプのファズボタンおよびポーゴーピンを利用することができる。また、あるタイプのばねエレメントは、導電性通路を提供するべく材料を通して通路を満たす金めっきモリブデンウールを備えている。金属製ウールは、当分野の技術者によって提案されているように、ばねタイプの機構を提供することができる。米国特許第５，５５２，７５２号、第５，６３１，４４６号、第５，１４６，４５３号、第５，６１９，３９９号、第５，８３４，３３５号、第５，８８６，５９０号、第６，１９２，５７６号および第５，９８２，１８６号にファズボタンの例が開示されている。これらおよび他の任意のファズボタンを改変し、本発明に適用することができる。
【００２５】
また、表面に接触し、かつ、表面を押し付けるようになされたばね荷重電気コネクタであるポーゴーピンを使用することも可能である。あるタイプの典型的なポーゴーピンコネクタは、ばねセグメントあるいは他の弾性部材として形成された電線、ピンまたはケーブルを備えている。米国特許第６，２５２，４１５号、第６，２４２，９３３号、第６，１３７，２９６号、第６，１１４，８６９号、第６，０７９，９９９号、第５，４５１，８８３号および第５，９４８，９６０号に、様々なタイプのポーゴーピンの例が開示されている。これらおよび他のタイプのポーゴーピンを改変し、本発明に適用することができる。
【００２６】
誘電体２２は、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化されている。本発明によるＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４４もインピーダンスが５０オームになるようにサイズ化されている。ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４４は、回路基板上の回路トレースまたは他の電気接点にはんだ付けされないため、ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４４は、その端部が回路基板上の回路トレースまたは他の電気コンポーネントと適切に係合するように構成しなければならない。しかしながら、ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４４に付与されるバイアス力は、例えば熱不整合によって生成される相対運動が存在する場合においても電気接触を維持するために適した力でなければならない。図１および３に示すように、様々なタイプのＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４０を使用することができる。図３では、長手方向に延びたボア２８は、広範囲に渡る長手方向の運動を停止させ、かつ、ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップのボアからの脱落を防止するべく、ＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４４上の段付き肩部４８を受け入れる内部階段状セクション４６を遠位端に備えている。図３に示す実施形態は階段状構成を備えていないが、バイアス エレメント４４は、当分野の技術者によって提案されている適切なアタッチメント接続によってＳＭＡインタフェース・コンタクト・チップ４４と確実に係合することができる。
【００２７】
図１〜５に示す実施形態は、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタの実施例に過ぎないが、当分野の技術者には他の構成を提案することが可能である。
以上の説明および関連する図面によって示した教示の利点を取得した当分野の技術者には、本発明に対する多くの改変および他の実施形態が可能であろう。したがって、開示した特定の実施形態に本発明を制限すべきではないこと、および改変および他の実施形態は、特許請求の範囲の各請求項の範囲内に包含されるべく意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】シェルの基本エレメント、誘電体および導体エレメントを示す、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタの第１の実施形態の断面図である。
【図２】絶縁体およびチップ構成が異なる、図１に示す実施形態と同様の、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタの第２の実施形態の断面図である。
【図３】絶縁体およびチップ構成が異なる、図１に示す実施形態と同様の、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタの第３の実施形態の断面図である。
【図４】シェル構成が異なる、図１に示す実施形態と同様の、本発明によるサブミニアチュア同軸コネクタの第４の実施形態の断面図である。
【図５】図４の線５−５に沿って取った断面図である。

Claims (20)

1. ＳＭＡシェルと、
   前記ＳＭＡシェルの内側に設けられた、近位端、遠位端、および前記近位端から前記遠位端まで延びた、長手方向に延びたボアを有する誘電体と、
   回路基板上の電気回路と電気接触するべく構成された前記遠位端部分のインタフェース・コンタクト・チップと、同軸ケーブルを電気接続するための前記近位端部分の近位コネクタと、および前記インタフェース・コンタクト・チップと近位コネクタの間の電気経路を完成するべく、前記インタフェース・コンタクト・チップおよび近位コネクタと係合し、かつ、前記回路基板上の電気回路に対して前記インタフェース・コンタクト・チップを電気接点中にバイアスし、さらに、熱不整合によって生成される相対運動を調整するバイアス エレメントとを備えた、前記ボアの内側に設けられた導体エレメントと、
   を備えたサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
2. 前記バイアス エレメントがコンプライアントばね荷重中間コンタクトを備えた、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
3. 前記バイアス エレメントがファズボタンを備えた、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
4. 前記バイアス エレメントがポーゴーピンを備えた、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
5. 前記バイアス エレメントが導電性ウール構造を備えた、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
6. 前記導電性ウール構造が、金めっきモリブデンウールをさらに備えた、請求項５に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
7. 前記誘電体が、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化された、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
8. 前記インタフェース・コンタクト・チップが、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化された、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
9. 前記ＳＭＡシェルが、ねじフィット接続用またはプレスフィット接続用に構成された、請求項１に記載のサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）。
10. 外部シェルと、
    前記外部シェルの内側に設けられた、長手方向に延びたボアを有する誘電体と、
    インタフェース・コンタクト・チップおよび回路基板上の電気回路に対して前記インタフェース・コンタクト・チップを自己調整電気接点中にバイアスするべく前記インタフェース・コンタクト・チップと係合し、熱不整合によって生成される相対運動を調整する、前記ボアの内側に設けられたバイアス エレメントとを備えた導体エレメントと、
    を備えたコネクタ。
11. 前記外部シェル、誘電体および導体エレメントがサブミニアチュア同軸コネクタ（ＳＭＡ）として形成された、請求項１０に記載のコネクタ。
12. 前記導体エレメントが、同軸ケーブルに電気接続するための近位コネクタを前記インタフェース・コンタクト・チップの反対側に備えた、請求項１０に記載のコネクタ。
13. 前記バイアス エレメントがコンプライアントばね荷重中間コンタクトを備えた、請求項１０に記載のコネクタ。
14. 前記バイアス エレメントがファズボタンを備えた、請求項１０に記載のコネクタ。
15. 前記バイアス エレメントがポーゴーピンを備えた、請求項１０に記載のコネクタ。
16. 前記バイアス エレメントが導電性ウール構造を備えた、請求項１０に記載のコネクタ。
17. 前記導電性ウール構造が、金めっきモリブデンウールをさらに備えた、請求項１６に記載のコネクタ。
18. 前記誘電体が、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化された、請求項１０に記載のコネクタ。
19. 前記インタフェース・コンタクト・チップが、インピーダンスが５０オームになるようにサイズ化された、請求項１０に記載のコネクタ。
20. 前記シェルが、ねじフィット接続用またはプレスフィット接続用のうちのいずれか１つに構成された、請求項１０に記載のコネクタ。