调谐射频同轴连接器.pdf

一种用来与一根同轴传输线相配的调谐RF同轴连接器，包括：一个圆筒形外部导体；一个联接机构，使同轴传输线配合到基本上圆筒形的外部导体上；及一个内部导体，在圆筒形外部导体内同轴地延伸。圆筒形外部导体的一端与同轴传输线相互配合，并且圆筒形外部导体的另一端与一个电气装置相互配合。连接器具有一个其中传输线的内部导体联接到连接器的内部导体上的开路内部短线、或一个其中传输线的外部导体联接到连接器的外部本体上的开路外部短线，或者具有两者。不需要同轴传输线的导体和连接器的精确配合，本发明使电缆和连接器的现场安装便利，同时降低实施成本。

1.  一种同轴电气连接器，用来使具有中央导体和外部导体的同轴传输线与电气装置结合，所述连接器包括：
基本为圆筒形的外部导体，具有隔开的第一和第二端部、和介于所述端部之间的细长中央部分，所述圆筒形外部导体具有穿过其中的轴向孔；
介电绝缘体，固定在所述中央部分的所述孔内；
联接机构，使所述同轴传输线结合到所述基本为圆筒形的外部导体上；
内部导体，在所述绝缘体内并且在该孔内同轴地延伸，所述内部导体具有与所述圆筒形外部导体的所述第一和第二端部相对应的第一和第二端部、和所述圆筒形外部导体的所述中央部分相对应的中央部分，所述第一端部与该同轴传输线相互配合，从而所述内部导体的所述第一端部与该同轴传输线的中央导体结合，所述圆筒形外部导体的所述第一端部与该同轴传输线的外部导体结合，并且所述第二端部可与该电气装置结合；及
介电部件，设置成：(1)在该连接器的内部导体的第一端部与该同轴传输线的中央导体之间，和(2)在该连接器的圆筒形外部导体的第一端部与该同轴传输线的外部导体之间的一种情况，以便防止它们之间的直接电气接触。

2.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述介电部件是第一介电部件，并且其中第二介电部件设置成：(1)在该连接器的内部导体的第一端部与该同轴传输线的中央导体之间、和(2)在该圆筒形外部导体的第一端部与该同轴传输线的外部导体之间的另一种情况。

3.  根据权利要求1所述的连接器，其中该同轴传输线的所述中央导体是空心中央导体，并且其中所述介电部件布置在该内部导体的第一端部与该同轴传输线的中央导体之间，所述内部导体的所述第一端部突出到所述空心中央导体内。

4.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述内部导体的所述第一端部包括其中容纳所述同轴传输线的所述中央导体的空心部分，并且其中所述介电部件布置在该内部导体的第一端部与该同轴传输线的中央导体之间。

5.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述介电部件布置在该圆筒形外部导体的第一端部与该同轴传输线的外部导体之间，并且其中该同轴传输线的所述外部导体容纳在所述圆筒形外部导体的所述第一端部中。

6.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述介电部件布置在该圆筒形外部导体的第一端部与该同轴传输线的外部导体之间，并且其中该同轴传输线的所述外部导体包围该圆筒形外部导体的所述第一端部。

7.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述介电部件布置在该连接器的圆筒形外部导体的第一端部与该同轴传输线的外部导体之间，并且所述联接机构包括介电联接螺母。

8.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述介电部件布置在该圆筒形外部导体的第一端部与该同轴传输线的外部导体之间，并且其中所述联接机构还包括布置在该介电部件的远端处的弹性密封套，所述弹性密封套提供防潮层并且把该同轴传输线联接到该连接器上。

9.  根据权利要求2所述的连接器，其中所述联接机构还包括弹性密封套，所述弹性密封套布置在该同轴传输线的外部导体处布置的第一和第二介电部件之一的远端处，所述弹性密封套提供防潮层并且把该同轴传输线联接到该连接器上。

10.  根据权利要求1所述的连接器，其中圆筒形外部导体的第一端部包括与该介电部件同轴且包围该介电部件的介电层，所述介电部件布置成(1)在该内部导体的第一端部与中央导体之间和(2)在该圆筒形外部导体的第一端部与同轴传输线的外部导体之间的一种情况，并且该联接机构包括布置在该圆筒形外部导体的第一端部的远端处的导电密封套。

11.  根据权利要求9所述的连接器，其中该圆筒形外部导体的第一端部包括与第一和第二介电部件同轴且包围所述第一和第二介电部件的介电层，并且其中该联接机构包括布置在该圆筒形外部导体的第一端部的远端处的导电密封套。

