ТЕСТОВЫЙ ИНТЕРФЕЙС КОАКСИАЛЬНОГО РАЗЪЕМА С НИЗКОЙ ПАССИВНОЙ ИНТЕРМОДУЛЯЦИЕЙ
TEST INTERFACE OF COAXIAL CONNECTOR WITH LOW PASSIVE INTERMODULATION

Область изобретения
Изобретение относится к коаксиальному тестовому разъему для легкого и быстрого соединения с испытуемым объектом. Изобретение, кроме того, относится к самосовмещающемуся (самоцентрируемому) коаксиальному разъему, то есть разъему, который автоматически совмещается со стыкуемым разъемом в процессе операции соединения.
Описание предшествующего уровня техники
Для проверки электронного оборудования зачастую используют тестовые адаптеры. Эти тестовые адаптеры соединяют подлежащие проверке устройства с внешним тестовым оборудованием. При тестировании радиочастотных устройств, таких как усилители, фильтры или подобное оборудование, их зачастую приходится соединять посредством радиочастотных разъемов, которые, в большинстве случаев, являются коаксиальными разъемами. Они имеют сравнительно строгие технологические допуски и требуют точного присоединения. При ручном присоединении разъемов к подлежащему проверке устройству разъемы тестового адаптера оснащают гибкими кабелями и вручную присоединяют к подлежащему проверке устройству. Когда между подлежащим проверке устройством и тестовым адаптером требуется автоматическое присоединение, технологические допуски могут вызывать серьезные проблемы. Как правило, тестовый адаптер может быть изготовлен со строгими технологическими допусками, но подлежащие проверке устройства зачастую изготавливаются в больших количествах, и они зачастую имеют более широкие технологические допуски. Это может привести к несоосности разъемов, что, в свою очередь, может повлечь повреждение разъемов или неправильные результаты испытаний. Как правило, является предпочтительным, когда разъемы измерительного адаптера и стыкуемые разъемы подлежащего проверке устройства являются точно совмещенными во всех плоскостях и направлениях.
US 6344736 B1 описывает самосовмещающийся разъем. Корпус разъема удерживается на внешнем радиальном фланце, который предусмотрен на его внешней поверхности, между внутренним радиальным фланцем, который предусмотрен на внутренней поверхности корпуса соединителя, и шайбой, прижатой посредством осевой пружины, таким образом, что при его введении в прикрепленное к корпусу разъема центрирующее кольцо он способен к самосовмещению относительно стыкуемого разъема, по меньшей мере, в осевом направлении и в поперечной плоскости.
Для обеспечения соединения с низкой пассивной интермодуляцией (PIM) к обычным коаксиальным радиочастотным разъемам прикладывают сравнительно большие контактные усилия. При нормальной эксплуатации такие усилия прикладывают посредством зажимной гайки разъема, которую затягивают с заданным и сравнительно высоким вращающим моментом. В рамках тестовой компоновки запирание разъемов является слишком трудоемким. Простое прижимание разъемов друг к другу требует использования прижимного устройства, создающего высокое давление в осевом направлении разъема. Это является трудноисполнимым, прежде всего, в устройствах с большим количеством разъемов.
US 4374606 описывает коаксиальный разъем с несколькими контактами для радиального контактирования с внешним проводником. Контакты удерживаются в осевом направлении посредством втулки. Втулка входит в зацепление с внешним проводником подвижным в осевом направлении образом.
US 4106839 описывает экранированный многоканальный разъем, имеющий контактную пружину, которая соединяет защитные экраны стыкуемых разъемов.
Сущность изобретения
Разрешаемая изобретением проблема состоит в предоставлении интерфейса коаксиального радиочастотного разъема, обеспечивающего сильное затухание отражения в широком частотном диапазоне и низкую пассивную интермодуляцию, который может быть присоединен и разъединен при приложении сравнительно небольших усилий. Предпочтительно, присоединение должно быть поддержано без приложения значительных усилий в осевом направлении разъема. Кроме того, разъем должен иметь длительный срок службы с большим количеством циклов стыковки, как это требуется для тестового оборудования.
