耦接器的制造方法
【專利摘要】一種電磁耦接器，包括：發(fā)送器，被配置為工作于第一中心頻率，第一端子，被配置為連接至發(fā)送器并具有第二諧振頻率；接收器，被配置為工作于第一頻率；第二端子，被配置為連接至接收器并具有第三諧振頻率；其中，當(dāng)所述第一和第二端子在結(jié)合時(shí)被置為緊密貼近時(shí)，等效諧振頻率大體是所述第一頻率，而且其中，所述第二和/或第三頻率在頻譜上基本上與所述第一頻率分開。
【專利說明】耦接器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種耦接器。
【背景技術(shù)】
[0002]連接器或耦接器用于電性連接兩個(gè)裝置以便傳遞信號(hào)。連接器可以包括一側(cè)上的插口式金屬接觸器，其與另一側(cè)上的插頭式金屬接觸器結(jié)合。然而，這樣的連接器可能受以下問題的影響:
[0003]1.由于長時(shí)間的氧化和磨損，連接性能會(huì)降低。
[0004]2.當(dāng)數(shù)據(jù)速率極高時(shí)(>10Gb/s)，每個(gè)接觸的面積會(huì)變得很小。
[0005]3.小機(jī)械部件非常容易損壞。
[0006]4.制造成本高。
[0007]金屬連接器的一個(gè)替代方案是無線信號(hào)連接。然而，由于電磁干擾(EMI)和有限的頻率資源，無線連接并不理想。另一種有前景的替代方案是介電連接器，例如美國專利7481672號(hào)。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的介電連接器主要用于DC (直流)隔離，但仍然會(huì)受到EMI問題的影響，特別是在未連接的狀態(tài)下。EMI問題會(huì)涉及到對(duì)其它裝置的干擾過于靈敏的裝置，和/或會(huì)在其它裝置中引發(fā)過多的干擾的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]總體上，本發(fā)明提供一種諧振電磁(EM)耦接器，其在非連接狀態(tài)下不會(huì)有大量的輻射。這會(huì)有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1.不要求金屬接觸，
[0010]2.在連接和未連接狀態(tài)下，可以基本上消除EMI，
[0011]3.在裝置壽命期間性能穩(wěn)定，
[0012]4.壽命長，
[0013]5.防水
[0014]6.寬帶寬，在中心頻率60GHz處，具有大于IOGHz帶寬(或相對(duì)帶寬>16%)，并因此能夠取得高得多的數(shù)據(jù)速率(>10Gb/s)，
[0015]7.無需射頻執(zhí)照(license),
[0016]8.更安全的數(shù)據(jù)發(fā)送，因?yàn)闆]有輻射泄漏到環(huán)境中，任何信息發(fā)送都是點(diǎn)到點(diǎn)的。因此連接安全性高于除了期望的接收器外其他接收方也可檢測(cè)到該發(fā)送的普通的無線通信接收器接收器，和/或
[0017]9.與金屬電纜連接器相比具有更好的外觀并且可以不被發(fā)現(xiàn)。
[0018]在第一具體的方面中，提供一種電磁耦接器，其包括:
[0019]發(fā)送器，被配置為工作于第一中心頻率，
[0020]第一端子，被配置為連接至發(fā)送器并具有第二諧振頻率，
[0021]接收器，被配置為工作于第一頻率，[0022]第二端子，被配置為連接至接收器并具有第三諧振頻率，
[0023]其中，當(dāng)所述第一和第二端子在結(jié)合時(shí)被置為緊密地貼近時(shí)，等效諧振頻率基本是所述第一頻率，而且其中，所述第二和/或第三頻率在頻譜上基本與所述第一頻率分開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]現(xiàn)在將參照以下附圖來描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式，其中:
[0025]圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的介電連接器的原理圖，
