JP5323949B2 - 高周波信号搬送用同軸ケーブルの機械的及び電気的接続装置 - Google Patents

Description

本発明は高周波信号を搬送する同軸ケーブルと多層マイクロストリップの又はストリップラインの線路からなる回路（ストリップ：細長い線条片）との間の機械的及び電気的接続の装置に係る。この機械的及び電気的接続装置は、例えば基地局設備室内に設備される無線周波数モジュールの一部であり得る。

マイクロストリップ型構造の場合に、“接地板（グラウンド・プレーン）”として通常参照される接地導電表面は、平面誘電基板の面の一方に構成される。導電線路が誘電基板の他方の面に取付けられる。マイクロストリップは、誘電基板の一方の面に在るプリント回路の形態を通常とり、反対の他方の面の金属メッキされた接地された表面は接地板を構成する。
ストリップライン型構造の場合に、２つの連続する設置導電板が、導電線路のいずれの側にも並行して構成されている。各導電板は誘電層により導電線路から絶縁されている。

一方の側の接地同軸ケーブルの導電層と他方の側のマイクロストリップ又はストリップラインの接地面との電気的連続性を保証するために、システムは最も普通には導体上のネジとナットからなるものを用いている。しばしば、同軸ケーブルの外側導体は導体素子上に半田づけされ、制限された環境内での接合の適当な位置決めに適したネジ、ナット、ピン又は他の手段により多層線路の接地板との電気的及び機械的接触を維持している。接地板はアルミニウムのような半田づけできない材料からなり得る。それから同軸ケーブルの中心内部導体は、マイクロストリップ又はストリップラインの導電線路に半田づけされる。この手法の利点は、組立体が修理又は部品交換の際に分解できることにある。しかし、この組立方法は複雑でコストがかかるものである。

改良された手法によると、その形状が例えば切り抜き、ぎざぎざづけ及び／又は折たたみに適合しているとの仮定で、同軸ケーブルの外部導体を多層線路の接地板上に半田づけすることが可能である。その場合に、接地板の材料が半田づけ可能であることが必要である（その材料は、真ちゅう、銅、錫等又は金属メッキ）。この理由で、その手法は特に非常に大きな回路で高価であって、その後に容易には分解できない。

本発明は上述の従来技術の欠点を取り除くことを意図している。特に、本発明は、無線分野での使用のための信頼できる電気接続を保証しつつ、実装するに安価、容易性、迅速性のある、高周波信号を搬送する同軸ケーブルと多層マイクロストリップ又はストリップライン線路との間の機械的及び電気的接続をする装置を提案する。

本発明は、導電線路と少なくとも１つの接地板を含む多層線路と、内部導体と外部導体とを含む高周波信号を搬送する同軸ケーブルとの間の機械的及び電気的接続のための装置に関し、該機械的及び電気的接続装置は、
同軸ケーブルを多層線路の接地板に電気的に接続する電気的接続手段であって、多層線路の接地板と反対側に誘電材料の層により分離されて構成された導電表面を含み、導電表面と接地板との間に容量性電気的接続が形成されている電気的接続手段、及び
誘電材料からつくられている少なくとも１つの隆起パターン部であって接地板に形成された適当な開口に挿入され得る隆起パターン部を含む機械的取付け手段とからなる。

本発明に従う機械的及び電気的接続装置は、無線周波数利用において接地板として作用する異なる部分間の直接的接触をなくすことにより、直流的な電気隔離を可能にする。接地板間の接続は容量性結合手段で生じ、導電材料層を対面して置く（しかし、直接的接触なしに）によりなされる。更に、本発明は、機械的及び電気的接続装置の異なる部品を迅速に且つ効率的に位置決めすることを可能にしている。

本発明に従う機械的及び電気的接続装置において、導電表面は外部導体に電気的に接続されている。
好ましい実施例において、機械的取付け手段は、誘電材料からつくられそして接地板（グラウンド・プレーン）に形成された開口に挿入される少なくとも１つの隆起パターン部を含む。
第１の実施例において、隆起パターン部はフック状の形を有し、接地板における適当に寸法化された開口にぴったり収まることにより迅速な組立てを可能にしている。
第２の実施例に従うと、隆起パターン部はピン状の形を有し、接地板に関し機械的及び電気的接続装置を位置決めすることを可能にしている。機械的及び電気的接続装置は、例えばプラスチックからつくられたナット、ボルト及び／又はリベットの手段により取付けられる。
これらの取付けの機械的手段は、損傷なしに容易な分解を可能にする利点を有している。

