CN1825689A - 平衡微波电缆转接器 - Google Patents

Abstract

一种转接器包括连接器接口，该连接器接口具有第一同轴结构和第二同轴结构，其中第一同轴结构被构造成耦合到第一同轴传输线的第一中心导体上，而第二同轴结构被构造成耦合到第二同轴传输线的第二中心导体上。螺母围绕第一同轴结构和第二同轴结构。

Description

平衡微波电缆转接器

技术领域

本发明一般地涉及高频部件，更具体地，本发明涉及具有带有两个同轴微波结构的连接器接口的线缆。

背景技术

高频连接器用在线缆端部、封装引线(feedthrough)、转接器、探针以及类似应用中。连接器接口通常提供单同轴结构，该结构保持通过连接器的传输线路的特征阻抗。在一些应用中希望使用两个高频传输线的平衡技术，这是因为与非平衡技术相比，它们能够提供更多的信号和优越的抗扰性，但是一般会需要到器件或电路的两次或多次的连接。

目前可得到有两个同轴线缆的平衡线缆，该两个同轴线缆结合在用于该线缆大部分长度的单线缆外壳内部，但是这些平衡线缆基本上是具有常规线缆端部的两个同轴线缆。将线缆的大部分长度结合在一起避免一些线缆间的移动，并保持线缆合理地平衡，但是将线缆连接到器件需要连接每一个线缆端部，使得在线缆端部之间引起相对移动而产生测量误差或不确定性。其它目前可得到的类型的平衡线缆将两个同轴传输线的中心导体延伸通过单个连接器，而不将传输线的同轴结构保持通过连接器。这些类型的平衡线缆通常被用于低频(例如，低于200MHz)，它们不能够适合于使用在高频应用中。

发明内容

一种转接器包括连接器接口，该连接器接口具有第一同轴结构和第二同轴结构，其中第一同轴结构被构造成耦合到第一同轴传输线的第一中心导体，而第二同轴结构被耦合到第二同轴传输线的第二中心导体。螺母围绕第一同轴结构和第二同轴结构。

附图说明

图1A是根据本发明一个实施例结合在封装承载中的连接器接口的简化立体图。

图1B是根据本发明另一个实施例结合在平衡线缆的端部中的连接器接口的简化立体图。

图1C示出连接到图1B的连接器接口的图1A连接器接口的横截面图。

图1D是根据本发明另一实施例结合到封装承载中的连接器接口的简化立体图。

图2A示出根据本发明具有耦合到具有平衡线缆的矢量网络分析仪的连接器接口的电子器件。

图2B是根据本发明的替代实施例结合到平衡线缆端部中的连接器接口的简化立体图。

图3A示出根据本发明的实施例结合到连接到封装承载的转接器组件中的连接器接口。

图3B示出了可滑动螺母缩回时的图3A的转接器组件。

图3C示出了可滑动螺母延伸时的图3A的转接器组件。

图3D是图3A转接器组件的部分的横截面图。

图4A是根据本发明的实施例连接到连接器主体的转接器的立体图。

图4B示出图4A的转接器的横截面图。

图5A是根据本发明另一实施例的转接器的立体图。

图5B是图5A的转接器的简化横截面图。

图6A是根据本发明实施例的连接器主体的正视图。

图6B是沿图6A的A-A所取的横截面图。

图7是根据本发明另一实施例的连接器主体的正视图。

图8示出图3中所图示的转接器组件连接到电子器件，其中该电子器件具有到平衡矢量网络分析仪的传统封装引线。

具体实施方式

I、介绍

一种根据本发明实施例构造的连接接口包括单连接器内的两个同轴结构，与传统同轴连接器相比，此两个同轴结构提供优越的平衡高频性能并允许更近的针脚间距。平衡高频技术被用于各种应用中，诸如数字通信分析、数字示波器、晶片测试、差分矢量网络分析，或者运行并行的独立信号(诸如具有时钟信号的测试信号或具有参考信号的测试信号)。传统平衡测量技术使用一对连接器。如果使用传统连接器将同轴传输线连接到电子电路，诸如印刷线路板(PWB)、差分探针、集成电路、厚膜或薄膜混合微电路，则连接器被间隔得很远，以允许连接和断开每个连接器。在成对传统连接器产生的间隔的情况下，很难获得高频平衡电路。

