CN205069829U - 联接结构、通讯结构和逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及联接结构、通讯结构和逆变器。用于在一个天线(30)与一个发送/接收单元(40)之间的电分离式高频信号传输的一种联接结构(50)，该联接结构(50)包括安排在一个多层印刷电路板(300)的第一金属层中的一个第一参考板(200)，和安排在该多层印刷电路板(300)的第二金属层中的一个第二参考板(21)。该第一参考板(200)连接该发送/接收单元(40)的一个参考电位端子(42)并且该第二参考板(200)连接该天线(30)的一个参考电位端子(32)。该联接结构进一步包括：一个第一金属线(220)，该第一金属线连接该发送/接收单元(40)的一个信号端子(41)并且安排在一个多层印刷电路板(300)的第三金属层中；以及一个第二金属线(230)，该第二金属线连接该天线(30)的一个信号端子(31)并且安排在多层印刷电路板(300)的一个第四金属层中，该第三和第四金属层插在该第一和该第二金属层之间。在垂直于该多层印刷电路板的平面的一个伸出部中，该第一参考板(200)和该第二参考板(210)形成带有一个边界线(250)的一个互补安排，并且该第一金属线(220)和该第二金属线(230)形成一个环结构(240)，该环结构(240)包括一个第一环区段(241)和一个第二环区段(242)、该第一金属线(220)和该第二金属线(230)在该第一和第二环区段中平行于彼此地延伸，以及一个第三环区段(243)和一个第四环区段(244)，该第三环区段和该第四环区段在两端处安排在该第一和第二环区段之间。该第三环区段(243)是由该第一金属线(220)单独形成的并且该第四环区段(244)是由该第二金属线(230)单独形成的。该第一金属线(220)的一端和该第二金属线(230)的一端在该伸出部内各自位于该边界线(250)处。该联接结构(50)可以形成一个通讯结构(20)的一部分，并且该通讯结构20可以实施在一个逆变器(1)内。

Description

联接结构、通讯结构和逆变器

技术领域

本实用新型涉及用于电分离式高频信号传输的联接结构和相应的逆变器。该结构被适配成尤其使用在多层印刷电路板(PCB)中。

背景技术

其已经变成技术产品来实施在电子装置内的通讯选项。以此方式，这样的电子装置的远程监视或控制已经变得可行。有利地，使用了无线通讯解决方案来使得对于通讯的装设努力最小化。已知的是针对在发送与接收单元之间交换数据实施诸如蓝牙、WLAN、ZigBee或类似的射频传输。

例如在文献US2010/0245202中披露了一种用于在PCB内传输射频信号的联接结构。

如果在信号线以及天线的参考电位线相对于其发送或接收单元之间要求电分离的话，就产生了对在装置内传输信号的特定要求，正像例如在光伏逆变器中常见的那样。提供这样一种分离的已知的通过电容器的选项可能在这种情况下并不可行，因为额定绝缘电压有时显著超过5kV所要求的这样的电容器要求通常是不可供使用的，太过昂贵的，或它们趋于过度衰减高频传输信号。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供用于在天线和发送或接收单元之间电分离的条件下传输高频信号的联接结构，这种结构是成本有效的并且同时确保了高的传输质量。