本発明は又、本発明に従う機械的及び電気的接続手段によって、高周波信号を搬送する同軸ケーブルと多層線路との迅速な組立方法を提案する。この方法は、
同軸ケーブルの外側導体を機械的及び電気的接続装置の導電表面に接続させるステップ、
誘電材料の層を機械的及び電気的接続装置の導電表面上に付着させるステップ、
多層線路の接地板を、同軸ケーブルの外側導体に電気的に接続されている導電表面と多層線路の接地板との間に容量性電気的接続を形成するように、機械的及び電気的接続装置の導電表面の反対側に設置するステップ、
機械的及び電気的接続装置を機械的取付け素子手段により接地板に機械的に接続するステップ、そして
同軸ケーブルの内部導体を多層線路の導電線路に接続するステップとからなる。

好ましい実施体において、機械的及び電気的接続装置は半田付け又は溶接により同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続される。
別な好ましい実施例において、機械的及び電気的接続装置は、誘電材料からつくられ接地板に形成された開口に挿入され得る少なくとも１つの隆起パターン部手段により機械的に接地板に接続される。

第１の実施例において、機械的及び電気的接続装置は、接地板に形成された開口に突出フック形状パターン部をぴったり収めることにより接地板に機械的に接続されている。
第２の実施例において、機械的及び電気的接続装置は、接地板に形成された開口にピン形状パターン部を挿入することにより接地板に機械的に接続される。
本発明の利点は、関連部品の迅速で安価な組立てを可能にする。
機械的及び電気的接続装置への接地板の半田づけが除かれ、容量性電気的接続で置き換えられる。接地板はコストを低減するに、必ずしも半田づけ可能材料である必要はない。
代わりに、接地板との接続のための金属取付け素子（ネジ、ネット、ピン等）の使用を除くことができる。本発明に従うと、接続は誘電材料からつくられる取付け素子手段により実現される。特に、この接続は、隆起パターン部を開口にぴったり収めること、クリップによる挟みこみ、又はピンと取付け素子手段により行い得る。本発明に従う方法は、迅速、正確そして安全な組立てを可能にする。

接地板とのいかなる直接的な金属―金属接触が排除されている場合には、容量性電気的接続のこのタイプは、信号歪を生じさせる因子の１つであるＰＩＭ相互変調の影響を防ぐことが可能である。
本発明の他の特性と利点は添付図面の例（それに限定されるものではないか）によって以下の実施例の説明により明らかになるであろう。

本発明の第１の実施例に従う機械的及び電気的接続装置の手段によりなされた接合例を示す図である。 図１の機械的及び電気的接続装置の斜視図である。 本発明に従う機械的及び電気的接続装置の第２の実施例の斜視図である。 図３の機械的及び電気的接続装置の部品の展開斜視図である 図３の機械的及び電気的接続装置への同軸ケーブルの組立の部品の展開斜視図である。 図３の機械的及び電気的接続装置への同軸ケーブルの組立の斜視図である。 接地板に置かれた図６の組立体の斜視図である。 ２つの接地板の間に置かれた図の組立体の斜視図である。図３−図８において、同一の素子には同じ参照符号が付与されている。 本発明に従う機械的及び電気的接続装置の第３の実施例の斜視図である。 図９の機械的及び電気的接続装置の部品の展開斜視図である。 図９の機械的及び電気的接続装置への同軸ケーブルの組立体の部品の展開斜視図である。 図９の機械的及び電気的接続装置への同軸ケーブルの組立体の斜視図である。 接地板上に置かれた図１２の組立体の斜視図である。 ２つの接地板に置かれた図１２の組立体の斜視図である。図９−図１４において同一の素子には同じ参照符号が付与されている。 本発明に従う機械的及び電気的接続装置の第３の実施例の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 本発明に従う機械的及び電気的接続装置の第４の実施例の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 本発明に従う機械的及び電気的接続装置の第５の実施例の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 本発明に従う機械的及び電気的接続装置の第６の実施例の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 誘電層の厚さの値を増した時、ｘ軸上の１００ＭＨｚと４ＧＨｚの間の周波数Ｖの関数として、ｙ軸上にｄｂで示された入力インピーダンスＥを示す図（ａ）とその挿入損失Ａを示す図（ｂ）である。