12.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述连接器还包括布置成与各自圆筒形外部导体和内部导体的中央部分与第一端部之间的接合部相邻的分路短路短线，所述分路短路短线加宽其中使返回损失最小的传输信号的带宽。

13.  根据权利要求11所述的连接器，其中所述连接器还包括布置成与各自圆筒形外部导体和内部导体的中央部分与第一端部之间的接合部相邻的分路短路短线，所述分路短路短线加宽其中使返回损失最小的传输信号的带宽。

14.  根据权利要求1所述的连接器，其中所述连接器还包括布置成与各自圆筒形外部导体和内部导体的中央部分与第一端部之间的接合部相邻的分路短路短线，所述分路短路短线补偿圆筒形外部导体的第一端部和内部导体的至少一个的电抗。

15.  根据权利要求1所述的连接器，其中该连接器在800MHz与6000MHz之间的频率下工作。

16.  一种同轴连接器，用来使具有中央导体和外部导体的同轴电缆与电气装置结合，所述连接器包括：
外部连接器本体，具有穿过其中的轴向孔；
介电绝缘体，固定在所述中央部分的所述孔内；
内部导体，在所述绝缘体内并且在该孔内同轴地延伸；
联接机构，使所述同轴电缆结合到所述外部连接器本体上；及
介电套，布置成：(1)在该内部导体与该中央导体之间，和(2)在该外部连接器本体与该外部导体之间的一种情况，以便防止它们之间的直接电气接触。

17.  根据权利要求16所述的连接器，其中所述介电套是布置在该内部导体与该中央导体之间的内部介电套，并且其中一个外部介电套布置在该外部连接器本体与该外部导体之间，所述内部和外部介电套防止在所述连接器与同轴电缆之间的直接电气接触，及所述联接机构包括介电联接螺母和布置在所述介电联接螺母的空心容纳腔处的弹性密封套，所述弹性密封套提供防潮层并且把同轴电缆联接到该连接器上。

18.  根据权利要求17所述的连接器，其中该连接器还包括与内部和外部介电套同轴且包围所述内部和外部介电套的介电层，并且联接机构包括布置在外部连接器本体的远端处且与所述弹性密封带相邻的导电密封套。

19.  根据权利要求18所述的连接器，其中所述连接器还包括布置成与在每个圆筒形外部导体和内部导体的中央部分与第一端部之间的接合部相邻的分路短路短线，所述分路短路短线补偿圆筒形外部连接器本体的所述远端和内部导体的电抗。

20.  一种同轴连接器，用来使具有中央导体和外部导体的常规同轴电缆与电气装置结合，所述连接器包括：
外部连接器本体，具有穿过其中的轴向孔；
介电绝缘体，固定在所述中央部分的所述孔内；
内部导体，在所述绝缘体内并且在该孔内同轴地延伸；
联接机构，使所述同轴传输电缆结合到所述外部连接器本体上；及
(1)同轴地布置在外部连接器本体与同轴电缆的外部导体结合的一端处的串联开路外部短线、和(2)同轴地布置在该内部导体与该同轴电缆的中央导体结合的一端处的串联开路内部短线的至少一个。

21.  根据权利要求20所述的连接器，其中所述连接器包括所述串联开路外部短线和所述串联开路内部短线，所述连接器还包括布置在与该同轴电缆的外部导体结合的外部连接器本体的一个端部内的介电扼流器，所述扼流器同轴地包围所述串联开路外部和内部短线，并且所述联接机构包括布置在所述联接机构的空心容纳腔处的导电弹性密封套，所述弹性密封套提供防潮层并且把该同轴电缆联接到该连接器上。

