CN105493354B - 射频同轴连接器 - Google Patents

Abstract

一种用于与相应的阴连接器结构配合的阳同轴连接器结构，以在微波频率提供电气连接。阳同轴连接器结构包括具有中心纵向轴线和中心开放区域的同轴外导体结构，在外导体结构的前端的面区域限定了连续不间断的同轴外导体表面。外压缩指状物结构被设置在同轴外导体表面外部并且与其毗邻，并具有形成单个指状物区域的多个纵向取向的槽。面区域被构造为接触阴连接器结构的相应面的表面，在阳和阴连接器配合在一起的情况下。外压缩指状物结构的指状物区域被配置为压缩以装配到阴连接器的外导体插座内。

Description

射频同轴连接器

背景技术

在测试具有同轴连接器的微波装置中，理想的是提供一种连接，其可以快速完成，同时提供低VSWR(电压驻波比)，高隔离，并且最重要的是可重复测量，理想地显示出大于40dB的可重复性。还希望的是该连接是稳定的，并且不需要任何外部夹具以确保可重复性，但被用于电缆或通常在测试期间需要支撑的测试装置上时，可能需要支撑。

各种快速断开的同轴连接器在美国专利号4846714、4891015、4941846和5401175中被描述。上述所有都使用相对复杂和昂贵的方法来实现同轴连接器的快速连接/断开特征。

在Marc A Maury的US6210221B1中描述了微波快速连接/断开同轴连接器。

附图说明

当与附图相结合阅读时，本领域技术人员从下面的详细描述中将容易地理解本公开的特征和优点：

图1是体现本发明的方面的连接器类型的局部剖开的横截面视图，其示出了实心外导体、压缩指状物的结构和屏蔽环、螺母和保持环的放置。

图2是类似于图1的视图，没有螺母和保持环。

图3是示出了被开槽的压缩指状物包围的实心外导体的端视图。

图4是局部剖开横截面图，其示出了与阴连接器配对的图1的连接器，示出处于缩回位置的螺母。

图5是类似于图4的局部剖开横截面图，但示出了与阴连接器匹配对的连接器，示出处于向前的螺纹位置的螺母。

图6是类似于图5的横截面图，减少了螺母和保持环。

图7是描绘了具有螺母和保持环的连接器结构的横截面图。

图8是如图4所示的连接器的横截面图，其示出了示例性衬套和介电特征。

图9示出了连接器的一个替代实施例，其中屏蔽环没有被使用。

具体实施方式

在下面的详细描述和附图的几个图中，类似的元件均标以相同的附图标记。附图可能不是按比例绘制的，并且相对的特征尺寸可能被夸大用于说明的目的。

新的阳同轴连接器的两个示例性实施例被描述，两者都使用实心(即连续)同轴传输线外导体表面和外开槽指状物结构。一个实施例使用开槽的屏蔽环，其覆盖指状物结构内的槽区域，并且位于外开槽指状物结构的接触表面后方的凹部区域内，并且第二实施例不使用屏蔽环。

一个独特特征是这个同轴连接器的同轴传输线外导体未开槽，并包括与外开槽指状物结构结合的连续外表面，从而保持外导体的物理完整性并消除射频连接器的射频不连续性和泄漏路径。这有时在本文中称为“实心”外同轴导体结构，指的是外同轴导体表面，但是应当理解，外同轴结构是空心的，限定内传导同轴结构被装配到其中的内部区域，并且内同轴结构和外同轴结构之间的开放区域典型地填充有介电材料，例如空气或特氟龙^TM。与屏蔽环结合的压缩指状物也可以提供RF屏蔽能力。压缩指状物对着阴连接器的配合部件施加向外的轴向力以及直系定向压力，以在连接器的接口平面处施加力并保证良好的接触。阳连接器的示例性实施例可被配合到对应的阴连接器，并且使用简单的推进/推开运动被连接和断开，而不需要其他动作。

