專利名稱：同軸電纜轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及同軸電纜平面基片轉換裝置，例如同軸電纜-微帶轉換裝置。
同軸電纜廣泛應用于處理微波與無線電信號的系統(tǒng)構造中。同軸-平面基片轉換的典型應用是用于移動通信網(wǎng)基站，在基站中，接收與傳輸用電子線路通過同軸電纜與三片式(triplate)天線或分層天線相連。三片式天線的一種形式具有印刷在介質膜或基片上的微帶饋電網(wǎng)絡，該基片具有伸入或裝在輻射孔中的饋電探針或接線片，該輻射孔開在三片式天線的最外層接地板上。在這種裝置中，同軸電纜的中央導體直接焊在天線的微帶電路上。中央導體的軸線可以與基片并行或正交，接地屏蔽層與天線的接地板相連接?；蛘撸稍谟芍T如聚四氟乙烯基片所制成的印刷電路板上形成微帶陣列。文獻US-A-4918458(福特宇航)描述了這樣一種通過同軸饋線進行饋電的天線裝置。文獻GB-A-2007919(Raytheon)也提出了一種通過同軸饋線進行饋電的天線裝置。
盡管這些類型的構造易于制造，但卻有產(chǎn)生無源互調產(chǎn)物的缺點。由于從同軸轉換單元到例如威爾金森(W ilkinson)耦合器的任何功率分配器之間所必需的隔離距離將導致高損耗，故功率容量會受到限制。在使用具有高溫度容量的介質時會產(chǎn)生另外的問題，該高溫度容量是為能夠形成焊接所必需的。在諸如有源天線的情況下，為形成直流阻斷會存在耦合線。
在與微波導體機械式連接的設計中，對要求高線性度的關鍵性用途需要極度關心，例如蜂窩式無線通信與衛(wèi)星通信中。在元件被焊接的情況下，需要對電導體表面加以關注；金屬與金屬接觸點的不規(guī)則與非理想化會導致電信號非線性化。這會造成無源互調制，其中會產(chǎn)生有害的寄生信號，并且這些效應通常隨頻率、接觸壓力、工作期限及其它因素而變化。
本發(fā)明的一個目的是提供改進的同軸電纜到微帶線的連接件，它具有高的平均或峰值功率且僅產(chǎn)生很低的無源互調產(chǎn)物。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于在電纜和介質基片上的微帶印刷電路之間傳輸高頻微波信號的裝置，該裝置具有同軸電纜、帶有第一微帶印刷電路的介質基片、以及帶有第二印刷電路的中間介質基片；其中同軸電纜的內導體與中間介質基片的第二印刷電路相連，而同軸電纜的外導體與所述介質基片的相關接地板相連；并且中間介質上的印刷電路可將所有信號從同軸電纜通過中間介質基片的印刷電路電抗性耦合到所述介質基片上的第一印刷電路。
中間介質基片可具有作為接地板的鍍金屬表面，同軸電纜的地線與之相連，該接地板可與所述介質基片的所述相關接地板電抗性耦合。
同軸電纜端口的內導體可與五端口環(huán)形波導耦合器(rat-race-coupler)的第一節(jié)點相連，第一節(jié)點附近兩個節(jié)點中的每一個以平衡方式向輸出線饋電，該輸出線可與所述介質上的印刷電路相耦合。環(huán)形波導耦合器的另外兩個節(jié)點可通過終端電阻與地線相連。
環(huán)形波導耦合器的另外兩個輸出節(jié)點可與一個威爾金森耦合器的兩個輸出分路相連，由此可從同軸電纜形成單一傳輸線輸出?；蛘撸h(huán)形波導耦合器的另外兩個輸出節(jié)點可分別與一個威爾金森耦合器相連，由此可從同軸電纜形成四路傳輸線輸出。
中間板的介質基片可由聚四氟乙烯制成；所述介質基片可以是聚酯薄膜。印刷電路可以被設置成微帶的形式。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在一裝置中的電纜和介質基片上的印刷電路之間轉移高頻微波信號的方法，該裝置包含有同軸電纜、帶有第一印刷電路的介質基片、以及帶有印刷電路的中間介質基片；該方法包括以下步驟將所述信號通過同軸電纜的內導體轉移到中間介質基片的印刷電路，將同軸電纜的外導體與所述介質基片的相關接地板相連；并且通過中間介質基片的印刷電路使所有信號在同軸電纜與所述介質基片上的第一印刷電路之間電抗性耦合。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種同軸一平面基片耦合裝置，其中第一基片上的第一微帶印制線與第二基片上的第二微帶印制線電抗性耦合，該第二基片與同軸電纜的內導體相連，而與第一微帶印制線相關的接地板與同軸電纜的屏蔽地線相連。
