具有并联信号路径和相关连接器的电容性耦合连接器接头以及方法与流程

日期:2019-05-16 04:06:44


本申请援引35U.S.C.§119要求于2014年12月8日提交的美国临时专利申请序列No.62/088,798的优先权,该申请的全部内容通过引用并入本文,如同其整体上被阐述一样。

技术领域

本发明一般而言针对连接器,并且更具体而言针对用于电缆的连接器。



背景技术:

同轴线缆是可以被用来携带射频(“RF”)信号的已知类型的电缆。同轴线缆广泛地用在有线电视网络、蜂窝通信系统和其它高带宽应用中,因为在此类应用中使用的高频下信号在经同轴线缆发送时可能会经历比各种其它类型电缆更少的衰减。图1是已经被部分切割开以显露其内部结构的常规同轴线缆10的示意性透视图。如图1中所示,同轴线缆10具有由介电隔片14包围的中心导体12。外部导体16包围中心导体12和介电隔片14。外部导体16通常接地并充当减小在中心导体12上携带的RF信号的信号辐射(以及因此信号衰减)的电气屏蔽。最后,线缆护套18包围外部导体16,以完成同轴线缆10。

同轴连接器是指一种连接器,该连接器可以附连到同轴线缆的端部以“端接”同轴线缆,使得线缆可以附连到装置或另一根被端接的同轴线缆的连接器。通过用同轴连接器端接第一同轴线缆,同轴线缆可以连接到(a)利用“配对”同轴连接器(即,设计成与第一同轴线缆上的同轴连接器接口的同轴连接器)端接的第二同轴线缆和(b)包括配对同轴连接器的装置,并随后从其断开。连接在一起(“配对”)的两个同轴连接器在本文中被称为“同轴连接器接头”。

在使用同轴连接器接头将第一同轴线缆连接到第二同轴线缆(或者替代地,连接到装置)的典型布置中,第一同轴连接器端接到第一同轴线缆上,并且第二同轴连接器端接到第二同轴线缆上。第一同轴连接器可以包括连接到第一同轴线缆的中心导体的中心导体延伸部(常常采用销或柱的形式)和连接到第一同轴线缆的外部导体的外部导体延伸部(常常采用连接器主体的形式)。第二同轴连接器还可以包括连接到第二同轴线缆的中心导体的中心导体延伸部(常常采用套筒或接触弹簧的形式)和连接到第二同轴线缆的外部导体的外部导体延伸部(常常采用连接器主体的形式)。第一同轴连接器的中心导体延伸部与第二同轴连接器的中心导体延伸部配对,并且第一同轴连接器的外部导体延伸部与第二同轴连接器的外部导体延伸部配对。第一同轴连接器通常包括带螺纹的耦合螺母,并且第二同轴连接器通常包括带螺纹的表面(或者反之亦然)。通过将第一同轴连接器的耦合螺母拧到(threading)第二同轴连接器的螺纹表面上,两个同轴连接器可以被拉到一起,成为牢固的机电啮合。当第一和第二同轴连接器配对在一起时,形成同轴连接器接头,该接头将第一同轴线缆的中心导体电连接到第二同轴线缆的中心导体,并将第一同轴线缆的外部导体电连接到第二同轴线缆的外部导体。

无源互调失真(PIM)是在互连处可能发生的一种形式的电干扰/信号传输降级,该互联诸如两个同轴连接器之间的互连,其中非线性性被引入到连接中,或者在初始安装时或由于随时间的机电移位。互连可能由于机械应力、振动、热循环和/或材料降级而移位。PIM可以是重要的互连质量特性,因为由单个低质量互连生成的PIM可能使整个RF系统的电气性能降级。因此,通常期望经由连接器设计减少PIM。减少PIM的一种方法是使用采用电容性互连而不是电流(galvanic)互连的同轴连接器接头。



技术实现要素:

根据本发明的实施例,提供了包括具有第一中心导体延伸部和第一外部导体延伸部的第一同轴连接器的同轴连接器接头。第二同轴连接器与第一同轴连接器配对。第二同轴连接器包括第二中心导体延伸部和第二外部导体延伸部。第一外部导体延伸部分和第二外部导体延伸部之间的通信路径包括第一电容性耦合外部导体通信路径和第二电流耦合外部导体通信路径。

在一些实施例中,第一电容性耦合外部导体通信路径可以被配置为基本上传递具有在第一频率范围内的频率的信号,同时基本上阻挡具有在第二频率范围内的频率的信号,该第二频率范围涵盖低于第一频率范围的频率,并且第二电流耦合外部导体通信路径可以被配置为基本上传递具有在第二频率范围内的频率的信号,同时基本上阻挡在第一频率范围内的信号。

在一些实施例中,第一中心导体延伸部和第二中心导体延伸部之间的通信路径可以包括第一电容性耦合中心导体通信路径和第二电流耦合中心导体通信路径。在此类实施例中,第一电容性耦合中心导体通信路径可以被配置为基本上传递具有在第一频率范围内的频率的信号,同时基本上阻挡具有在第二频率范围内的频率的信号,该第二频率范围涵盖低于第一频率范围的频率,并且第二电流耦合中心导体通信路径可以被配置为基本上传递具有在第二频率范围内的频率的信号,同时基本上阻挡在第一频率范围内的信号。

在一些实施例中,第一中心导体延伸部可以包括定义内部腔体的外壳,并且第一电容性耦合中心导体通信路径可以沿着外壳延伸,并且第二电流耦合中心导体通信路径可以延伸穿过内部腔体。在此类实施例中,第二电流耦合中心导体通信路径可以包括至少部分地在内部腔体内的电感。