II、示例性连接器

图1A是根据本发明实施例结合到封装承载10中的连接器接口9的简化立体图。封装承载包括具有用于将封装承载附接到电子器件封装上的通孔16、18的安装凸缘12、14。两个同轴结构20、22被结合到连接器接口中。同轴结构通常对应于连接器标准，诸如1.0mm、1.85mm、2.4mm、SMA或其它连接器标准。可替代地，同轴结构与任何连接器标准都不一致。不需要连接器接口内的每个同轴结构都具有相同的尺寸。在一个示例中，每个同轴结构都符合1.85mm连接器标准，其中中心针脚24、26支撑在同轴结构的导电外壁28、30内部。中心针脚是公-母型，但可替代地可以是通常所说的非公母型连接器的搭接或对接的中心针脚。

1.85mm连接器标准提供高达70GHz的高频性能。中心针脚具有柔性指部，以接收对接的中心导体(见图1B，参考标号46、48)。具有接收中心导体的中心针脚的连接器，诸如图1A中所图示的封装承载接口，通常被称作“母”连接器，而具有突出的中心导体或针脚的相对应连接器被称作“公”连接器。

套管32包括用于固定在对接部分(见图1D，参考标号76)被应用的螺母的螺纹34，其中对接部分被构造成旋至螺纹上。在一个替代方案中，螺母是在套管上，而对接连接器部分具有螺纹。在另一个替代方案中，使用卡口型、按扣(snap)或其它机械耦合技术。对准特征36极化连接器接口，并对准对接部分的中心导体，并当紧固螺母时防止一个部分相对于其它部分扭曲。对准特征是一个埋头孔，其被构造成接收对准针脚(见图1B，参考标号54)，对准针脚通常是倒圆的或倒角的，以利于***到孔中。在具体实施例中，连接器接口对的每一半都包括对应于对接部分上的对准孔和针脚的针脚和对准孔。在另一个实施例中，连接器接口对的一半具有两个针脚，而对接部分具有两个对准孔。针脚和孔可以偏置或具有不同直径，以进一步防止误插。连接器接口的极化确保正确的同轴结构耦合到对接部分上的它们相应的传输线。可替代地使用其它对准特征，诸如连接器接口的套管外部的键与槽。

一般希望在中心针脚接触中心导体之前对准针脚接触对准特征。对接部分还具有接触连接接口的内径38的缘部。缘部结合对准针脚起作用，以引导中心导体进入中心针脚中，而相对于中心针脚不会扭曲中心导体。扭曲可能使中心导体和/或中心针脚变形，并甚至可能折断中心针脚的指部。即使中心导体和中心针脚不是永久弯曲的，连接器的未对准或扭曲可能降低测量的准确性。具有径向对称性的传统连接器的中心针脚和中心导体通常不会因为仅仅对接连接器部分之间的扭曲而变形或损坏。为了保证连接器的外导体围绕1.85mm孔进行电接触，围绕会连接器的孔的表面可以稍微凸起，以减小表面平面度的影响。

图1B是根据本发明另一实施例结合到平衡线缆41端部中的连接器接口9′的简化立体图。连接器接口9′被构造成与图1A中所图示的连接器接口9对接。连接器接口的套管42包括缘部42，缘部42在同轴传输线50、52的中心导体46、48接触封装承载上的连接器接口的中心针脚之前部分地***到内径中(见图1A，参考标号38)。针脚54在中心导体接触中心针脚之前亦被部分地***到对准特征中(见图1A，参考标号36)。螺母(为图示清楚，在图1B中未示出)由连接器端部的脊部保持，以当螺母被紧固到封装承载的螺纹上以将平衡线缆上的连接器接口的面58固定到封装承载上的连接接口的相对面上时，允许螺母旋转。为了便利于将对准针脚适当定位到对准特征，耦合螺母或机构可以被构造成可缩回的，使得对准针脚是可见的并且能被定位成与对准特征对准。