借助第一介質基片上的印刷電路印制線，微波信號被電抗性耦合給所述介質基片上的印刷電路印制線，由此形成非接觸射頻連接。這避免了發(fā)生在金屬-金屬(電)接點中的互調產(chǎn)物的生成可能。
另外，在該裝置中自動含有直流阻斷功能，減少了對單獨耦合線、電容器之類的需求。直流/低頻阻斷對于從所傳送的其它信號中隔離所需信號單元，例如無用的直流或低頻偏壓、數(shù)字或其它信號，是有效且確實必要的。含有電抗性耦合接地板具有以下優(yōu)勢有助于避免諸如多個接地回路(接地環(huán)路)的不相容性。
由于使同軸電纜的內導體連到與第一微帶印制線分開的微帶電路上，因此帶有第一微帶印制線/饋電網(wǎng)路的介質基片無需用高溫介質制造。這就是說該介質可以是一層例如0.075毫米厚的薄膜，微帶電路印刷在其上。因此能夠使用便宜的介質例如低溫聚酯薄膜。
優(yōu)選的是在三片式結構中設置微帶以降低損耗，但微帶傳輸線沒有三片式結構中可能會用到的第二接地板。微帶線從第二介質板即轉換板上的焊接接點處可以分成兩個同相的、方向相向的微帶線，或者可以形成一個平衡五節(jié)點環(huán)形波導電路單元中的一個節(jié)點，使功率從輸入節(jié)點相鄰的兩個節(jié)點被耦合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，平衡五節(jié)點裝置能提供適宜的耦合結構，但其它類型的環(huán)形波導或其它的合并器/分路器也是可行的。優(yōu)選的是微帶元件設置在輸入節(jié)點周圍，對不希望有的、具有相當多場分量與接地板并行的模的傳播加以抑制。
現(xiàn)參照附圖對本發(fā)明的實施例加以說明，附圖中

圖1顯示了本發(fā)明的第一實施例；圖2詳示了第一實施例的截面圖；圖3顯示耦合部分的相對位置；圖4顯示第一同軸端子元件；圖5顯示第二同軸端子元件；圖6顯示了環(huán)形波導耦合裝置；以及圖7和圖8示范說明實施例的等效電路。
現(xiàn)參照圖1，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一種裝置，其中同軸電纜10具有與三片式結構的第一接地板14相連的接地轉換體12。同軸電纜的內導體與其上印刷有微帶電路的轉換介質基片18相連，在與第一接地板14相反的表面上形成“T”形布局。一薄層介質20支承著用于三片式結構的微帶布局。介質20帶有一個與焊接接頭區(qū)21相對應的缺口部分，該焊接接頭從同軸電纜的內導體作用于轉換部件18。微帶網(wǎng)絡印刷在介質上的面向離開第一接地板14一側。介質層例如泡沫層24，26置于介質20的每一側，包圍轉換板18并包圍可選的第二轉換板30。可選的轉換板30用來防止焊料與第二接地板32接觸。轉換板18的微帶接線片元件34，36與介質20上微帶網(wǎng)絡的微帶元件38，40電容性耦合。
圖2詳示了圖1所示實施例的截面，但沒有詳示出同軸電纜10和轉換體12。由例如鋁合金制成的兩層金屬板14，32限定成三片式結構。介質膜20支承微帶模板，該介質膜支承在兩層高密度泡沫21，23之間，由此使膜20與三片式結構的金屬板之間保持最佳距離。轉換裝置的中間板18，30位于介質膜20的兩側，而塑料片如聚酯33將中間板18的接地板與三片式結構的接地板32隔離開并從而使接地效應被電抗性耦合。