在一些实施例中,第一外部导体延伸部可以包括定义内部腔体的外壳,并且第一电容性耦合外部导体通信路径可以沿着外壳延伸并且第二电流耦合外部导体通信路径可以延伸穿过内部腔体。在此类实施例中,第二电流耦合外部导体通信路径可以包括电感。

在一些实施例中,第一外部导体延伸部可以与第一中心导体延伸部隔开并周向包围第一中心导体延伸部,并且第二外部导体延伸部可以与第二中心导体延伸部隔开并周向包围第二中心导体延伸部。

在一些实施例中,第一电容性耦合外部导体通信路径和第二电流耦合外部导体通信路径可以包括被配置为携带在不同频率范围内的信号的并联路径。

根据本发明的另外的实施例,提供了减少第一电连接器和第二电连接器之间的连接器接头中的腐蚀的方法,其中第一电容性耦合通信路径在第一连接器的第一导体和第二连接器的第一导体之间提供。第二电流耦合通信路径在第一连接器的第一导体和第二连接器的第一导体之间提供。第二电流耦合通信路径与第一电容性耦合通信路径电并联并且被配置为将第一连接器的第一导体和第二连接器的第一导体维持在相同的电位。

在一些实施例中,第一电连接器可以是第一同轴连接器并且第二电连接器可以是第二同轴连接器,并且第一同轴连接器的第一导体可以是第一同轴连接器的外部导体并且第二同轴连接器的第一导体可以是第二同轴连接器的外部导体。

在一些实施例中,第一电连接器是第一同轴连接器并且第二电连接器是第二同轴连接器,并且该方法还可以涉及在第一同轴连接器的第二导体和第二同轴连接器的第二导体之间提供第二电容性耦合通信路径并且在第一同轴连接器的第二导体和第二同轴连接器的第二导体之间提供第二电流耦合通信路径。在此类实施例中,第二电流耦合通信路径可以电并联到第二电容性耦合通信路径并且可以被配置为将第一同轴连接器的第二导体和第二同轴连接器的第二导体维持在相同的电位。

在一些实施例中,第一连接器的第一导体和第二连接器的第一导体之间的第一电容性耦合通信路径可以仅传递高于第一频率的信号,而第一连接器的第一导体和第二连接器的第一导体之间的第二电流耦合通信路径可以仅传递低于第一频率的信号。

根据本发明的另外的实施例,提供了通过在第一同轴连接器和第二同轴连接器之间形成的同轴连接器接头发送多个信号的方法。根据这些方法,第一射频信号从第一同轴连接器电容性耦合到第二同轴连接器并且第二低频信号从第一同轴连接器电流耦合到第二同轴连接器。

在一些实施例中,第二低频信号可以是直流电源信号。在其它实施例中,第二低频信号可以是具有小于1MHz的中心频率的控制信号。

在一些实施例中,同轴连接器接头可以是第一同轴连接器的中心导体延伸部和第二同轴连接器的中心导体延伸部之间的中心导体通信路径以及第一同轴连接器的外部导体延伸部和第二同轴连接器的外部导体延伸部之间的外部导体通信路径,并且外部导体通信路径可以是第一电容性耦合外部导体通信路径和第二电流耦合外部导体通信路径。

在一些实施例中,第一外部导体延伸部可以包括定义内部腔体的外壳,并且第一电容性耦合外部导体通信路径可以沿着外壳延伸。

在一些实施例中,第二电流耦合外部导体通信路径可以包括低通滤波器。

在一些实施例中,第一中心导体延伸部可以包括定义内部腔体的外壳,并且第一电容性耦合中心导体通信路径可以沿着外壳延伸并且第二电流耦合中心导体通信路径可以延伸穿过内部腔体。在此类实施例中,第二电流耦合中心导体通信路径可以包括低通滤波器。

根据本发明的还有另外的实施例,可以提供同轴连接器,同轴连接器包括中心导体延伸部,其具有定义内部腔体的外壳以及电连接到中心导体延伸部并部署在内部腔体内的中心导体触头;外部导体延伸部,其与中心导体延伸部隔开并周向包围中心导体延伸部;以及介电隔片,其插在中心导体延伸部和外部导体延伸部之间,将中心导体延伸部与外部导体延伸部电隔离。

在一些实施例中,中心导体触头可以被配置为与配对的同轴连接器的中心导体触头配对。

在一些实施例中,中心导体触头可以包括低通滤波器。

在一些实施例中,同轴连接器还可以包括耦合螺母,其被配置为将同轴连接器可释放地附连到配对的同轴连接器,使得中心导体延伸部与配对的同轴连接器的中心导体延伸部电容性耦合并且外部导体延伸部与配对的同轴连接器的外部导体延伸电容性耦合,并且使得中心导体触头与配对的同轴连接器的配对的中心导体触头电流地配对。

在一些实施例中,配对的同轴连接器的中心导体延伸部可以是定义内部腔体的外壳,并且配对的同轴连接器的配对的中心导体触头可以电连接到配对的同轴连接器的中心导体延伸部。

根据本发明的还有另外的实施例,提供了电连接器,包括外部导体延伸部,其具有线缆接收端以及与线缆接收端相对的连接端;中心导体延伸部,其具有第一端,该第一端被配置为物理地和电气地啮合在外部导体延伸部的线缆接收端内接纳的通信线缆的导体,以及包括定义内部腔体的外壳的第二端;以及在内部腔体内的中心导体触头。