Решения проблемы описаны в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты относятся к дальнейшему совершенствованию изобретения.
Согласно предпочтительному осуществлению обеспечен тестовый разъем для присоединения к совместимому коаксиальному разъему, который может быть присоединен к подлежащему проверке устройству или быть его частью. Тестовый разъем содержит, по меньшей мере, внутренний проводник и внешний проводник. Наиболее предпочтительно, оба проводника имеют круглое поперечное сечение и/или цилиндрическую форму и могут быть вставлены в тестовый разъем во внутреннем направлении. Внешний проводник имеет круглую форму, по меньшей мере, для частичного охватывания в радиальном направлении внешнего проводника совместимого коаксиального разъема. Кроме того, он содержит паз для удержания приблизительно круглой пружины, которая предусмотрена для поддержания радиального контакта с внешним проводником совместимого коаксиального разъема и для обеспечения приблизительно радиального контактного усилия на внешнем проводнике.
Предпочтительно, контактная пружина представлена пальцевым прижимом. Предпочтительно, контактная пружина имеет несколько отдельных контактных пальцев, которые, предпочтительно, имеют малый зазор между отдельными контактными пальцами. Контактные пальцы могут иметь дополнительные контактные элементы или контактные точки на их внешних сторонах для улучшения контакта совместимого коаксиального разъема. Является предпочтительным, когда ширина всех или, по меньшей мере, большей части зазоров меньше ширины пальцев, предпочтительно равняется половине, а наиболее предпочтительно трети, ширины пальцев или менее. Кроме того, является предпочтительным, когда ширина всех или, по меньшей мере, большей части пальцев составляет менее 1 мм, а предпочтительно равна 0,5 мм или менее. Кроме того, отдельные контактные пальцы, предпочтительно, являются частью общего основания и поэтому скреплены друг с другом посредством общего основания. Является предпочтительным, когда основание удерживается посредством тестового разъема, а контактные пальцы радиально прижаты к внешнему проводнику совместимого коаксиального разъема. Предпочтительно, контактные пальцы простираются своим изгибом в направлении от основания.
Предпочтительно, по меньшей мере один из контактных пальцев содержит первый контактный участок для контакта с совместимым коаксиальным разъемом в радиальном направлении. Кроме того, он содержит второй контактный участок для контакта с боковой стенкой паза, выполненного во внешнем проводнике. Наиболее предпочтительно, второй контактный участок находится в емкостном контакте с боковой стенкой паза, хотя гальванический контакт также может быть полезным, предпочтительно, на низких частотах. Наиболее предпочтительно, боковая стенка паза ориентирована во внешнем направлении (противоположном внутреннему направлению) и поэтому обращена в направлении совместимого разъема. Посредством контакта с боковой стенкой формирующая токовый контур за счет протекающего от внешнего проводника к совместимому разъему тока область уменьшена, что обеспечивает еще большее расширение ширины полосы пропускания разъема.
Фиг. 10 показывает вариант осуществления без емкостного контакта второго контактного участка 223 с боковой стенкой 58, что обеспечивает большую область 241 токового контура.
В другом предпочтительном варианте осуществления внешний проводник тестового разъема может содержать держатель пружины, являющийся частью паза или образующий паз, который удерживает контактную пружину. Предпочтительно, контактная пружина припаяна и/или приварена к держателю пружины. Наиболее предпочтительно, она припаяна и/или приварена к держателю пружины своим основанием. Припой может быть нанесен на держатель пружины радиально вне основания контактной пружины. Для улучшения характеристик интермодуляции между контактной пружиной и держателем пружины присутствует только одно металлургическое соединение (паяное соединение). Для обеспечения емкостного контакта и для предотвращения какого-либо гальванического контакта в осевом направлении между изгибом контактной пружины и держателем пружины может быть предусмотрена изолирующая шайба. Изолирующая шайба может содержать подходящий изоляционный материал, который может быть представлен керамикой или пластиковым материалом, таким как фторопласт или полиимид. Кроме того, является предпочтительным, когда изолирующая шайба имеет высокую диэлектрическую константу для обеспечения высокой емкости связи между пружиной и держателем пружины. Является предпочтительным, когда держатель пружины имеет резьбу, взаимодействующую с резьбой на внешнем проводнике тестового разъема. Это позволяет производить наворачивание держателя пружины на внешний проводник, предпочтительно, в осевом направлении разъема.
