CN108475872B - 单式rf连接器和包括多个这种单式连接器的成组连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别地旨在链接两个印刷电路板(PCB1、PCB2)的单式RF连接器(1),包括:中心刚性RF线路(A),其包括固定在刚性的电绝缘体(2)内的导电元件(30、40、50);至少一个柔性RF线路(B1、B2),其包括链接到所述中心刚性线路(A)的导电元件(30、40、50)的导电元件(31、32;41、42;51、52),并当被互补连接元件(PCB1、PCB2)的压力作用时其能够朝着占据任何靠近位置的所述绝缘体的端面(21、22)中的一个弯曲。

Description

单式RF连接器和包括多个这种单式连接器的成组连接器
技术领域
本发明涉及单式RF连接器。
这种单式(unitary)连接器可以特别地用于链接两个平行的印刷电路板,通常称为板对板连接或甚至将印刷电路板(PCB))链接到另一组件(诸如模块或滤波器)。
例如,本发明适用于连接,该连接用于链接在用于无线通信市场的RRU/RRH(远程无线电单元/远程无线电头端)发送器模块内部的板。
本发明通常还涉及医学领域、航空领域或传输领域、空间领域或甚至电信领域中的连接。
通过“RF连接器”,应该理解的是连接器能够将信号从直流(DC)范围传输到射频(RF)范围(包括超高频(HF)范围),信号是高速数字信号(用于高速数据链路的HSDL)或射频(RF)信号。
背景技术
随着无线通信技术的不断发展,板对板连接器在无线***模块互连(诸如通信基站、RRH、中继器、GPS设备以及其它类似应用)中正变得越来越广泛地使用。无线设备的三大趋势是尺寸更小、成本更低、以及安装更容易。对于板对板连接,市场也需要它们更小、更便宜、以及更模块化。
特别地,市场上和现有技术中已经存在专用于蜂窝无线电话基础结构的电信部门的连接组件的示例。实际上,这个市场中的趋势是将最小化RF(射频)部分的损耗,以便减少基站的放大元件。为此,一方面,站的实际无线电部分正越来越多地重新定位到尽可能靠近RRU/RRH发送器模块中的传输—接收天线,并且另一方面,无线电单元内部的RF引线正被直接互连取代。
所谓的板对板连接根据过去十年的连续几代而因此已经被开发。
用于直接互连板的第一代连接组件因此是已知的,例如来自Radiall名下SMP、SMP-Com、MMBX销售的第一代连接组件。这种连接组件分别包括卡扣装接(snap-fitting)(或“卡扣”)类型的第一插座、具有导锥(“插座上的滑动件”)的“滑动”(或光滑孔)类型的第二插座、以及具有分别固定到其末端的第一插座和第二插座的被称为适配器的连接联接器。因此通过滑动插座的导锥使连接联接器重新定中心而使连接失效。主要的缺点是对这些连接所允许的轴向未对准和径向未对准有很大限制。实际上,轴向未对准被限制在十分之几毫米(大约0.3毫米至0.6毫米),以便保持同轴线路的阻抗值在等于50欧姆的值处。径向未对准通过联接器在卡扣装接的插座的凹槽中的旋转获得,该旋转实际上相对较小以避免损坏中心触点(contact)和连接联接器具有的弹性装置。
第二代连接组件也是已知的,例如由Radiall公司名下SMP-MAX销售的或由Suhner公司名下MBX销售的或由Amphenol RF公司名下AFI销售的,或由Rosenberger公司名下LongWipe SMP和P-SMP销售的第二代连接组件。
链接两个印刷电路板的这种连接通常由三个元件组成,即:滑动类型的第一插座、具有卡扣装接的第二插座或固定类型的第二插座、以及具有分别固定到其末端的第一插座和第二插座的连接联接器。
第一插座和第二插座通常由黄铜制成并且没有弹性功能。连接联接器一般由昂贵的贵弹性金属材料(例如CuBe2或BZ4)制成,并在其每个末端处具有与第一插座和第二插座配合的弹性装置(例如瓣部和插槽)。
