JP7186488B2 - 高いrf性能レベルを有する、rf信号のための同軸接続システム - Google Patents

高いrf性能レベルを有する、rf信号のための同軸接続システム Download PDF

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Description

本発明は、特に無線周波数RF信号を伝送することを用途とする同軸接続システムに関する。
特に、本発明の目的は、例えば基地局BTS、RRU/RRHユニット(遠隔無線ユニット/遠隔無線ヘッドユニット)や無線通信市場のための分散アンテナシステムのような、通信設備の接続にある。
また、本発明は、一般に、医療分野、産業分野、航空すなわち輸送分野、及び宇宙分野における接続システムに関する。
より具体的には、本発明の目的は、電気的及び機械的RF性能レベルを長期に亘り制御且つ安定させるための、特に接触抵抗及び相互変調レベルが低い同軸式接続システムを提案することである。
市場に流通している従来技術に基づく既存の同軸方式電力コネクタは、受動相互変調レベルが低く、無線方式携帯電話のインフラのための通信分野に向けられている。
このような市場傾向は、受動相互変調製品の生産を最小限度に抑えることである。これは、例えば同軸コネクタやRF導線のような受動部品は線形であると考えられるが、実際には、当該受動部品が相互変調発生器すなわちRF信号の望ましくない変調を発生させる非線形発生器として機能することが疑わしいためである。これにより、当該受動部品からの信号出力が歪んでしまう場合がある。
図1は、30年以上の間に亘り国際電気標準IEC61169-4規格シリーズ7/16として市販されてきた同軸電力接続システムの長手方向断面図である。
ジャック3は、中央接点30と、中央接点30の周囲に配置されている周囲接点31とを備えており、周囲接点31は、アース接点を形成している。さらに、固体絶縁体は、図示しないが、中央接点とアース接点との間に挿置されており、固体絶縁体、中央接点、及びアース接点のすべてが、本体32に収容されている。ロックナット4が、プラグとジャックとの相互接続を機械的にロックするために、プラグとジャックとの両方の周りに締め付けられるように設けられている。
プラグ2自体は、中央接点20と、中央接点20の周囲に配置されている周囲接点21とを備えており、周囲接点21は、アース接点を形成している。
受動相互変調を最小限度に抑えるためには、アース接点31,21の間における接続システムの長手方向軸線Xにおける軸線方向当接面Aの強度が十分であることが必要とされる。このことは、大きい締付トルクをロックナット4に作用させることによって確実とされる。また、この締付トルクは、応力及び応力緩和の影響の原因となる締結緩みの危険性を低減させるために必要とされる。このことは、特にトルクが不十分な場合にナットの緩みを誘発させ得る温度差や振動等の影響を受けるコネクタの耐用寿命に現れる。これにより、締付トルクは、アース接点同士の間における接触圧力が作用している限りひいては相互変調レベルが低い限り、必要以上に大きくなっている。
従って、図1に表わす同軸電力接続システム1において必要とされることは、-スレッド34に対するナット24の大きい締付トルクによって生じる、例えばスレッド34やナット24のような剪断力、例えば本体32のような引張力、及び例えばアース接点31のような圧縮力の作用をサポートする頑強な部品を立案すること、及び、-典型的には規格シリーズ7/16のための30N・m~35N・mである、大きいが調整された締付トルクを作用させるために大きいトルクレンチを利用することである。
しかしながら、作用する締付トルクは、時間の経過と共に抜けていく傾向を有しており、コネクタに関連する電気的性能を変化させる原因となる。そして、コネクタの大きさは大きい。
近年、RF性能レベルが高く且つ受動相互変調が低い、新しい同軸電力コネクタが発展してきている。当該同軸電力コネクタは、規格シリーズ4.3-10として市販されており、規格番号IEC61169-54として規定されている。