В альтернативном варианте осуществления держатель пружины может быть напрессован, припаян или приварен к внешнему проводнику тестового разъема.
В другом варианте осуществления держатель пружины может являться частью внешнего проводника тестового разъема, и предоставлять круглый зазор или паз для удержания контактной пружины. В этом случае контактная пружина должна иметь такие форму и размер, что при введении совместимого коаксиального разъема в тестовый разъем осевая сила между контактной пружиной и внешним проводником тестового разъема является достаточно большой для деформирования контактной пружины таким образом, что она, в свою очередь, прикладывает к внешнему проводнику тестового разъема силу, достаточную для обеспечения надлежащего контакта. Это может быть достигнуто посредством применения дугообразных пальцев.
Показанные в настоящем документе варианты осуществления имеют то преимущество, что контактная пружина может быть легко смонтирована в тестовом разъеме. Отсутствует необходимость в припаивании или приваривании контактной пружины в тестовом разъеме. Контактная пружина способна выдерживать большое число циклов стыковки без возникновения усталости материала или ухудшения качества контакта.
Предпочтительно, основание имеет относительно центральной оси больший радиус, чем контактные пальцы. Поэтому, предпочтительно, основание по существу радиально охватывает контактные пальцы. За счет этого обеспечены весьма малые размеры и короткие токовые цепи между внешними проводниками совместимого коаксиального разъема и тестового разъема, что, кроме того, обеспечивает хорошее согласование импедансов в широком частотном диапазоне и, тем самым, сильное затухание отражения.
Кроме того, является предпочтительным, когда для достижения широкополосного контакта с низким импедансом число контактных пальцев превышает 10, предпочтительно превышает 20, а наиболее предпочтительно превышает 40.
Кроме того, является предпочтительным, когда внешний проводник тестового разъема имеет по меньшей мере один контактный участок для обеспечения механического контакта и, тем самым, механического самосовмещения с совместимым коаксиальным разъемом. Кроме того, является предпочтительным, когда держатель пружины предусматривает по меньшей мере один такой контактный участок. Предпочтительно, предусмотрен по меньшей мере один радиальный контактный участок для обеспечения радиального самосовмещения совместимого коаксиального разъема и тестового разъема. Кроме того, является предпочтительным, когда предусмотрен по меньшей мере один ориентированный в осевом направлении контактный участок для обеспечения осевого самосовмещения между совместимым коаксиальным разъемом и тестовым разъемом.
В другом варианте осуществления тестовый разъем обеспечивает направляющую разъема для направления совместимого коаксиального разъема к тестовому разъему при введении совместимого коаксиального разъема в тестовый разъем. Кроме того, является предпочтительным, когда направляющая разъема имеет конусовидную входную сторону для упрощения введения и самосовмещения совместимого коаксиального разъема.
Независимо от ранее описанных вариантов осуществления, центральный проводник может принадлежать к охватываемому или к охватывающему типу.
Является предпочтительным, когда контактная пружина содержит по меньшей мере один из следующих материалов: бериллиево-медный сплав, латунь, сталь.
Кроме того, является предпочтительным, когда совместимый коаксиальный разъем представлен разъемом 7/16 DIN, как он описан в немецком стандарте DIN 47223.
Описание чертежей
В последующем, изобретение описано в качестве примера, без ограничения общей концепции изобретения, на примерах варианта осуществления со ссылками на чертежи.
