专利名称：用于高浪涌电压保护的装置的制作方法
技术领域：
本发明大体而言涉及用于将同轴电缆互连至CATV系统的器件，且更具体而言涉及保护位于互连器件内的电子组件的完整性免受高压电涌影响的浪涌保护器件。
背景技术：
在CATV行业中，有线电视信号统常由同轴电缆来传输。因为电缆延伸于整个配电网络，所以使用诸如滤波器、陷波器、放大器及类似器件等数种类型的电器件来增强信号并确保信号在整个传输中的完整性。因此，必须制备一种用于以能确保信号不会丢失或中断的方式来互连至这些器件的同轴电缆。
在同轴电缆与电气器件的传统互连中，同轴电缆以轴向对齐关系附接至一自电器件向外延伸的导电引脚。然后，导电引脚将信号自同轴电缆传输至电器件。一自电器件向后延伸的导电引线将经电处理的信号载送至CATV系统中的配线电缆。
还必需在其端点上端接一同轴电缆配线。为了端接同轴电缆，将其中心导体互连至一终端连接器，例如一UMTR(通用插入式端接器)。终端连接器包括一第一端、一界定一腔的本体部分、安装于腔内的若干电气组件—例如一用于耗散电荷的电容器、一用于阻抗匹配目的的电阻器、及一终止该连接器的端帽。同轴电缆的中心导体电附接至一自电气组件向外延伸的引脚。本文中所述的“连接器”是指一终端型连接器或用于CATV系统中的任何其他标准型同轴电缆连接器。
偶尔地，会利用因雷击而通过同轴电缆传输高压浪涌。如果听任此种高压浪涌由输入引脚拾取并传输至连接器内的电器件，则因浪涌会造成电气组件基本熔化或以其他方式劣化，该器件会不能工作。于是需要在发生浪涌的地点处安装一新的连接器。
因此，非常期望提供一种具有一为高压电涌提供一替代路径的器件的电缆连接器，以保护位于连接器内的所有电气组件的完整性。
发明内容
简单地说，一种传统电缆连接器的一浪涌保护元件包括一印刷电路板，该印刷电路板优选制作成由两个轮辐所连接的两个同心环的形状。外环电连接至所述电缆连接器本体的接地部分。所述轮辐之一上的一印刷电路迹线与所述内环上的一印刷电路迹线通过一火花隙隔开。如果所述同轴电缆传输线载送高压浪涌，则会在所述隙中形成火花。如此一来，所述高压浪涌即被传送至所述浪涌保护元件，而所述浪涌保护元件又将电传导至所述连接器的接地本体。
根据本发明的一实施例，一用于一电缆连接器的浪涌保护元件包括一印刷电路板，所述印刷电路板包括一内环及一自所述内环向外延伸的第一臂；一位于所述内环的至少一部分上的第一迹线，所述第一迹线设置成在所述浪涌保护元件安装于所述电缆连接器中时所述第一迹线电连接至所述电缆连接器的一信号部分；及一位于所述第一臂的至少一部分上的第二迹线，所述第二迹线设置成在所述浪涌保护元件安装于所述电缆连接器中时所述第二迹线电连接至所述电缆连接器的一接地部分，其中所述第一迹线与第二迹线通过一火花隙隔开。
根据本发明的一实施例，提供一种适合用于一CATV系统中的高压浪涌保护器件，所述CATV系统中包括一同轴电缆，该同轴电缆具有一中心导体、一与其呈围绕关系同心地定位的外导体、及一设置于所述中心导体与外导体之间的介电层，所述高压浪涌保护器件包括一连接外壳，其具有一第一端及一界定一内腔的本体部分；一定位于所述腔中的电气组件；及一整个定位于所述腔内并位于所述本体部分与所述电组件之间的浪涌保护元件，其中所述元件包括一印刷电路板，所述印刷电路板包括一内环及一自所述内环向外延伸的第一臂；一位于所述内环的至少一部分上的第一迹线，所述第一迹线设置成使所述第一迹线电连接至所述电组件；及一位于所述第一臂的至少一部分上的第二迹线，所述第二迹线设置成使所述第二迹线电连接至所述外壳；其中所述第一与第二迹线通过一火花隙隔开。
图1显示一包括一根据本发明一实施例的同轴电缆连接器的CATV系统的局部纵向剖面图。
图2显示图1所示实施例的一分解透视图。
图3显示一用于本发明各实施例中的浪涌保护元件的第一实施例的透视图。
图3A显示一浪涌保护元件的第二实施例的透视图。