在一些实施例中,外壳可以被配置为与配对的电连接器的中心导体延伸部电容性耦合,并且中心导体触头可以被配置为物理地啮合配对的同轴连接器的中心导体触头,以提供电连接器和配对的电连接器之间的并联通信路径。

在一些实施例中,中心导体触头可以包括低通滤波器。

在一些实施例中,外壳可以包括扩展的电容性耦合表面。

附图说明

图1是常规同轴线缆的侧面部分剖视图。

图2A-2C分别是根据本发明某些实施例的连接器接头的透视图、透视横截面图和分解透视横截面图。图2D是包括在图2A-2C的连接器接头的连接器之一中的弹簧触头的放大透视图。

图3是图示根据本发明的另外实施例的连接器接头的示意性透视横截面图。

图4是根据本发明的另外实施例的同轴连接器接头的透视横截面图。

图5是使用由根据本发明实施例的同轴连接器接头连接的同轴线缆的蜂窝基站的示意性框图。

图5A是图示可以使用根据本发明实施例的同轴连接器接头实现的蜂窝基站中的同轴连接器接头的示意图。

图6是图示由根据本发明某些实施例的同轴连接器接头形成的电路的电路图。

图7是图示根据本发明实施例的、防止第一电连接器和第二电连接器之间的连接器接头的腐蚀的方法的流程图。

具体实施方式

RF信号在各种各样的应用中经同轴线缆和连接器被发送。在这些应用中的许多应用当中,也可能有必要经布线(cabling)连接发送附加信号(诸如控制信号和/或交流(“AC”)或直流(“DC”)电力信号)。作为示例,在许多蜂窝基站应用中,使用同轴线缆将来自例如位于天线塔(或其它结构)底部的基带装备的RF信号携带到位于天线塔顶部的远程无线电头。由于远程无线电头是受电(powered)设备,因此通常还有必要沿着天线塔向上发送DC电力,以便为远程无线电头供电。此外,控制信号也可以沿着塔向上发送,以控制可以经由致动器和/或波束形成元件被机械地或电转向的天线。在一些情况下,这些DC电力信号和/或控制信号可以经用来在远程无线电头与基带装备之间发送RF信号的同一同轴线缆同时被发送。

如上面所讨论的,使用电容性连接的同轴连接器接头可以用在蜂窝基站和其它应用中,以减少PIM。但是,遗憾的是,当使用这种电容性耦合同轴连接器接头时,可能会出现许多问题。例如,电容性耦合同轴连接器接头通常不能传递低频信号或DC电力,因为电容性接口对于这种信号充当开路。因而,当使用电容性耦合同轴连接器接头时,可能有必要提供附加的布线和连接器来携带控制信号和/或DC电力信号。此外,由于电容性耦合接头没有为雷击的能量提供到地的低电阻路径,因此采用电容性耦合同轴连接器接头的布线连接会更难以充分接地以防雷击。因而,可能有必要使电容性耦合布线连接的每个片段接地,以确保连接的每个片段具有到地的低电阻路径,这在一些应用中会是昂贵的和/或困难的。而且,在使用电容性耦合连接器接头的应用中,电位差会在形成电容性连接的连接器元件之间产生,并且如果湿气桥接这个电容性连接,那么这个电位差可能会腐蚀同轴连接器的部分,这会使两个同轴连接器之间的电气连接严重劣化。

根据本发明的实施例,提供了第一同轴连接器和第二同轴连接器之间的同轴连接器接头,其中配对的第一和第二同轴连接器的外部导体延伸部被配置为提供第一电容性耦合外部导体通信路径并且配对的第一和第二同轴连接器的中心导体延伸部被配置为提供第一电容性耦合中心导体通信路径。此外,配对的第一和第二同轴连接器还可以具有第二电流耦合外部导体通信路径和/或第二电流耦合中心导体通信路径。第二电流耦合外部导体通信路径可以部署成与第一电容性耦合外部导体通信路径并联,并且第二电流耦合中心导体通信路径可以部署成与第一电容性耦合中心导体通信路径并联。第二电流耦合外部导体通信路径和第二电流耦合中心导体通信路径可以被配置为传递低频信号,同时阻挡较高频的RF信号。

在一些实施例中,第二电流耦合中心和外部导体通信路径可以被用来与RF信号并联地通过同轴连接器接头发送电力(例如,DC电力)和/或低频控制信号,其中RF信号是通过该接头经由电容性耦合中心和外部导体通信路径发送的。此外,通过外部导体延伸部的第二电流连接可以提供低频接地路径,该路径允许来自雷击的能量从第一同轴连接器的外部导体延伸部传递到第二同轴连接器的外部导体延伸部再到接地位置。第二电流耦合中心和外部导体通信路径也可以被用来将接头的两侧上配对的导体对(即,两个外部导体延伸部或两个中心导体延伸部)维持在相同电位,这可以减小在电容性接头处同轴连接器腐蚀的趋势。

在一些实施例中,低通滤波器可以被包括在第二电流耦合中心导体通信路径和/或第二电流耦合外部导体通信路径中的一个或两个上。因此,虽然两个连接器的导体延伸部(例如,两个连接器的中心导体延伸部)之间的接头可以包括电流接口,但是可以在其中一个(或两个)连接器中沿着低频通信路径结合低通滤波器。低通滤波器可以例如使用电感器来实现。在一些实施例中,第二电流耦合通信路径可以穿过配对的同轴连接器的中心导体延伸部或外部导体延伸部的中心部分(即,在导体延伸部的主体内的、与其外表面相对的部分),使得电容性耦合RF通信路径的趋肤深度效应将进一步隔离来自电流耦合(低频)通信路径的RF信号。用于低频路径的直接电流连接可以使用除了形成RF信号路径的电容性连接之外还提供的常规同轴线缆触头来实现。