图1D示出连接到图1B的连接器接口的图1A的连接器接口的横截面图。封装承载10被示出安装在电路封装60上。为了图示清楚，省略通常被***穿过封装承载的安装孔16、18并旋入至电路封装的螺栓孔62、64的螺栓。

封装承载10的连接器接口的中心针脚24、26由绝缘支座66、68支撑在同轴结构的内部，并接收平衡线缆41中的两个同轴线缆70、72的中心导体46、48。线缆端部74由金属机加工而成，并牢固地保持同轴线缆的端部。同轴线缆可以是半刚性的同轴线缆，其包括中心导体，该中心导体由绝缘隔离物与外导体分离。平衡线缆填充有柔性聚合物75，以支撑同轴线缆，并且当平衡线缆弯曲时通常保持同轴线缆相互之间的关系。线缆端部74上的螺母76接合封装承载10上的螺纹，以牢固地连接对接连接器的接口。可替代地，螺母提供在封装承载上，而线缆端部带有螺纹。类似地，封装承载或者是公连接器，而线缆端部是母连接器。可替代地，线缆端部可以被连接到双同轴结构，使得同轴结构的另一端制造有图1B的连接器特征。

在特殊实施例中，螺母76是可滑动的螺母，其可以向后滑动(缩回)，以暴露平衡线缆41中的两个同轴线缆70、72的中心导体46、48和对准针脚(未示出，见图1B，参考标号54)。提供可滑动螺母对于具有两个同轴结构的连接器接口来说是尤其希望的，因为这允许了对准针脚和两个同轴结构的同时正确对准。当将具有单同轴结构的传统连接器接口组装时，观察并不重要，因为没有针脚或其它结构要与对接特征对准。一般而言，传统单同轴连接器可以围绕中心轴线旋转。

引线针脚78、80从封装承载的相对端(远端)通过玻璃引线82、84延伸到电路封装60的内部。引线针脚然后可以电连接到电子电路86。引线针脚包括玻璃-金属密封，其密封电路封装。可替代地，引线针脚延伸到封装中，而不需要玻璃-金属密封。

图1C是根据本发明的另一实施例结合到封装承载中的连接器接口9的简化立体图。第一同轴结构20′包括公中心导体24′，而第二同轴结构22′包括第二公中心导体26′。如上参考图1A所描述，连接器接口9还包括安装凸缘12、套管32以及对准特征36。

III、平衡VNA测量和转接器

图2A示出了电子器件102，一般地被称为待测试器件(DUT)，其具有根据本发明耦合到具有平衡线缆41、41′的矢量网络分析仪(VNA)100的连接器接口104、106。每个平衡线缆都包含两个同轴传输线，并具有线缆端部，该线缆端部具有根据本发明连接到电子器件的相对应连接器接口上的连接器接口。

图2B是根据本发明另一实施例结合到平衡线缆端部中的连接器接口110的简化立体图。该平衡线缆类似于图1B所图示的平衡线缆；然而，该连接器接口是母连接器接口，类似于图1A所图示的母连接器接口，而非图1B所图示的公连接器接口。连接器接口具有两个同轴结构112、114，该同轴结构112、114具有接收对接连接器部分的中心导体的中心针脚116、118。对准特征36抑制连接器接口与对接部分连接或断开时发生扭曲。

