CN116706580A - 基于fpc的多通道射频连接器 - Google Patents

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龚明
聂美娟
杨威风
朱晓波
彭承志
潘建伟
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Hefei National Laboratory
University of Science and Technology of China USTC
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Abstract

本公开提供一种基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,包括:FPC柔性排线,包括多路射频信号通路;以及金属结构件,设置有多个射频信号通孔,每个射频信号通孔内通过绝缘子支撑固定有射频信号弹针;每个射频信号通孔周围均匀设置有多个接地弹针;其中,所述射频信号弹针和接地弹针被构造成可弹性的连接于对端连接部件和/或FPC柔性排线,以实现射频信号通过射频信号弹针进行传输。

Description

基于FPC的多通道射频连接器
技术领域
本公开涉及通讯、射频连接器技术领域,尤其涉及一种高密度的FPC多通道射频连接器。
背景技术
FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路)是以聚酰亚胺(PI)或聚酯薄膜为基材制作的一种具有高度可靠性、绝佳的可挠性印刷电路板,一般用于传输高速、数字信号或者电压、电流信号。在对外输入输出时,需要与连接器配合使用,以达到信号传递的目的。目前市面上的FPC多通道连接器主要是针对高速信号设计的,不适用于射频信号传输场景。射频连接器多为同轴结构,其主要电气特性包括特性阻抗、驻波比VSWR、***损耗、射频泄露、使用频率等。目前市面上的FPC连接器不能满足射频连接器的相关特性的要求,因此无法实现射频信号传输功能。
理论上,在某些场景下,用于PCB硬板的射频连接器也可以用于FPC软板。申请号为202011263889.4的中国专利公开了一种PCB板端多通道射频连接器,通过将单个同轴连接器进行多通道集成,形成了一个高密度多通道射频连接器组件。
以上方案仍是传统射频连接器公-母头配对使用方案,对插后高度较高,且连接器密度受结构和工艺能力的约束难以突破连接器标准界面尺寸,无法实现更极致的高密度场景,比如连接器中心间距小于2mm或者更小的场景;此外,公母对插时具有一定的插拔力 ,当多组集成使用时插拔力成倍数增大,造成安装、插拔困难,且容易受力损坏。
发明内容
基于上述问题,本公开提供了一种基于FPC的多通道射频连接器,以缓解现有技术中的上述技术问题。
(一)技术方案
本公开提供一种基于FPC的多通道射频连接器,包括:FPC柔性排线,包括多路射频信号通路;以及金属结构件,设置有多个射频信号通孔,每个射频信号通孔内通过绝缘子支撑固定有射频信号弹针;每个射频信号通孔周围均匀设置有多个接地弹针;其中,射频信号弹针和接地弹针被构造成可弹性的连接于对端连接部件和/或FPC柔性排线,以实现射频信号通过射频信号弹针进行传输。
根据本公开实施例,射频信号弹针和接地弹针的类型包括分体式双头弹针、分体式单头弹针、一体式弹性弹针。
根据本公开实施例,射频信号弹针和/或接地弹针的探针的尖部位置延伸至金属结构件外以与对端连接部件和/或FPC柔性排线相连。
根据本公开实施例,每个射频信号通孔和设置于该射频信号通孔内的绝缘子、射频信号弹针同轴设置。
根据本公开实施例,FPC柔性排线包括三层金属薄膜层和分别夹设于三层金属薄膜层之间的两层介质基材层,FPC柔性排线末端设置有金手指。
根据本公开实施例,位于FPC柔性排线上下表层的金属薄膜层为金属地,中间的金属薄膜层为射频信号传递层且设置有多路射频信号通路。
根据本公开实施例,相邻的射频信号通路之间等间距排布有金属化过孔阵列,用于相邻的射频信号通路之间的信号屏蔽。
根据本公开实施例,FPC柔性排线通过射频信号弹针和接地弹针平行连接于对端连接部件的安装面,或FPC柔性排线通过射频信号弹针和接地弹针垂直连接于对端连接部件的安装面。