图3B显示一浪涌保护元件的第三实施例的透视图。
图3C显示一浪涌保护元件的第四实施例的透视图。
图3D显示一浪涌保护元件的第五实施例的透视图。
图4显示一使用本发明一第六实施例的器件的局部剖视透视图。
图5显示一使用本发明第六实施例的图4所示器件的分解图。
图6A显示本发明第六实施例的一后视立面图。
图6B显示本发明第六实施例的一正视立面图。
图6C显示本发明第六实施例的一正视透视图。
图6D显示本发明第六实施例中一部分的放大图，其显示一火花隙。
图7显示本发明一第七实施例的透视图。
具体实施例方式
参见图1-2，一连接器10-此处显示成一终端连接器一沿一纵向轴线X-X延伸。虽然一终端连接器未直接连接至一电缆，但一电缆连接器与一同轴电缆形成一直接电连接。虽然在图式中未明确地图解说明，但应了解，该同轴电缆包括一直接环绕有一层预定厚度的介电材料的中心导体、一与该中心导体同心并环绕该介电材料的外导体、及一可选的环绕该外导体的外表面的外绝缘材料层。
连接器10通常包括一导电本体14，所述导电本体14具有一第一端16、一第二端18、及一界定于其中的腔20。本体14包括一位于其第一端16处的外螺纹部分22、一在第一端16与腔20的界面处形成在带螺纹部分22内部的凸肩24及一在第二端18处形成的后端26。应了解，虽然将连接器10显示成一“插入式”UMTR(通用插入式端接器)终端连接器，但本发明同样可与承插式连接器及用于CATV系统中的其他标准型连接器一起很好地使用。
一电气组件—其总体上由参考编号28标识并被显示成由一电容器30及一自其向后延伸的电阻器32构成一定位于腔20内。应了解，电气组件28可为并入同轴电缆导体中的任何标准类型的电气组件，例如形成滤波器、放大器、陷波器及类似器件等的集成电路。一引脚34钎焊至或以其他方式连接至电气组件28并沿纵向轴线X-X自其向前延伸。引脚34端接于一导电引脚12的端头36中，在此点处引脚34电互连至导电引脚12。电气组件28进一步包括一沿纵向轴线X-X自电阻器32向后延伸的引线38，该引线钎焊至或以其他方式牢固地连接至本体14的后端26。
连接器10进一步包括一与第二端18成覆盖关系定位以尤其是保护引线38与本体14的连接的标准型端帽40、及一定位于本体14与带螺纹部分22的接口处以防止水份、灰尘及其他污染物进入连接器10中的O形环41。
在正常工作状态下，同轴电缆载送及传输90伏特的AC。然而，可能会存在其中高压浪涌冲击同轴电缆且通过同轴电缆载送的时候，例如(举例而言)万一被闪电击中时。假若这种高压浪涌要是传输至引脚12及34且然后被载送至电气组件28，则构成电气组件28的器件在大多数情况下将变得无法工作，因为其将无法在不使其导电元件熔化或以其他方式劣化的情况下接收此类浪涌。
还参见图3，为了防止将破坏性程度的此种高压浪涌传输至电气组件28，本发明包括一浪涌保护元件42，其由例如青铜等导电材料构成且具有一预定宽度W。浪涌保护元件42通常包括一环状外部本体44及至少一个自其呈放射状向内延伸的叉46。虽然浪涌保护元件42在图式中显示成包括四个等间距的叉46，但已发现，三个叉也同样可行，且其不需要等间距，而且一个(或任意数量个)叉也将可行。浪涌保护元件42的宽度W及材料成分决定元件42可耐受多大的电压，但已发现，当元件42由黄铜构成并具有约为0.020英寸的宽度W时，其可在高达3,000安培下耐受6,000伏特的电压达一50微秒的周期，如IEEE规范所要求。
浪涌保护元件42定位成使其本体部分44电接触凸肩24且叉46自其呈放射状向内延伸。为了确保本体部分44与导电性本体14的凸肩24保持导电性接触，浪涌保护元件42与连接器10压配合或以其他方式牢固地啮合。当处于此位置中时，叉46紧密靠近端头36但与端头36成非接触关系地定位，从而在其间留出一火花隙48(图1)。如在所属领域中所熟知，空气的介电强度为3,000,000伏特/米且因此一300伏特的电压会在一0.1mm的空气隙中产生火花。因此，火花隙48的尺寸决定使浪涌保护元件42触发电流通过本体14并转至接地而不是经过电气组件28的电压水平。