図１と図２に模式的に示されている本発明に従う機械的及び電気的接続装置の実施例において、同軸ケーブル１は金属からつくられている中央内部導体２、金属又は金属メッキ編線からなる交流電流を受信する外部導体及び２つの導体２と３の間に置かれた誘電材料の層からなる。ケーブル１は、２つの導電表面７の間に配置された導電線路６からなる多層ストリップライン５に接続されている。接地金属又は金属メッキ導電表面７は多層線路５の接地板を構成している。導電線路６は誘電層８によりその両側にある導電面７から分離されている。この場合、誘電層８は空気からなり、ガルバニック絶縁を提供している。同軸ケーブル１の内部導体２は例えば半田づけ手段により多層線路５の導電線路６に電気的に接続されている。本発明の第１の実施例に従う機械的及び電気的接続装置は、その側面がＵ字状の導電接続素子９からなり、Ｕ字の腕または枝の外面が誘電材料１０の層でカバーされ、接地板７から接続素子７を絶縁して直流的な金属―金属接触を防いでいる。同軸ケーブル１の外部導体３は例えば半田づけで接続素子９に電気的に接続されている。機械的及び電気的接続装置は両側に隆起パターン部１２からなる誘電材料の取付け素子１１を更に含み、その隆起パターン部は、接地板７に設けられた開口にぴったり収まるように適合されており、同時に接地板７に対して機械的及び電気的接続装置の位置決めと取付けを確実にする。

今、図３と図４に示す本発明の機械的及び電気的接続装置の第２の実施例に言及する。その機械的及び電気的接続装置は、接続素子３１、絶縁素子３２及び取付け素子３３からなる。
接続素子３１はその側面がＵ字状である。接続素子３１はしんちゅう又は銅等の導電材料又は銀、金等の導電材料でカバーされた他の材料でつくられる。Ｕ字の２つの腕３４は接地板に対して結合表面を構成する。Ｕ字の２つの腕３４の間に位置する部分３５は同軸ケーブルの内部導体の通路として意図された開口３６を含む。

絶縁素子３２は、接続素子３１の周囲に位置することができるよう、接続素子３１に対向した方向に側面がＵ字状の形に設計されている。従って、絶縁素子３２の２つの腕３７は接続素子３１の２つの腕３４をそれぞれカバーし、いずれの側においても接地板から接続素子３１を絶縁する誘電層を構成する。接続素子３１についても同じように、Ｕ字の２つの腕３７の間に位置する部分３８は同軸ケーブルの通路として意図された開口３９を含む。絶縁素子３２は、例えばポリエチレンのようなポリマーの誘電材料でつくられる。

取付け素子３３は接続素子３１への挿入に適した芯部４０からなり、接地板の方向に上下に突出したフックの形状の隆起パターン部を有している。ノッチ４２と４３が接続素子３１の腕３４の縁と、絶縁素子３２の腕３７の縁に設けられ、隆起パターン部４１に対し通過できるようにしている。それと共に、バネ効果により、フック４１が接続素子３１と絶縁素子３２を支持している。芯部４０は同軸ケーブルのガイド及び支持手段としての機能をするよう構成されている。取付け素子３３はプラスチックのような誘電材料でつくられている。

一旦システムをカバーする絶縁素子３２と共に取付け素子３３が接続素子３１に挿入されると、本発明のこの実施例に従う機械的及び電気的接続装置は、図４に示すようにコンパクトなものであり、その機能に要求される機械的強度を有する。
代わりに、絶縁素子は、導電表面とそれに対向して配置されている接地板との間に有効な絶縁性が与えられるという前提で、導電表面上に付着された絶縁膜であり得る。例えば、各導電表面上への誘電材料のシートの接着でも可能である。