根据本公开实施例,基于FPC的多通道射频连接器还包括金属屏蔽盖,金属屏蔽盖设置于FPC柔性排线的金手指和金属结构件上,并被构造成具有屏蔽隔离筋以用于FPC金手指相邻射频信号通道间的信号隔离。
根据本公开实施例,基于FPC的多通道射频连接器还包括定位销钉和紧固结构,被构造成用于金属结构件与对端连接部件和/或FPC柔性排线的定位和连接。
(二)有益效果
从上述技术方案可以看出,本公开基于FPC的多通道射频连接器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分:
(1)解决了FPC柔性排线用于传输多通道射频信号下接头对接的问题,提供了FPC射频连接器的解决方案;
(2)连接器采用了50欧姆同轴结构直接对接,取消了传统公-母头标准界面对接形式,易于实现更极致的小型化、高密度设计;
(3)采用弹针弹性接触的方式,实现了反复可插拔式对接,且避免了多通道公-母头对接时插拔力过大造成的安装、拆卸困难,容易受力损坏的问题;
(4)从FPC柔性排线通道间的隔离设计、到接头处屏蔽设计,双重保证了该FPC射频连接器的高隔离度特性。
附图说明
图1为本公开实施例的基于FPC的多通道射频连接器的对接场景示意图;
图2a为本公开实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属结构件的端面结构示意图;
图2b为本公开实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属结构件的侧视结构示意图;
图2c为本公开实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属结构件沿A′-A剖开的剖视结构示意图;′
图3为本公开另一实施例的基于FPC的多通道射频连接器的对接场景示意图;
图4a为本公开另一实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属结构件的俯视结构示意图;
图4b为本公开另一实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属屏蔽盖的正面结构意图;
图4c为本公开另一实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属屏蔽盖的背面结构示意图;
图4d为本公开另一实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属结构件的端面结构示意图;
图4e为本公开另一实施例的基于FPC的多通道射频连接器的金属结构件沿B′-B剖开的剖视结构示意图;
图5a为公开实施例的对端连接部上的射频信号弹针和接地弹针的弹针触点示意图;
图5b为图5a所示的弹针触点的侧视结构示意图;
图6a为本公开实施例的FPC柔性排线的俯视结构示意图;
图6b为本公开实施例的FPC柔性排线的剖视结构示意图;
图6c为本公开另一实施例的FPC柔性排线的俯视结构示意图;
图6d为本公开另一实施例的FPC柔性排线的剖视结构示意图;
图7a为本公开实施例的分体式双头探针的结构示意图;
图7b为本公开实施例的分体式单头探针的结构示意图;
图7c为本公开实施例的一体式弹性弹针的结构示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-FPC柔性排线;2-金属结构件;3-对端连接部件;4-射频信号弹针;5-接地弹针;6-绝缘子;7-金属屏蔽盖;701-屏蔽隔离筋;8-定位销钉;801定位销孔;9-紧固螺孔;10-金属薄膜层;11-介质基材层;12-金属化过孔;13-射频信号触点;14-接地触点;15-铟凸点;16-双头弹针;17-单头弹针;18-一体式弹性件;19-微型弹簧;20-探针。
具体实施方式