[0026]圖2是介電連接器的等效電路圖和頻率響應(yīng)曲線圖，其示出了防止輻射泄漏的諧振頻移，左上圖是未連接狀態(tài)，其中示出輻射器的等效電路(Tx上沒有高介電常數(shù)材料);左下圖中，在工作頻率，當(dāng)沒有連接到具有高介電常數(shù)材料的Rx耦接器時(shí)，Tx輻射器的輻射效率非常低(避免輻射);右上圖是連接狀態(tài)，其中示出輻射器的等效電路(Tx上有高介電常數(shù)材料);右下圖中，兩條曲線間的左向箭頭表示當(dāng)連接到具有高介電常數(shù)材料的Rx耦接器時(shí)，Tx輻射器的輻射效率非常高，
[0027]圖3是第二實(shí)施方式的透視圖，其中，(a)是無輻射耦接器對(duì)，(b)是無輻射耦接器元件(Tx),
[0028]圖4是第二實(shí)施方式的頻率響應(yīng)曲線圖，其中，右圖中，諧振頻率在工作頻率之外(大部分電力無法被Tx發(fā)出)，Ca)是未連接狀態(tài):折返損耗(Sll) >2dB (絕大部分能量被折返回來，輻射泄漏小)，諧振頻率在工作頻率之外(大部分功率無法被Tx發(fā)出);左圖中，諧振頻率在工作頻率之內(nèi)(大部分功率被Tx有效地發(fā)出)，(b)是連接狀態(tài):傳播功率(S21)>-2dB(損耗<2dB)，帶寬>10GHz，諧振頻率在工作頻率之內(nèi)(大部分功率被Tx有效地發(fā)出)，
[0029]圖5是根據(jù)第三實(shí)施方式的插入型連接器的截面圖，其中，Ca)是未連接的Rx耦接器元件，(b)是未連接的Tx稱接器元件，(C)是已連接，
[0030]圖6是根據(jù)第四實(shí)施方式的觸碰型連接器的截面圖，其中，Ca)是未連接的Rx耦接器元件，(b)是未連接的Tx耦接器元件，(c)是已連接，以及
[0031]圖7是根據(jù)第五實(shí)施方式的雙向連接器的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的介電耦接器100。要發(fā)送的數(shù)據(jù)流可以首先通過調(diào)制器102上/下變換為毫米波(MMW)頻率。來自調(diào)制器102的信號(hào)被傳遞至與接收器(Rx)側(cè)的端子106結(jié)合的發(fā)送器(Tx)側(cè)的端子104，由此，信號(hào)將經(jīng)由RF (射頻)從一側(cè)發(fā)送至另一側(cè)。信號(hào)從Rx端子傳送至解調(diào)器108，以進(jìn)行下/上變換。
[0033]當(dāng)兩個(gè)端子104、106未連接時(shí)，信號(hào)會(huì)被折返回來，而不會(huì)輻射入空中。當(dāng)將兩個(gè)端子104、106連接時(shí)，耦接器就會(huì)有介電觸碰從而傳輸信號(hào)而沒有任何嚴(yán)重的泄漏。所以，不管耦接器是否連接，存在有外部RF信號(hào)輻射和泄漏的可能性是極小的。
[0034]耦接器基于圖2所示的諧振頻移原理。當(dāng)連接器“未連接”時(shí)，Tx端子104的諧振頻率200高于MMW調(diào)制器和振蕩器102的工作頻率202，因此，Tx端子104的阻抗會(huì)嚴(yán)重地不匹配，因而RF功率被向外傳輸。然而，當(dāng)連接器“連接”時(shí)，高介電常數(shù)材料片被夾入Tx和Rx端子104、106之間。這個(gè)高介電常數(shù)材料將增加端子104、106的諧振結(jié)構(gòu)的等效電容。從而減小了諧振頻率204。通過根據(jù)材料的介電常數(shù)仔細(xì)地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，連接狀態(tài)將具有等于Tx和Rx的工作中心頻率的諧振頻率。因此，當(dāng)端子處于結(jié)合時(shí)，耦接器將傳遞信號(hào)。如果Tx和Rx之間的間隙極小，除了材料性損失之外，幾乎所有的信號(hào)功率都能從Tx發(fā)送至Rx。輻射泄漏是很小的。
[0035]圖3示出了根據(jù)第二個(gè)實(shí)施方式的介電耦接器。其包括Tx端子300和Rx端子302。圖3 (b)示出了 Tx端子300。Tx端子300包括基底304和天線306而不具有高介電常數(shù)材料層。除了附有高介電常數(shù)材料層308以外，Rx端子302具有與Tx端子300幾乎相同的結(jié)構(gòu)。
[0036]Tx端子300制作在PCB (印刷電路板)材料(例如，F(xiàn)R408)上。在圖3中，Tx端子300包括暴露的金屬部分(頂層)。然而，Tx端子300由其他非金屬膜所覆蓋(例如，特氟龍(Teflon))。這種非金屬膜的介電常數(shù)與Rx端子302上的高介電常數(shù)材料的介電常數(shù)相比是非常不同的。背底為FR408。也可使用其它低介電常數(shù)的PCB基底材料。對(duì)于60GHz工作頻率，設(shè)計(jì)尺寸可以是:環(huán)直徑1mm、槽寬0.075mm、偶極子內(nèi)部補(bǔ)片(patch insidedipole)0.38mmX0.15mm、偶極子寬度0.6mm。稱接器通過微帶線從PCB的背面向金屬補(bǔ)片的中心來饋送。
