一种可轴向浮动的射频同轴接触件及连接器
阅读说明：本技术 一种可轴向浮动的射频同轴接触件及连接器 (Radio frequency coaxial contact element capable of axially floating and connector ) 是由 肖顺群 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可轴向浮动的射频同轴接触件,包括针式接触件和孔式接触件,所述针式接触件包括针式本体,所述孔式接触件包括孔式本体,所述针式本体的一端呈环状排列设置若干弹性臂,所述若干弹性臂围成的腔体的中心设有针式端子；所述孔式本体的一端的中间部设有孔式端子,所述孔式端子的周围非接触套设有金属套筒；当所述针式接触件和孔式接触件插合时,所述针式端子插入所述孔式端子的腔体内,若干所述弹性臂与所述金属套筒的内壁弹性接触。本发明提出一种可轴向浮动的射频同轴接触件,针式接触件的针式端子和孔式接触件的金属套筒均采取宽窄径的阶梯结构,实现了轴向运动虽然引起机械基准面发生变化,但不会影响阻抗发生变化。(The invention discloses a radio frequency coaxial contact element capable of axially floating, which comprises a pin contact element and a hole contact element, wherein the pin contact element comprises a pin body, the hole contact element comprises a hole body, one end of the pin body is annularly provided with a plurality of elastic arms, and the center of a cavity surrounded by the elastic arms is provided with a pin terminal; the middle part of one end of the hole type body is provided with a hole type terminal, and a metal sleeve is sleeved on the periphery of the hole type terminal in a non-contact manner; when the pin contact element and the hole contact element are inserted, the pin terminal is inserted into the cavity of the hole terminal, and the elastic arms are in elastic contact with the inner wall of the metal sleeve. The invention provides an axial floating radio frequency coaxial contact, wherein a pin terminal of a pin contact and a metal sleeve of a hole contact both adopt a wide-diameter and narrow-diameter stepped structure, so that the change of the mechanical reference surface caused by axial movement is realized, but the change of the impedance is not influenced.)
技术领域
本发明涉及射频连接器技术领域，尤其涉及一种可轴向浮动的射频同轴接触件及连接器。
背景技术
目前，射频连接器可用于电路板与电路板、射频模块与射频模块或电路板与射频模块之间的互联。现有技术中常采用盲插方式对连接器进行连接，该插接方式对连接器中接触件的位置精度要求更高，若有个别接触件的位置没有对正会导致板与模块之间产生集中应力造成形变，影响板与模块之间的正常插拔，进而导致产品报废或寿命降低。为了解决上述问题可在连接器中设置具有轴向或径向浮动结构，使得连接器在位置有偏差的状况下依然保证接触件的稳定接触并与其电性连接。