图3A示出根据本发明的实施例具有连接到封装承载10的连接器接口136的转接器组件130。转接器组件将两个同轴线缆132、134(诸如半刚性同轴线缆)结合到连接器接口136中。封装承载上的滑动螺母137与转接器组件130的连接器接口136上的螺纹相配合。同轴线缆的相对端部都具有传统连接器端部138、140，诸如1.85mm或2.4mm的线缆端部。

封装承载提供约3mm间隔的差分引线针脚78、80。以这样近距离的提供差分引线针脚便利于电连接到PCB、微电路或集成电路(IC)，并且能够测量普通模式和差分模式的信号。转接器上的连接器接口和封装承载上的对接连接器接口为讨论目的被称为“差分连接器”。在具体实施例中，差分连接器与晶片探针一起使用，以提供对未封装IC的准确高频测量。希望引线针脚不超过5mm间隔(中心-中心)，以便利于从连接器接口到平衡器件或电路的转换。具体地，希望避免必须改变电路上的平衡传输线之间的间距以适应针脚间距。平衡传输线通常是平行的，并且在平衡传输线之间引入角度可能会引起不希望有的辐射模式。使用传统的并行同轴连接器封装的电路上的平衡传输线通常在封装壁附近分叉，以适应更宽的针脚间距(通常约11mm)，这改变了平衡传输线的特性。

根据本发明实施例的封装承载可以提供2mm间隔的针脚，而在另一个实施例中提供3mm间隔的针脚。对于连接到平衡高频电路和器件，尤其希望约3mm(±10％)的针脚间距是，这是因为其允许将针脚连接到平行平衡传输线，因此在高频上保持优越的传输特性。可替代地，在本发明其它实施例中提供5mm间距或7mm针脚间距。

例如，转接器组件130可以被用来将平衡测试线缆连接到具有传统差分封装承载的电子器件、用来将具有带有根据本发明实施例的连接器接口的封装承载的电子器件连接到传统的VNA、或用来利用平衡测试线缆来进行两端口测量(或用两个平衡测试线缆和两个转接器进行四端口测量)。具有螺母连接器对的部分通常是公的部分；然而，转接器组件是可替代的公-公、公-母、母-公或母-母型，而转接器组件130的差分连接器接口136可替代地具有螺纹的。

图3B示出可滑动螺母137缩回的图3A的转接器组件130。缩回可滑动螺母137暴露连接器接口的针脚54和面139。这允许操作者在连接器接口的面139与对接连接器接口对准时将针脚54对准至对接孔或其它对准特征。滑动螺母137然后向前滑动(延伸)，以配合对接连接器接口上的螺纹。当将针脚对准到其对接孔中时这可以避免螺母挡住操作者的视界。

图3C示出可滑动螺母137延伸的图3A的转接器组件130。一旦连接器接口被对准到其对接接口时，螺母向前滑动(延伸)，以接合对接螺纹，并将连接器接口彼此固定。

图3D是图3A的转接器组件的一部分的横截面图。可滑动螺母137以C形环143被应用在连接器主体141上。C形环143形成向后制动器，而连接器主体141上的脊部145形成向前制动器，可滑动螺母137的脚部147在其之间滑动。母-母型中心针脚149、151使同轴线缆132、134的中心导体153、155适应于母型连接器接口。中心针脚149、151被绝缘支座157、159保持在连接器主体141中。

在一些实施例中，同轴线缆中心导体的尺寸适于直接地将它们连接到对接连接器接口(例如，见图1B)。在其它实施例中，希望提供从同轴线缆的尺寸到连接器接口的转换，其中连接器接口具有更适合于特殊连接器接口标准的尺寸。类似地，同轴线缆的中心导体经常是相对软的铜或镀银铜。这允许线缆的方便的弯曲，但是铜中心导体可能不能承受在一些应用中引起的重复连接和断开，诸如微波部件的测试。

图4A是根据本发明的实施例连接到连接器主体161的转接器160的立体图。转接器使两个同轴线缆132、134适应于连接器接口162。可替代地，转接器使具有两个同轴线缆的平衡线缆适应于连接器接口(见图1C)。第一滑动螺母137相对于连接器主体141滑动，而第二滑动螺母170相对于转接器套管172滑动。