[0037]圖4示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的耦接器性能。中心頻率是58GHz。在連接狀態(tài)(圖4 (a))中，在中心頻率處，傳播功率(S21)高并且-3dB帶寬>15GHz。阻抗匹配頻率帶寬(SlK-1OdB)是10GHz。該寬阻抗帶寬是由圖3 (b)所示的槽式環(huán)加上槽式偶極子結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的。通過仔細(xì)地設(shè)計(jì)槽式環(huán)和槽式偶極子的中心頻率，可以最大化帶寬。
[0038]槽式環(huán)和槽式偶極子可用于通過將兩個(gè)諧振頻率彼此定位靠近為對(duì)應(yīng)通頻帶部分地重疊來擴(kuò)大帶寬，這將導(dǎo)致更寬的帶寬。兩個(gè)諧振頻率分別由槽式環(huán)和槽式偶極子來控制。例如，通過增加槽式環(huán)的直徑，諧振頻率之一被減小，而通過縮短槽式偶極子的長度，另一個(gè)諧振頻率被增加。
[0039]在連接狀態(tài)下，在中心頻率處傳播功率損耗為1.38dB。這意味著超過70%的能量可以從Tx傳輸至Rx。剩下的則主要是材料損耗，并且一小部分是輻射泄漏。在非連接狀態(tài)(圖4 (b))下，折返損耗小(0.7dB)。因此，大部分能量(85%)折返回至Tx而沒有被輻射到空中。
[0040]根據(jù)給定應(yīng)用的要求，可以通過設(shè)計(jì)帶寬(例如:10GHz)、介電常數(shù)材料(例如:?11)以及輻射泄漏率來修改耦接器。
[0041]為了進(jìn)一步減小任意的RF泄漏，可以將吸收體圍繞在端子周圍。吸收體應(yīng)當(dāng)對(duì)耦接器參數(shù)的影響小。因此，優(yōu)選的是低介電常數(shù)吸收體泡沫或橡膠。吸收率應(yīng)當(dāng)盡可能的聞。
[0042]可根據(jù)給定應(yīng)用的要求修改介電連接器。以下介紹三個(gè)示例。
[0043]圖5示出了插入型耦接器500。在圖5(b)中，Tx端子502包括具有槽形開口 506的圍繞結(jié)構(gòu)504，該圍繞結(jié)構(gòu)504是吸收體。在非連接狀態(tài)下，來自Tx元件510的小的輻射泄漏被吸收體504吸收。在圖5 (a)中，Rx端子512包括高介電常數(shù)材料514。在連接狀態(tài)下，如圖5 (c)所示，Rx端子512插在槽形開口 506內(nèi)，之后，信號(hào)通過高介電材料514從Tx發(fā)送至Rx。在連接狀態(tài)中的小的輻射泄漏也可以進(jìn)一步由吸收體508所吸收。
[0044]圖6示出了接觸型耦接器600。Tx602和Rx604端子彼此相對(duì)。為了最大化地對(duì)準(zhǔn)端子，需要某種自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。例如，如果具有60GHz的中心工作頻率、10.2的介電常數(shù)，那么機(jī)械容差大約為±0.1mm以確保良好的耦合?？梢允褂弥T如磁性、浮凸印這樣的多種自對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。吸收體606被放置在Tx端子下面以進(jìn)一步減小在連接和未連接狀態(tài)下的輻射泄漏。
[0045]在前述實(shí)施方式中，因?yàn)樵赗x —側(cè)固定設(shè)置有高介電常數(shù)材料，所以Rx諧振頻率可以設(shè)置在工作頻率。為了實(shí)現(xiàn)雙向通信，可如圖7所示設(shè)置單獨(dú)的反向連接器。通過使用同樣的諧振頻移原理，可實(shí)現(xiàn)連接器兩側(cè)的頻移。即，在一個(gè)介電連接器中，Tx可以位于用于雙向通信的以下連接器結(jié)構(gòu)的右側(cè)和/或左側(cè)。這里，高介電常數(shù)材料既不觸碰到右耦接器也不觸碰到左耦接器直到耦接器處于連接狀態(tài)，從而防止了在未連接狀態(tài)下的任意一側(cè)的泄漏。
