NO129173B - - Google Patents

Description

Koaksial kontaktanordning til elektrisk

sammenkobling av to koaksialkabler.

Denne oppfinnelse angår en kontaktanordning for kompen-sering av impedansvariasjoner i en elektrisk signaltransmisjons-linje for høyfrekvens.

Ved kontaktanordninger for koaksialkabler for høyfrekvens blir sentrale og ytre ledende elementer på to halvdeler av anordningen normalt forbundet med innerlederen og ytterlederen på en koaksialkabel ved hjelp av innretninger som tilveiebringer en permanent eller halv-permanent forbindelse, og partier av elementene er innrettet til å samvirke eller gripe inn i hverandre for å avstedkomme kontaktdannende berøring eller anlegg som kan sluttes og brytes for å sammenkoble de tp koaksialkabler.

I mikrobølgeteknikkeri blir det tatt særlige forholdsreg-ler for k opprettholde nøyaktige dimensjoner når. det, gjelder diameteren av midtlederen og ytterlederen i en koaksialkabel og over-flatene av disse, samt når det gjelder plasseringen av det dielek-triske materiale i kabelen. På lignende måte kreves det en høy grad av presisjon i kontaktanordninger som anvendes på slike kab-ler. Begrunnelsen for presisjonskravet er at når kabelen og til-hørende kontaktanordninger anvendes for signaler som har meget korte bølgelengder, vil selv små fysikalske diskontinuiteter i transmisjonslinjen ha en betydelig og skadelig virkning. De sentrale og ytre ledende elementer i kontaktanordningene har vanligvis fjærelementer for å lette den innbyrdes inngripning eller tilpasning. Da de bakre ender av de ledende elementer er permanent eller halv-permanent forbundet med kabellederne, er elementene forholdsvis fast fiksert i aksiell retning. Teoretisk bør en kontaktanordning være utført slik at når de to halvdeler bringes til å samvirke, kommer de effektive ender av de sentrale og de ytre ledende elementer til anlegg mot hverandre eller butt i butt. I praksis er dette ikke mulig selv på basis av en begrenset produk-sjon da alle fremstilte deler og komponenter har toleranser, og variasjoner blir innført under monteringen. En undertoleranse avstedkommer et gap mellom de effektive ender av de sentrale eller ytre ledende elementer i kontaktanordningen. En over-toleranse kan føre til aksiell påkjenning på det ene eller det annet av elementene, slik at det bevirkes en uønsket forskyvning av disse med det resultat at det oppstår et gap for de andre elementer. Av denne grunn er mange kjente kontaktanordninger blitt dimensjonert slik at de gir en innbyrdes tilpasning eller inngripning av bare det ene eller det annet av de sentrale og ytre ledende elementer i kontaktanordningen, vanligvis av de ytre ledende elementer, med et forventet gap mellom de effektive ender av de sentrale ledende elementer. Det er kjent kontaktanordninger hvor det er gjort for-søk på å kompensere for slike gap ved å innføre en fast struktur. Imidlertid er en fast eller fiksert struktur normalt ikke til-fredsstillende fordi det vil være variasjon fra en kontaktanordning til en annen. I mange tilfeller er den fikserte struktur ufordelaktig og resulterer i en totalt sett dårligere ytelse for et gitt antall kontaktanordninger.

Endelig skal det vedrørende teknikkens stand bemerkes at det er kjent i en koaksialkabel å kompensere for impedansvariasjoner som skyldes diskontinuiteter, ved å endre diameteren av i det minste én av lederne i kabelen. Nærmere bestemt angår, således denne oppfinnelse en koaksial kontaktanordning av den type som omfatter et par indre ledende elementer og et par ytre ledende slo-menter i avstand fra de indre elementer for å definere en forutbestemt karakteristisk impedans, samt inngrepsorganer på det ene par av elementer for å holde enten det indre eller det ytre par ledende elementer i anlegg og det annet par av disse elementer i liten innbyrdes avstand for å definere en spalte som opptar produksjons- og monteringstoleranser. Den kjente teknikk er f.eks. representert ved britisk patent 586 619 og DAS 1 107 302.