阳连接器可以与可选的一体联接螺母一起使用，以在执行校准或者需要验证测量结果时，提供螺纹联接的选项。当被使用时，在一个实施例中，联接螺母提供一个到两个螺纹的接合，从而提供了快速螺纹连接配合连接器或松脱配合连接器的能力，或允许使用行业标准的扭矩扳手进行扭矩配合。

多功能连接器的示例性实施例可用于测量利用各种类型或尺寸的阴连接器，例如2.4mm阴连接器的装置。这些系列连接器的阴连接器通常与阳连接器相配合，该阳连接器被拧上并且通常需要联接螺母的五到六次旋转以进行配合。

连接器的简单性和易用性，再加上相对低的制造成本，为用户提供了一种对当今目前可利用的更加复杂和昂贵的方法的低成本替代。

类似的连接器可以被提供，其在连接器类型，诸如1.0，1.85，2.92和3.5mm和具有类似结构的其他配合连接器中使用这种联接技术。

阳连接器10的一个示例性实施例示于图1-8，其具有限定了导电不间断的外同轴表面16A的同轴外导体结构16。同轴外导体16装配在连接器主体内，所述连接器主体限定具有多个压缩指状物区域15的外压缩指状物结构12。在本示例性实施例中，外同轴线表面16A具有圆柱形构造。结构16在其内端包括外凸缘16B。外压缩指状物结构12具有内圆柱形表面12B，其具有突出(relieved)区域或凹部12C，在该结构12的内端限定了肩部表面12D。圆柱形表面12B的内径(ID)稍大于同轴外导体16的外径(OD)，以允许外导体结构16被装配到结构12内，其凸缘16B装配到周向凹部12C内并在轴向位置上抵靠肩部12D定位。在示例性实施例中，外导体16被保持在适当位置，并由带螺纹的衬套施加的压缩牢固地压到连接器主体12，所述衬套从连接器主体12的背面接合并抓住电介质和外导体16。压配合或粘合剂可以用来作为一种替代，或者它也可以被螺接在适当位置。

开槽屏蔽环20被装配在压缩指状物结构12的指状物区域15上，并且被配置为使得：当被压缩时，在阴连接器50的外同轴导体插座52B的壁上施加周向压力，从而增加额外的保持力给压缩指状物区域15，并产生电可重复的配合。本实施例产生快速断开配置，其可提供优良的电气规格，并借助于经热处理的铍铜、磷青铜或用于所有导电部件的其他合适导电材料，其还提供了长寿命和可靠的测试特性。

阳连接器10A的另一实施例示于图9，其具有实心外导体16和开槽压缩指状物结构15'，并且不使用如在图1-7的实施例中所使用的屏蔽环。本示例性实施例也施加周向压力在配合的阴连接器的插座上，从而为配对连接器提供足够的保持力，来确保电可重复的配合。

连接器结构10和10A包括实心不间断的同轴外导体表面，围绕外导体16的圆周具有压缩指状物结构12或12'，并具有从压缩指状物区域15或15'的前缘15A或15A'纵向形成的多个槽14(图3)。槽14在压缩指状物结构12或12'内分开指状物区域。

在示例性实施例中，槽14和指状物区域15、15'具有将被展开的合适长度，以当被压缩到阴连接器50的外导体插座52B内时，提供足够的轴向保持力。

同轴外导体16的前缘17的构造是平的或凸的，以确保在接口平面32处，准确地说，在阳连接器10和10A的实施例的同轴外导体16和通过结构52与阴连接器50(图4-6)的配合前缘52C限定的同轴外导体的接触点处形成紧密接触。这提供了不间断的同轴外导体系统，并产生优异的电气性能。

压缩指状物15的前缘15A在15B处被倒圆(radiused)成具有光洁度，以在被插入配合的阴连接器的插座内时提供光滑的擦拭动作；在一个替代实施例中，它们也可以被形成沟槽以提供额外的保持力，或者是两者的组合。

压缩指状物15的表面15A在同轴外导体16的表面17的后方并在配合平面32处被凹入，以确保在两连接器10或10A和50的外导体16、52的配合表面17、52C之间在配合平面32处始终存在紧密接触。

