一種高兼容性快速鎖緊射頻同軸連接器

一種高兼容性快速鎖緊射頻同軸連接器本文刊登于《微波射頻技術》雜志2015無線射頻?？瘍?nèi)容提要本文提出了射頻同軸連接器兼容性升級的幾種解決方案，包括有Ⅰ方案、Ⅱ方案、Ⅲ方案和Ⅳ方案。所述Ⅰ方案、Ⅱ方案、Ⅲ方案和Ⅳ方案其共同特點在于，其電氣基準面和的電信號導通，是包括有彈性接觸件接觸而使其導通的。本產(chǎn)品具備很低的和穩(wěn)定的動態(tài)互調(diào)特性值，而不受連接扭矩大小和軸向間隙竄動的影響。同時還實現(xiàn)了快插連接與螺紋連接的雙重功能；具備與舊版產(chǎn)品的螺紋連接的兼容性。還可以實現(xiàn)插座與插頭連接后，其插頭與射頻電纜跟轉(zhuǎn)的特點；可以有效預防螺套可能會被松懈，或者預防在射頻電纜受到較大轉(zhuǎn)矩時可能會被扭傷甚至扭壞的事故發(fā)生。一、概述射頻連接器是微波傳輸系統(tǒng)中重要的連接與分斷元器件，同時，也是微波傳輸系統(tǒng)中各種射頻電路的接口（或端口）元件，必須能全球通用、互配互換才有生命力。而現(xiàn)有的IEC國際標準同軸連接器的型譜經(jīng)過近一個世紀的延續(xù)與發(fā)展，已經(jīng)制定和編制有上百種標準接口（或端口）界面—也稱標準型號，其衍生的非標準型號更是無計其數(shù)。隨著全球范圍內(nèi)無線通信事業(yè)的不斷發(fā)展，特別是近幾十年來的突飛猛進；其射頻同軸連接器也伴隨了不斷的發(fā)展和升級；然而，通信設備的技術改造是持續(xù)性的，即老設備循序漸進的被升級改造，新設備循序漸進的在更新；而作為無線通信微波傳輸系統(tǒng)中的連接與分斷元器件—射頻同軸連接器，其電氣性能、機械性能和耐環(huán)境性能都史無前例的提出了新的技術要求（即舊的技術指標不能適應新設備的技術要求），同時，也提出了承前啟后兼容性升級設計的挑戰(zhàn)。因此，滿足新要求的射頻同軸連接器與將要淘汰的射頻同軸連接器，其端口界面的兼容性升級設計就義不容辭的落在了國內(nèi)外射頻互連元器件的行業(yè)臂上。現(xiàn)有IEC國際標準的射頻同軸連接器較為典型的標準接口界面結(jié)構如圖1所示：圖1、典型的標準接口界面結(jié)構插座1由插座外導體11、插座內(nèi)導體12和插座絕緣支承13組成；插頭由插頭外導體21、插頭內(nèi)導體22、插頭絕緣支承23、插頭密封圈24和螺套25組成。插座與插頭連接時，是依靠螺套25上的內(nèi)螺紋251與插座外導體11上的外螺紋110相互擰緊而連接的；其機械和電氣基準面1212設置在插頭外導體21軸端面和插座外導體11孔底面，其密封圈24被壓縮后仍保持間隙1010a。然而，此類結(jié)構的射頻同軸連接器就現(xiàn)代通信設備的新要求而言存在以下缺陷和不足：1、不能實現(xiàn)連接快插與分斷快拆，使施工安裝與調(diào)試、以及生產(chǎn)與測試造成了諸多弊端和損害。2、現(xiàn)代通信設備所要求的重要互調(diào)指標，需要足夠的螺紋預緊力，方可保持互調(diào)指標良好狀態(tài)；而預緊力不足或者螺紋稍有松懈則互調(diào)干擾卻隨機發(fā)生；另外，過度的預緊力又常常將接觸區(qū)域,即機械和電氣基準面上的鍍銀層被損傷（電鍍層被壓斷/裂），損壞了射頻電信號的接觸電阻和電連續(xù)性,導致接觸非性的產(chǎn)生或加重，使互調(diào)指標反而變壞。