Фиг. 1 показывает предпочтительный вариант комплекта тестового разъема.
Фиг. 2 показывает предпочтительный вариант комплекта тестового разъема с прикрепленным совместимым коаксиальным разъемом.
Фиг. 3 показывает детали тестового разъема.
Фиг. 4 показывает вид в разрезе тестового разъема с присоединенным совместимым коаксиальным разъемом.
Фиг. 5 показывает вид сбоку на участок контактной пружины.
Фиг. 6 показывает вид сверху на контактную пружину.
Фиг. 7 показывает видоизмененную контактную пружину.
Фиг. 8 подробно показывает контактную пружину в присоединенном состоянии разъемов.
Фиг. 9 является упрощенным вариантом фиг. 8.
Фиг. 10 показывает детали контактной области.
Фиг. 11 показывает детали видоизмененной контактной области.
На фиг. 1 показан предпочтительный вариант комплекта тестового разъема. Тестовый разъем 30 присоединен к внутреннему разъему посредством соединительной линии 25, которая имеет центральную ось 29, и которая удерживается посредством монтажной подвески 10, которая обеспечивает возможность наклона соединительной линии, и которая, кроме того, обеспечивает возможность смещения в направлении центральной оси 29. Кроме того, в направлении тестового разъема может быть приложена сила для упрощения контакта совместимого коаксиального разъема 100, как это показано на следующем чертеже. Предпочтительно, тестовый разъем 30 содержит внутренний проводник 40 и внешний проводник 50. Кроме того, является предпочтительным, когда тестовый разъем 30 содержит направляющую 60 разъема для направления совместимого коаксиального разъема 100 при стыковке разъемов.
На фиг. 2 показан предпочтительный вариант комплекта тестового разъема с совместимым коаксиальным разъемом 100, присоединенным во внутреннем направлении (от низа страницы к верху страницы или от левой стороны к правой стороне чертежа). Совместимый коаксиальный разъем 100 может быть присоединен к кабелю или к корпусу подлежащего проверке устройства.
Совместимый коаксиальный разъем 100, предпочтительно, содержит внутренний проводник 110 и внешний проводник 120. Кроме того, является предпочтительным, когда совместимый коаксиальный разъем 100 имеет внешний корпус 130, который, также предпочтительно, имеет внешнюю резьбу. Внешний корпус, предпочтительно, охватывает внешний проводник.
На фиг. 3 детали тестового разъема 30 показаны на виде в разрезе. Внутренний проводник 40 расположен совмещенным с центральной осью 29. В этом варианте осуществления внутренний проводник 40 относится к охватываемому типу, но он может также относиться к охватывающему типу. Принадлежность внутреннего проводника к конкретному типу не зависит от контакта внешнего проводника, как это показано ниже. Внутренний проводник 40 может удерживаться посредством удерживающей шайбы 41, которая может быть выполнена из пластикового или керамического материала. За счет этого достигнуто центрирование внутреннего проводника 40 во внешнем проводнике 50. Кроме того, является предпочтительным, когда центральный проводник 40 имеет паз 42 или шестигранник или другое подобное средство для упрощения монтажа центрального проводника в тестовом разъеме. Внешний проводник 50 содержит контактную пружину 55 для радиального контактирования с внешним проводником совместимого коаксиального разъема 100. Контактная пружина, как показано в этом предпочтительном варианте осуществления, содержит основание 222, которое удерживает несколько контактных пальцев 56 с зазорами 57 между отдельными контактными пальцами. Контактные пальцы могут иметь дополнительные контактные элементы или контактные точки на их внешних сторонах для улучшения контакта с совместимым коаксиальным разъемом 100. Предпочтительно, предусмотрен держатель 51 пружины, который, предпочтительно совместно с внутренней стороной 32, образует паз для удержания контактной пружины 55 в ее положении на внешнем проводнике 50. Контактная пружина 55, предпочтительно, припаяна и/или приварена к держателю 51 пружины. Держатель 51 пружины может быть напрессован, приварен, припаян или присоединен посредством резьбы 33 к основанию 31 центрального проводника.