このような同軸接続システムは、図2に表わされている。Oリングシール6は、好ましくは高剛性なアース接点21の周囲に配置されている。上述要素と同一の要素には、同一の参照符号が付されている。当該同軸接続システムでは、軸線方向における動作中の遊隙(軸線方向間隙)Jは、一旦ロックされると、軸線Xにおけるアース接点21,31の間において維持される。従って、アース接点21,31同士の間における電気的アース接続は、高剛性なアース接点21の凹所の内部に当接している弾性的なアース接点31のラジアル軸受によってのみ生み出される。当該コネクタの大きさは、規格シリーズ7/16コネクタより小さい。
しかしながら、規格シリーズ4.3-10として市販されているこのようなシステムは、幾つかの大きな不具合を有している。第一に、固形絶縁構造体が、ジャック3の弾性的な外側接点31と中央接点30との間に設けられていない。その結果として、外側接点31と中央接点30とは、2つのコネクタの結合/結合解除の際に物理的に保護されておらず、弾性的な外側接点31が損傷する可能性が著しく高い。これにより、コネクタ(ジャック)の長寿命が保証されない。そして、弾性的な外側接点31が変形及び/又は損傷した場合には、能動相互変調が安定しない。
さらに、プラグ2のアース接点21は、直径D及び軸線Xに沿った長さLから成る円筒状外面を有しており、接続の際に、ジャック3の本体32の案内部分320に対して機械的に案内される。接続を容易に実現するために、アース接点21は、アース接点21の自由縁部に、案内領域を著しく低減させる面取り部を有している。従って、比L/Dは、約0.3程度とされる。このために、コネクタ同士の間における安定性は、同軸性が良好に確保し得ない程度に低い。また、このことは、能動相互変調の性能が低下することを示す。
さらに、比L/Dが低く、且つ、溝を具備する弾性的なアース接点31がジャック3を絶縁保護しないので、接続には危険が伴う。当該危険は、例えば図2Aに表わすような結合/結合解除操作の際に、システムの破損をもたらすか、又はジャック3の溝を具備するアース接点31のペタル310の変形をもたらす。当該危険は、システムの受動相互変調特性に強く影響を及ぼすが、このことは、見た目には判然としない。
従って、RF性能を高くすると共に、より具体的には受動相互変調レベルを低くし且つ能動相互変調レベルを安定させると共に、同軸式のRF接続システムをさらに改善する必要がある。
国際公開第2014/026383号
本発明の目的は、このようなニーズをすべて又は一部を達成させることである。
従って、本発明の主題は、無線周波数信号を伝送するように構成されている、長手方向軸線に関する同軸接続システムであって、プラグを形成している第1のシステム要素と、ジャックを形成している第2のシステム要素と、を備えている同軸接続システムにおいて、プラグ及びジャックそれぞれが、
中央接点と、
中央接点の周囲に配置されている周囲接点であって、アース接点を形成している周囲接点と、
中央接点とアース接点との間に挿置されている固体絶縁構造体と、
を備えている、同軸接続システムである。
ジャックが、案内部分を形成している円筒状内面を有している本体を備えている。
一方のアース接点が、弾性的とされ、且つ、溝を具備するスリーブとされ、協働する他方のアース接点が、高剛性とされ、一方のアース接点が、プラグとジャックとが接続された状態において、径方向において他方のアース接点の内面に当接している。
プラグの他方のアース接点の外面が、ジャックの本体の案内部分に接触した状態で機械的に案内される、案内部分を形成しており、プラグの他方のアース接点の案内部分が、直径と長手方向軸線に沿った長さとを有しており、比L/Dが、0.5以上である。
従って、本発明は、主として、固形絶縁構造体を利用すると共に、コネクタの案内部分を延長することにより構成されている。この場合には、プラグとジャックとが相互に接続された状態にある場合にプラグをジャックに機械的にロックするロック装置から独立して、軸線方向におけるアース接点の固定が確保されている。
固形絶縁構造体、特にジャックを利用することによって、弾性的な外側接点及び/又は中央接点の不慮の変形を回避することができる。このような機械的保護が、接続システムの長寿命化と安定した能動相互作用とを確保する。本発明では、固形絶縁構造体が、同様に絶縁体である単なる空気とは異なることに留意すべきである。逆に、本発明における固形絶縁構造体は、溝付アース接点を保護するのに十分な強度を当然に有している固形片から作られている。当該固形片は、中実であっても、内孔や1つ以上の空洞を具備していても良い。当該実施例では、内孔を具備する固形片は、溝付アース接点を保護するための要件を満たしている必要がある。