同時，也降低了產(chǎn)品的使用壽命。3、現(xiàn)有技術中對外導體之間雖然也有將機械基準面與電氣基準面分離的設計，但其外導體僅為開槽的分體式設計，使其制造成本增加同時，對外導體之間的對接面未作間隙的設計；然而在振動的環(huán)境下，其卡鎖式的射頻連接器其電氣接觸區(qū)域也會隨機發(fā)生漂動（信號電流路徑發(fā)生紊亂）；從而，導致了電信號的漂動而使互調(diào)性能和回波損耗性能動蕩不穩(wěn)。4、由于插座一般安裝在設備端口，插頭則與射頻電纜連接；在施工安裝時具有相當長度的射頻電纜難免會被旋轉(zhuǎn)，這時已經(jīng)被螺套擰緊的射頻插頭則不能跟隨轉(zhuǎn)動；其后果是已經(jīng)擰緊的螺套可能會被松懈，或者射頻電纜可能會被扭傷甚至扭壞。二、解決方案本文要介紹的是一種高兼容性快速鎖緊射頻同軸連接器：與現(xiàn)有技術產(chǎn)品相比，具有螺紋與快插連接的雙重功能；具有與舊版本兼容耦合的特點；具有穩(wěn)定可靠的動態(tài)互調(diào)指標和回波損耗指標的優(yōu)點；具有插頭隨機跟轉(zhuǎn)防止螺紋松懈或射頻電纜扭傷（扭壞）的特性。同時，實現(xiàn)簡單可靠的結(jié)構設計，達到有效降低制造成本和提高制造精度的目的。所述的一種高兼容性快速鎖緊射頻同軸連接器，可以有多種的升級方案，為了敘述方便，我們定義為Ⅰ方案、Ⅱ方案、Ⅲ方案和Ⅳ方案；其共同特點是插座1a、1b包括有外導體11a、11b；內(nèi)導體12；絕緣支承13。而Ⅰ方案、Ⅱ方案、Ⅲ方案中其特點是插頭2a、2b、2c包括有外導體21a、21b、21c；內(nèi)導體22；絕緣支承23；密封圈24；解鎖套25a；壓縮彈簧26a；鋼珠27a；卡簧28a。而Ⅳ方案中其特點是插頭2d包括有外導體21d；內(nèi)導體22；絕緣支承23；密封圈24；螺套25b。所述Ⅰ方案、Ⅱ方案、Ⅲ方案和Ⅳ方案其共同特點還在于，其電氣基準面1212b和1212c的電信號導通，是包括有彈性接觸件211b、111b、211a和111c的接觸而使其導通的。所述外導體11a、11b其共同特點還在于外圓上設置有外螺紋110；在外螺紋110中段設置有V形槽111a。所述插座1a、1b中的外導體11a、11b耦合孔的前端面，所述插頭2a、2b、2c中的外導體21a、21b、21c耦合軸的底端面，其共同特點還在于，該前端面和該底端面設置為機械基準面1212a。參見圖2和圖3：所述Ⅰ方案和Ⅲ方案其共同特點是，外導體11a耦合孔的徑向面設置為電氣基準面1212b；同時，插座1a與插頭2b、2a耦合連接后，其外導體11a與外導體21a軸向?qū)用嬖O置有一個間隙區(qū)域1010。所述Ⅰ方案其特點還在于，其彈性接觸件211b為徑向彈性的外腰鼓形簧片，軸向開有若干個空槽；彈性接觸件211b設置在外導體21b軸的舌徑段。所述Ⅲ方案其特點還在于，其彈性接觸件211a為徑向彈性的凸緣形彈性臂，軸向開有若干空槽，彈性接觸件211a設置在外導體21a的軸前端。圖2Ⅰ方案示意圖2aⅠ處局部放大圖3Ⅲ方案示意圖3aⅢ處局部放大參見圖4和圖5：所述Ⅱ方案和Ⅳ方案其特點是，外導體21c耦合軸的徑向面設置為電氣基準面1212c。