连接器接口162包括两个公型同轴结构164、166以及针脚54。凸起接地平面167围绕同轴结构164、166。凸起接地平面167实质上是台面型特征，该特征在连接器接口162的场168上方延伸一选择高度。选择的高度通常约0.08mm到约0.5mm。凸起接地平面在平坦面或者在另一个凸起接地平面区域上接触对接连接器的面，使得地-地电耦合接近同轴结构发生，这接着提供优越的传输特性。

图4B示出了图4A的转接器160的横截面图。转接器160包括两个母-公型中心针脚174、176，该针脚174、176用绝缘支座178、180、182、184布置在转接器套管172中。在具体实施例中，中心针脚174、176由金属制造，该金属比同轴线缆的中心导体材料(通常是铜或镀银的铜)更硬。这提供了能够被连接和断开更多次数而没有明显劣化传输特性的更可靠的连接器接口。在具体实施例中，中心针脚由铍铜合金制造并被镀金。可替代地，中心针脚由(诸如不锈钢)铁合金制造并被电镀或未电镀。

在另一个实施例中，转接器从同轴线缆的尺寸转换到连接器标准的尺寸。例如，半刚性同轴线缆经常被制造使得中心导体的直径接近于连接器标准的中心针脚的直径。从中心导体到中心针脚在直径方面的小变化在一些应用中是可以接受的，但在其他应用中是不可以接受的。使用提供从同轴线缆尺寸到连接器接口尺寸的转换的转接器改善从线缆端部到该线缆附接到其上的器件的传输特性。类似地，使用提供从同轴线缆尺寸到连接器接口尺寸的转换的转接器在特殊应用中(即，特殊连接器接口标准)选择同轴线缆类型方面允许更大的设计自由度。

图5A是根据本发明另一个实施例的转接器200的立体图。转接器200使两个同轴线缆132、134适应于连接器接口202。可替代地，转接器使具有两个同轴线缆的平衡线缆适应于连接器接口(见图1C)。转接器200包括基体204和壳体206，该壳体206为操作转接器200提供更大的抓取表面。壳体206还保护同轴线缆连接到基体204的部分(见图5B)。连接器接口202包括凸起接地平面167。

图5B是图5A的转接器200的简化横截面图。壳体206围绕连接器主体161和第一可滑动螺母137。转接器的壳体206和主体204通过为操作者在紧固或松开第二可滑动螺母208时提供大直径的外部而提供了更可靠的组件。

图6A是根据本发明实施例的连接器主体210的正视图。连接器主体210的面的凸起接地平面部分212在连接器主体210的场214的上方延伸选择的高度。凸起接地平面部分是数字8或沙漏的形状，这便利于机加工凸起接地平面部分，因为其在同轴外导体216、218之间不是分离的。凸起接地平面部分212增大了围绕同轴外导体216、218的对接连接器之间的压力(在对接连接器之间给定力的前提下)，改善了接地连续性以及由此的传输特性。

图6B是沿图6A的A-A所取的横截面图。凸起接地平面部分212在连接器面218的场214上方是在约0.08mm和约0.5mm之间。倒角220形成在连接器主体210的缘部上，以利于对准以及减少使用过程中的毛边。针脚54被装配到在连接器主体210中所钻的孔。

图7是根据本发明的另一实施例的连接器主体230的正视图。分离的凸起接地平面部分232、234围绕同轴外导体236、238。凸起接地平面部分使用各种技术形成，诸如铣磨、刻蚀、研磨处理以及电子放电机加工。