根据本实用新型用于在一个天线和一个发送/接收单元之间的电分离式高频信号传输的一种联接结构包括：安排在一个多层印刷电路板的第一金属层中的一个第一参考板，和安排在该多层印刷电路板的第二金属层中的一个第二参考板。该第一参考板就是或可以连接该发送/接收单元的一个参考电位端子并且该第二参考板就是或可以连接该天线的一个参考电位端子。该联接结构进一步包括：一个第一金属线，该第一金属线连接该发送/接收单元的一个信号端子并且安排在一个多层印刷电路板的第三金属层中；以及一个第二金属线，该第二金属线连接该天线的一个信号端子并且安排在多层印刷电路板的一个第四金属层中。该第三和第四金属层插在该第一和该第二金属层之间。在垂直于该多层印刷电路板的平面的一个伸出部中，该第一参考板和该第二参考板形成带有一个边界线的一个互补安排。该第一金属线和该第二金属线在此伸出部中形成一个环结构，其中，该环结构包括一个第一环区段和一个第二环区段、该第一金属线和该第二金属线在该第一和第二环区段中平行于彼此地延伸。在一个第三环区段和一个第四环区段中，该第三环区段和该第四环区段各自在两端处安排在该第一和第二环区段之间，该环结构是对应地由该第一金属线和该第二金属线单独形成的。该第一金属线的一端和该第二金属线的一端在该伸出部内各自位于该边界线处。

所阐述的联接结构允许低损耗的高频信号传输，其中该信号电位以及该参考电位是电分离的。这些不同导体电位是定位在一个多层印刷电路板的不同层上的，从而使得无需考虑漏电路径长度。因此，联接结构变得尤其紧凑并且在PCB上要求小的面积。同时，即便是如在光伏逆变器中额定出的若干千伏的大电位差，例如5kV或甚至大于6kV，也彼此可靠绝缘。

在一个伸出部中，该联接结构可以包括一种圆形形状，诸如圆形或椭圆形，或一种矩形形状。也想象了既带有多个拐角又带有圆形的一种混合体。

优选，该第二和/或第三金属层可以安排在包括参考电位板的该第一和第四金属层之间。尤其有利的是将该第二金属层安排在该第一和该第三金属层之间。这导致了这些信号载线之间有效的联接。

在本实用新型的实施例中，这些金属线的宽度在环结构内是与该环结构的连接区段相关联地变化的。优选，金属线在环结构内的宽度是与该连接结构相关联地增加的。此外，这些金属线在该环结构内的宽度可以变化的，例如宽度可以在环区段之间发生变化，诸如第一和第二环区段内的宽度大于第三和第四环区段内的宽度。优选，各环区段的长度和宽度被选择成提供在第一和第二环区段内传输的这些信号分量的一个构造性界面。所有这些措施都适于在选定的频率范围内改善信号的传输质量。

尤其技术上感兴趣的高频信号的频率范围是在2GHz和3GHz之间，和在5.5GHz和6.5GHz之间。这些频率范围被认可用于数据信号射频传输。

如本实用新型的另外的方面，提供的通讯结构包括一个天线，一个发送/接收单元以及前述联接结构。该联接结构将该天线电分离地联接至发送/接收单元。同时，有可能在该天线和该发送/接收单元之间传输信号。

这种通讯结构可以形成逆变器、尤其是光伏逆变器的一部分，并且提供通过诸如蓝牙，WLAN，和ZigBee的射频传输协议来进行无线通讯。

附图说明

以下，借助于附图展示和解释了本实用新型的多个实施例，这些附图示出了：

图1示出了带有根据本实用新型的通讯结构的逆变器；

图2以联接结构的部件的部分覆盖的视图示出了根据本实用新型的联接结构的俯视图，其中，图2a示出了联接结构50的多个部分叠置的部件的完全安排，图2b和图2c各自仅示出了这些部件的一部分以便展示这些部件是如何叠置的；

图3示出了沿着图2的线II-II’穿过联接结构的截面，

图4以部分覆盖的视图示出了根据本实用新型联接结构带有圆环结构的变体的俯视图，其中，图4b示出了金属线223，图4c示出了金属线220，而图4b和4c彼此叠摞就产生了图4a的结构；

图5以部分覆盖的视图示出了根据本实用新型联接结构带有矩形环结构的变体的俯视图，其中，图5a示出了根据本实用新型的、与图2结构不同的联接结构50，而图5b、图5c中示出了所导致的这两个金属线220和230的走向；