図５と図６は、図３と図４に示した機械的及び電気的接続装置が誘電層５３により分離されている内部導体５１と外部導体５２からなる同軸ケーブル５０とどのように係合するかを示す。ここで、システムはポリエチレン（ＰＥ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような誘電材料からつくられた絶縁クラッド５４により保護されている。ケーブル５０は絶縁素子３２の開口３９により機械的及び電気的接続装置に入る。ケーブル５０は接続素子３１の内部へ置かれている取付け素子３３によりガイドされ、誘電層５３により囲まれた内部導体５１が接続素子３１の開口３６を通して延在する。

同軸ケーブル５０と多層線路との間の接続を行うため、最初のステップは例えば半田づけによりケーブル５０の外部導体５２と接続素子３１との間の電気的接続をすることである。その際、内部導体５１は開口３６を通して突出することが可能となる。ケーブル５０に沿ってスライドさせることにより、取付け素子３３はその隆起パターン部４１を接続素子３１のノッチ４２内へ位置決めさせ接続素子３１内へ挿入される。最後に絶縁素子３２を開口３９を通してケーブル上に滑りこませ、そして接続素子３１をカバーするようスライドされる。接続素子３１のノッチ４３は取付け素子３３の隆起パターン部４１上に適合される。

機械的及び電気的接続装置と適合した同軸ケーブル５０を多層線路に結合することだけが、今必要なだけである。ストリップラインの場合、最初のステップはストリップラインの２つの接地板の第１の接地板においてこの目的のために設けられた開口へ取付け素子３３の２つのフック４１をぴったり収めることである。同軸ケーブル５０の内部導体５１はそれからストリップラインの導電線路に電気的に接続される。最後に、取付け素子３３の他の２つのフック４１がストリップラインの２つの接地板においてこの目的のために設けられた開口へはめ込まれる。

図７は、図３−図６に示された実施例の機械的及び電気的接続装置が多層タイプのマイクロストリップ線路の接地板の一方に取り付けられた様子を示す。同軸ケーブル７１を包囲する機械的及び電気的接続装置は、多層タイプのマイクロストリップ線路の接地板を構成している導電表面７２上に設置される。取付け素子の隆起パターン部７３は接地板の開口７４内に挿入されそしてバネ効果またはスナップ効果によりそれを保持して、機械的及び電気的接続装置が接地板との接触を維持している。

図８は、図３−図６に示された実施例の機械的及び電気的接続装置が多層タイプのマイクロストリップ線路の接地板の双方に取り付けられた様子を示す。同軸ケーブル８１を包囲している機械的及び電気的接続装置８０は多層タイプのストリップラインの接地板を構成する２つの導電表面８２の間に設置されている。取付け素子のフック形状の隆起パターン部８３が接地板の開口８４内に挿入されて、バネ効果によりそれを保持し、機械的及び電気的接続装置がその両側で２つの接地板と接触を維持している。
同じ手法で幾つかのケーブルを接続することは勿論可能であり、各ケーブルはそれ自身用の機械的及び電気的接続装置を備え１つの同じ多層線路へ接続されている。

次に図９と図１０に言及し、本発面に従う機械的及び電気的接続装置の第３の実施例を説明する。機械的及び電気的接続装置９０は接続素子９１、絶縁素子９２及び取付け素子９３からなる。この第３の実施例は、取付け素子９３が接続素子９１への挿入に適合したコア部９４からなり、そのコア部は接地板に対する機械的及び電気的接続装置の位置決めを保証するよう意図されたピン形状の隆起パターン部９５を有している点で、第２の実施例から異っている。ノッチ９６と９７はそれぞれ接続素子９１と絶縁素子９２に形成されて、位置決めピン９５の通路をなしている。

図１１と図１２は、図１０と図１０に示された機械的及び電気的接続装置が内部導体１０１と外部導体１０２からなる同軸ケーブル１００とどのように係合するかを示している。ケーブル１００は絶縁素子１０４の開口１０３から機械的及び電気的接続装置内に入る。ケーブル１００は、接続素子１０６の内部に位置する取付け素子１０５によりガイドされ、内部導体１０１が接続素子１０６の開口１０７を通って延在している。