本公开提供了一种基于FPC的多通道射频连接器,主要用于改善FPC柔性排线的射频信号连接问题,特别是高密度情况下基于FPC的多路射频信号连接问题。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中,提供一种基于FPC的多通道射频连接器,结合图1、图3、图2a-图2c、图4a-图4e、图5a -图5b、图6a-图6d、图7a-图7c所示,所述基于FPC的多通道射频连接器包括:
FPC柔性排线1,包括多路射频信号通路;以及
金属结构件2,设置有多个射频信号通孔,每个射频信号通孔内通过绝缘子6支撑固定有射频信号弹针4;每个射频信号通孔周围均匀设置有多个接地弹针5;
其中,所述射频信号弹针4和接地弹针5被构造成可弹性的连接于对端连接部件3和/或FPC柔性排线1,以实现射频信号通过射频信号弹针4进行传输。
根据本公开实施例,FPC柔性排线的介质基材层11可以是聚酰亚胺(PI)薄膜,也可以是聚酯薄膜等。FPC柔性排线的金属薄膜层10可以是常规黄铜薄膜,可以是铍铜、康铜、锰铜等低导热系数金属薄膜层,从而实现低漏热性能;FPC柔性排线的金属薄膜层也可以是超导金属薄膜层,如铌膜、铌钛膜等,从而实现超低漏热、超低损耗特性,非常适用于信号读取线路。
根据本公开实施例,如图2c和图4e所示,金属结构件2的每个射频信号通孔和设置于该射频信号通孔内的绝缘子6、射频信号弹针4同轴设置,并设计为50欧姆标准特征阻抗。接地弹针5无需借助绝缘子,而是直接与金属结构件2接触装配。接地弹针5均匀分布在射频信号弹针4的周围,用于通道间信号隔离屏蔽。为提升信号密度,相邻通道中间位置可以共用接地弹针5。
根据本公开实施例,如图7a-图7c所示,射频信号弹针4和接地弹针5的类型包括分体式双头弹针16、分体式单头弹针17、一体式弹性弹针18(即弹针内部无不连续点)。分体式双头弹针16的主体的壳体或凹槽中设置有微型弹簧19,微型弹簧19的两端分别连接有探针20,使得探针20可弹性的连接于微型弹簧19上。探针20的尖部可根据实际应用的设置不同的结构。分体式单头弹针17的主体的壳体或凹槽中设置有微型弹簧19,微型弹簧19的一端连接有探针20,使得探针20可弹性的连接于微型弹簧19上。主体的壳体或凹槽的另一端封堵。一体式弹性弹针18中间部分设置有弹簧结构,弹簧结构的两端设置为探针20。使得两端的探针20可弹性的连接于对端连接部件3和/或FPC柔性排线1。上述微型弹簧和一体式弹性件也可以用毛纽扣或其他弹性件替代;上述弹针的两端的探针带有尖角特征,以利于弹性接触时提供更稳定、可靠的接触力。上述的弹针的材质可以是铍铜,其具备高强弹性、耐磨损、抗疲劳和抗应力松弛等优良特性。
根据本公开实施例,所述射频信号弹针4和/或接地弹针5的探针20的尖部位置延伸至金属结构件外以与对端连接部件2和/或FPC柔性排线1相连。
根据本公开实施例,如图1、图2a-图2c所示,所述FPC柔性排线通过射频信号弹针和接地弹针平行连接于对端连接部件的安装面,即FPC柔性排线180°平行于对端连接部件的安装面;则金属结构件2上装配的射频信号弹针和接地弹针组成的弹针阵列垂直于两个安装面,并与两个安装面上的触点同时弹性接触,例如一端的探针20与对端连接部件3的安装面上的射频信号触点13和接地触点14弹性接触,另一端的探针20弹性连接或焊接于FPC柔性排线上。此时,金属结构件2位于对端连接部件3和FPC柔性排线1两个安装面中间,类似三明治夹层结构。金属结构件2和FPC柔性排线1、对端连接部件3通过螺钉等紧固件方式装配固定到一起。装配过程中要求有精定位结构特征,从而保证高密度情况下的精准对位。精定位销钉可以做在金属结构件上,则FPC柔性排线1和对端连接部件3上设置有对应位置销钉孔及螺孔特征。
或如图3、图4a-图4d所示,所述FPC柔性排线通过射频信号弹针和接地弹针垂直连接于对端连接部件的安装面,即FPC柔性排线90°垂直于对端安装面。此时射频信号弹针4一端焊接到FPC柔性排线的金手指上,另外一端与要连接的对端连接部件3的安装面上的射频信号触点13弹性接触。接地弹针只需延伸出一端,例如选择分体式单头弹针17,分体式单头弹针17的探针20与接地触点14弹性接触。此时,金属结构件2上还需设置金属屏蔽盖7,整体上看金属结构件2分为了两部分,从而将FPC柔性排线1夹于金属结构件2与金属屏蔽盖7的中间。金属屏蔽盖7上等间距分布了屏蔽隔离筋701,用于FPC金手指相邻通道间的信号隔离。FPC柔性排线1、金属结构件和金属屏蔽盖三者通过螺钉紧固组装到一起,或者通过焊接方式组装到一起,从而形成FPC射频连接器组件。装配过程中要求有精定位结构特征,从而保证高密度情况下的精准对位。定位销钉优选做在金属结构件上,FPC柔性排线1和金属屏蔽盖7上对应位置设置有螺孔和定位销孔特征。