例えば上述のような従来技術に基づくすべてのコネクタ、特に規格シリーズ7-16及び規格シリーズ4.3-10に基づくコネクタと比較して、小さい径方向間隙に関連するプラグの案内部分の長さとジャックの本体の案内部分の長さとを延長することによって、接続性が同軸性と共に安定して維持される。これにより、本発明における接続システムについての受動相互変調レベルを非常に低く且つ安定させることができる。
好ましい実施例では、本発明における同軸接続システムの大きさは、QMAシリーズ(特許取得済インターフェース)として知られている従来技術に基づくコネクタの大きさと同程度であり、規格シリーズ7/16コネクタの一のコネクタより小さい。
要するに、本発明における接続システムは、特に低い受動相互変調レベル及び能動相互変調レベルと共に、高いRF性能レベルを有している。これら性能レベルは、長時間に亘って安定している。
本体の案内部分の直径とプラグの他方のアース接点の案内部分の直径(D)との差分(E)すなわちラジアル方向間隙が、比E/Lが0.05未満であるように、好ましくは0.03未満であるように形成されている。
代替的には、又は、上述の特徴と組み合わせて、本体の案内部分の直径とプラグの他方のアース接点の案内部分の直径(D)との差分(E)すなわちラジアル方向間隙が、ジャックとプラグとが相互に接続された状態においてジャックとプラグとが成す傾斜角度が3°より小さくなる、好ましくは1.5°より小さくなる大きさとされる。
優位な実施例では、プラグをジャックから結合解除する際に、傾斜角度の値が、案内部分を互いから完全に接続解除するまで、3°未満に、好ましくは1.5°未満に維持される。この特徴によって、溝付アース接点が、結合解除作業の際に故障することなく機械的に保護される。
他の優位な実施例では、システムは、プラグとジャックとが相互に接続された状態とされる場合に、プラグをジャックに機械的にロックするように構成されているロック装置を備えている。
第1の変形例では、ロック装置が、ネジ/ナット方式とされ、ロック装置が、プラグの周りに回転自在に取り付けられているナットと、ジャックの本体の周囲に形成されているネジ部を具備するネジとから構成されている。
第2の変形例では、ロック装置が、嵌め込みロック方式とされ、ロック装置が、プラグの周囲に取り付けられている結合リングを備えており、結合リングが、接続状態においてジャックの本体の周囲に形成されている溝に接続の際に嵌め込められるように構成されている少なくとも1つのラッチフックを有している。
好ましくは、嵌め込みロック方式のロック装置が、プラグの周囲に並進自在に取り付けられているロック解除ナットを備えており、ロック解除ナットが、ロック解除ナットの内側に突出している表面であって、接続方向の反対方向にロック解除ナットを移動させた場合に、ジャックの本体の周囲に形成されている溝からラッチフックを係合解除するように構成されている。
本発明についての他の利点及び特徴については、図解するための非限定的な例を表わす添付図面を参照しつつ、本発明の典型的な実施例の詳細な説明を精査することによって明らかとなるだろう。
従来技術に基づく同軸電源低パッシブ相互変調接続システムである規格シリーズ7/16の長手方向断面図であり、プラグ及びジャックが、互いに接続及びロックするように構成されいる。 従来技術に基づく規格シリーズ4.3-10の同軸接続システムの長手方向断面図であって、プラグとジャックとが相互接続且つロックされた状態にある。 図2に表わす同軸接続システムの結合に関するリスクを表わす。 本発明における同軸接続システムの長手方向断面図であって、プラグとジャックとが接続準備位置に位置している。 図3に表わす同軸接続システムのジャックに対するプラグの接続開始位置を表わす。 図3に表わす同軸接続システムのジャックとプラグとの相互接続を表わす。 図3に表わす同軸接続システムのジャックとプラグとの結合段階及び結合解除段階の際における、最大許容傾斜角度を表わす。 ネジ/ナット方式のロック装置のナットを具備する、本発明における同軸接続システムのプラグの長手方向断面図である。 図4に表わすプラグを利用する、本発明における同軸接続システムの長手方向断面図であって、プラグとジャックとが相互接続且つロックされた状態にある。 嵌め込みロック方式のロック装置の結合ナット及び結合リングを具備する、本発明おける同軸接続システムのプラグの長手方向断面図である。 図5に表わすプラグを利用する、本発明における同軸接続システムの長手方向断面図であって、プラグとジャックとが相互接続且つロックされた状態にある。