図１３は、図９−図１２に示す実施例に従う機械的及び電気的接続装置が多層タイプマイクロストリップの一方の接地板に取付けられた様子を示す。同軸ケーブル１３１を包囲する機械的及び電気的接続装置１３０は、多層タイプマイクロストリップの接地板を構成する導電表面１３２上に設置される。取付け素子１３４の位置決めピンを形成する隆起パターン部１３３は接地板の開口１３５内に挿入されている。
図１４は、図９−図１２に示す実施例に従う機械的及び電気的接続装置が多層タイプマイクロストリップの接地板の双方に取付けられた様子を示す。同軸ケーブル１４０を包囲する機械的及び電気的接続装置は多層タイプマイクロストリップラインの接地板を構成する２つの導電表面１４１、１４２の間に設置されている。機械的及び電気的接続装置の取付け素子のピン１４３は接地板の開口１４４内に挿入されている。ストリップラインとの機械的及び電気的接続装置に差し込まれている同軸ケーブルの接合は次のようである。最初のステップは、ストリップラインの２つの接地板の第１のものにおけるこの目的のために設けられている開口１４４内へ、取付け素子の２つの位置決めピン１４３を挿入することである。それから、同軸ケーブル１４０の内部導体が電気的にストリップラインの導電線路に接続される。最後に、取付け素子の他の２つの位置決めピン１４３が多層線路の２つの接地板の第２のものにこの目的で設けられている開口内に挿入される。機械的及び電気的接続装置の２つの接地板への相互的取付けは誘電材料でつくられたナット手段で固定される。

図１５−図１８は接続素子３の異なる形状の変形を示す。
図１５の（ａ）と（ｂ）は、接続素子１５０の側面がＰ形状を示し、２つの表面１５１と１５２が機械的及び電気的接続装置の上下に位置する接地板と容量性結合を与えている変形実施例を示す。
図１６の（ａ）と（ｂ）は、接続素子１６０の側面が外側に向かって曲げられた２つの表面１６１と１６２による延在部を有するＮ形状をしており、機械的及び電気的接続装置の上下に位置する接地板と容量性結合を与えている変形実施例を示す。
図１７の（ａ）と（ｂ）は、接続素子の側面が内側に向かって曲げられた２つの表面１７１と１７２の延在部を有するＮ形状をしており、機械的及び電気的接続装置の上下に位置する接地板と容量性結合を与えている変形実施例を示す。
図１８の（ａ）と（ｂ）は、接続素子の側面が一方の端が開放しそして各々が２つの部分１８１ａ、１８１ｂと１８２ａ、１８２ｂからそれぞれなる２つの表面１８１と１８２を有する金床形状をしており、機械的及び電気的接続装置の上下に位置する接地板との容量性結合を与えている変形実施例を示す。

図１９の（ａ）は、ポリエチレン層の厚さの値を増すことに関して、５０オームのインピーダンスに対し接合の入力インピーダンスＥの変化の傾向を示す。入力インピーダンスＥは２つの接地板に対する一定の容量性結合表面 即ち２（２０×１５）＝６００ｍｍ^２で、無線周波数範囲０．１ＧＨｚ〜４ＧＨｚにおいて−４０ｄＢと０ｄＢとの間で変化する。曲線１９０は、基準となるもので、そして接地板が直流電気定数にある場合に関する。曲線１９１、１９２及び１９３はそれぞれ０．１ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．３ｍｍの厚さの変化を示す。
図１９の（ｂ）は、誘電ポリエチレン層の厚さの値の増加に対し周波数Ｖの関数としての挿入損失Ａを示す。挿入損失Ａは、２つの接地板に関し一定の容量性結合表面即ち２（２０×１５）＝６００ｍｍ^２で−０．２０ｄＢと０ｄＢとの間で変化する。曲線１９４は基準となるもので、そして接地板が直流電気定数にある場合に関する。曲線１９５、１９６及び１９７は０．１ＧＨｚ〜４ＧＨｚにおける０．１ｍｍ．０．２ｍｍ及び０．３ｍｍ厚さのそれぞれの傾向を示す。