根据本发明实施例的同轴连接器接头可以提供优于现有技术的电容性同轴连接器接头的许多优点。例如,根据本发明实施例的同轴连接器接头可以同时传递RF信号、低频控制信号和直流电力中的两个或更多个。这可以允许所有三种信号类型在单根同轴线缆上沿着例如天线塔向上被携带,而不是使用两根或三根单独的线缆,这可以显著减少塔风和重量负载,降低成本并简化安装。此外,根据本发明实施例的同轴连接器接头可以提供改进的电气接地以防止雷击,并且还可以减少由于电容性互连两端的电位差而可能发生的连接器腐蚀问题。

虽然根据本发明实施例的同轴连接器接头可以同时提供多个优点,但是将认识到的是,本发明的各方面可以以许多不同的方式应用。例如,在一些实施例中,只有两个配对的同轴连接器的外部导体延伸部可以具有低频电流耦合通信路径,其被用来减少由于腐蚀引起的连接的劣化。因此,将认识到的是,并不是所有优点都需要同时实现。

现在将参考附图更详细地讨论本发明的示例性实施例。

图2A-2C分别是根据本发明某些实施例的电连接器接头100的透视图、透视横截面图和分解透视横截面图。图2D是包括在图2A-2C的连接器接头100的连接器之一中的弹簧触头170的放大透视图。如图2A-2C中所示,电连接器接头100可以通过将第一电连接器110与第二电连接器150配对而形成。第一电连接器110可以附连到第一电缆102-1的一端,而第二电连接器150可以附连到第二电缆102-2的一端。在图2A-2C中,未示出第一和第二电连接器110、150的壳体,以简化附图并且更清楚地图示通过连接器110、150的信号电流路径的设计和构造。将认识到的是,可以使用任何适当的壳体结构,并且壳体可以包括配对的附连结构(例如,一个壳体上的带螺纹的耦合螺母和另一个壳体上的带螺纹的表面),这可以被用来将电连接器110、150拉成牢固的机电啮合。

如图2A-2C中所示,电连接器110包括具有第一端122和第二端124的导体延伸部120。在所绘出的实施例中,导体延伸部120沿着由第一电缆102-1定义的纵向轴稍微伸长。导体延伸部120在沿着其纵向轴截取的横截面中可以具有大致圆形形状,并且这些横截面的半径可以变化(例如,与第二端124相比,横截面的半径可以朝着第一端122更小)。第一电缆102-1的导体104-1可以被物理地和电气连接(例如,通过第一电连接器110的壳体)到导体延伸部120的第一端122。导体延伸部120可以由导电材料(诸如金属(例如,铜))形成。如图2B和2C中所示,导体延伸部120的第一端122可以是实心的,而第二端124可以包括具有开口端的内部腔体126。此外,导体延伸部120的第二端124可以包括形成环形板128的唇部,环形板128增加了导体延伸部120的第二端124的前表面的表面积。环形介电盘134可以附连到环形板128。如下面所讨论的,环形板128和环形介电盘134可以形成电容器106的电极和电介质,电容器106被用来将来自第一连接器110的RF信号电容性耦合到第二连接器150(并且反之亦然)。

导体延伸部120还包括采用导电柱130形式的阳触头(male contact)结构,其机械地并电连接到导体延伸部120。在所绘出的实施例中,导电柱130包括在纵向方向上从内部腔体126的后表面朝着连接器150突出的金属杆。导电柱130可以与导体延伸部120一体形成,或者可以单独形成并且被压配、软焊或焊接到例如在内部腔体126的后部中形成的纵向孔中。导电柱130的远端132可以纵向延伸超过内部腔体126。

电连接器150可以非常类似于电导体110。例如,如图2A-2C中所示,电连接器150包括具有第一端162和第二端164的细长金属导体延伸部160。导体延伸部160沿纵向方向具有大致圆形的横截面。第二电缆102-2的导体104-2物理地和电气连接到导体延伸部160的第一端162。导体延伸部160的第一端162是实心的,而第二端164具有带开口端的内部腔体166。导体延伸部160的第二端164还具有形成环形板168的唇部,环形板168增加了导体延伸部160的第二端164的前表面的表面积。环形板168形成电容器106的第二电极。当连接器110和150被接合以形成连接器接头100时,连接器110的内部腔体126的开口端与连接器150的内部腔体166的开口端配对。

导体延伸部160还包括采用弹簧触头170形式的阴触头结构,其位于内部腔体166内并且机械地和电气连接到导体延伸部160。图2D图示了合适的弹簧触头170的一个示例实施例。导电弹簧触头170被配置为,当第一和第二电连接器110、150配对在一起时,接纳第一电连接器110的导电柱130的远端132。如图2D中所示,弹簧触头170可以包括扣钩触头,其包括端接柱172、从端接柱172延伸的主体174以及从主体174的端部延伸的、与端接柱172相对的一对弹簧臂176-1、176-2。端接柱172可以例如被压配、软焊或焊接到在内部腔体166的后表面中形成的纵向孔中。弹簧臂176可以被配置为,当第一和第二连接器110、150配对在一起时,在其间接纳导电柱130的远端132。弹簧触头170可以由弹性金属形成,而弹簧臂176可以彼此分开小于导电柱130的直径的距离,使得当导电柱130插入其中时弹簧臂176将在导电柱130上施加接触力。