圖3以間隔開的透視關系，詳示了轉換裝置的中間板18，30。介質膜20具有鍍金屬印制線，耦合接線片40在膜20的第一側，該膜以其第二側靠著中間板18定位。耦合接線片40與中間板18上微帶模板的相似形狀鍍金屬接線片36反向布置，以保證最佳的耦合—盡管耦合區(qū)域事實上不過是鍍金屬線部分。微帶線可方便地從同軸電纜分成兩個探針，由于可以容易地在兩分路之間對分功率，而不會由于反射產(chǎn)生多余功率損失，所以這兩個探針分別與聚酯薄膜上的相應接線片耦合。或者，從同軸饋點分開的兩分路可向威爾金森分配器饋電，由此可使四路耦合接線片與聚酯薄膜上的相應接線片相耦合。
圖4示出了同軸端子的一種形式，雖然未按比例，但在中間板部分重疊區(qū)內畫出了另一實施例耦合部分的相對位置。在該例子中，接線插座12置于接地板32的凹座中。經(jīng)鉆削并攻絲的孔11被設置用于接收螺釘(未示出)，螺釘將裝置固定在三片式結構14，18，30及32上?；蛘?，螺釘可以是自攻絲的。塞孔接點16焊在板上和微帶印制線上。該接點具有對分式套筒結構，可與同軸電纜的中央導體以滑動接觸的方式相接合，這可以適應由熱膨脹以及其它效應所造成的運動。焊接接點將同軸電纜的中央導體16與微帶或微帶印制線相連。連接頭的中央部分具有一個進口處有內螺紋的凹座及一個對接部分，對接部分被加工成形為當與螺釘13連接時，緊靠在與同軸電纜端部相聯(lián)的環(huán)圈上。
圖5顯示了第二種類型的同軸電纜—微波帶狀線/微帶結構，該結構具有將連接頭連到介質結構82(可以是柔性的)上的螺釘81。也可使用焊料坯或焊膏，它們能改善內導體16與基片18之間的連接。對接部分84具有環(huán)形線接觸或邊緣接觸結構80，當與其它環(huán)圈或對接部分相接時，該邊緣即受壓。環(huán)圈85可以具有環(huán)形線接觸或邊緣接觸結構。
圖6詳示了用于轉換單元18的第二種類型微帶電路，含有平衡五端口環(huán)形波導電路元件50，其中環(huán)形波導的節(jié)點之一52為同軸焊接轉換點。節(jié)點或端口54，56在輸入節(jié)點的兩側，起輸出端的作用，該輸出端可向耦合器例如威爾金森耦合器(未示出)饋電，耦合器能夠將輸出分路的功率平分或合并。因此，當使用兩個威爾金森耦合器時，可由該裝置得到四個耦合部分。這是一種密集型耦合裝置，尤其適用于微帶天線裝置中。鍍金屬部分70，72的作用是限令微波沿環(huán)形波導傳播，而不是象在寄生與損耗方式中那樣在微帶線與接地板之間傳播。終端電阻R1，R2優(yōu)選的是位于環(huán)形波導的未用端，正如眾所周知的那樣。接地區(qū)可設在微帶模板的同一側，以輔助對寄生模式的抑制。通過適當?shù)劐兘饘俨闹虚g板另一面上的接地板伸出通路，并且/或者通過對基片邊緣的周圍鍍金屬，可以容易地制造這種接地區(qū)。
圖7和圖8顯示了如圖1和圖6所示兩種形式耦合裝置的等效電路。環(huán)形波導是內匹配的以減小損耗，并且由于具有同相分相器，因此各端口同相位。鍍金屬部分70優(yōu)選的是通過電阻性元件與環(huán)形波導相連，以避免過度模變(over-m oding)。也可以不向兩個威爾金森耦合器饋電，而是從環(huán)形波導的兩個端口可向威爾金森耦合器的兩個輸入分路饋電，以形成單一輸出。
通過形成電抗性耦合連接，減少了不同金屬之間的直接接觸，從而減少了互調噪聲和非線性的產(chǎn)生源。優(yōu)選的是通過使用鍍銀元件、無焊劑焊料以及在適當處使用焊料回流技術，可進一步減少噪聲的生成。
為了使制造成本保持最低，轉換體可以是簡單的車制件，且在配合面內開有槽。該槽使得自攻絲螺釘可被用來將轉換體擰緊在轉換板組件上。這種特性具有兩個優(yōu)點第一，在轉換板組件的安裝孔和轉換體之間只有一個坐標方向必需對準；第二，由于避免了對費用高的安裝螺釘用螺紋孔的需求，故轉換體造價低廉。
焊接在轉換板的塞孔接點使半剛性電纜的中央導體能夠滑入其中，從而避免在電纜熱膨脹期間產(chǎn)生機械應力，并且在轉換裝置中使用現(xiàn)有的已被驗證的連接件能保證產(chǎn)生很低的互調產(chǎn)物。微帶模板可由銅制成，而其上帶有印制線的基片可為聚酯，兩者均常用于這類用途中。