図1~図2Bは、従来技術に基づく同軸接続システムの様々な実施例に関する。
図1~図2Bについては、[背景技術]において既に説明しているので、以下において説明しない。
図1~図5Aのすべての図面において、明確にすることを目的として、従来技術に基づく接続システム及び本発明における接続システムについての同一要素には、同一の参照符号が付されている。
以下において、本発明について、任意のタイプのRF回線を参照しつつ説明する。
本発明における同軸接続システム1では、プラグ2及びジャック3それぞれが、中央接点20,30とアース接点21,31との間に挿置されている固体絶縁構造体23,33を備えている。従って、図2に表わすように、規格シリーズ4.3-10コネクタと比較すると、ジャック3は、中央接点30とアース接点31との間に固体絶縁構造体33を含んでいる。固体絶縁構造体33は、結合(接続)の際に、メス型の中央接点30と溝を具備する弾性的なアース接点31とを物理的に保護する。さらに、固体絶縁構造体33は、外部物体の侵入に起因する偶発的な損傷が発生する危険性を回避する。
図3、図3A、図3B、図4A、及び図5Aに表わすように、本発明におけるジャック3は、円筒状内面を有している本体32を備えており、円筒状内面は、案内部分320を形成している。
本発明における同軸接続システム1では、本体32とプラグ2とが相互に接続している場合に、本体32の自由端が、長手方向においてプラグ2の部分25に対して機械的に当接しているので、アース接点同士の間には、最小の軸線方向間隙(J)が軸線Xに沿って設けられている(図3B、図4A、及び図5A)。図示の実施例では、当接しているプラグ2の部分25が、プラグ2の周囲に設けられている肩部である。嵌め込みロック構造では、完全に結合された場合における最終的な軸線方向間隙(J)は、フック41が溝321に嵌まり込み且つ本体32の自由端がOリングシール6に当接することによって形成される。
図3~図5Aに表わす発明では、案内部分210が直径Dと軸線Xに沿った長さLとを有しており、比L/Dが0.5以上となっている。例えば図示の実施例では、比L/Dは0.55である。
比較すると、規格シリーズ4.3-10の場合には、比L/Dは約0.3にすぎない。
すべての従来技術に基づく同軸接続システムと比較しても、接続開始時から機能している案内部分は実質的に長くなっている。
発明者の分析によると、比L/Dが高い案内部分のためのこのような大きい長さLは、本体32の案内部分320の直径とプラグ2の案内部分210の直径Dとの間における小さい径方向間隙(径方向隙間)と組み合わされるので、横方向において小さいながらも傾く場合があるが、安定性が高められる。すなわち、接続の同軸性が良好になる。従って、受動相互変調が、従来技術に基づく同軸接続システムと比較して低くなる。
好ましくは、ジャック3とプラグ2とが相互に接続された状態において、ジャック3とプラグ2とが成す傾斜角度αが3°より小さく、好ましくは1.5°より小さくなっている。代替的には及び/又はこれと組み合わせて、比E/Lが0.05より小さく、好ましくは0.03より小さくなっている。
さらに、本発明における同軸接続システム1では、電気的アース経路が、周囲接点31と、より具体的には周囲接点31の自由端における***部分と、相手方本体21の内面との間との間に形成されている(図3B)。一方、案内部分210,320によって、機械的な案内が行われる。
案内部分320に対するアース接点31の当接によって、機械的な案内は、電気接点の接続の前に良好な位置合わせを提供することができる(図3C)。結合の際に溝付アース接点31が高剛性なアース接点21に接触した直後において、又は、結合解除の際に溝付アース接点31が高剛性なアース接点21の内面から接続解除された場合において、ジャック3とプラグ2とが成す傾斜角度αの値は7°未満を維持している。従って、電気的アース接点は、繰り返される結合/結合解除操作から保護されるので、その結果として、相互変調が比較的低くなり、安定性が一層高められる。