调谐射频同轴连接器
技术领域
本发明涉及一种用于同轴传输线的连接器，该同轴传输线用于有限带宽。更具体地说，本发明涉及一种通过同轴开路短线段的使用来连接关于规定的RF带的同轴传输线的连接器。
背景技术
当前，同轴连接器使用一种用来连接到同轴传输线的内部导体上的弹簧型触点、和用来连接到同轴传输线的外部导体上的线夹。在现有技术中已知的这些金属对金属电气触点在宽频率范围内提供信号路径的延伸。这样的连接器一般由昂贵的材料制成，并且设计成一种把极大的力施加在电缆导体上以消除导体不良接触的方式。这样一种设计方案要求具有粗导体的电缆承受接触力和保证适当的电气接触。结果，电缆以及连接器的成本较高。而且，这样的连接器需要特殊的安装要求，如变扭杠杆，以在导体之间施加适当的接触力。现场服务技术员在需要使用手套的不利气候条件下满足安装要求可能很难。如果没有满足现场安装要求，那么电气接触可能丧失，导致不能适当地传输信号。
然而，在某些应用中，仅传输在规定频带内的信号，并因而不需要宽带连接器。为了适当地传输这些信号，提供金属对金属电气触点的高成本材料或设计不是必要的。
发明内容
公开了一种用来使一根具有一个中央导体和一个外部导体的同轴传输线与一个电气装置相配的同轴电气连接器。该连接器包括：一个基本上圆筒形的外部导体，具有隔开的第一和第二端部、一个在所述端部之间的细长中央部分，所述圆筒形外部导体具有一个穿过其中的轴向孔；及一个介电绝缘体，固定在所述中央部分处的所述孔内。
连接器还包括：一个联接机构，使所述同轴传输线配合到所述基本为圆筒形的外部导体上；和一个内部导体，在所述绝缘体内并且在孔内轴向延伸，所述内部导体具有与所述圆筒形外部导体的所述第一和第二端部相对应的第一和第二端部、和一个与所述圆筒形外部导体的所述中央部分相对应的中央部分。
内部导体的第一端部与同轴传输线相互配合，从而所述内部导体的所述第一端部与同轴传输线的中央导体相配，所述圆筒形外部导体的所述第一端部与同轴传输线的外部导体相配。另外，所述第二端部可与电气装置相配。而且，一个介电部件布置成：(1)在连接器的内部导体的第一端部与同轴传输线的中央导体之间，或(2)在连接器的圆筒形外部导体的第一端部与同轴传输线的外部导体之间，或者(3)在以上两种情况下，以便防止它们之间的直接电气接触。
在另一个实施例中，连接器的内部导体被联接在同轴传输线的一个空心中央导体内。
在又一个实施例中，同轴传输线的一个实心中央导体被联接在连接器的一个空心内部导体内。
在一个可选择实施例中，布置一根分路短路短线，以提供在连接器的内部和外部导体之间的电气连接。
在另一个可选择实施例中，一个外部扼流器被布置在连接器的圆筒形外部导体中。
在又一个可选择实施例中，连接器的外部导体被联接在同轴传输线的外部导体内。
由结合附图进行的如下描述，本发明的其它特征和优点将显而易见，其中：
图1是本发明一个实施例的横截面图，表示一个串联开路外部短线；
图2是本发明一个实施例的横截面图，表示一个串联开路内部短线；
图3是串联开路内部短线的另一种结构；
图4是本发明一个实施例的横截面图，表示串联开路外部和内部短线；
图5是图4中表示的实施例的横截面图，还包括一个分路短路短线；
图6是图4中表示的实施例的横截面图，还包括一个扼流器；及
图7是串联开路外部短线的另一种结构的横截面图。
在本发明的一个优选实施例中，一根传输线被联接到一个连接器上，其中该连接器包括一个圆筒形外部导体本体、一个介电绝缘体、一个在介电绝缘体内地内部导体、及在连接器的一端处连接到连接器上的一个串联开路内部短线和一个串联开路外部短线。尽管下面在图4中描述该优选实施例，但现在参照图1描述一个示范第一实施例。
一个调谐RF同轴连接器101的横截面图表示在图1中。连接器101被连接到一根同轴传输线180上。
同轴传输线180包括由一种具有介电常数ε₁的绝缘体184包围的一个典型光滑空心管状中央导体182A。绝缘体184由任何适当的介电材料制成，这些材料包括例如实心聚乙烯、泡沫聚乙烯、TEFLON(聚四氟乙烯)、氟化乙烯丙烯、及泡沫氟化乙烯丙烯、或与空气结合的任何材料。介电材料提供支撑，以将内部导体保持在电缆的轴线上。包围绝缘体184的是一个外部导体186。外部导体186典型地由环状波纹铜板制成，以便灵活和容易地连接标准连接器。包围外部导体186的是一层保护包皮188。
同轴传输线180联接到连接器101上。连接器101包括一个基本上圆筒形的外部导体200，外部导体200具有隔开的第一端部210、第二端部220、及一个细长中央部分230。细长中央部分230布置在第一端部210与第二端部220之间，并且具有一个穿过其间的轴向孔240。另外，有一个具有介电常数ε₂的介电垫圈250固定在中央部分230的一端处的轴向孔240内。像对于同轴电缆180的绝缘体184那样，介电垫圈250由任何适当的介电材料制成，这些材料包括例如实心聚乙烯、泡沫聚乙烯、TEFLON、氟化乙烯丙烯、及泡沫氟化乙烯丙烯。举例说明，介电垫圈250由实心TEFLON制成。