[0046]雖然，已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的示例性的實(shí)施方式，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，在如權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁稱接器,包括: 發(fā)送器，被配置為工作于第一中心頻率， 第一端子，被配置為連接至所述發(fā)送器并具有第二諧振頻率，接收器，被配置為工作于所述第一頻率， 第二端子，被配置為連接至所述接收器并具有第三諧振頻率， 其中，當(dāng)所述第一端子和第二端子在結(jié)合時(shí)被置為緊密貼近時(shí)，等效諧振頻率大體是所述第一頻率，而且其中，所述第二和/或第三頻率在頻譜上大體上與所述第一頻率分開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦接器，進(jìn)一步包括位于所述第一端子和所述第二端子之間的介電材料。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，進(jìn)一步包括毗鄰或圍繞所述第一端子和/或所述第二端子的射頻吸收體。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述耦接器的帶寬大于16%。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述RF泄漏小于15%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦接器，其中，所述介電材料被設(shè)置在所述第二端子上，并且所述第三頻率與所述第一頻率大體相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦接器，其中，所述介電材料被配置為:當(dāng)不結(jié)合時(shí)，與所述第一端子和所述第二端子分隔開，并且當(dāng)結(jié)合時(shí)，被夾入所述第一端子和所述第二端子之間，其中，所述第二和第三頻率在頻譜上大體與所述第一頻率分隔開。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述第一端子被配置為插入所述第二端子。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述第一端子和所述第二端子被配置為當(dāng)緊密貼近時(shí)彼此觸碰。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耦接器，進(jìn)一步包括自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述第一頻率是毫米波(MMW)頻率。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述第一端子和/或所述第二端子包括槽式環(huán)和/或槽式偶極子的布置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的耦接器，其中，所述槽式環(huán)和槽式偶極子的布置具有間隔很近且部分地重疊的通頻帶的特征。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的耦接器，其中，所述第二頻率大于所述第一頻率的兩倍。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦接器，進(jìn)一步包括位于所述第一端子和所述第二端子之間的介電材料，其中，所述介電材料被固定設(shè)置在所述第二端子上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦接器，進(jìn)一步包括位于所述第一端子和所述第二端子之間的介電材料，其中，所述介電材料既不觸碰所述第一端子也不觸碰到所述第二端子直到所述耦接器處于連接狀態(tài)。
17.一種根據(jù)前述任一權(quán)利要求的耦接器端子。
【文檔編號(hào)】H04B10/29GK103457665SQ201310190406
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月28日
【發(fā)明者】馬逾鋼, 川崎研一, 增田久 申請(qǐng)人:索尼公司