В альтернативном варианте осуществления держатель 51 пружины может быть выполнен в виде составной части внешнего основания 31 проводника. В этом случае, он образует паз 45 для удержания контактной пружины 55. Кроме того, является предпочтительным, когда внешний проводник 50 имеет по меньшей мере одну поверхность механического контакта. Наиболее предпочтительно, предусмотрен по меньшей мере один ориентированный в осевом направлении участок 53 механического контакта. Также может быть предусмотрен другой участок 54 механического контакта, который ориентирован радиально.
На фиг. 4 показан вид в разрезе тестового разъема 30 с присоединенным совместимым коаксиальным разъемом 100. Центральный проводник 110 совместимого коаксиального разъема 100, предпочтительно, имеет контактный элемент 111 центрального проводника, который может быть представлен цилиндрической втулкой, имеющей пазы для обеспечения пружинно-упругих свойств на ее конце и для обеспечения контакта с центральным проводником 40 на контактном участке 43 посредством ее внутреннего контактного участка 113. Центральный проводник 110 может охватывать внутреннее пространство 112, которое может быть полым.
Внешний проводник совместимого коаксиального разъема 120, предпочтительно, имеет полый концевой участок 121, с которым в радиальном направлении в контактной области 122 контактирует контактная пружина 55.
Механическое самосовмещение совместимого коаксиального разъема 100 с тестовым разъемом 30 произведено посредством участков механического контакта на внешнем проводнике тестового разъема и совместимого коаксиального разъема 100. Для радиального самосовмещения внешний участок 123 внешнего проводника совместимого коаксиального разъема 100 может контактировать с радиальным участком 54 механического контакта внешнего проводника тестового разъема. Осевое самосовмещение может быть произведено посредством осевого контактного участка 133 совместимого коаксиального разъема 100, который контактирует с осевым участком 53 механического контакта внешнего проводника тестового разъема. Предпочтительно, осевой контактный участок 133 является частью корпуса 130. На краю осевого контактного участка 133 может быть предусмотрена фаска 134. Такие независимые друг от друга радиальное и осевое самосовмещения обеспечивают надлежащее и повторяемое самосовмещение разъемов. Для упрощения стыковки разъемов внешняя сторона внешнего проводника 50 может иметь фаску 52. Для обеспечения раннего самосовмещения во время стыковки разъемов направляющая 60 разъема в тестовом разъеме 30, предпочтительно, имеет конус 61 с сопрягающим участком 65 для соединения и/или направления корпуса 130 и/или внешней резьбы 131 на корпусе.
На фиг. 5 показан вид сбоку на сечение предпочтительного варианта осуществления контактной пружины 55. Контактная пружина имеет основание 222 и несколько простирающихся от него контактных пальцев 56, 221. Предпочтительно, контактные пальцы являются дугообразными и предусматривают первый контактный участок 221 поблизости от конца дуги, и второй контактный участок 223 - между основанием и первым контактным участком. Дугообразная форма контактных пальцев обеспечивает возможность гладкого введения совместимого коаксиального разъема 100 в тестовый разъем и удаления из него, как показано на фиг.4. Каждый из нескольких контактных пальцев действует в качестве отдельного пружинного элемента, и прикладывает силу к внешнему проводнику совместимого коаксиального разъема 100, обеспечивая тем самым электрический контакт. Предпочтительно, дуга имеет обращенное к совместимому коаксиальному разъему 100 отверстие.
На фиг. 6 показан вид сверху на контактную пружину 55 в ее прямом, разогнутом состоянии. Основание 222 удерживает несколько контактных пальцев 56, которые простираются от него с зазорами 57 между ними. Основание, предпочтительно, не имеет каких-либо зазоров или разрезов. Предпочтительно, контактная пружина содержит по меньшей мере один из следующих материалов: бериллиево-медный сплав, латунь, сталь.