上述对端连接部件的射频信号触点13和接地触点14与金属结构件上的射频信号弹针和接地弹针的布局一一对应,射频信号触点13被一圈接地触点14包围,相邻通道间共用接地触点14。为了减小射频信号弹针4与射频信号触点的接触电阻,可以在触点上增加铟凸点15。
根据本公开实施例,如图6a-图6d所示,FPC柔性排线包括三层金属薄膜层10和分别夹设于三层金属薄膜层之间的两层介质基材层11,FPC柔性排线的末端设置有金手指(如图6a和图6c左侧的区域)。金手指用于连接电路和/或传递信号。位于FPC柔性排线上下表层的金属薄膜层10为金属地,中间的金属薄膜层10为射频信号传递层且设置有多路射频信号通路。相邻的射频信号通路之间等间距排布有金属化过孔12阵列,金属化过孔12阵列用于相邻的射频信号通路之间的信号屏蔽。
根据本公开实施例,如图6a至图6d所示,FPC柔性排线1包括两种典型传输线类型,即如图6a和图6b所示的共面波导传输线,和如图6c和图6d所示的带状线传输线。中间的金属薄膜层10的信号线达到末端连接位置时,可以通过金属化过孔12过渡到表层金手指。FPC柔性排线1上等间距均匀分布了N路射频信号线,相邻射频信号通路之间等间距排布了金属化通孔12,用于信号屏蔽提升通道隔离度。每路射频信号通路的信号传输线均设置为50欧姆标准特征阻抗。
根据本公开实施例,如图3、图4a、图4b、图4c所示,基于FPC的多通道射频连接器,还包括金属屏蔽盖7,所述金属屏蔽盖7设置于FPC柔性排线的金手指和金属结构件2上,并被构造成具有屏蔽隔离筋701以用于相邻射频信号通道间的信号隔离。多通道射频连接器还包括定位销钉8和紧固结构,被构造成用于金属结构件2与对端连接部件3和/或FPC柔性排线1的定位和连接。例如通过定位销钉8和对端连接部件3和/或FPC柔性排线1和/或金属屏蔽盖上的定位销孔801配合定位,然后通过紧固结构进行固定连接,例如紧固结构可以包括通过紧固螺孔9中安装紧固螺栓来固定连接,如将金属结构件2与对端连接部件3紧固连接,或金属结构件2与金属屏蔽盖7紧固连接。
根据本公开实施例,金属屏蔽盖7上可以设置N+1个屏蔽隔离筋7,用于完全将FPC柔性排线相邻通道间的信号隔离屏蔽,从而保证高隔离度指标。同时,金属屏蔽盖7上有定位销孔801和紧固螺孔9特征。
根据本公开实施例,通过紧固结构将柔性线1、金属结构件2和对端连接部件3三者锁紧后,射频信号弹针4和接地弹针5被压缩,从而产生弹力,使得射频弹针4和接地弹针5分别与射频信号触点13和接地触点14稳定可靠接触。
根据本公开实施例,上述的金属结构件2、金属屏蔽盖7的材质可以是黄铜、磷青铜等铜合金。
根据本公开实施例,上述的绝缘子6的材质可以是特氟龙或者聚酰亚胺PI,也可以是烧结的玻珠。
根据本公开实施例,射频信号弹针4和接地弹针5组成的阵列可以根据实际需求场景任意排布。
至此,已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是,在附图或说明书正文中,未绘示或描述的实现方式,均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式,并未进行详细说明。此外,上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式,本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述,本领域技术人员应当对本公开基于FPC的多通道射频连接器有了清楚的认识。
综上所述,本公开提供了一种基于FPC的多通道射频连接器,实现了PCB之间互联的高效信号传输,可用于超导量子计算的低温连接的大规模扩展。
还需要说明的是,以上为本公开提供的不同实施例。这些实施例是用于说明本公开的技术内容,而非用于限制本公开的权利保护范围。一实施例的一特征可通过合适的修饰、置换、组合、分离以应用于其他实施例。