Det nye og særegne ved anordningen ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at et ledende element i det ledende ele-.mentpar som definerer spalten, har en kamflate, og det annet ledende element i det nevnte elementpar har et på tvers fjærende endeparti som samvirker méd kamflaten ved sammenhøring av inngreps-organene, hvilken kamflate er utformet for å tilveiebringe radiell, ekspansjon eller kontraksjon av det fjærende endeparti medførende en reduksjon av den radielle avstand mellom de indre og ytre ledende elementer i avhengighet av en økning av bredden av spalten for å kompensere for denne.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til ek-sempler som er vist på tegningene hvorav: Fig. 1 er et perspektivriss av en koaksial kontaktanordning som forbinder to koaksialkabler for transmisjon av elektrisk signalenergi av høy frekvens. Fig. 2 er et riss av en anordning i likhet med den på fig. 1, men med en del av kontaktanordningen bortskåret for å vise det indre av denne. Fig. 3 er et skjematisk tverrsnitt gjennom en kjent kontaktanordning. Fig. 4 er et lengderiss, delvis i snitt, som viser en midtkontakt-konstruksjon i en kontaktanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 er et riss i likhet med det på fig. 4, men med delene trukket fra hverandre for å vise virkningen av den konstruksjon som gir kompensasjon. Fig. 6 er et perspektivriss av konstruksjonen på fig. 4 og 5 i adskilt stilling. Fig. 7 er et lengdesnitt gjennom en annen utførelsesform av kontaktanordningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 8 er et snitt i likhet med det på fig. 7, men med kontakt-halvdelene trukket litt fra hverandre. Fig. 9 viser kurver for spennings-standbølgeforholdet som funksjon av frekvensen i Ghz og viser resultatene av et kontrollert eksperiment med en kontaktanordning av tidligere kjente utførelse og en kontaktanordning i henhold til denne oppfinnelse.

En kontaktanordning LO er på fig. 1 vist brukt for sammenkobling av to koaksialkabler 12 for å danne en transmisjonsvei for elektrisk signalenergi av hoy frekvens. Kablene 12 er iden-tiske og hver av dem omfatter en tnidtleder 14 omgitt av et di-elektrisk materiale 16 og en ytterleder 18. I mikrobolgeanvendelser blir kabel av denne generelle konstruksjon fremstilt med trange toleranser med hensyn til diametrene av de ledende elementer og med hensyn til egenskapene av det di-elektriske materiale som anvendes. Kabelens ytelse i mikrobolgeanvendelser av-henger i stor utstrekning av hvor godt kabelen er fremstilt for å unngå fysikalske diskontinuiteter og unoyaktig konsentrisitet. Disse faktorer er typiske årsaker til signaltap og refleksjoner og en generell forringelse av kabelens ytelse som transmisjonslinje.

Kontaktanordninger for kabel av den type som er vist på fig. 1 blir normalt fremstilt i to halvdeler som kan samvirke innbyrdes, og omfatter en eller annen mekanisk innretning for å holde halvdelene sammen under bruk. Hver halvdel av kontaktanordningen er i det typiske tilfellet permanent eller halv-permanent forbundet med en kabel med indre og ytre ledende elementer i kontaktanordningshalvdelen forbundet med de indre og ytre ledere i kabelen. Forbindelsene kan dannes ved lodding av de ledende elementer i kontaktanordningshalvdelene til kabelens ledere. Det er kjent andre kontaktanordninger hvor det er brukt et klem- eller kilearrangement for å forbinde kabellederne med de ledende elementer i halvdelene av kontaktanordningen»