连接器101还包括一个在介电垫圈250内并且在轴向孔240内同轴延伸的内部导体300。内部导体300具有与圆筒形外部导体200的第一和第二端部210和220相对应的第一和第二端部310和320、和一个与圆筒形外部导体200的中央部分230相对应的中央部分330。在轴向孔240内，内部连接器300固定到位，并且通过介电垫圈250与圆筒形外部导体200电绝缘。第一端部210和310与同轴传输线180相互配合。
明确地说，内部导体300的第一端部310具有用于与中央导体182A相电气接触的弹簧型触点。由于在现有技术中有多个标准装置以便以金属对金属电气接触地连接电缆和连接器，所以不详细描述在内部导体300的第一端部310与同轴传输线180的中央导体182A之间的电气接触。
在圆筒形外部导体200的第一端部210处，有一根电容性地联接到外部导体186上的串联开路外部短线212A。在该实施例中，电容性联接由包围外部导体186的圆筒形外部导体200的第一端部210的大内径产生。开路外部短线212A优选地衬有一个在串联开路外部短线212A与外部导体186之间的介电衬层214A，以保持元件的适当对准和防止电气接触。介电衬层214A由诸如聚乙烯之类的适当介电材料制成。通过提供诸如介电衬层214A之类的介电材料，在连接器的外部导体与同轴传输线之间不要求需要复杂结构的金属对金属接触。
而且，有一个联接机构500，以将同轴传输线180结合到圆筒形外部导体200上。联接机构500是由诸如DELRIN之类的介电材料制成的联接螺母。
第二端部220和320可与包括同轴传输线的电气装置(未画出)相结合。举例说明，第二端部220和320包括可与电气装置相结合的标准7-16DIN型电缆接口。在另一种结构中，第二端部220和320包括一个标准N型电缆接口(未画出)。
另外，该实施例包括一个布置在介电衬层214A的远端与联接机构500的一个内表面之间的弹性密封套510A。明确地说，联接机构500具有一个其中沿内表面布置一个台阶的空心内腔。当连接器101被联接到电缆180上时，即当联接机构500相对于圆筒形外部导体200和轴向传输线180被收紧时，弹性密封套510A被压缩。结果，弹性密封套510A变形，并且突入到电缆180的波纹外导体186的波纹中。在这样一种布置中，弹性密封套510A夹紧同轴传输线180的波纹外部导体186，以将波纹外部导体186保持到位，并且同时提供防潮层。
图2表明本发明的另一个实施例，表示一种连接器102。该实施例与在图1中表示的实施例的不同之处在于，介电材料是在连接器102的内部导体312A与中央导体182A之间，而不是在电缆180的外部导体186与连接器101的圆筒形外部导体200之间。换句话说，代替内部导体300的第一端部310与中央导体182A的电气接触，有一个电容性地联接到一个空心中央导体182A上的串联开路内部短线312A。在该实施例中，串联开路内部短线312A的外径小于空心中央导体182A的内径。优选地，有一个由诸如聚乙烯之类的适当材料制成的介电套314A，以保持串联开路内部短线312A相对于空心中央导体182A适当对准和防止电气接触。像对于第一端部210那样，通过在现有技术中已知的装置，在外部导体186与第一端部210之间存储电气接触。作为在现有技术中已知装置的一个例子，在图2中，夹持箍590提供在外部导体186与圆筒形外部导体200之间的直接电气接触。
可选择地，在图3中表示的另一个实施例中。该实施例与在图2中表示的实施例不同在于如下方面。在一种连接器103中，在圆筒形外部导体200的中央部分330处有一个串联开路内部短线332A。串联开路内部短线332A具有一个其中布置有同轴传输线180的内部导体182B的凸出实心端部的空腔。空腔的内径大于实心内部导体182B的外径。一个介电衬层324优选地沿空腔的内表面布置，以保持元件的适当对准和防止电气接触。这种设计适用于用实心中央导体制成的较小同轴传输线。
图4表明本发明的又一个实施例，其中在内部导体之间和在连接器104的外部导体与同轴传输线180之间提供介电材料。该实施例在如下方面与图2的实施例不同。该实施例包括与图1的开路外部短线212A和介电衬层214A类似的一个开路外部短线212B和一个介电衬层214B。而且，该实施例包括夹紧外部导体186的弹性密封套510A。