图6示出了根据本实用新型联接结构带有不同线宽度的金属线安排变体的三个详细视图，其中，图6a示出了一种逐渐减小的线宽度，尤其是台阶式减小的线宽度，图6b示出了金属线所谓的“锤头”设计，图6c示出了环结构240针对环区段241、242、243、244各自带有单独线宽度的另一变体；并且

图7示出了联接结构不带环结构的变体，其中，图7a示出了联接结构50的俯视图，而图7b示出了沿着线III-III’的截面。

具体实施方式

这些附图被考虑成是对本实用新型多个方面的展示。元件的种类，形式和安排仅仅是实现创造性的传授内容的实例，并且并非意味着使得本实用新型受限于所示出的实施例。术语诸如“在上方”，“在下方”，“左”，“右”和类似的表述是与附图中的位置相关联的，并且应该支持更易于理解说明书。因此，这些术语并非提出权利要求的设备的本质特征，该设备也可以包括其他取向的元件。本实用新型仅应受限于权利要求的措辞。

图1示出的逆变器1可以具体是太阳能逆变器。逆变器1包括发送/接收单元40，该单元通过两个导体连接联接结构50。发送/接收单元40的信号端子41连接联接结构50的第一端子51，而参考电位端子42连接联接结构50的第二端子52并且连接参考电位60。

联接结构50进一步连接天线30，其中天线30的信号端子31连接联接结构50的第三端子53，并且天线30的参考电位端子32连接联接结构50的第四端子54。任选地，参考电位端子32可以如所示出地连接逆变器1的壳体10。壳体10可以被连接到大地电位70。所提及的这些部件可以形成逆变器1的通讯结构20的多个部分。

未示出逆变器1的诸如连接的太阳能发电器或电网连接的其他部件以简化展示。在这样一种应用中，在逆变器1运行过程中参考电位60与大地电位70相差若干100伏特，例如600V至1000V。在这样的情况下，联接结构50被多种因素要求确保上至超过运行电压的电压的电分离。例如，安全规范在给定环境下要求上至6000V电压的电分离，而对有待传输的高频信号的衰减足够低。仅含有单一电容器的联接结构目前不能满足这样的规范。此外，这样的一个电容器或多个电容器会要求显著的空间，因为要为电容器电极的可靠的绝缘提供足够的漏电路径长度。

图2示出了根据本实用新型形成为多层PCB内的金属结构的联接结构的俯视图。该俯视图对应于PCB平面上的一个伸出部，其中所示出的这些部件是分布在PCB的多个金属层上的。在图2a中，示出了联接结构50的多个部分叠置的部件的完全安排，而图2b和图2c各自仅示出了这些部件的一部分以便展示这些部件是如何叠置的。因此，图2a形成了图2b和图2c二者的叠加。

第一参考板200作为多层PCB的第一金属层的一部分延伸到边界线250。此边界线250还形成了多层PCB的一个不同金属层的第二参考板210的边界，其中第二参考板210延伸到边界线250与第一参考板200相反的一侧。因此，第一和第二参考板200，210形成互补安排，其中这些参考板在俯视图中并不叠置，而是形成联接结构50的互补覆盖。第一和第二参考板200、210的这些金属层被有利地选择为多层PCB的外部金属层。

图2c还除参考板200之外示出了第一金属线220，该第一金属线包括连接区段221和联接部段222。参考板200和第一金属线220是形成在PCB不同的金属层内的并且联合形成了用于使高频信号进入或离开联接结构50的波导。为此目的，连接区段221可以通过端子51连接信号端子41，并且参考板200可以通过端子52连接图1发送/接收单元40的参考电位端子42。联接部段222具有钩状形状，这样使得联接部段222的一部分与参考板200叠置，而延伸跨过边界线250，并且经两个拐角返回到边界线250。

图2b示出第二金属线230以及参考板210，该第二金属线带有连接区段231和联接部段232。参考板210和第二金属线230是形成在PCB另外不同的金属层内的并且联合形成了用于使高频信号进入或离开联接结构50的波导。为此目的，连接区段231可以通过端子53连接信号端子31，并且参考板210可以通过端子54连接图1天线30的参考电位端子32。联接部段232的形状对应于联接部段222转过180°的形状，并且也终结于边界线250处。