Som vist på fig. 2, omfatter en kontaktanordning 20 en halvdel 22 og en halvdel 24. Halvdelen 24 omfatter en hoveddel i form av en mantel 26 som er utvendig gjenget som vist ved 41, på sin fremre ende for å samvirke med en innvendig gjenget ring 34 som er anbrakt på mantelen 32 i halvdelen 22. Halvdelene 22 og 24 inneholder en di-elektrisk hylse 33 som strekker seg langs en del av det indre og omgir en midtkontaktkonstruksjon omfattende et kontaktpinne-element 36 og et kontakthylse-element 44, hvilket sistnevnte element er ettergivende eller fjærende slik at det opptar pinne*elementet 36 med innbyrdes inngrep eller anlegg. Den bakre del av hver av mantlene 26 og 32 er forbundet med en ytter* leder 18 i kabelen ved hjelp av passende midler, så som en kile* ring. Kontaktel em entene 36 og 44 er på lignende måte forbundet med midtlederne 14 i kablene, f«eks. ved å være gjenget inn i disse eller loddet til disse. Avslutningen av de sentrale og de ytre ledende elementer i kontaktanordningen 20 mot kabelen er permanent eller halvpermanent, hvilket betyr at endene av elementene er piasert fast i forhold til endene av kabelen. Dette betyr at under fremstilling og montering av kontaktanordningen på kablene vil selv meget små variasjoner i de aksielle dimensjoner av de sentrale og ytre ledende elementer i kontaktanordningen bli

av betydning.

Fig. 3 viser et snitt gjennom en tidligere konstruksjon av kontaktanordning. De ytre ledende elementer i kontaktanordningen er betegnet OC og de midtre eller sentrale ledende elementer er betegnet CC. De ytre ledende elementer OC stoter butt i butt mot hverandre som vist ved BJ, og de midtre ledende elementer griper inn i hverandre med et lite gap S mellom deres effektive ender. Kontaktanordningen er dimensjonert på denne måte fordi hvis toleranser tillot en butt-forbindelse for de sentrale ledende elementer CC for slutning av de ytre ledende elementer OC, kunne kontaktanordningens halvdeler ikke bringes til å samvirke uten sammenk1emning og beskadigelse av de sentrale ledende elementer CC. Det som vanligvis hender når slikt opptrer er at de sentrale ledende elementer CC boyer seg til den ene side, slik som antydet med en streket linje og od el egger konsentrisiteten og forringer effektivt hoyfrekvensytelsen av kontaktanordningen i en transmisjonslinje. En annen mulighet er at en boyning blir be-virket et annet sted i kablene eller glidning av midtlederen i kabelens di-elektrikum vil forekomme hvis kablenes lengder er forholdsvis korte. Gapet S blir derfor satt av med hensikt for å unngå ovenstående problemer. En indre ring C på det ene ytre ledende element OC er anordnet for å kompensere for gapet S. Ringen C endrer effektivt den indre diameter D av de ytre ledende elementer OC for å kompensere for endringen i diameter av de sentrale ledende elementer CC langs kontaktanordningen, forårsaket av gapet S.

Et av problemene ved slike kjente kontaktanordninger er at lengden av gapet S varierer fra kontaktanordning til kontaktanordning. Da ringen C er tildannet i kontaktanordningen, kan den ikke endre sin stilling eller sine dimensjoner og dette resulterer ofte i en overkompensasjon eller en underkompensasjon som kan være verre enn ikke å ha noen kompensasjon i det hele tatt. 1 tidligere kjente kontaktanordninger med arrangementer for kompensasjon av diameterendringer som inngår for å sikre tilpas-ningen, er således arrangementene faste konstruksjoner og kan ikke oppta eller ta hensyn til variasjoner i den relative stilling av sentrale, ledende elementer.

Kontaktanordningen ifolge foreliggende oppfinnelse som vist på fig, 2 og mer detaljert på fig. 4-6, omfatter sentrale ledende elementer 36 og 44, som er innrettet til å samvirke eller gripe inn i hverandre, hvorav elementet 36 er et pinhe-element og elementet 44 tjener som fjærhylse-element. Elementene 36 og 44 er dimensjonert slik som i tidligere kjente kontaktanordninger for å sikre deres samvirke, mens det blir unngått at de effektive ender av elementene stoter mot hverandre. Fig. 4 viser elementene 36 og 44 i samvirke eller inngrep med et lite gap S, mens fig. 5 viser elementene 36 og 44 i samvirke og med et nominelt storre gap S, idet elementene 36 og 44 tydligvis kan trekkes mer bort fra hverandre enn det som er vist, for å oke lengden av gapet S.