図4及び図4Aは、プラグ2及びジャック3が相互に接続された場合にプラグ2をジャック3に機械的にロックするのに適している、ロック装置4の第1の変形例を表わす。図示の変形例では、ロック装置4がネジ/ナット方式とされる。相互接続が実現された後に、プラグ2の周りに回転自由に取り付けられているナット24が、ジャック3の本体32の周囲に形成されているネジ部34に螺合される。このようにして、ロックされた状態となる。
図5及び図5Aは、嵌め込みロック方式とされるロック装置4の第2の変形例を表わす。相互接続の終わりには、本体32の周囲部分が、プラグ2の周囲に取り付けられた結合リング40の幾つかのラッチフック41から径方向に離隔するように移動し、その後に、ラッチフック41が、本体32の溝321に嵌め込まれる。
プラグ2をジャック3からロック解除するために、ロック装置4は、プラグ2の周囲に並進運動自在に取り付けられているロック解除ナット42を備えており、ロック解除ナット42は、内側に突出している表面43を有している。従って、ナット42が接続方向の反対方向に移動されると、表面43が、ジャック3の本体32の周囲溝321からラッチフック41を係合解除する。
本発明における同軸接続システム1の利点は、上述のように、従来技術に基づく同軸接続システム、例えば規格シリーズ7/16や規格シリーズ4.3-10の同軸接続システム、又は、特許文献1に開示される同軸接続システムと比較して多数存在するが、例えば、
-弾性的な外側接点と中央接点との両方に対する機械的な保護を確実にすること;
-特に受動相互変調レベル及び能動相互変調レベルを長期に亘り低く且つ安定させつつ、高いRF信号伝達性能レベルを少なくとも維持し、高めること;並びに
-従来技術に基づく低い受動相互変調コネクタと比較して小型の接続部を実現すること:
が挙げられる。
本発明は、本発明の技術的範囲から決して逸脱しないことを条件として、他の変形例及び改良例を含んでいる。
“備えている(comprising)”との表現は、別段特定されていない限り、“少なくとも1つの~を備えている(comprising at least one)”と同義であると理解すべきである。
1 同軸接続システム
2 プラグ
3 ジャック
4 ロック装置
6 Oリングシール
20 中央接点
21 アース接点(相手方本体)
23 固体絶縁構造体
24 ナット
25 (プラグ2の)部分
30 (メス型)中央接点
31 (弾性的な)アース接点
32 本体
33 固体絶縁構造体
34 ネジ部
40 結合リング
41 (ラッチ)フック
42 ロック解除ナット
43 表面
210 案内部分
320 案内部分
321 (周囲)溝

Claims (9)

  1. 無線周波数(RF)信号を伝送するように構成されている、長手方向軸線(X)に関する同軸接続システム(1)であって、プラグ(2)を形成している第1のシステム要素と、ジャック(3)を形成している第2のシステム要素と、を備えている前記同軸接続システム(1)において、
    前記プラグ(2)及び前記ジャック(3)それぞれが、
    中央接点(20;30)と、
    前記中央接点(20;30)の周囲に配置されている周囲接点(21;31)であって、アース接点を形成している前記周囲接点(21;31)と、
    前記中央接点(20;30)と前記アース接点(21;31)との間に挿置されている固体絶縁構造体(23;33)と、
    を備えており、
    前記ジャック(3)が、案内部分(320)を形成している円筒状内面を有している本体(32)を備えており、前記本体(32)が単一部品であり、
    一方のアース接点(31)が、弾性的とされ、且つ、溝を具備するスリーブとされ、協働する他方のアース接点(21)が、高剛性とされ、前記一方のアース接点(31)が、前記プラグ(2)と前記ジャック(3)とが接続された状態において、前記溝を具備するスリーブの長手方向端部と前記他方のアース接点(21)との間には前記長手方向軸線(X)に沿って軸線方向間隙(J)がある状態で、径方向において前記他方のアース接点(21)の内面に当接しており、
    前記ジャック(3)の前記固体絶縁構造体(33)が、前記中央接点(30)と溝を具備する弾性的な前記一方のアース接点(31)との不慮の変形を回避するために、結合接続の際に、前記ジャック(3)の、前記中央接点(30)と溝を具備する弾性的な前記一方のアース接点(31)とを物理的に保護するために、少なくとも、結合の際に前記プラグ(2)に面する前記ジャック(3)の前記中央接点(30)と溝を具備する弾性的な前記一方のアース接点(31)との端部まで前記ジャック(3)の前記中央接点(30)と溝を具備する弾性的な前記一方のアース接点(31)とに沿って延在し