如图2a中示出的，这些联接部段222、232是相对于彼此侧向安排的从而形成了矩形环结构240，该矩形环结构分成四个环区段241、242、243、244。在第一环区段241和第二环区段242中，联接部段222、232二者叠置，而在第三环区段243中环结构240仅由联接部段232形成，并且在第四环区段244中环结构240仅由联接部段222形成。第三和第四环区段243、244在两侧安排在第一环区段241和第二环区段242之间。

优选，这些金属线220、230被形成为使得这些金属线之一的形状可以通过绕联接结构240的中心点转过180°来变形成另一金属线的形状。以此方式，该结构在两个传输方向上提供了相当的传输特性。

第一金属线220的连接区段221包括与联接部段222相比更小的宽度，由此在由金属线220和参考板200形成的波导的波阻抗中在从连接区段221转换到联接部段222处提供了一个台阶。一个进一步的波阻抗台阶沿着波导发生在第一金属线220跨过由于参考板200终结而产生的边界线250处。在由第二金属线230和参考板210形成的波导发生了对应的波阻抗台阶。可以想象的是通过在连接区段221与联接部段222之间的转换处增加金属线宽度而不是如上所述减小金属线宽度地来使得波阻抗台阶生效。对最优宽度的选择尤其取决于PCB基板的特性和尺寸。

通过环区段之间转换位置处的这些波阻抗台阶就致使高频信号的波模式变形成其他波模式，从而使得信号被至少部分地从一个波导传送给另一波导。可以通过选择环结构240合适的尺寸来实现对于构造性界面的对应的台阶位置处所传送的信号分量的相取向的调整。以此方式，可以针对联接结构的运行频带(例如2.4-2.5GHz)来优化联接结构的反射和传输特性。这些特性可以是用以下非排他性参数列表来调整的：

-这些金属层的厚度和材料

-这些金属层之间的距离和这些金属层之间电介质材料的种类

-这些金属线220、230在对应的环区段中的宽度和长度

-这些金属线220、230在边界线250上的叠置部260的长度，在此实例中是环结构240长度的一半，以及环结构240的宽度270。

优选针对宽度270选择运行频率波长λ的十分之一，并且选择λ/13.5的叠置部260长度。

以下表格针对运行频带为2.4-2.5GHz的联接结构50给出了一个实例组的参数：

为了更好地展示联接结构50这些部件的安排，图3示出了图2a联接结构沿着线II-II’的截面。参考板200是上部金属层的一部分，参考板210是下部金属层的一部分。这些金属层可以是多层PCB300的外部金属层并且布置在其外部表面处。然而，也可以将另外的金属层布置在上面，对应地在这些参考板200、210之下。以下说明中上部和/或下部金属层，以及所参照的其他金属层，可以包括铜或用在PCB中的任何其他金属或金属合金。

在这些参考板200、210的这些金属层之间安排了两个另外的金属层，其中一个金属层(面向下部参考板210并且通过一层绝缘材料与其分开)包括第二金属线230。第二金属线230与参考板210相组合而形成波导。第二金属线230在截面II-II’中以叠置部260达到参考板210终结于边界线250处，并且形成第三环区段243的一部分。与图3中示出的不同，第二金属线230可以延伸过其完全长度或仅是部分性地在一个平面中，该平面具有的到参考板200的平面的距离与到参考板210的平面的距离相比更小。因此，第一金属线220可以延伸过其完全长度或仅是部分性地在一个平面中，该平面具有的到参考板210的平面的距离与到参考板200的平面的距离相比更小。