Kontaktelementet 36 har en fremre del med partier 38, 40 og 42. Partiet 38 smalner av innad mot hoveddelen av kontaktelementet, og partiet 42 smalner av innad bort fra hoveddelen av kontaktel em entet. Partiet 38 har fortrinnsvis en lengde som er litt storre enn den maksimalt tillatelige lengde av gapet S som bestemt av konstruksjonstoleranser både under fremstilling og montering. Partiet 40 har i det vesentlige konstant diameter ov-er hele sin lengde. Kontaktelementet 44 har en boring 46 innrettet til å oppta den fremre del 38, 40, 42 av elementet 36. Boringen 46 har en diameter som er tilpasset for opptakelse av partiet 40 av elementet 36 uten å bli utvidet radielt. Den fremre ende av elementet 44 er gjort ettergivende ved hjelp av smale, aksielle slisser 48, tildannet i dette, for å danne fjærfingere 50. Slissene 48 har minst mulig bredde for å redusere endringene i den effektive ytre diameter av midtkontakt-konstruksjonen til et minimum. De frie ender av fjaerfingrene 50 er utformet med inn-adstikkende tunger 52 (fig. 4-6) som er dimensjonert slik at de danner en indre anleggsflate som sorger for en kamvirkning når den ligger an mot partiet 38 på kontaktelementet 36. Boringen 46 og tungene 52 er dimensjonert for å motta den fremre del av kontaktelementet 36 på den måte som er vist på fig. 4, idet diameteren av elementet 44 blir effektivt utvidet meget lite når gapet S er meget kort. Når gapet S blir lengre på grunn av re-lativ forskyvning av elementene 36 og 44, vil overflaten av partiet 38 komme i anlegg mot tungene 52, slik at fingrene 50 blir beveget utad, slik at den effektive ytre diameter av kontaktelementet 44' oker. Generelt vil en reduksjon av diameteren av midtkontaktelementene som forårsaket av gapet S, bevirke en effektiv okning av impedansen og en okning i diameteren av midtkontaktelementene bevirker en tilsvarende reduksjon av impedansen. Ved hen-siktsmessig utformning av partiet 38, kan diameteren d bringes til å variere som funksjon av lengden av gapet S og således avstedkomme impedanskompensasjon over lengden av gapet S. Den effektive okning i diameteren av enden av elementet 44 skjer nær gapet S. Så lenge partiene méd forskjellig diameter på midtkontaktkonstruksjonen befinner seg nær inntil hverandre sammenlignet med bølgelengden av den hoyeste signalfrekvens som skal fremfores under drift, vil en effektiv kompensasjon bli oppnådd og en redusert mistilpasning på grunn av gapet S vil være resultatet.

Fig. 9 viser kurver for spennings-standbolgeforholdet som funksjon av frekvensen i Ghz, nemlig med heltrukne linjer for midtkontaktelementer med et rett segment, som vist på fig. 3, og med strekete linjer for elementer som vist på fig. 4-6, med konisk segment. Kurvene på fig. 9 er basert på et kontrollert eksperiment med kont ak tel em ent er anbrakt i en transmisjonslinje. De overste kurver (fullt opptrukket og streket) gjelder for kontaktanordninger i hvilke lengden av gapet S er 0,63 mm - 0,05 mm. De nedre kurver gjelder for kontaktanordninger hvor lengden av gapet S er meget nær null.

I en praktisk utforelse som ble brukt under målinger for å gi de strekete kurver på fig. 9, var partiet 38 2,5 mm langt med en avsmalning i fra en diameter på 4,4 mm til en diameter på 3,4 mm, hoveddelen av kontaktelementet 36 hadde en diameter på 6,2 mm og det samvirkende element 44 hadde en tunge 52 med indre diameter 3,44 mm fra en boring 46 med indre diameter 4,6 mm.

Fig. 7 og 8 viser en kontaktanordning 60 som omfatter en kontaktanordningshalvdel 62 med utvendige gjenger for samvirke med en innvendig gjenget mutter 72 som er glidbart montert på

en samvirkende kontaktanordningshalvdel 70. Det indre av halvdelen 62 har en konisk boring 64 for å lette innforingen av et fjær-parti 73 på halvdelen 70. Ved den indre ende av horingen 64 er det. utformet en flate 66 med redusert diameter for å påvirke enden 74 av f jaerpartiet 73 på kamlignende måte, slik at dette be-veges innad proporsjonalt med den relative, aksielle avstand mellom halvdelene 62 og 70. Fig. 7 og 8 viser at de effektive end^r av midtkontaktelementene 68 og 76 på de to halvdeler 62 og 70 er -butt i butt med hverandre.