图8示出图3A中所图示的转接器组件130、130′，其将具有传统封装引线152、154、156、158的电子器件150连接到平衡VNA 100。转接器组件130将两个同轴传输路径从平衡线缆41分离成两个同轴传输线132、134。这些分离的同轴传输线通过转接器组件130的传统同轴线缆端部138、140连接到传统同轴封装引线152、154。另一个转接器组件130′类似地将传统同轴封装引线156、158用传统同轴线缆端部138′、140′连接到第二平衡线缆41′。这种构造可以使用平衡VNA和平衡线缆用来在传统差分两端口电子器件上进行平衡两端口测量、或者在四端口电子器件上进行四端口测量。

因为平衡线缆的稳定性，根据本发明实施例构建的结合有连接器接口的线缆端部的平衡线缆提供了优于与VNA***一起使用的传统线缆的希望的优点，。VNA 100和电子器件150之间的大部分传输线长度是平衡测试线缆41，与传统四线缆***或具有传统线缆端部的平衡线缆相比较，这保持通过连接器接口的平衡，并更少可能地引入由于测试线缆的移动而导致的测量误差。

虽然已经详细描述了本发明的优选实施例，但是很明显地，在不脱离所附的权利要求所提出的本发明的范围的情况下，本技术领域内的一般技术人员可以对这些实施例作出各种修改和改变。

本发明申请是在2002年12月4日由Hassan Tanbakuchi、Paul E.Cassanego以及Kenneth H.Wong递交的名为“BALANCED MICROWAVECONNECTOR AND TRANSITION”的美国专利申请序列No.10/309,543的部分接续申请。

Claims (13)

1.一种转接器，包括：

连接器接口，包括：

第一同轴结构，其具有第一中心针脚，所述第一中心针脚被构造成耦合到第一同轴传输线的第一中心导体，以及

第二同轴结构，其具有第二中心针脚，所述第二中心针脚被构造成耦合到第二同轴传输线的第二中心导体；以及

螺母，其围绕所述第一同轴结构和所述第二同轴结构。

2.如权利要求1所述的转接器，其中所述螺母是可滑动螺母。

3.如权利要求1所述的转接器，其中所述连接器接口还包括面，该面包括：

凸起接地平面部分，其围绕所述第一同轴结构和所述第二同轴结构中至少一个，以及

场部分。

4.如权利要求1所述的转接器，其中所述凸起接地平面部分围绕所述第一同轴结构和所述第二同轴结构中的每一个。

5.如权利要求1所述的转接器，其中所述凸起接地平面部分在所述面的所述场部分上方凸出在约0.08mm和0.5mm之间。

6.如权利要求1所述的转接器，其中所述第一中心针脚和所述第二中心针脚中的至少一个是母-公型的中心针脚。

7.如权利要求1所述的转接器，其中所述第一中心针脚和所述第二中心针脚中的至少一个是母-母型的中心针脚。

8.如权利要求1所述的转接器，其中所述第一中心导体由第一材料制造，而第一中心针脚是由第二材料制造，其中所述第二材料比所述第一材料更硬。

9.如权利要求1所述的转接器，还包括耦合到具有第二螺母的所述转接器上的连接器主体，其中所述第一同轴传输线和所述第二同轴传输线的每一个延伸通过将电耦合至所述转接器的所述连接器主体。

10.如权利要求9所述的转接器，其中所述第二螺母是第二可滑动螺母。

11.如权利要求9所述的转接器，还包括围绕所述第二螺母的壳体。

12.一种连接器接口，包括：

面，其具有凸起接地平面部分；

第一同轴结构，其从所述面延伸；

第二同轴结构，其从所述面延伸并大体上平行于所述第一同轴结构，所述第一同轴结构和所述第二同轴结构两者都布置在套管内；以及

对准特征，其被构造成将所述面对准到对接连接器接口。

13.一种连接器接口，包括：

面；

滑动螺母，其围绕所述面；

第一同轴结构，其从所述面延伸；

第二同轴结构，其从所述面延伸并大体上平行于所述第一同轴结构；以及

对准特征，其被构造成将所述面对准到对接连接器接口。

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