对应地在图2a或图2c中示出的第一金属线220在截面II-II'中仅是作为从边界线250延伸的联接部段222作为参考板200通过进一步的叠置部260进入相邻区域的末端而包括在内的。这确定了第一环区段241的尺寸，在此这两个金属线220、230平行延伸、通过PCB300的另一层绝缘材料而电分离。这另一层的厚度被选择成在联接结构50内提供所希望的电分离额定电压。第一金属线220的剩余部分的走向，未示出，是参考图2a和图2c得出的。

图4示出了根据本实用新型联接结构50的替代实施例，其中仅示出了第一金属线220和第二金属线230的走向。联接结构50包括一个圆环结构240，其中这些环区段241和243再一次是由这两个金属线220、230平行延伸的多个部分形成的。环区段243仅由第二金属线230形成，而环区段244仅由第一金属线220形成。在此，联接特性可以再一次是通过选择这些单独环区段241、242、243、244的长度来针对运行频率调整的。可以想象其他圆形形状的环结构240，例如像椭圆形形状，或还有任意褶皱的或成角度走向的这些金属线220、230，其中优选的是第一金属线220走向的形状可以通过定位在边界线250上的一个点转过180°来变形成第二金属线的走向。

为展示这些金属线220和230的走向，图4的两个插图仅示出了这些金属线之一(图4b示出金属线223，图4c示出金属线220)。彼此叠摞，就产生了图4a的结构。

图5a示出了根据本实用新型的联接结构50，该联接结构与图2结构不同是在于在第一环区段241与第三环区段243之间提供了金属线220到环结构240的连接。因此，第二金属线230连接在环结构240的相对侧。图5b和图5c中示出了所导致的这两个金属线220和230的走向。

图6示出金属线设计的另外的实施例。仅示出了一个金属线，而另一金属线可以是与这些实施例之一互补的因此形成了完全的环结构240。如已经阐述的，优选的是对两个金属线使用这些所披露的设计中的同一种设计以便产生带有这些金属线220、230的旋转对称性的联接结构50。

替代于金属线的中断端，图6的左部示出了一种逐渐减小的线宽度，尤其是台阶式减小的线宽度。然而这种宽度也可以是连续地减小的。线宽度减小的区域可以延伸过完全的环区段或延伸过其仅一个部分。

图6的中部示出了金属线所谓的“锤头”设计。在金属线的末端存在一个带有增加的线宽度的区域。图6的右部示出了环结构240针对这些环区段241、242、243、244各自带有单独线宽度的另一变体。该环结构240的传输特性可以是通过选择线宽度来针对应用的特定要求来调整的。可以优选的是为叠置在第一环区段241和第三环区段243中的这两个金属线选择不同的线宽度以实现所希望的传输特征。为此目的第一环区段241内和第三环区段243内的线宽度可以是彼此不同地选择的。

虽然未示出，但还可能在环区段之间使得过渡区域内的线宽度产生变化以针对特定应用实现针对高频信号的最优传输特性。

在图7中示出了联接结构50没有环结构的一个另外的变体。图7的上部示出了联接结构50的俯视图，而图7的下部示出了沿着线III-III’的截面。在此再一次，这些参考板200、210形成联接结构区域内的互补安排。第一金属线220平行于参考板200延伸并且以叠置部260延伸跨过这些参考板200与210之间的边界线250。因而，第二金属线230平行于参考板210延伸并且以叠置部260延伸跨过这些参考板200与210之间的边界线250。在这些叠置部260的区域中，这两个金属线220、230平行于彼此延伸并且叠置构成联接部段222、232。

本实用新型并不受限于所示出的这些实施例，而是可以用多种不同方式来修改和完善。具体而言，有可能的是以与明确阐述相异的方式组合所提及的特征和添加已知的方法或部件来在逆变器内实现成本有效且可靠的信号传输，同时确保信号和参考电位的电分离，由此以低的成本提供了带有改善的运行安全性的逆变器。