目前实现连接器轴向浮动的常用结构是通过使用压缩弹簧来实现各接触件之间的轴向补偿，从而避免机械基准面变化而导致电气性能的改变，但带弹簧的射频连接器(或接触件)存在以下使用问题：(1)设置弹簧的射频连接器或接触件在插入过程中需要提供插拔力以外的力来压缩弹簧，对于包含几十甚至数百个射频接触件的连接器来说，几十或几百个弹簧无疑是增加了插拔的难度，导致插拔操作难以实现；(2)包含多个射频连接器的电器元件即便是已经插接在电路板或者是模块上，该弹力也会通过一基板连接端子片施加在另一基板上，在多个弹簧力的作用下会导致电器元件变形从而影响使用寿命；(3)在使用过程中虽然弹簧提供了接触件的轴向浮动距离，但是接触件在轴向相对位置的变化势必会导致连接器内阻抗的变化，进而影响了连接器的信号传输性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种可轴向浮动的射频同轴接触件，该结构简单、方便插拔，可保证阻抗匹配。
一种可轴向浮动的射频同轴接触件，包括针式接触件和孔式接触件，所述针式接触件包括针式本体，所述孔式接触件包括孔式本体，所述针式本体的一端呈环状排列设置若干弹性臂，所述若干弹性臂围成的腔体的中心设有针式端子；所述孔式本体的一端的中间部设有孔式端子，所述孔式端子的周围非接触套设有金属套筒；当所述针式接触件和孔式接触件插合时，所述针式端子插入所述孔式端子的腔体内，若干所述弹性臂与所述金属套筒的内壁弹性接触。
优选地，所述针式接触件和孔式接触件轴向插合或分离时阻抗不变。
优选地，所述针式端子包括远离所述针式本体的插接部和连接所述针式本体的连接部，所述插接部的直径大于所述连接部的直径。
优选地，所述金属套筒包括远离所述孔式本体的窄部和连接所述孔式本体的宽部，所述窄部的直径小于所述宽部的直径，所述弹性臂与所述窄部相匹配。
优选地，所述窄部内径和所述插接部外径的比值与所述若干弹性臂形成的腔体内径和所述连接部外径的比值之差的绝对值小于等于1。
优选地，所述窄部内径和所述插接部外径的比值与所述宽部内径和所述孔式端子外径的比值之差的绝对值小于等于1。
优选地，所述窄部内径与所述插接部外径的比值、所述若干弹性臂形成的腔体内径与所述插接部外径的比值以及所述宽部内径与所述孔式端子外径的比值相等。
优选地，所述连接部远离所述插接部的一端固定在所述针式本体上，所述若干弹性臂远离所述针式本体的一端延伸至所述插接部和连接部的交界处；所述孔式端子远离所述孔式本体的一端延伸至所述窄部和宽部的交界处。
优选地，所述针式接触件和孔式接触件轴向分开的距离小于所述插接部的长度；所述针式接触件和孔式接触件在完全插合后沿轴向拔出，分离的长度L1只要小于所述插接部的轴向长度(电摩擦距离)，在拔出的过程中，弹性臂始终与金属套筒的窄部保持接触，在此状态下能够保证微波的互连性能。
一种可轴向浮动的射频同轴连接器，包括插头连接器和插座连接器，所述插头连接器阵列安装有如权利要求1-7任一项所述的针式接触件，所述插座连接器阵列安装有如权利要求1-7任一项所述的孔式接触件。
本发明中射频同轴接触件的结构设计基于以下原理：
在射频连接器技术领域中，电压驻波比(VSWR)是衡量连接器中阻抗匹配的一个重要参数，电压驻波比越大则两个连接器之间的阻抗匹配性越差；电压驻波比VSWR的公式(1)表示如下：
其中，Г为反射系数；
当VSWR＝1时，表示射频连接器的两端阻抗完全匹配，此时信号全部辐射出去，没有信号的反射损耗；当VSWR为无穷大时，表示信号全反射，信号完全没有辐射出去。因此为了尽可能实现阻抗匹配，即VSWR的取值趋于1，那么则要求反射系数Г的取值趋于0；反射系数Г的公式(2)表示如下：
其中，Z0为特性阻抗，ZL为负载阻抗；
特性阻抗Z0为电器元件要求的阻抗，而负载阻抗ZL是射频连接器在插接过程中产生的阻抗，根据本发明的结构，同轴射频连接器的负载阻抗ZL的公式(3)表示如下：
其中，εy为一常数，D为外导体内径，d为内导体外径。
为了反射系数Г的取值趋于0，则需要使得特性阻抗Z0等于负载阻抗ZL，由于特性阻抗Z0为已知量，通过公式(3)可以得出外导体内径D与内导体外径d的比值。基于该比值(D/d)，本发明提出的一种射频同轴接触件的针式接触件和孔式接触件，其中针式接触件的针式端子和孔式接触件的金属套筒均采取宽窄径的阶梯结构，使得两者轴向分离的状态下，即便是电器基准面发生变化，但针体结构的负载阻抗基本保持稳定，保证了信号传输性能。
本发明中的有益效果：
本发明提出一种可轴向浮动的射频同轴接触件，其结构的设计基于接触件插合或分离的状态下的负载阻抗趋近于特性阻抗能够使得电压驻波比趋近于1这一原理，针式接触件的针式端子和孔式接触件的金属套筒均采取宽窄径的阶梯结构，接触件两端在轴向运动时虽然会导致机械基准面发生变化，但不会影响阻抗发生变化，从而在保证了电气性能的基础上获得了轴向浮动空间。
本发明提出一种可轴向浮动的射频同轴接触件，将其大量应用于阵列射频连接器中，由于结构中去除了弹簧的设置，大大降低了连接器的插拔难度，避免了弹簧的作用力对电器元件的变形损伤。本发明采用弹性臂和金属套筒的弹性接触，以孔式端子与针式端子的套接作为导向，可实现大范围轴向补偿，其分离距离以孔式端子的插接部长度为限，依然保证了产品的信号传输性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为针式接触件的结构示意图；
图2为孔式接触件的结构示意图；
图3为针式端子的结构示意图；