前端16的构造以平坦端表面17为特征，以靠在阴连接器的相应平坦端表面52C上，从而最小化在各连接器结构的这些配合表面处的任何不连续性。

在区域12A处开口压缩环20环绕压缩指状物结构15，并且被设计为在远侧区域52D处在阴连接器50的内表面52B(图4)上施加力，并提供机械稳定性。该环被开口以便于组装到外压缩指状物结构12的指状物区域15上。在本示例性实施例中，开口环20由热处理过的铍铜制造，并在热处理过程中被扩展并保持，以产生提供对着配合的阴连接器的内表面52B的最佳压力的环直径。此外，该环在外径上设置有30度的导入倒角，以协助进入阴连接器。当环压缩时，它减小它和压缩指状物15的外径之间的空气隙。而这继而减少通过在压缩指状物内的槽14的RF泄漏，并消除在连接器的额定工作频率范围的辐射，该范围在本示例性实施例中为0至50GHz。

指状物区域15被扩展，以提供与阴连接器的内圆周表面的压缩配合。在示例性实施例中，在外导体结构12的倒圆端部，外部结构12的外径被加工成直径为0.1886英寸+/-0.0005英寸，并且指状物区域然后被扩展并热处理，其直径设定在0.1946英寸+/-0.001英寸。对于本实施例，在其前端部，相应的阴外连接器结构的内径是0.1878英寸+/-0.001英寸，并且因此在前端部，外结构的外径相对于阴连接器结构稍过大。当与阴连接器结构接合时，阴连接器结构的内表面迫使扩展的指状物区域15在一起，并在开槽指状物区域处将外导体结构12的ID(内径)恢复到同轴外导体套筒16的公称OD(外径)。指状物区域的倒圆的前端表面便于与阴连接器结构接合。

最小空气隙12E分离压缩指状物结构12的指状物区域15的内表面和同轴线外导体16外表面。这允许指状物区域15弯曲超出标称内径，并考虑到由配合部件10、10A和50贡献的公差变化。

具有减少的螺纹接合的带螺纹联接螺母22被保持环24保持在适当位置。联接螺母22被制造为具有增大直径的肩部22A、22B之间的内部区域，从而形成细长的突出区域25。该突出区域允许联接螺母22朝向连接器10的后部缩回，以确保如果用户不希望螺接或联接螺母，则联接螺母上的螺纹不接触阴连接器52上的螺纹52A(图5)。另外，当被缩回时，保持环24在联接螺母22上施加压力，使得如果连接器被取向为螺母22朝下，则保持环24施加足够的压力，以克服螺母22的重量并保持它处于缩回位置，如图7所示。用于保持环的一种示例性材料是磷青铜。

连接器结构10或10A还包括内导体销26，其相对于该销26(的直径)具有减小直径的前端销区域27。在本示例性实施例中，前端销区域27具有0.054英寸的长度。在本实施例中，在销区域27接合阴接触结构56的插座54之前，销区域27的减小长度允许外导体12进入阴连接器外导体结构52(图4-6)。在一个替代实施例中，销27的长度可以被减小，以在销27接合阴接触结构56的插座54之前，允许阳外导体12到阴连接器50内的接合增加。参考图8，支撑结构30支撑在连接器内的内导体，并且包括介电圆盘状结构32A，其具有用于接收销26的中心开口，穿过该介电结构形成的孔32B，和围绕介电结构的外周形成的环形(导电)金属环结构32C。多个孔32B在介电结构32A内被形成在销26和金属环32C之间。支撑结构30被设计成保持连接器的50欧姆的特性阻抗。图8示出了通过螺纹衬套30被保持在适当位置的支撑结构32，所述衬套螺接至连接器主体12的后插座12G，该后插座通过结构30在表面12D对连接器结构16施加360度的压力，以确保优良的电接触。金属环部32C在衬套30和同轴外导体结构16之间提供了优良的电接触。