轉換板優(yōu)選的是由聚四氟乙烯制造而成，該材料在鍍金屬以后可形成用于轉換裝置中塞孔接頭的可焊接基片。聚四氟乙烯有相對高的熔點，易于焊接。對于三片式結構使用聚四氟乙烯優(yōu)于使用泡沫/膜/泡沫式夾層，這是由于聚四氟乙烯可更好地適應高功率，具有低損耗，另外聚四氟乙烯比泡沫/膜/泡沫表現(xiàn)出更好的熱傳導性。因而其組件可處理相對高的功率并且可在容許的溫度范圍內運行。
同軸電纜可為剛性、半剛性或柔性的。已表明接地板可由鋁合金構成，鋁合金能提供良好的強度-重量比和高的耐腐蝕性。
權利要求
1.一種用于在電纜和介質基片上的微帶印刷電路之間轉移高頻微波信號的裝置，該裝置包括同軸電纜端口、帶有印刷電路的介質基片、以及帶有印刷電路的中間介質基片；其中同軸電纜端口的內導體與中間介質基片的印刷電路相連，且同軸電纜的外導體與所述介質基片的相關接地板相連；并且中間介質上的印刷電路可與所述介質基片上的印刷電路電抗性耦合。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于中間介質基片帶有鍍金屬的表面，起到接地板的作用，同軸電纜的地線與之相連，該接地板與所述介質基片的所述相關接地板電抗性耦合。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于同軸電纜端的內導體與一個五端口環(huán)形波導耦合器的第一節(jié)點相連，第一節(jié)點相鄰的兩個節(jié)點的每一個以平衡方式向輸出線饋電，該輸出線可與所述介質上的印刷電路相耦合。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于環(huán)形波導耦合器的另外兩個節(jié)點通過終端電阻接地。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于環(huán)形波導耦合器的另外兩外輸出節(jié)點與一個威爾金森耦合器的兩個輸出分路相連，由此可從同軸電纜構成單一的傳輸線輸出。
6.如權利要求3所述的裝置，其特征在于環(huán)形波導耦合器的另外兩外輸出節(jié)點的每一個均與一個威爾金森耦合器相連，由此可從同軸電纜構成四路傳輸線輸出。
7.如權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于中間板的介質基片由聚四氟乙烯制成。
8.如權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于所述介質基片為聚酯薄膜。
9.如權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于印刷電路被設置成微帶的形式。
10.一種在一裝置中的電纜和介質基片上的微帶印刷電路之間轉移高頻微波信號的方法，該裝置包含有同軸電纜端口、帶有印刷電路的所述介質基片、以及帶有印刷電路的中間介質基片；該方法包括以下步驟將所述信號通過同軸電纜端口的內導體轉移到中間介質基片的印刷電路，將同軸電纜的外導體與所述介質基片的相關接地板相連；并且將信號電抗性耦合經(jīng)過中間介質的印刷電路，并使所述信號與所述介質基片上的相應印刷電路電抗性耦合。
全文摘要
現(xiàn)公開一種用于在電纜和介質基片上的微帶印刷電路之間轉移高頻微波信號的裝置,其中第一基片上的第一微帶印制線與第二基片上的第二微帶印制線電抗性耦合,該第二基片與同軸電纜的內導體相連,而第一微帶印制線的相關接地板與同軸電纜的屏蔽地線相連。由于借助第一介質基片上的印刷電路印制線將微波信號電抗性耦合到第二介質基片上的印刷電路印制線,因而形成非接觸式射頻連接。這避免了發(fā)生在金屬-金屬(電)接點中的互調產(chǎn)物的生成可能。此外,優(yōu)點在于該裝置自動含有直流阻斷功能,減少了對單獨耦合線、電容器之類的需求。還公開了一種在電纜和介質基片上的印刷電路之間轉移高頻微波信號的方法。
文檔編號H01R13/646GK1185862SQ96194250
公開日1998年6月24日 申請日期1996年4月3日 優(yōu)先權日1995年4月3日
發(fā)明者科林·J·凱萊特, 阿德里安·史密斯 申請人:北方電訊有限公司