图4为金属套筒的结构示意图；
图5为针式接触件中外导体内径和内导体外径示意图；
图6为孔式接触件中外导体内径和内导体外径示意图；
图7为针式接触件和孔式接触件完全插合的示意图；
图8为针式接触件和孔式接触件非完全插合的示意图；
图9为含多个针式接触件的插头连接器示意图；
图10为含多个孔式接触件的插座连接器示意图。
图中：1-针式接触件、11-弹性臂、12-针式端子、121-插接部、122-连接部、13-介质体A、14-针式本体、2-孔式接触件、21-金属套筒、211-窄部、212-宽部、22-孔式端子、23-介质体B、24-孔式本体、3-插头连接器、4-插座连接器、A-机械基准面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
参照图1-8，一种可轴向浮动的射频同轴接触件，包括针式接触件1和孔式接触件2，针式接触件1包括针式本体14，孔式接触件2包括孔式本体24，针式本体14的一端呈环状排列设置若干弹性臂11，若干弹性臂11围成的腔体的中心设有针式端子12；针式端子12包括远离针式本体14的插接部121和连接针式本体14的连接部122，插接部121的直径大于连接部122的直径。
孔式本体24的一端的中间部设有孔式端子22，孔式端子22与孔式本体24连接处设有介质体B 23；孔式端子22的周围非接触套设有金属套筒21；孔式端子22和金属套筒21同轴设置；金属套筒21包括远离孔式本体24的窄部211和连接孔式本体24的宽部212，窄部211的直径小于宽部212的直径，弹性臂11与窄部211相匹配。
连接部122远离插接部121的一端固定在针式本体14上，连接部122与针式本体14连接处设有介质体A13；若干弹性臂11远离针式本体14的一端延伸至插接部121和连接部122的交界处；孔式端子22远离孔式本体24的一端延伸至窄部211和宽部212的交界处。
当针式接触件1和孔式接触件2插合时，针式端子12插入孔式端子22的腔体内，即内导体电性接触，若干弹性臂11与金属套筒21的窄部211内壁弹性接触，即外导体电性接触。
本实施例中，窄部211内径与插接部121外径的比值D3/d3接近若干弹性臂11形成的腔体内径与连接部122外径的比值d1/d2，即|D3/d3-d1/d2|≤1，则保证针式接触件1和孔式接触件2插合部的阻抗与针式接触件1的特性阻抗接近。
实施例2
本实施例中，窄部211内径与插接部121外径的比值D3/d3接近宽部212内径与孔式端子22外径的比值D1/D2，即|D3/d3-D1/D2|≤1，则保证针式接触件1和孔式接触件2插合部的阻抗与孔式接触件2的特性阻抗接近；其他结构与实施例1相同。
实施例3
窄部211内径与插接部121外径的比值D3/d3、若干弹性臂11形成的腔体内径与连接部122外径的比值d1/d2与宽部212内径与孔式端子22外径的比值D1/D2相等，即(D3/d3)＝(d1/d2)＝(D1/D2)；其他结构与实施例1相同。本实施例中，D3/d3、d1/d2、D1/D2均相同是最理想的状态，能够实现两端接触件在完全插合和非完全插合的状态下保证阻抗匹配。针式接触件1和孔式接触件2轴向插合或分离时阻抗不变。
实施例4
参照图9、图10，一种可轴向浮动的射频同轴连接器，包括插头连接器3和插座连接器4，所述插头连接器3阵列安装有实施例1、实施例2或实施例3中的针式接触件1，所述插座连接器4阵列安装有实施例1、实施例2或实施例3中的孔式接触件2。
工作原理：
以实施例3为例，由图7可知，针式接触件1和孔式接触件2在完全插合的状态下，针式端子12的插接部121完全插合在孔式端子22的腔体内，针式接触件1的弹性臂11与孔式接触件2的金属套筒21的窄部211弹性接触；此时宽部212内径与孔式端子22外径的比值D1/D2与若干弹性臂11形成的腔体内径与连接部122外径的比值d1/d2相同，根据公式(3)可知针式接触件1和孔式接触件2的负载阻抗一致，此时的机械基准面在A处；
如图8所示，当针式接触件1和孔式接触件2分离时，以机械基准面A为基准分开的距离为L1，此时机械基准面发生变化，针式端子12的插接部121从孔式端子22中拔出的距离也为L1；在本发明的结构中，窄部211内径与插接部121外径的比值D3/d3与d1/d2、D1/D2相同，根据公式(3)可以计算得出，即便是当接触件两端分离，依然能够保证负载阻抗一致；将特性阻抗Z0和负载阻抗ZL带入公式(2)可最终获得电压驻波比VSWR趋近1的目标状态。需要说明的是，由于公差的存在，本发明的结构中电压驻波比VSWR最低能够达到1.2。
本发明中针式接触件1和孔式接触件2可通过调整自身外导体内径和内导体外径的比值实现负载阻抗和特性阻抗相匹配，同时设计了针式端子和金属套筒的粗径和窄径的阶梯式结构，可实现针式接触件1和孔式接触件2在分离的过程中，变化的部位依然能够实现阻抗匹配，保证了信号的传输性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。