这种第二代连接使得可以增加可接受的轴向未对准值。因此,如特别是在专利申请WO 2010/010524中所描述的,这种增加可以由联接器末端处的阻抗补偿引起,这使得可以获得机械和电效率中的折衷(trade-off),而不管联接器相对于插座的倾斜度。
然而,所有已知的板对板连接都存在很多缺点。
一方面,因为这些连接的联接器具有通常由在它们末端处的瓣部组成的弹性装置,所以它们可能是易碎的。因此,当连接失效时,在联接器与滑动插座的导锥接触时,联接器被损坏是很常见的。
另一方面,连接的配置不可以获得足够大的径向未对准和/或轴向未对准。特别地,在不引起联接器的弹性装置的不期望的永久变形的情况下,不能达到一般大于3.5°的显著的旋转角度。这种永久变形导致电气性能水平(电连续性)的显著降低,这实际上限制了特别是对于要连接的板之间的小距离所允许的径向未对准。
最后,生产这些连接的成本相对较高,因此构成了对这种类型的市场的阻碍。特别地,由贵重材料生产连接联接器,特别是当联接器具有很大长度时,并且在该联接器中生产可能的插槽导致了不得不考虑的生产成本。
在根据专利申请WO 2010/010524的连接组件的情况下,所述连接实际上需要三个不同的零件(它们为连接器元件),也就是每个都被焊接在PCB上的两个插座和一个将两个插座连接在一起的加长的刚性联接器。当在大量的板对板连接中应用时,这种类型的解决方案可能导致非常大的***力,并使两个PCB之间的连接很困难。
专利US6231352B1中描述了实现板对板连接的另一种当前的解决方案。尽管其只采用一个连接器来实现板对板连接,但仍然需要焊接过程来将连接器的每个纵向端固定在PCB上。当在不同的板对板高度中应用时,这种解决方案不便于维护。此外,一旦完成维护,具有不一定很好控制的阻抗的连接器需要重新设计。这种解决方案对于需要某些模块化和标准化的应用来说不是很好。
因此,需要进一步改进板对板连接,特别是通过提供连接所需的最少零件;通过允许使用较少焊料以便提高安装效率的安装、具有易于取出连接的可能性的容易维护、一定的未对准容差、具有良好RF性能的受控阻抗线路、易于标准化和模块化的可能性、以及低成本。
本发明旨在满足这些需求的全部或部分。
发明内容
因此,根据其方面中的一个,本发明的主题是特别地旨在链接两个印刷电路板的单式RF连接器,包括:
-中心刚性RF线路,其包括固定在刚性的电绝缘体内的导电元件;
-至少一个柔性RF线路,其包括链接到中心刚性线路的导电元件的导电元件,并当互补连接元件的压力作用时能够朝着占据任何靠近的位置的绝缘体的端面中的一个弯曲。
换句话说,本发明包括限定具有电绝缘块的单件式连接器,该电绝缘块用作柔性导电元件的刚性支架,该柔性导电元件的中心部分刚性地分别固定在其中和/或块的外壁上。
在优选的实施例中,中心刚性RF线路至少由以下组成:
-形成中心触点的第一条带(strip)的中心部分;
-形成接地触点的至少第二条带的中心部分。
根据此实施例,柔性RF线路可以由第一条带和第二条带的至少一个自由端组成。
在变体中,柔性RF线路的接地触点和中心触点中的每个的两个自由端都朝着绝缘体的端面弯曲,并且都是柔性的,诸如它们每个都被配置为弹簧。
可选择地,接地触点和中心触点中的每个的仅一个自由端是柔性弹簧,接地触点和中心触点中的每个的其它自由端被配置为刚性耳片,以便被焊接到互补连接元件的触点。
根据有利的特征,接地触点条带或中心触点条带的每个柔性端包括形成接触点的凸起。
根据本发明的单式RF连接器可以包括:
-固定在绝缘体外部的一个或两个接地触点,或
-固定在绝缘体内部的一个或两个接地触点。
根据有利的变体,绝缘体的每个端面包括凹槽,每个凹槽能够容纳柔性线路的导电元件的柔性端,以便即使在互补连接元件的高压力的情况下也能机械地保护所述元件。