图2A-2C的连接器接头100可以如下操作。当电缆102-1的导体104-1直接接触导体延伸部120的第一端122时,入射在电缆102-1上的射频信号将传递到第一连接器110的导体延伸部120。如图2B中所示,导体延伸部120的环形板128面向连接器150的导体延伸部160的匹配的环形板168,其间提供有介电隔片134。这些部件一起形成电容器106(即,在它们之间具有电介质的两个导电板)。因而,传递到导体延伸部120的RF信号能量的一部分将通过电容器106电容性耦合到电连接器150的导体延伸部160,并且,当导体104直接接触导体延伸部160时,从那里将传递到电缆102-2的导体104-2。因此,第一电缆102-1上的RF信号将经由通过电容器106的电容性耦合通信路径通过配对的连接器接头100电容性耦合到第二电缆102-2。

如上面所讨论的,当导电柱130直接连接到导体延伸部120(或其部分)时,还在电连接器110和电连接器150之间提供直接电流通信路径,弹簧触头170直接连接到导体延伸部160(或其部分),并且,当电连接器110与电连接器150配对时,导电柱130在弹簧触头170的弹簧臂176内被接纳并直接接触弹簧触头170的弹簧臂176。这种电流耦合通信路径与上面讨论的电容性耦合通信路径并联地电气部署。

连接器接头100可以被设计成使得电流耦合通信路径被配置为传递在第一频率范围中的信号,并且电容性耦合通信路径被配置为传递在高于第一频率范围的第二频率范围内的信号。在图2A-2C的实施例中,可以(至少部分地)使用称为趋肤深度效应的现象,以基于它们的频率经适当的通信路径路由信号。如本领域技术人员已知的,因为由RF信号的交变电流导致的变化的磁场在携带RF信号的导体中产生相反的涡流,所以产生趋肤深度效应。这些涡流导致导体的有效电阻作为距导体外表面的距离的函数而在较高频率下增加。因此,在较高的频率下,大部分电流将在导体的表面附近流动,并且只有非常少量的电流将在导体的中间部分中流动。

再次参考图2A-2C,可以看出的是,通过提供内部腔体126,有可能将导电柱130安装到导体延伸部120的中心部分。同样,弹簧触头170安装在内部腔体166内,使得它类似地安装到导体延伸部160的中心部分。照此,在连接器接头100中提供的直接电流连接(其穿过导电柱130和弹簧触头170)从导体延伸部120的中心部分延伸到导体延伸部160的中心部分。如果RF信号处于合理高的频率,那么与这些信号相关联的大部分电流在导体延伸部120、160的外表面处或附近行进,因此非常小的电流可以流经导电柱130,到达弹簧触头170。因此,RF信号可以主要通过连接器接头100电容性耦合,因此PIM可以减小。

除了上述RF信号,还可以通过连接器接头100将一个或多个DC电源信号或低频控制信号从第一电缆102-1发送到第二电缆102-2。由于这些信号是低频信号(并且电力信号也可以是直流信号),因此,关于这些信号,可以有很少或没有趋肤深度效应,因此这些信号可以行进通过电连接器110和电连接器150之间(即,从柱132到弹簧触头172)的上述直接电流连接。鉴于低电阻直接电流连接,来自这些低频信号的非常少的能量将经由电容器106跨配对的连接器电容性耦合。因此,连接器接头100可以将来自第一电缆102-1的RF信号电容性耦合到第二电缆102-2,具有很少或没有PIM,同时还允许低频电力信号和/或控制信号从电缆102-1传递到电缆102-2。因此,连接器接头100可以被用来传递多种类型的信号,并且因此可以减少各种应用中所需的线缆和连接器的数量。

如上面所指出的,趋肤深度效应可以限制可以流过电连接器110和150之间的直接电流连接的高频RF信号的电流的量。但是,在一些应用中,可能有必要进一步限制或防止RF信号部分流经这种直接电流连接,以便确保PIM维持在可接受的低水平。图3是经修改的连接器接头100’的分解横截面图,其中从连接器110流到连接器150的基本上所有RF信号电流将通过电容器106。

参考图3,可以看出的是,连接器接头100’几乎与图2A-2C的连接器接头100完全相同。但是,在图3的实施例中,代替连接器110,使用连接器110’。在连接器110’中,连接器110的导电柱130大大缩短,并且低通滤波器136连接到导电柱130的远端132。第二导电柱138附连到低通滤波器136的远端(即,与柱132相对的端部),以延伸到配对的连接器150的内部腔体166中(在所绘出的实施例中,低通滤波器136的部分也延伸到配对的连接器150的内部腔体166中)。当连接器110’与连接器150配对时,在弹簧触头170的弹簧臂176内可以接纳柱138。低通滤波器136可以包括例如电感器或电路元件(例如,电容器、电感器和/或电阻器)的某种其它构造,其被配置为形成基本上阻挡高于第一频率的信号从导电柱130传递到导电柱138同时允许低于第二频率的信号从导电柱130传递到导电柱138的低通滤波器。第一频率可以被选择为低于RF信号的频带,而第二频率可以被选择为高于控制信号和/或电力信号的频带。因此,通过沿着连接器110’和150之间的直接电流连接提供低通滤波器136,图3的连接器接头100’可以提供改进的PIM抑制。而且,趋肤深度效应也可以将低通滤波器136基本上保持在RF信号路径之外,使得低通滤波器136不会对RF信号路径造成实质的互调失真或其它负面影响。