图2示出了连接器10，其联接螺母22和保持环24被移除。这个视图示出了使用连接器10以用于在测试期间执行快速连接/断开的基本配置。如果用户希望形成螺纹联接，以验证测量精度或当正在执行网络分析仪的校准并且连接器被用作校准测试端口时，螺母22和保持环24通常被使用。同样，被施加用于传统连接器结构到配合接口32(图2和4)的正常压力(典型8in/lbs)不是必须在从0Hz到50GHz的频率范围内实现优异的重复性，即使当连接通过360度旋转可重复地被联接和断开。在图2和3中的箭头36表示在配合期间和配合后通过压缩指状物15和压缩环20施加在阴连接器结构上的所施加的力的方向。类似的考虑适用于连接器结构10A。

图3示出了连接器结构10的端视图，并且在该示例性实施例中，槽14被设置成与相邻的槽间隔开45度。槽的数目不是关键的。槽14的宽度优选被保持得尽可能小以在更高的工作频率下最小化RF泄漏。对于这个示例性实施例，其中，当与阴连接器接合时，连接器结构12具有0.0945英寸的内径，槽具有0.006英寸的典型宽度。类似的考虑适用于连接器结构10A。

图4示出了如在测试期间所用的联接螺母22的正常缩回位置，并且也示出当它们在接口平面32处接触时阳连接器同轴外导体16和阴连接器外导体52。在此视图中，开槽外指状物结构12的指状物15的前端的外表面当在施加到连接器主体的初始压力下被完全接合时被示出处于压缩状态。在使用过程中，螺母完全缩回并且不被接合或螺接。这种操作模式为用户提供了推荐方法以使用连接器结构10进行快速测试。

在示例性测试应用中，连接器结构10旨在被使用，并且将提供最佳的结果，其中被测装置(DUT)被支撑并且采用连接器结构10固定的装置也被合理地支撑。图5示出了固定到连接器结构10的装置102，和连接到阴连接器结构50的DUT(被测装置)104。在此示例性应用中，装置102可以是网络分析仪或其它测试仪器或部件。

图5示出了该联接螺母22，其螺纹22C完全与配合的阴连接器50上的螺纹52A接合。凭借存在于联接螺母上的少数螺纹，通过最小一个螺纹，接合和脱离非常迅速并通常可以比接合具有2-4倍螺纹长度的标准全螺母快2-3倍执行。在这个位置上，联接螺母22也可使用市售扭矩扳手被扭转到8in/lbs的建议扭矩值。当用手扭转或使用扭矩扳手扭转时，配对的连接器的电气重复性实际上是相同。这允许用户在校准或测试期间扭转配对连接器，以保证非常精确的结果，或如操作的测试模式一样非常快速地手动扭转连接器，或者在配合结果由于任何原因不稳定的情况下，验证推/拉、接合/脱离测试的选项。

图6显示连接器结构10的配置，其减少了联接螺母22和保持环24，与阴连接器结构50配合。在此配置中，连接器结构10被用在推动接合(push-to-engage)、拉动脱离(pull-to-disengage)的操作模式。在这里，连接器提供优异的电气重复性。这种配置是推荐的，其中将DUT联接到测试装置中速度是至关重要的，并且对于手动或自动测试固定装置或设置是理想的。

具有与实心(连续)同轴外导体16一起使用的压缩指状物15的外部开槽指状物结构12的这种配置可以应用于各种具有(结构12的)合理厚的外壁的连接器类型，这将允许在压缩环可以驻留，并扩展以提供与配合阴连接器的弹簧压缩配合的位置提供凹部。如果壁太薄而不允许压缩环，则可以使用连接器10A。

采用这种连接器的微波连接器和测试适配器可以被经济地生产，并与微波联接迅速连接和断开，同时保持高度可重复和低VSWR接合。本发明的另一方面是连接器，其可以如用户所希望的在推进/拉离模式或螺纹模式下被使用。

虽然前面已经具体描述和说明了主题的特定实施例，但是本领域技术人员可以作出各种修改和改变，而不脱离本发明的范围和精神。

Claims (22)