单式RF连接器可以有利地包括固定在绝缘体外部的电磁屏蔽。
接地触点的中心部分可以成形为围绕绝缘体和形成电磁屏蔽的外壳。
根据有利的变体,屏蔽包括允许单式连接器的浮动安装到固定器的柔性切口和耳片。
中心触点可以由高强度青铜(诸如CuBe2)制成。
接地触点和电磁屏蔽最终可以由不锈钢制成。
通过根据本发明的RF单式连接器获得的主要优点有很多并可以列举如下:
-与根据现有技术的连接解决方案相比,减少了用于建立用于板对板连接的触点的焊料的数量,因此防止了在多个平行互连的情况下的焊接问题;
-由于单式连接器的受控阻抗线路,可以传输高速数字信号(用于高速数据链路的HSDL)或传输高达15GHz的射频(RF)信号;
-当两个要连接的PCB之间的距离改变时,只需要修改连接器的长度以满足要求,这有利于标准化;
-可以使用在具有固定器的配置中的单式连接器,其中单式连接器根据浮动安装布置或者在其一端被焊接到PCB上;
-可以使用在具有固定器的成组配置中的多个单式连接器,其中多个单式连接器根据用于多个平行互连的浮动安装布置,这有利于模块化;
-通过堆叠单式连接器的不同高度来实现不同高度的板对板连接的设施;
-由于条带的自由端的偏转,可以很好地控制电触点电阻和未对准容错;
-与具有管脚插座的常规触点的通常互连组件相比,***力和拔出力大大减小;
-单式连接器可以很容易地从固定器中取出,这使得维护非常方便;
-例如,与根据现有技术的连接解决方案相比,用于实现单式连接器的成本大大减少。
根据另一方面,本发明涉及旨在用于链接两个印刷电路板的连接模块,包括:
-诸如除了具有待焊接的刚性耳片的变体之外,如上所述的至少一个单式RF连接器;
-固定器,其包括具有根据浮动安装容纳单式连接器的至少一个开口的框架。
有利地,框架包括布置在单个平面中的多个开口,在每个开口中根据浮动安装容纳单式连接器。
框架还可以包括布置在至少两个堆叠平面中的多个开口,在每个开口中根据浮动安装来容纳单式连接器。
根据另一方面,本发明涉及使用上述的单式RF连接器或上述连接模块来传输RF(射频)信号或HSDL(高速数据链路)信号。
最后,本发明涉及一种用于制造上述单式连接器的过程,包括以下步骤:
-冲压金属片(优选地是不锈钢),以成形接地触点条带并最终成形外壳;
-冲压金属片(优选地是高强度青铜),以成形中心触点条带;
-相对于接地触点条带,放置并保持中心触点条带;
-***模制绝缘材料以形成固定在中心触点条带的中心部分的内部和接地触点条带的中心部分的外部的绝缘体。
附图说明
阅读其示例性和非限制性实现的描述以及研究附图,将能够更好地理解本发明,其中:
-图1是根据本发明的第一实施例的单式连接器组件的透视图,
-图1A是图1的单式连接器的示出了容纳中心触点的中心部分的纵向截面图;
-图2是根据图1的单式连接器的顶视图;
-图3是根据本发明的包括四个单式连接器的示例性连接模块的透视图,四个单式连接器根据浮动安装被布置在共同的固定器中;
-图4A和4B是根据本发明的示例性连接模块的侧视图,分别示出了将模块设置在下面的PCB上的步骤和由于根据第一实施例的单式连接器的接触条带的偏转,实现与顶部的PCB的板对板连接的步骤;
-图5是类似于图4A和4B的透视图,但是具有根据本发明的大量的单式连接器,因此实现多个平行的板对板互连;
-图6是类似于图4A和4B的透视图,但是具有根据本发明和堆叠在两个相邻平面的大量的单式连接器,因此不仅实现多个平行的板对板互连而且实现了具有与图5中的不同高度的互连;
-图7是根据本发明的第二实施例的单式连接器组件的透视图;
-图8是根据第二实施例的单式连接器的侧视图,其示出了将连接器的自由端设置和焊接到板对板连接的下面的PCB;
-图9和9A分别是根据本发明的单式连接器的变体的透视图和侧视图;