虽然图2和3图示了其中连接器接头100、100’涉及单条信号路径的实施例,但是更典型地是电缆将包括两个导体以及连接两根这种电缆为这些导体中的每一个提供电连接的电连接器。图4是连接器接头200的示意性横截面图,其中两个同轴连接器210、250被用来将第一同轴线缆202-1电连接到第二同轴线缆202-2。

如图4中所示,同轴线缆202各自包括中心导体204、周向覆盖中心导体204的介电层206以及周向覆盖介电层206的外部导体208。每根同轴线缆202通常也将包括外部保护护套(未示出,以简化附图)并且可以包括本领域技术人员已知的各种带或其它常规特征件。

如图4中进一步所示,第一同轴连接器210安装在同轴线缆202-1的端部上,而第二同轴连接器250安装在同轴线缆202-2的端部上。如对于图2和3中所绘出的实施例那样,在图4中未示出第一和第二同轴连接器210、250的壳体,以简化附图并且更清楚地图示通过同轴连接器210、250的信号路径的设计和构造。将认识到的是,任何适当的壳体结构都可以被使用并且壳体可以包括配对的附连结构(例如,一个壳体上带螺纹的耦合螺母和另一个壳体上带螺纹的表面),其可以被用来将同轴连接器210、250拉成牢固的机电啮合。图4是连接器210、250在其配对条件下的分解透视图。要注意的是,为了简化附图,在图4中未示出可被用来将每根同轴线缆202的中心导体204电连接到其相关联的同轴连接器210、250的中心导体延伸部220、260和/或将同轴线缆202的外部导体208电连接到其相关联的同轴连接器210、250的外部导体延伸部240、280的焊料预制件或其它结构/材料。

同轴连接器210包括中心导体延伸部220、外部导体延伸部240以及物理地分离并电隔离中心导体延伸部220与外部导体延伸部240的介电隔片212。中心导体延伸部220具有图3的导体延伸部120的设计。特别地,中心导体延伸部220具有第一端222和第二端224。第一端222包括从其向后延伸的凸台223,其被用来将中心导体延伸部220物理地安装在第一同轴线缆202-1的中心导体204上并且在它们之间提供电连接。中心导体延伸部220的第二端224包括具有开口端(参见图2B-2C和3)的内部腔体(不可见)。这个内部腔体可以与上述同轴连接器110的内部腔体126完全相同。中心导体延伸部220的第二端224还包括形成环形板228的唇部。环形介电盘234附连到环形板228。

同轴连接器210还包括经由第一导电柱连接到导体延伸部220的第一低通滤波器。第一低通滤波器包括从其远端纵向延伸超过内部腔体226的第二导电柱。低通滤波器、第一导电柱和第二导电柱可以与在上面描述的低通滤波器136、同轴连接器110、110’的第一导电柱130和第二导电柱138完全相同,因此它们在本文中不单独绘制。

除了外部导体延伸部240被设计成周向包围内部导体延伸部220并且因此具有更大的横截面直径之外,外部导体延伸部240可以具有类似于内部导体延伸部220的设计。特别地,外部导体延伸部240具有第一端部,其包括焊接到第一同轴线缆202-1的外部导体208的尾部241,以将外部导体208物理地和电气连接到外部导体延伸部240。外部导体延伸部240的第二端包括具有开口端的内部腔体242。外部导体延伸部240的第二端还包括形成环形板244的唇部。环形介电盘246可以附连到环形板244。

中心导体延伸部220部署在外部导体延伸部240的内部腔体242内。此外,提供了第二低通滤波器248(在图4中示意性地示出),其被电连接在外部导体延伸部240和配对的同轴连接器250的外部导体延伸部280之间,这将在下面进一步详细描述。在所绘出的实施例中,第二低通滤波器248嵌在环形介电盘246中。第二低通滤波器248可以位于环形板244的外边缘附近,以便在RF路径的外部(RF能量将在外部导体延伸部240、280的内表面上流动)。第二低通滤波器248可以在其任一端具有弹簧触头(未示出),以确保它与外部导体延伸部240、280良好的电接触。虽然在所绘出的实施例中第二低通滤波器248位于环形介电盘246,但将认识到的是,在其它实施例中,它可以被定位在各种其它位置。例如,在另一个示例实施例中,包括其上的第二低通滤波器248的柔性印刷电路板(未示出)可以被卷成管并且部署成周向包围配对的中心导体延伸部220、260,而不是图4中绘出的电流耦合的外部导体通信路径。将认识到的是,许多其它设计是可能的。

同轴连接器250可以非常类似于同轴连接器210。同轴连接器250包括中心导体延伸部260、外部导体延伸部280和物理地分离并电隔离中心导体延伸部260与外部导体延伸部280的介电隔片252。中心导体延伸部260具有第一端262和第二端264。第一端262包括凸台263,凸台263被用来将中心导体延伸部260物理地安装在第二同轴线缆202-2的中心导体204上并在它们之间提供电连接。中心导体延伸部260的第二端264包括具有开口端的内部腔体(不可见)。这个内部腔体可以与上述同轴连接器110的内部腔体126完全相同。中心导体延伸部260的第二端264包括形成环形板268的外唇部。

中心导体延伸部260还包括位于其内部腔体内的、机械地和电气连接到中心导体延伸部260的弹簧触头(未示出)。弹簧触头可以与上面参考图2D描述的弹簧触头170完全相同。当第一同轴连接器210与第二同轴连接器250配对时,弹簧触头被配置为接纳同轴连接器210的第一低通滤波器的第二导电柱。弹簧触头可以压配、软焊或焊接到内部腔体266的基座中的纵向孔内。