1.一种阳同轴连接器结构，其用于与相应的阴连接器结构配合，以在微波频率下提供电连接，所述阴连接器结构具有带外导体插座的同轴导体结构，所述阳同轴连接器结构包括：

同轴外导体结构，具有中心纵向轴线和围绕所述轴线的中心开放区域，并在所述同轴外导体结构的前端处具有面区域，所述同轴外导体结构限定连续不间断的同轴外导体表面；

导电外压缩指状物结构，被设置在所述同轴外导体表面的外部并与所述同轴外导体表面邻接，并具有多个纵向取向的槽，所述槽的长度足以形成包括所述压缩指状物结构的单个指状物区域，并足以确保所述指状物区域的适当弹簧作用；

中心导体销结构，所述中心导体销结构被设置在所述中心开放区域内并沿着所述纵向轴线延伸；

所述同轴外导体结构的所述面区域被配置为装配到所述阴连接器结构的所述外导体插座中、并且在接口平面处接触所述阴连接器结构的所述同轴导体结构的相应面表面，其中所述阳同轴连接器结构和所述阴连接器结构配合在一起，在所述接口平面处的所述阳同轴连接器结构的所述同轴外导体结构和所述阴连接器结构的同轴导体结构之间提供紧密的电接触，以提供不间断的同轴外导体系统；并且

其中所述外压缩指状物结构的所述指状物区域被配置为压缩以装配到所述阴连接器结构的所述外导体插座内、并且使得所述指状物结构的任何部分在所述阴连接器结构的所述外导体插座内都不延伸出所述接口平面；

所述外压缩指状物结构包括连接器主体，所述连接器主体具有包围开放区域的内圆柱形表面；并且

所述同轴外导体结构被装配在所述连接器主体内，在所述开放区域内。

2.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中所述同轴外导体表面为圆柱形。

3.根据权利要求2所述的阳同轴连接器结构，其中：

所述同轴外导体结构包括从所述同轴外导体结构的内端部横向延伸出的周向凸缘；并且

所述外压缩指状物结构具有包围开放区域的内圆柱形表面，其中凹部在所述结构的内端部处限定肩部表面；

所述压缩指状物结构的所述圆柱形表面的内径(ID)比所述同轴外导体的外径(OD)稍大，从而允许所述同轴外导体结构被接收在所述压缩指状物结构的所述开放区域内，其中所述凸缘装配到所述凹部内抵靠所述肩部并定位所述同轴外导体的轴向位置。

4.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中所述外压缩指状物结构具有沿所述指状物区域的一部分被形成在其内的凹部，在所述前端，所述指状物区域具有相对于所述阴连接器结构内的所述外导体插座的外部尺寸增加的外部尺寸的相应区域；同轴连接器结构还包括：

压缩环，所述压缩环被围绕所述压缩指状物结构在所述凹部内设置并被定位成使得在所述阳同轴连接器结构插入所述阴连接器结构时，所述指状物区域的增加的外部直径的区域接合所述阴连接器结构，并与所述阴连接器结构机械接触，并且所述环接合所述阴连接器结构和所述同轴外导体结构的所述指状物区域以支撑所述指状物区域。

5.根据权利要求4所述的阳同轴连接器结构，其中所述连接器结构具有从0至50GHz的额定工作频率范围。

6.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，还包括：

联接螺母，所述联接螺母被围绕所述外压缩指状物结构设置以提供与所述阴连接器结构的螺纹联接的选项。

7.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中所述同轴外导体的面区域是平的或凸的。

8.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中所述外压缩指状物结构的所述指状物区域终止于在所述同轴外导体结构的所述面区域后方凹入的面。

9.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中：

所述纵向取向的槽具有的宽度被选择为在更高的工作频率下最小化RF泄漏。

10.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中：

所述同轴外导体结构包括从所述同轴外导体结构的内端部横向延伸出的周向凸缘；并且

所述外压缩指状物结构的所述连接器主体具有在所述结构的内端部限定肩部表面的凹部；

所述同轴外导体结构被装配在所述连接器主体内，其中所述凸缘装配到所述凹部内抵靠所述肩部，并且定位所述同轴外导体的轴向位置。

11.根据权利要求1所述的阳同轴连接器结构，其中所述阳同轴连接器结构被配置成配合到对应的阴连接器结构，并使用简单的推进/拉离运动被连接和断开。

12.一种阳同轴连接器结构，用于与相应的阴连接器结构配合，以在微波频率下提供电气连接，所述阳同轴连接器结构包括：

同轴外导体结构，所述同轴外导体结构具有中心纵向轴线和围绕所述轴线的中心中空区域，并在所述同轴外导体结构的前端具有面区域，所述同轴外导体结构限定连续的同轴外导体表面；