曲線は、容量性結合は誘電層が薄くなる程、より効率的であることを示す。勿論、誘電層の最適の厚さは用いられる材料の誘電定数に依存する。容量性結合は結合表面が大きくなる程、より効率的である。誘電層の厚さと結合表面は動作周波数範囲、特に中心周波数と周波数帯の範囲に依存して最適化される。

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、本発明の精神から離れることなく当業者に売られる多くの変形を含む。特に、本発明の範囲から離れることなく、機械的取付け手段の隆起パターン部の形状と同じく機械的及び電気的接続装置の形状を変化させることは可能であろう。

１ 同軸ケーブル
２ 内部導体
３ 外部導体
４ 誘電材料層
５ 外層ストリップライン
６ 導電線路
７ 接地板（導電表面）
８ 誘電層
９ 導電接続素子
１０ 誘電材料
１１ 取付け素子
１２ 隆起パターン部

Claims (9)

1. 導電線路と少なくとも１つの地気面とを含む多層線路と、高周波信号を搬送し内部導体と外部導体とを含む同軸ケーブルとの間の機械的及び電気的接続のための装置において、
   該同軸ケーブルを該多層線路の地気面に電気的に接続する電気的接続手段であって、該誘電材料層で該多層線路の地気面から分離され該地気面と対向して配置されるとともに該外部導体と電気的に接続する２枚の対向する導体表面を含み、該導体表面と該地気面との間に容量性電気的結合を形成する電気的接続手段、及び
   誘電材料からつくられそして該地気面に設けられた開口内に挿入される少なくとも１つの突出パターン部を含む機械的取付け手段とからなる機械的及び電気的接続装置。
2. 請求項１に記載の装置において、該導体表面は該同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続されている機械的及び電気的接続装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、該突出パターン部はスナップ作用手段による組立を可能にするフック形状に形づけられている機械的及び電気的接続装置。
4. 請求項１又は２に記載の装置において、該突出パターン部は位置決め可能にするピン形状に形づけられている機械的及び電気的接続装置。
5. 内部導体と外部導体とを含む同軸ケーブルの導電線路と少なくとも１つの地気面を含む多層線路との機械的及び電気的接続装置の手段による接続の方法であって、
   該機械的及び電気的接続装置が、同軸ケーブルを多層線路の地気面に電気的に接続する手段であって、誘電材料層で該多層線路の地気面から分離され該地気面に対向して配置されるとともに該外部導体と電気的に接続する２枚の対向する導体表面を含み、該導体表面と地気面との間の容量性電気的結合を形成している電気的接続手段、及び誘電材料からつくられそして地気面に設けられた開口内に挿入される少なくとも１つの突出パターン部を含む機械的取付け手段とからなるものであり、該方法は、
   該同軸ケーブルの外部導体を該機械的及び電気的接続装置の該導体表面に接続し、
   誘電材料の層を該機械的及び電気的接続装置の導体表面上に適用し、
   該同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続されている該導体表面と該多層線路の地気面との間に容量性電気的結合を生成するよう、該機械的及び電気的接続装置の導体表面と対向して該多層線路の地気面を配置し、
   機械的取付け手段により該機械的及び電気的接続装置を該地気面に機械的に結合し、そして
   該同軸ケーブルの内部導体を該多層線路の導電線路に接続することからなる機械的及び電気的接続方法。
6. 請求項５に記載の接続方法において、該機械的及び電気的接続装置の導体表面は半田づけ又は溶接により該同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続されている機械的及び電気的接続方法。
7. 請求項５又は６に記載の接続方法において、該機械的及び電気的接続装置を、誘電材料からつくられ該地気面に設けられた開口内に挿入される少なくとも１つの突出パターン部の手段により該地気面に機械的に結合している機械的及び電気的接続方法。
8. 請求項７に記載の接続方法において、該機械的及び電気的接続装置を、誘電材料からつくられた少なくとも１つの突出フック形状のパター部を該地気面に設けられた開口内にクリック挿入する手段により該地気面に機械的に結合している機械的及び電気的接続方法。
9. 請求項７に記載の接続方法において、該機械的及び電気的接続装置を、誘電材料からつくられた少なくとも１つのピン形状突出パター部を該地気面に設けられた開口内に挿入する手段により該地気面に機械的に結合している機械的及び電気的接続方法。

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