外部导体延伸部280具有第一端部,该第一端部包括焊接到第二同轴线缆202-2的外部导体208的尾部281,以将外部导体208物理地和电气连接到外部导体延伸部280。外部导体延伸部280的第二端包括具有开口端的内部腔体282。外部导体延伸部280的第二端还包括形成环形板284的唇部。中心导体延伸部260部署在外部导体延伸部280的内部腔体282内。

当同轴连接器210和250配对在一起时,环形板228和268以其间具有介电隔片234的面对构造接合在一起,以形成第一电容器209-1。同样,环形板244和284以其间具有介电隔片246的面对布置接合在一起,以形成第二电容器209-2。

因此,连接器接头200将具有将第一同轴线缆202-1的中心导体204电连接到第二同轴线缆202-2的中心导体204的中心导体通信路径。连接器接头200还将具有将第一同轴线缆202-1的外部导体208电连接到第二同轴线缆202-2的外部导体208的外部导体通信路径。中心导体延伸通信路径将包括通过电容器209-1的电容性耦合中心导体通信路径和通过第一低通滤波器的电流耦合中心导体通信路径。外部导体延伸通信路径将包括通过电容器209-2的电容性耦合外部导体通信路径和通过第二低通滤波器248的电流耦合外部导体通信路径。

对于存在于线缆202-1或202-2上的RF信号,图4的连接器接头200将像常规的电容性耦合连接器接头一样操作,因为趋肤深度效应和/或第一和第二低通滤波器将基本上防止RF信号通过电流耦合中心导体通信路径或电流耦合外部导体通信路径。低频控制信号和/或DC电力信号可以经由电流耦合中心导体通信路径或电流耦合外部导体通信路径、通过配对的连接器接头200,但是一般不会通过电容性耦合中心导体通信路径或电容性耦合外部导体通信路径,因为电容器209-1、209-2将充当将基本上防止低频控制信号和/或DC电力信号沿着电容性耦合通信路径行进的高通滤波器。

虽然根据本发明实施例的同轴连接器接头可以用在许多不同的应用中,但是它们可能特别适合于在蜂窝基站中使用。图5示意性地图示了蜂窝基站300,其中可以使用图4的同轴连接器接头200。如图5中所示,蜂窝基站300包括装备外壳310和塔320。三个基带单元312和电源316位于装备外壳(enclosure)310内。三个远程无线电头330和三个天线332位于塔320的顶部。

如图5A中所示,基带单元(或BBU 312)通过光纤线缆和电力线缆的组合(或通过混合线缆,其是将光纤和电力元件组合成单个单元的单根线缆)附连到远程无线电头330。这种布置为远程无线电头330和/或天线332提供电力,以及从天线辐射的信号和控制信号。远程无线电头330通过用同轴连接器端接的同轴线缆344连接到天线332。这些同轴连接器可以连接到远程无线电头330和天线332上的配对的同轴连接器,以形成同轴连接器接头370。例如,同轴连接器接头370可以在远程无线电头330和每根同轴线缆344之间(接头370-3)、以及在每根同轴线缆344和天线332之间(接头370)的每个连接处提供。每个同轴线缆接头370可以例如使用图4的同轴连接器接头200来实现。

再次参考图5,天线332可以例如包括为了波束转向而移动或电调节内部元件的致动器,或者可以是由马达驱动的万向天线。在任一种情况下,控制信号都可以被用来控制天线332。通常,这些控制信号在塔320的基座(或其它地方)生成,并且必须沿着塔320向上发送到天线332,以控制天线332。此外,远程无线电头330和天线332上的波束整形电路和/或马达将需要电力信号以进行操作(通常是DC电力信号)。在常规的蜂窝基站中,单独的线缆通常从外壳310路由到塔320的顶部,并且控制信号和电力信号经这单独的线缆沿着塔320向上发送。在塔的顶部和塔的底部通常还需要附加的连接器,以将电力/控制信号线缆连接到在每个位置处的装备。包括单独的线缆和连接器会导致许多缺点,包括增加的装备成本、塔上增加的风和重量负载以及增加的安装成本。

但是,当使用根据本发明实施例的同轴连接器接头时,来自基带单元312的RF信号、来自电源316的DC电力信号和来自控制器(未示出)的控制信号可以全都在同轴线缆342、344上沿着塔320向上发送,由此消除对一根或多根附加线缆的需要。

图6是根据本发明实施例的同轴连接器接头400的电路图。如图6中所示,提供传输线410。在图6的示例中,传输线410是50欧姆的传输线。提供可以被用来将低频信号注入到传输线410上的第一信号源420。提供可以被用来将高频RF信号注入到传输线410上的第二信号源430。负载440在传输线410的端部提供。

如图6中所示,第一和第二信号源420、430都通过包括第一和第二电容器452的双侧电容性耦合通信路径450电容性耦合到负载440。第一和第二信号源420、430通过包括一对低通滤波器462的双侧通信路径460电流耦合到负载440。

根据本发明实施例的连接器接头(诸如连接器接头100、200、300、400)可以表现出许多优点。首先,如上面所指出,连接器接头100、200、300、400可以被用来将高频RF信号连同一个或多个低频控制和/或电力信号一起传递。这可以减少在各种应用中所需的线缆和连接器的数量,诸如在蜂窝基站处必须沿着天线塔向上延伸(run up)的线缆的数量。