参考符号列表

1逆变器

10壳体

20通讯结构

30天线

31信号端子

32参考电位端子

40发送/接收单元

41信号端子

42参考电位端子

50联接结构

51-54端子

60参考电位

70大地电位

200，210参考电位板

220，230金属线

221，231连接区段

222，232联接部段

240环结构

241，242，243，244环区段

250边界线

260叠置部

270环结构的宽度

300印刷电路板

Claims (14)

1.联接结构(50)，所述联接结构(50)用于在一个天线(30)与一个发送/接收单元(40)之间的电分离式高频信号传输，该联接结构(50)包括：

-安排在一个多层印刷电路板(300)的第一金属层中的一个第一参考板(200)，和安排在该多层印刷电路板(300)的第二金属层中的一个第二参考板(21)，其中该第一参考板(200)连接该发送/接收单元(40)的一个参考电位端子(42)并且该第二参考板(200)连接该天线(30)的一个参考电位端子(32)，

-一个第一金属线(220)，该第一金属线连接该发送/接收单元(40)的一个信号端子(41)并且安排在该多层印刷电路板(300)的一个第三金属层中，以及

-一个第二金属线(230)，该第二金属线连接该天线(30)的一个信号端子(31)并且安排在该多层印刷电路板(300)的一个第四金属层中，该第三和第四金属层插在该第一和该第二金属层之间，

其特征在于

-在垂直于该多层印刷电路板(300)的平面的一个伸出部中，该第一参考板(200)和该第二参考板(210)形成由一个边界线(250)分开的一个互补安排，并且

-在该伸出部中，该第一金属线(220)和该第二金属线(230)形成一个环结构(240)，该环结构(240)包括一个第一环区段(241)和一个第二环区段(242)、该第一金属线(220)和该第二金属线(230)在该第一和第二环区段中平行于彼此地延伸，以及一个第三环区段(243)和一个第四环区段(244)，该第三环区段和该第四环区段在两端处安排在该第一和第二环区段之间，其中，该第三环区段(243)是由该第一金属线(220)单独形成的并且该第四环区段(244)是由该第二金属线(230)单独形成的，并且其中，该第一金属线(220)的一端和该第二金属线(230)的一端在该伸出部内各自位于该边界线(250)处。

2.如权利要求1所述的联接结构，其特征在于，该环结构(240)包括一种圆形形状。

3.如权利要求1所述的联接结构，其特征在于，该环结构(240)包括一种矩形形状。

4.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，其特征在于，该第三金属层***在该第一与该第四金属层之间。

5.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，其特征在于，该第一金属线(220)在该环结构(240)内包括的线宽度不同于到该环结构(240)的一个连接区段(221)内的线宽度。

6.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，其特征在于，该第一金属线(220)和/或该第二金属线(230)在该环结构(240)内包括变化的宽度。

7.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，其特征在于，该多层印刷电路板(300)被构型成提供至少6000伏特电位差的电分离。

8.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，被构型成传输频率范围在2GHz和3GHz之间的高频信号。

9.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，被构型成传输频率范围在5.5GHz与6.5GHz之间的高频信号。

10.如权利要求1至3中任一项所述的联接结构，其特征在于，该第三环区段(243)和该第四环区段(244)各自包括的长度被选择成提供在该第一环区段(241)和该第二环区段(242)内传输高频信号分量的构造性界面。

11.通讯结构(20)，包括一个天线(30)，一个发送/接收单元(40)，和如权利要求1至10中任一项所述的一个联接结构(50)，其中，该联接结构(50)连接该天线(30)和该发送/接收单元(40)从而使得该天线(30)和该发送/接收单元(40)是电分离的。

12.逆变器(1)，该逆变器带有一个如权利要求11所述的通讯结构。

13.如权利要求12所述的逆变器，其中，该天线(30)的参考电位端子(32)连接该逆变器(1)的一个壳体。

14.如权利要求12或13所述的逆变器，其中，该通讯结构(20)被构型成用于通过蓝牙，WLAN或ZigBee来进行无线通讯。