图5是本发明的又一个实施例。该实施例在如下方面与图4的实施例不同。有一种表示一个分路短路短线250的连接器105。分路短路短线250是一根提供在内部导体300与圆筒形外部导体200之间的电气连接的短路短线。分路短路短线布置得接近位于在对于圆筒形外部导体200和内部导体300的每一个的中央部分与第一端部之间的接合部。作为分离元件常常在通信系统中用来防止源于由减轻冲击导致的过电压的损坏，在连接器105中所使用的分路短路短线250补偿开路短线的电抗，并且提供一种其中信号损失即VSWR最小的较宽带宽。其它的调谐网络可以被用来增加带宽，如在现有技术中已知的那样。
图6是本发明的又一个实施例，该实施例在扼流器方面与图4中描述的实施例不同。在图4中表示的连接器设计中，在串联开路外部短线212A处的高阻抗值是理想的，然而，在串联开路外部短线212A处的阻抗被来自在沿串联开路外部短线212A的外表面连续的同轴传输线180的外部导体186、和圆筒形外部导体200上的电流的辐射所减小。为了减小辐射量并因而为了在串联开路外部短线212A处具有高阻抗，描述图6的实施例。
在开路串联外部短线212C处，有一个外部扼流器600，该扼流器600沿着第一端部210的长度延伸到圆筒形中央部分230中并且包围介电衬层214C。扼流器600是一个介电层，如一个气隙，或者优选地是一个介电套，它布置在连接器106的圆筒形外部导体200的第一端部210内，并且在电气方面是四分之一波长长。对于一个气隙，扼流器600实际上比四分之一波长介电加载短线长。
而且，有一个导电件520布置在弹性密封套510B与串联开路外部短线212C的远端之间，如图6中所示。导电件520通过在电缆180的外部导体186、开路外部短线212C、及圆筒形外部导体200的外表面，即连接器的外部本体之间创建电气连接，提供一种更有效的开路外部短线212C。在这种情况下的弹性密封套510B是导电的，以提供对于电缆180的接触。弹性密封套510B的导电性不必很高，因为弹性密封套510B布置在低电流存在的高阻抗位置处。
在一个可选择实施例中，根据弹性密封套510B的导电性，导电弹性密封套510B可以代替导体件520。
图7表示通过把一个四分之一波长长的串联开路外部短线212D、和一种介电材料214D插入到电缆180的泡沫材料184中而实现的另一个实施例。该实施例相对于在图1中表示的实施例在如下方面不同。由于具有比外部导体186的直径小的外径，串联开路外部短线212D配合在泡沫材料184内的腔内。这种短线设计需要专用工具切出在泡沫材料184中的腔。这种类型的工具在CATV电缆连接器安装中是普通的。要不然，在另一个实施例中，串联开路外部短线212D被设计成把腔切入到泡沫材料184中，以消除对专用工具的需要。一个内部导体300的中央部分332B具有一个空腔，以便以在现有技术中已知的方式容纳一个突出内部导体182B。
在本发明的另一个实施例中(未表示)，一个匹配转换器部分能整体地并入在图7中表示的连接器108中，以校正由插入到电缆泡沫材料184中的串联开路外部短线212D引起的低阻抗部分。
要注意，在上述所有实施例中，串联开路短线内部导体和串联开路短线外部导体的长度在电气方面是四分之一波长长。短线的准确物理长度通常通过试验确定，因为由电缆导体和连接器产生的腔的体积是介电材料和空气的组合，以保持用于连接器现场安装的滑动配合要求。
这种设计在理论上能用在任何RF频率下，然而，本发明用于优选为高于800MHz的频率。在一个实施例中，本发明用于在800MHz与6000MHz之间的频率。对于在1850至1990MHz频率范围内的用途用于上述连接器实施例的电缆使用一种波纹外部导体。这种外部导体使阻抗复杂，因为用来形成短线的内部导体的外部导体的有效直径小于电缆的最大外径。电缆的外部导体的最大外径将确定能实现的最低阻抗短线。例如，对于在短线处使用的具有0.02英寸介电壁管的7/8名义电缆，仍能得到8欧姆阻抗。
实际上，串联开路短线导体的并入通过允许同轴传输电缆的较低精度切削和安装连接器的较低扭矩要求而允许简化的连接器安装。事实上，通过介电套的使用非金属连接器触点的利用允许连接器用手拧紧。此外，电容性联接内部和外部导体消除了来自最可能的源的所有被动相互调制(PIM)，同时消除了连接器的最昂贵和最复杂部分。另外，通过消除在标准同轴连接器中使用的一些昂贵接触部分而降低了实施成本。
按照以上实施例描述了本发明，这些实施例要理解成说明性的而不是限制性的，并且本发明因而要广义地理解。本发明所基于的原理也能应用于感兴趣的其它频率。
可以想到，不脱离在如下权利要求书中限定的本发明的精神和范围，对本发明可以进行多种修改。