-图10和10A分别是根据本发明的单式连接器的另一变体的透视图和侧视图;
-图11是根据本发明的单式连接器的另一变体的透视图;
-图12是根据本发明的单式连接器的另一变体的透视图。
具体实施方式
图1和1A示出了沿着纵轴X延伸并首先包括刚性的电绝缘体2的单式射频(RF)连接器1的第一实施例。
形成中心触点的条带3包括固定在绝缘体2内部的中心部分30和布置在绝缘体外部的两个自由端31、32。中心触点3的两个自由端31、32每个都朝着绝缘体2的端面21、22弯曲。两个自由端31、32都是柔性的,诸如它们每个都被配置为弹簧。中心触点条带3的每个柔性端31、32包括形成接触点的凸起33、34。
一起形成接地触点的其它两个条带4、5被完全布置和固定在绝缘体2的外部。每个接地触点4、5的两个自由端41、42;51、52朝着绝缘体的端面21、22弯曲。它们与中心触点条带3的自由端31、32平行布置。两个自由端41、42;51、52也是柔性的,诸如它们每个都被配置为弹簧。
如图1所示,从RF角度来看,一方面的条带31、41以及51,另一方面的32、42以及52的柔性部分的每一侧都限定了柔性RF线路B1或B2。在这两个柔性RF线路B1和B2之间,刚性RF线路A由绝缘体2和本文条带的部分30、40、50组成。换句话说,在图1至图8所示的实施例中,单式RF连接器1包括三个RF线路,在其中心的一个刚性RF线路,和在其两端的两个其它的柔性RF线路。当然,要注意控制这些线路的阻抗。
在优选的实施例中,中心RF线路A的尺寸被设定为使得其可以被描述为微条带线路类型。导电条带3、4、5具有从0.05直到0.25mm的典型的厚度,和从0.5到2.5mm的典型的宽度。
根据本发明,每个触点弹簧31、32;41、42;51、52在被互补的连接元件的压力作用时能够朝着占据任何靠近位置的绝缘体2的端面21、22中的一个弯曲。
如在图1和1A中详细示出的,绝缘体2的每个端面21、22包括凹槽20。每个凹槽20能够容纳接地触点条带4、5或中心触点条带3的柔性端31、32;41、42;51、52,以便即使在互补连接元件的高压力的情况下也能机械地保护所述条带。换句话说,即使在由PCB的位移而引起的最大压缩载荷以便实现板对板连接的情况下,通过它们在确保其安全的凹槽中的容纳来保护条带。
以有利的方式,接地触点条带或中心触点条带的每个柔性端31、32;41、42;51、52包括形成接触点的凸起33、34;43、44;53、54。该接触点限定了具有互补连接元件(诸如PCB的导电轨)的触点的精确电触点。
优选地,接地触点4、5的中心部分成形为围绕绝缘体2并形成中心刚性RF线路A的电磁屏蔽的外壳6。换句话说,接地触点4、5在单个零件6中生成,其中不仅自由端41、42;51、52被切割,保护屏蔽也被切割。
根据图3所示的有利变体,其提供了包括具有至少一个开口71、72、73、74的框架70的固定器7,其中根据浮动安装来容纳至少一个单式连接器。
通过“浮动安装”,要理解为通常的技术含义,即允许将单式连接器平移一定位移到框架中的安装。
在图3所示的示例中,浮动安装通过在外壳6的侧面端中形成的柔性切口60来确保,外壳6的侧面端与固定器的框架70的开口71、72、73、74的壁机械接触,例如在维持固定器7的同时,在自由端31、41、51处的压力导致具有朝着框架70的下部的摩擦的单式连接器1的位移。
在图3所示的示例中,框架70实质上是具有多个四个相同的开口71、72、73、74的正方形,四个相同开口中的每个都安装单式连接器1。
此固定器7的功能如下:
-固定根据本发明的多个单元连接器1;
-单式连接器1的分组;
-在确保连接互补连接元件之前引导连接器。
固定器7优选为塑料材料,但其也可以为金属。