另外，Ⅱ方案其特點是，插座1b與插頭2c耦合連接后，其外導體11b與外導體21c軸向?qū)用嬖O置有一個彈性接觸區(qū)域1010a，如圖3所示；而Ⅳ方案其特點是，其外導體11b與外導體21c軸向?qū)用嬖O置有一個間隙區(qū)域1010。圖4Ⅱ方案圖4aⅡ處局部放大圖5Ⅳ方案圖5aⅣ處局部放大所述Ⅱ方案其特點還在于，其彈性接觸件111b為徑向與軸向復合型的彈性簧片，其軸向為開槽的碟形，其徑向為開槽的內(nèi)腰鼓形；彈性接觸件111b設置在外導體11b與外導體21c耦合孔的徑底段。所述Ⅳ方案其特點還在于，其彈性接觸件111c為徑向彈性的內(nèi)腰鼓形簧片，軸向開有若干個空槽；彈性接觸件111c同樣設置在外導體11b與外導體21c耦合孔的徑底段。參見圖5：Ⅳ方案其特點是，其螺紋式連接的螺套25b與插頭2d中的外導體21d軸頸之間為小間隙配合的設置；在螺套25b上設置有兩個軸向止檔面1010ba和1010bb；當螺套25b被擰緊時，其中的前端止檔面1010ba與插座1b中的外導體11b上的機械基準面1212a設置為軸向過盈預緊；而后端止檔面1010bb與插頭2d中的外導體21d軸頸設置為小間隙轉(zhuǎn)動配合。因此，實現(xiàn)了當插頭2d上受到較大外力扭矩的作用時，該插頭2d與插座1b會隨機跟轉(zhuǎn)，從而有效地預防了螺套可能會被松懈，或者射頻電纜可能會被扭傷甚至扭壞的事故發(fā)生。三、現(xiàn)場操作的快捷性說明參見圖2和圖6：對本快插連接（鎖定）與解鎖（分離）具體步驟作一個分解性的描述：圖6Ⅰ方案解鎖狀態(tài)示意1）快插連接（鎖定）：徒手握住插頭2b將外導體21b的孔口對準外導體11a上的外螺紋前端隨即插入；此時，機械基準面接觸，松手后則插座1a與插頭2b被連接（鎖定）。2）快速解鎖（分離）：徒手握住解鎖套25a向后拔出即可。四、結(jié)束語1、本技術方案實現(xiàn)了機械基準面與電氣基準面分離設計的同時，使插座與插頭中的內(nèi)外導體間的接觸均為彈性接觸；克服了現(xiàn)有技術產(chǎn)品外導體間的硬接觸所產(chǎn)生的缺陷；其彈性接觸件的質(zhì)量控制，僅需要在產(chǎn)品制造過程中控制好標準規(guī)保持力，就能輕松地控制好電氣基準面的接觸正壓力，并且是一個恒定的力；從而，本產(chǎn)品具備更低和穩(wěn)定的動態(tài)的互調(diào)特性值，而不受螺套扭矩大小，以及振動環(huán)境下的影響。2、本技術方案實現(xiàn)了快插連接與螺紋連接的雙重功能；具備與舊版產(chǎn)品的螺紋連接的兼容性，迎合了現(xiàn)代通信設備所需求的快插特性；也順應了通信設備更新改造的資源低消耗要求。3、本技術方案實現(xiàn)了插座與插頭連接后，其插頭具備與射頻電纜跟轉(zhuǎn)的特點；有效地預防了螺套可能會被松懈，或者射頻電纜可能會被扭傷甚至扭壞的事故發(fā)生。4、本技術方案旨在為制造商和應用商提供最佳的選擇空間，況且，本技術方案覆蓋了現(xiàn)有IEC國際標準的射頻同軸連接器較大范圍內(nèi)的型號；其技術升級解決方案具有較好商業(yè)市場的現(xiàn)實意義。注：上述的技術方案已獲得專利權，專利所有權人