导电外压缩指状物结构，所述外压缩指状物结构被围绕所述同轴外导体表面设置并具有多个纵向取向的槽，所述槽的长度足以形成包括所述压缩指状物结构的单个指状物区域，并足以确保所述指状物区域的适当弹簧作用；

所述外压缩指状物结构沿所述指状物区域的一部分限定周向凹部，所述指状物区域毗邻所述指状物区域的尖端，所述尖端具有相对于所述凹部的外部尺寸增加的外部尺寸的相应区域；

中心导体销结构，所述中心导体销结构被设置在所述中心中空区域内并沿着所述纵向轴线延伸；

压缩环结构，所述压缩环结构位于沿所述指状物区域的所述凹部内，其中在所述阳同轴连接器结构插入所述阴连接器结构时，所述指状物区域的尖端进入所述阴连接器结构的外导体插座，所述指状物区域的增加的外部尺寸的区域接合所述阴连接器结构的外导体表面并与其进行机械接触，并且所述环结构接合所述外导体表面和所述指状物区域以机械地支撑所述压缩指状物结构的所述指状物区域，所述同轴外导体结构的面区域与所述阴连接器结构的同轴导体结构的相应面区域在接口平面处进行电接触，从而产生电气可重复联接，其中所述指状物结构的任何部分在所述外导体插座中都不延伸出所述接口平面；

所述外压缩指状物结构包括连接器主体，所述连接器主体具有包围开放区域的内圆柱形表面；并且

所述同轴外导体结构被装配在所述连接器主体内，在所述开放区域内。

13.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中所述指状物区域由弹性材料制成，并向外扩展以形成过大尺寸的前端外径，并且其中在所述指状物区域的端部区域与所述阴连接器结构接合时，所述指状物区域的所述端部区域被压缩到标称连接器直径。

14.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中所述压缩环结构由导电材料制成，其中所述压缩环针对通过所述槽的RF能量泄漏提供屏蔽。

15.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中所述同轴外导体结构和所述压缩环结构由铍铜或磷青铜制造。

16.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中所述同轴外导体结构和压缩环结构适于使用简单的推进/拉离运动与所述阴连接器结构连接或断开，而不需要其他动作。

17.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，还包括：

围绕所述同轴外导体结构设置的一体联接螺母，以提供与所述阴连接器结构的螺纹联接的选项。

18.根据权利要求17所述的阳同轴连接器结构，其中所述联接螺母被螺接以便提供与所述阴连接器结构上的螺纹结构的一个到两个螺纹的接合，从而提供从所述螺纹结构快速螺接或松脱所述联接螺母的能力。

19.根据权利要求18所述的阳同轴连接器结构，其中所述联接螺母被制造为具有在增加直径的内侧间隔开的肩部之间的内部区域，从而形成细长的突出区域，其允许所述联接螺母缩回，以确保如果用户不希望螺接或联接所述联接螺母，所述联接螺母上的螺纹不与所述阴连接器结构上的螺纹接触。

20.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中：

所述纵向取向的槽具有的宽度被选择为在更高的工作频率下最小化RF泄漏。

21.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中：

所述同轴外导体结构包括从所述同轴外导体结构的内端横向延伸出的周向凸缘；并且

所述外压缩指状物结构的所述连接器主体具有在所述结构的内端限定肩部表面的凹部；

所述同轴外导体结构被装配在所述连接器主体内，其中所述凸缘装配到所述凹部内抵靠所述肩部，并且定位所述同轴外导体结构的轴向位置。

22.根据权利要求12所述的阳同轴连接器结构，其中所述连接器结构具有从0至50GHz的额定工作频率范围。