Som ved midtkontaktkonstruksjonen i utforelsesformen på fig. 4, 5 og 6, er på fig. 7 og 8 y11erkontaktkons t ruksjonen innrettet til å kompensere for gapet S. Som det sees av sistnevnte figurer, vil f jaerpartiet 73 etterhvert som gapet S oker på grunn ay den .innbyrdes avstand mellom halvdelene 62 og 7 0 slik at .; det dannes et segment med høy impedans, bli utsatt for. en kamlig--nende bevegelse og avstedkommer, et kompenserende segment med lav impedans nær. gapet S. Ved å regulere dimensjonene kan:segmentet med høy impedans bringes .til å utbalansere segmentet med lav " impedans..,. , :.

Kontaktelementene. i en kontaktanordning kan være utfor-

met for å gi ikke-lineære effekter•, -f:.eks., ved å gjøre, det konis-

ke parti.38 (fig. 4, 5 og.6) buet på.passende måte; I visse an-vendelser kan det være ønskelig å tilveiebringe en gitt minsté mistilpasning ved . overgangen,'.og dette kan bli oppnådd ved-tilsvarende justering av dimensjonene av de samvirkende og innbyr-

des tilpassede kontaktelementer.'■ " ..

Claims (3)

1. Koaksial kontaktanordning til elektrisk :sammenkobling av to koaksialkabler , hvilken .anordning omfatter,; et par indre ..ledende elementer, og et par -ytre ledende elementer i .avstand .fra de ■ indre elementer for å definere en-forutbestemt .karakteristisk im-;, pedans, samt inngrepsorganer-på. ^3et ;ene par av- elementer for å holde enten det indre eller det.ytre par ledende elementer i an-

legg og det annet par av disse elementer i liten innbyrdes avstand for å definere, en spalte sorti" opptar produksjons- og monte-ringstpleranser.,. k., a . r,.' a k t e r- i -sert ved at ett ledende element (36 eller..62) : i det ledende elementpar (36, 44 eller 62, 70) som. definerer, spalten (S) , har'' en kamflate (38 eller 66), og det annet ledende,element <44 eller 70) i det nevnte elementpar har et på v t ver sv, fjærende- endeparti(50 eller 73) som. samvirker med kamflaten (38 eller 66) vedv'sammenføring av inngrépsorganene (38, 40, 42, 46, 50 eller 68; 76), hvilken kamflate er utformet for å tilveiebringe radiell ekspansjon eller kontraksjon av det fjærende endeparti:(50 eller 73) medførende en reduksjon av den radiellé avstand'mellom dé iridré og ytre iedende elementer (36,. 44 eller 62, 70) i avhengighet av en økning ay bredden av spalten (S) for å kompensere 'for denne.

2. Anordning' ifølge'krav 1, i hvilken de to.,.indre gledende elementer definerer spalten og. ett. av disse har. en tapp og det andre har eri fatning til å oppta tappen i inngrep, k a r a k - terisert ved at kamflaten (38) er anordnet på tappen (38, 40, 42) og har en slik konisk form at diameteren av tappen øker mot enden av denne, og at det på tvers fjærende endeparti (50) er anordnet på fatningen (46, 50) og har en innad rettet ribbe (52) som samvirker med kamflaten (38) for økning av diameteren av det nevnte endeparti (50) i avhengighet av en økning av bredden av spalten (S).

3. Anordning ifølge krav 1, i hvilken de to ytre ledende elementer definerer spalten og ett av de indre ledende elementer har en tapp og det andre har en fatning til å oppta tappen i inngrep, karakterisert ved at kamflaten (66) er anordnet på innersiden av ett (62) av de ytre ledende elementer (62, 70) og er formet slik at diameteren av den indre vegg (64) i dette element avtar mot enden av det andre ytre ledende element (70), og at det på tvers fjærende endeparti (73) er anordnet på det andre ytre ledende element (70) og har en utad rettet ribbe (74) som samvirker med kamflaten (66) for reduksjon av diameteren av det nevnte endeparti (73) i avhengighet av en økning av bredden av spalten (S).