此外,常规电容性耦合同轴连接器接头的一个潜在问题是形成接头的两个连接器的外部导体可能不处于相同的电位,因为两个连接器的外部导体不直接电连接到彼此。如果湿气积聚在两个连接器的外部导体的暴露的外表面上,那么它可以在两个外部导体之间提供电路径。如果两个导体之间存在电位差,那么会促使电离子从处于较高电位的外部导体延伸部流向处于较低电位的外部导体延伸部,这导致对外部导体延伸部的电流腐蚀。但是,由于通过第二低通滤波器的电路径看起来直接电流连接到低频信号,因此外部导体延伸部将维持在相同的电位,并且上述针对外部导体延伸部的腐蚀的机制可以被减小或消除。

图7是图示根据本发明某些实施例的、减少连接器接头中的腐蚀的方法的流程图。如图7中所示,可以在第一连接器的导体和第二连接器的导体之间提供第一电容性耦合通信路径(方框500)。也可以在第一连接器的导体和第二连接器的导体之间提供第二电流耦合通信路径(方框510)。第二电流耦合通信路径与第一电容性耦合通信路径电并联并且被配置为将第一连接器的导体和第二连接器的导体维持在相同的电位(方框520)。

而且,根据本发明实施例的连接器接头还可以提供低频接地路径,该路径可以被用来消散将能量传送到例如沿着天线塔向上路由的同轴线缆的雷击。当雷击将能量传送到同轴线缆时,这种能量倾向于由同轴线缆的外部导体携带。强加到外部导体的电能可以具有非常高的电压。因而,如果这种电能传递到附连到同轴线缆的设备,那么其具有损坏或破坏这种装备的可能。通常,沿着天线塔向上路由的同轴线缆的护套的小部分将被去除,并且导电接地带连接在外部导体和塔之间。由于塔是由金属形成的并且由于塔的基座接地,因此导电带提供可以被用来将雷击的电能传递到地的低电阻接地路径。

通常,雷击的电能表现为低频信号。当使用电容性耦合连接器接头(以减小PIM)时,两个配对的连接器的外部导体延伸部之间的电容性连接趋于阻挡雷击的能量。照此,可能有必要将位于塔顶部的装备和外壳之间的每个电缆片段接地。这对于天线塔顶部的电缆片段可能是困难和/或不方便的。但是,当使用根据本发明实施例的连接器接头时,第二电流耦合外部导体通信路径可以被用作用于将雷击能量携带到接地带以消散雷击的能量的传导路径。

根据本发明某些实施例的连接器可以包括用来将高频信号传递到配对的连接器的第一电容性耦合信号路径以及第二电流耦合通信路径。连接器被设计成使得它们可以与其它配对的连接器连接和断开,同时仍然提供这些并联路径。

将认识到的是,在不背离本发明的范围的情况下,可以对上面讨论的示例实施例进行许多修改。例如,在上面讨论的实施例中,形成各种电容器的电介质的环形介电盘安装在包括低通滤波器的连接器的导体延伸部上。在其它实施例中,可以使用任何其它适当的布置,诸如将这些盘安装在包括弹簧触头结构的连接器上或者连接器接头的两个连接器上。还将认识到的是,低通滤波器可以被包括在连接器接头的任一个或两个连接器中。作为另一个示例,图2-4的连接器中所示的板电容器布置可以用其它电容器设计代替。而且,配对的连接器接头的两个外部导体延伸部之间的电流连接可以在外部导体延伸部之外。这种设计可能要求更好的低通滤波器,因为它可以不使用趋肤深度效应来提供电容性信号路径与电流信号路径之间的隔离。在一些实施例中,可以省略在连接器上提供的内部腔体中的一些或全部。

虽然以上主要参考附图描述了本发明,但是将认识到的是,本发明不限于所示的实施例;相反,这些实施例意在完全和完整地向本领域技术人员公开本发明。在附图中,相同的标号贯穿所有图指的是相同的元件。为了清楚起见,一些部件的厚度和维度可以被夸大。

空间相对术语(诸如“之下”、“下方”、“下部”、“之上”、“上部”、“顶部”、“底部”等)可以在本文中使用,以描述一个元件或特征与另外(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系,如图中所示。将理解的是,空间相对术语意在涵盖除了附图中所绘出的朝向之外在使用或操作中设备的不同朝向。例如,如果图中的设备被翻转,那么被描述为在其它元件或特征“之下”或“下方”的元件将被定向成在所述其它元件或特征“之上”。因此,示例性术语“之下”可以包括之上和之下的朝向二者。设备可以以其它方式定向(旋转90度或在其它朝向)并且本文使用的空间相对描述符被相应地解释。

为了简洁和/或清晰,可以不详细描述众所周知的功能或构造。如本文所使用的,表述“和/或”包括相关联列出的项中一个或多个的任何和所有组合。

本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例,而不意在限制本发明。如本文所使用的,单数形式“一个”和“该”也意在包括复数形式,除非上下文另有明确指示。还将理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

在本文中,术语“附连”、“连接”、“互连”、“接触”、“安装”等可以指元件之间的或者直接或者间接附连或接触,除非另有说明。

前述内容是对本发明的说明,而不应当被认为是对本发明的限制。虽然已经描述了本发明的示例性实施例,但是本领域技术人员将容易地认识到,在实质上不背离本发明新颖教导和优点的情况下,在示例性实施例中有可能进行许多修改。因而,所有此类修改都意在被包括在如权利要求书定义的本发明的范围内。本发明由以下权利要求定义,其中包括权利要求的等同物。



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