应注意的是,在本文中,除了特别指明的之外,具备“一”元件不限于具备单一的该元件,而可具备一或更多的该元件。
在本文中,除了特别指明的之外,所谓的特征甲“或”(or)或“及/或”(and/or)特征乙,是指甲单独存在、乙单独存在、或甲与乙同时存在;所谓的特征甲“及”(and)或“与”(and)或“且”(and)特征乙,是指甲与乙同时存在;所谓的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”,是指包括但不限于此。
此外,除非特别描述或必须依序发生的步骤,上述步骤的顺序并无限制于以上所列,且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑,彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用,即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例,对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本公开的具体实施例而已,并不用于限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,包括:
FPC柔性排线,包括多路射频信号通路;以及
金属结构件,设置有多个射频信号通孔,每个射频信号通孔内通过绝缘子支撑固定有射频信号弹针;每个射频信号通孔周围均匀设置有多个接地弹针;
其中,所述射频信号弹针和接地弹针被构造成可弹性的连接于对端连接部件和/或FPC柔性排线,以实现射频信号通过射频信号弹针进行传输。
2.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,所述射频信号弹针和接地弹针的类型包括分体式双头弹针、分体式单头弹针、一体式弹性弹针。
3.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,所述射频信号弹针和/或接地弹针的探针的尖部位置延伸至金属结构件外以与对端连接部件和/或FPC柔性排线相连。
4.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,每个射频信号通孔和设置于该射频信号通孔内的绝缘子、射频信号弹针同轴设置。
5.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,所述FPC柔性排线包括三层金属薄膜层和分别夹设于三层金属薄膜层之间的两层介质基材层,FPC柔性排线末端设置有金手指。
6.根据权利要求5所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,位于FPC柔性排线上下表层的金属薄膜层为金属地,中间的金属薄膜层为射频信号传递层且设置有多路射频信号通路。
7.根据权利要求6所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,相邻的射频信号通路之间等间距排布有金属化过孔阵列,用于相邻的射频信号通路之间的信号屏蔽。
8.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,所述FPC柔性排线通过射频信号弹针和接地弹针平行连接于对端连接部件的安装面,或所述FPC柔性排线通过射频信号弹针和接地弹针垂直连接于对端连接部件的安装面。
9.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,还包括金属屏蔽盖,所述金属屏蔽盖设置于FPC柔性排线的金手指和金属结构件上,并被构造成具有屏蔽隔离筋以用于FPC金手指相邻射频信号通道间的信号隔离。
10.根据权利要求1所述的基于FPC的多通道射频连接器,其特征在于,还包括定位销钉和紧固结构,被构造成用于金属结构件与对端连接部件和/或FPC柔性排线的定位和连接。
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