    前記プラグ(2)の前記他方のアース接点(21)の外面が、接続の際に前記ジャック(3)の前記本体(32)の前記案内部分(320)に接触した状態で機械的に案内される、案内部分(210)を形成しており、前記プラグ(2)の前記他方のアース接点(21)の前記案内部分(210)が、直径(D)と前記長手方向軸線(X)に沿った長さ(L)とを有しており、比L/Dが、0.5以上であることを特徴とする同軸接続システム(1)。
  2. 前記本体(32)の前記案内部分(320)の直径と前記プラグ(2)の前記他方のアース接点(21)の前記案内部分(210)の直径(D)との差分(E)すなわちラジアル方向間隙が、比E/Lが0.05未満であるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の同軸接続システム(1)。
  3. 前記本体(32)の前記案内部分(320)の直径と前記プラグ(2)の前記他方のアース接点(21)の前記案内部分(210)の直径(D)との差分(E)すなわちラジアル方向間隙が、前記ジャック(3)と前記プラグ(2)とが相互に接続された状態において前記ジャック(3)と前記プラグ(2)とが成す傾斜角度(α)が3°より小さくなる大きさとされることを特徴とする請求項1又は2に記載の同軸接続システム(1)。
  4. 溝が形成された前記一方のアース接点(31)が結合の際に高剛性な前記他方のアース接点(21)の内面に接続された場合に、又は、溝が形成された前記一方のアース接点(31)が結合解除の際に高剛性な前記他方のアース接点(21)の内面から接続解除された場合に、前記ジャック(3)と前記プラグ(2)とが成す前記傾斜角度(α)が、7°より小さい値を維持していることを特徴とする請求項3に記載の同軸接続システム(1)。
  5. 前記固体絶縁構造体(23;33)には、複数の穴又は1つ以上の空洞が形成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の同軸接続システム(1)。
  6. 前記プラグ(2)と前記ジャック(3)とが相互に接続された状態とされる場合に、前記プラグ(2)を前記ジャック(3)に機械的にロックするように構成されているロック装置(4)を備えていることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の同軸接続システム(1)。
  7. 前記ロック装置(4)が、ネジ/ナット方式とされ、
    前記ロック装置(4)が、前記プラグ(2)の周りに回転自在に取り付けられているナット(24)と、前記ジャック(3)の前記本体(32)の周囲に形成されているネジ部(34)を具備するネジとから構成されていることを特徴とする請求項6に記載の同軸接続システム(1)。
  8. 前記ロック装置(4)が、嵌め込みロック方式とされ、
    前記ロック装置(4)が、前記プラグ(2)の周囲に取り付けられている結合リング(40)を備えており、
    前記結合リング(40)が、接続状態において前記ジャック(3)の前記本体(32)の周囲に形成されている溝(321)に接続の際に嵌め込められるように構成されている少なくとも1つのラッチフック(41)を有していることを特徴とする請求項6に記載の同軸接続システム(1)。
  9. 嵌め込みロック方式の前記ロック装置が、前記プラグ(2)の周囲に並進自在に取り付けられているロック解除ナット(42)を備えており、
    前記ロック解除ナット(42)が、前記ロック解除ナット(42)の内側に突出している表面(43)であって、接続方向の反対方向に前記ロック解除ナット(42)を移動させた場合に、前記ジャック(3)の前記本体(32)の周囲に形成されている前記溝(321)から前記ラッチフック(41)を係合解除するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の同軸接続システム(1)。
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