На фиг. 7 показан вид сверху на видоизмененную контактную пружину 55 в ее прямом, разогнутом состоянии. В данном случае, основание 222 является секционным, что повышает гибкость и сгибаемость пружины.
На фиг. 8 контактная пружина 55 подробно показана в состыкованном состоянии разъемов. Как ранее упомянуто, контактная пружина 55 заключена между держателем 51 пружины и основанием 31 внешнего проводника, в котором выполнен паз для контактной пружины. Контактная пружина 55 припаяна и/или приварена своим основанием 222 к держателю 51 пружины. В данном случае, припой 59 показан радиально вне основания 222 контактной пружины 55. Для улучшения характеристик интермодуляции между контактной пружиной 55 и держателем 51 пружины присутствует только одно металлургическое соединение (паяное соединение). Для предотвращения какого-либо гальванического контакта и для обеспечения емкостного контакта в осевом направлении между вторым контактным участком 223 контактной пружины и боковой стенкой 58 держателя 51 пружины может быть предусмотрена изолирующая шайба 230. Когда гальванический контакт является желательным, эта шайба может быть исключена. Первые контактные участки 221 находятся в контакте с внешним проводником 120 совместимого коаксиального разъема 100 и создают для него хорошо проводящую электрическую цепь. За счет конструкции контактной пружины 55 могут быть созданы большие контактные усилия на основании 31 внешнего проводника тестового разъема и на внешнем проводнике 120 совместимого коаксиального разъема 100, что обеспечивает низкую пассивную интермодуляцию. Предпочтительно, основание 222 контактной пружины 55 располагается на большем радиусе, чем контактные пальцы 221, 223. Поэтому, контактные пальцы ориентированы вовнутрь от основания.
Фиг. 9 является упрощенным вариантом фиг. 7, где некоторые краевые линии были удалены для лучшего разъяснения отдельных компонентов.
Фиг. 10 основана на фиг. 9 и показывает еще более увеличенные детали контактной области. В данном случае, обозначена область 240 образования токового контура посредством протекающего от внешнего проводника 120 совместимого разъема тока. За счет этого емкостное сопротивление между поверхностями 54 и 123 совместно с индуктивностью токового контура образует параллельный резонансный контур, что ограничивает ширину полосы пропускания разъемов. За счет емкостного контакта посредством второго контактного участка 223 с боковой стенкой 58, область этого контура может быть значительно уменьшена, что еще более увеличивает ширину полосы пропускания разъема.
Фиг. 11 показывает вариант осуществления без емкостного контакта второго контактного участка 223 с боковой стенкой 58, что обеспечивает большую область 241 токового контура. Разъем с такими контактами имеет значительно меньшую ширину полосы пропускания, чем разъем согласно фиг. 10.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 - монтажная подвеска
20 - внутренний разъем
25 - соединительная линия
29 - центральная ось
30 - тестовый разъем
31 - основание внешнего проводника
32 - внутренняя сторона
33 - резьба
40 - внутренний проводник
41 - удерживающая шайба
42 - паз
43 - контактный участок проводника
45 - паз
50 - внешний проводник
51 - держатель пружины
52 - фаска
53 - участок осевого механического контакта
54 - участок радиального механического контакта
55 - контактная пружина
56 - контактные пальцы
57 - зазор
58 - боковая стенка
59 - припой
60 - направляющая разъема
61 - конус
65 - сопрягающий участок
100 - совместимый коаксиальный разъем
110 - внутренний проводник
111 - контактный элемент центрального проводника
112 - внутреннее пространство
113 - контактный участок
120 - внешний проводник совместимого разъема
121 - цилиндрический контактный участок
122 - контактная область
123 - внешний участок
130 - корпус
131 - внешняя резьба
133 - осевой контактный участок
134 - фаска
221 - первый контактный участок
222 - основание
223 - второй контактный участок
230 - изолирующая шайба
240 - малая область токового контура
241 - большая область токового контура