如图4A和4B所示,在与板对板连接的关系中,容纳多个单式连接器1的固定器7被放置到下面的PCB 2上,其中触点的自由端面向PCB 2的接触轨。一旦进行放置,顶部的PCB1朝着下面的PCB 2移动,导致接地触点4、5和中心触点3的所有自由端31、32;41、42;51、52同时偏转。无论两个PCB1、PCB2之间的未对准容差如何,接触点33、34;43、44;53、54都被非常精确地放置。
综上所述,两个平行的PCB1、PCB2可以通过接触点的压缩来实现良好的电接触。PCB1和PCB2之间的共面信号传输可以通过控制自由端31、32;41、42;51、52的宽度以及它们的缺口来实现。因此,保证了良好的RF或HSDL信号性能。单式连接器的浮动安装能够平衡力,并平均分配弹簧在每个自由端的压缩。
固定器7的高度可以高达20或25mm,然而单式连接器1的高度可以是4mm、5mm以及7mm。
相同的固定器7可以容纳大量的单式连接器1。
因此,如图5所示,相同的固定器7可以具有布置在单个平面中的大量开口以容纳多个单式连接器。在示出的此示例中,在每行包括十六个连接器1.1至1.16的单个平面中有两行。换句话说,连接模块可以被配置成具有固定器7的成组配置,其中多个单式连接器根据用于多个平行的互连的浮动安装被布置,这有利于模块化。
如图6所示,也可以将单式连接器1堆叠在相同的固定器7中。在所示的示例中,它们是两个平面的两行,每行包括堆叠的十六个连接器1.1A至1.16A和1.1B至1.16B。可以堆叠根据本发明的单式连接器1,有助于实现不同高度的板对板连接。此外,堆叠单式连接器1允许在板对板连接中增加轴向容差并增加模块化。
图7和8中示出了单式连接器1的第二实施例。中心触点3和接地触点4、5的相应的自由端31、41、51中的仅一个再次被配置为第一实施例中的一个,即朝着绝缘体2的端面21弯曲和配置为弹簧。
相反,其它自由端32、42、52每个都被配置为刚性耳片,以便焊接S到互补连接元件PCB2的触点。
在根据第二实施例将单式连接器的一端22焊接在PCB上的该第二实施例中,提供了拾取焊盘24,其用于利用传统的“拾取和放置”设备将单式连接器设置在PCB2上。
在图9和9A中,示出了固定在绝缘体2内部的微条带形状下方并且具有固定在体2外部的仅一个大的接地条带4的中心触点3的变体。
图10和10A中示出了另一个变体:两个接地条带4、5与中心条带3共面并且固定在绝缘体2内。在体2的外部,存在具有柔性部分的大条带6,柔性部分形成由中心条带3和绝缘体2构成的中心线路A的电磁屏蔽。
图11是具有共面信号线路3、4、5和简单RF屏蔽6的另一变体,其不同于图10和10A中所示的变体在于屏蔽6不具有布置在形成共面线路3、4、5的条带3、4、5的柔性端31、41、51外部的柔性部分。
图12所示的变体允许将由连接器1传输的最大频率增加到大约15GHz。由RF柔性线路的接地条带6创建的双重接地与柔性条带4和5的接地的关联使RF刚性线路的接地中的电流均匀化。
可以在以不脱离本发明的框架的任何方式的情况下提供其他变体和增强。
除非另有说明,表述“包括”应理解为与“包括至少一个”同义。

Claims (17)

1.一种单式RF连接器(1),包括:
-中心刚性RF线路(A),其包括刚性地固定在刚性的且包括两个端面电绝缘体(2)内的导电元件(30、40、50);
-至少一个柔性RF线路(B1、B2),其包括链接到所述中心刚性RF线路(A)的导电元件(30、40、50)的导电元件(31、32;41、42;51、52),并当被互补连接元件(PCB1、PCB2)的压力作用时能够朝着占据任何较靠近的位置的所述电绝缘体的端面(21、22)中的一个弯曲;
所述中心刚性RF线路(A)的电磁屏蔽,所述电磁屏蔽固定在所述电绝缘体的外部;
其中所述电磁屏蔽包括允许单式RF连接器的浮动安装到固定器中的柔性切口或耳片。
2.根据权利要求1所述的单式RF连接器(1),其中所述中心刚性RF线路(A)至少由以下组成:
-形成中心触点的第一条带(3)的中心部分;
-形成接地触点的至少第二条带(4;5)的中心部分。
3.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),其中所述柔性RF线路(B1、B2)由所述第一条带和所述第二条带的至少一个自由端组成。
4.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),所述柔性RF线路(B1、B2)的接地触点和中心触点中的每个的两个自由端朝着所述电绝缘体的端面弯曲,并且每个都被配置为弹簧。
5.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),所述接地触点和所述中心触点中的每个的仅一个自由端(31、41、51)是柔性弹簧,所述接地触点和所述中心触点中的每个的其它自由端(32、42、52)被配置为刚性耳片以便被焊接到互补连接元件(PCB2)的触点。
6.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),接地触点条带或中心触点条带的每个柔性端包括形成接触点的凸起(33、34;43、44;53、54)。
7.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),所述中心刚性RF线路包括一个或两个接地触点,所述接地触点被固定在所述电绝缘体(2)外部。
8.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),所述中心刚性RF线路包括一个或两个接地触点,所述接地触点被固定在所述电绝缘体(2)内部。
9.根据权利要求1所述的单式RF连接器(1),所述电绝缘体(2)的端面(21、22)中的每个端面包括凹槽(20),每个凹槽能够容纳所述柔性RF线路(B1、B2)的导电元件的柔性端,以便能机械地保护所述导电元件。
10.根据权利要求1所述的单式RF连接器(1),形成接地触点的至少第二条带(4;5)的中心部分成形为围绕所述电绝缘体(2)并且形成所述电磁屏蔽的外壳(6)。
11.根据权利要求1所述的单式RF连接器(1),所述中心触点由青铜制成。
12.根据权利要求2所述的单式RF连接器(1),所述接地触点和最终的所述电磁屏蔽由不锈钢制成。
13.一种旨在用于链接两个印刷电路板(PCB1、PCB2)的连接模块,包括:
-根据权利要求1的至少一个单式RF连接器(1);
-固定器(7),其包括具有至少一个开口(71、72、73、74)的框架(70),在所述至少一个开口中根据浮动安装容纳所述至少一个单式RF连接器。
14.根据权利要求13所述的连接模块,所述框架包括布置在单个平面中的多个开口,在每个开口中根据浮动安装容纳所述至少一个单式连接器中的一个。
15.根据权利要求13所述的连接模块,所述框架包括布置在至少两个堆叠平面中的多个开口,在每个开口中根据浮动安装容纳所述单式连接器。
16.一种根据权利要求1所述的单式RF连接器或根据权利要求13所述的连接模块来传输RF(射频)信号或HSDL(高速数据链路)信号的使用。
17.一种用于制造根据权利要求2所述的单式连接器的过程,包括以下步骤:
-冲压金属片,以成形形成了所述接地触点的至少一个条带并最终成形外壳;
-冲压金属片,以成形所述中心触点条带;
-相对于所述接地触点条带,放置和保持所述中心触点条带;
-***模制绝缘材料以形成固定在所述中心触点条带的中心部分内部和所述接地触点条带的中心部分外部的所述电绝缘体。
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