因此，万一有高压电涌通过连接器10，如果该浪涌高于一由火花隙48的尺寸所决定的预定值，则会跨越隙48燃起一火花电弧，且大多数电流会流过叉46并通过本体部分44与凸肩24之间的导电连接流到地面。少量电流可传入连接器10中，但因浪涌保护元件42与电气组件28之间电阻特性的差异，仅一非有害量的电流将传入连接器10中。因此，浪涌保护元件42通过提供一围绕电气组件28并通过本体14接地的替代电流路径来保护所述电气组件28免受高压电涌的影响。
参见图3A，图中显示浪涌保护元件42′的一替代实施例。浪涌保护元件42′包括一环状本体44′(例如一垫圈)、及至少一个整体形成于引脚34′的一端头36′上并自该端头36′呈放射状向外延伸的叉46′。叉46由自端头36′呈放射状向外延伸的星状凸出部界定而成。同样，假如浪涌保护元件42′包括仅单个或任意其他数量个凸出部46′，浪涌保护元件42′也将可行。
参见图3C，浪涌保护元件42′视需要仅由具有至少一个自其呈放射状向外延伸的叉46′的端头36′构成，其限制条件是每一个叉46′的长度均足以在其端部与连接器本体14的一带螺纹部分22′的内表面之间留下一适当的火花隙。
参见图3B，一浪涌保护元件42″包括一环状本体44″(例如一垫圈)、及至少一个整体形成于一引脚34″的一端头36″上并自所述端头36″呈放射状向外延伸的叉46″。叉46″由自端头36″呈放射状向外延伸的环状延伸、正弦弯曲形的凸出部来界定。同样，假如浪涌保护元件42″包括仅单个或任意其他数量个凸出部46″，则其也将可行。
参见图3D，浪涌保护元件42″视需要仅由具有至少一个自其呈放射状向外延伸的叉46″的引脚34″构成，其限制条件是每一个叉46″的长度均足以在其端部与连接器本体14的带螺纹部分22″的内表面之间留下一适当的火花隙。
参见图4-5，图中显示本发明的另一实施例。一同轴电缆连接器10包括一连接器本体14及一位于其第二端处的端帽40。一毗邻一带螺纹部分22的O形环41在连接器10被旋入一承插式连接器内时密封连接器10。此处显示一由一电容器30及一电阻器32组成的电气组件28，所述电容器30及电阻器32容纳于连接器本体14内的腔20内。电容器30连接至一引线38，引线38又优选通过钎焊接而连接至连接器本体14。电阻器32装于一罩31内并连接至罩31，罩31又与导电引脚12相连接。一印刷电路板50在连接器本体14内通过一优选由塑料制成的绝缘体52固定就位。PCB 50优选为标准的PCB玻璃纤维材料。一端头36′优选与导电引脚12成一整体。
优选用于连接器10的UMTR中的电气组件28的电阻器-电阻器网络由一75欧姆、1/4瓦特的碳膜无电感性电阻器串联耦接至一20,000pF的瓷片电容器组成。实现此种串联耦接的方式使所述网络能够被封装得很小。制造步骤如下(1)将一单引线裸电容器放置于一铝块中的沉孔内。一裸电容器为一没有环氧涂层的电容器。该电容器引线穿过该沉孔底部中的一个孔凸伸出。(2)将少量的焊膏涂敷至电阻器的朝上的无引线端。(3)将一单引线裸电容器放置于一与电阻器沉孔同轴的更大沉孔中，使引线朝上。电容器的无引线端通过焊膏接触电阻器的端部。(4)将一具有一通孔的铝板放置于电容器引线上方并将其紧固至第一铝块，以使该总成保持牢固并防止电气组件出现任何移动。(5)将包括铝块在内的整个总成放入一炉中，以使焊膏固化从而将电容器以实体方式及电方式结合至电阻器。(6)将整个总成自炉中移出并使其冷却。(7)将RC网络自铝块中移出。(8)用环氧树脂涂布RC网络并使其固化。环氧树脂会使所述总成绝缘并提供额外的强度。
还参见图6A，图中显示印刷电路板(PCB)50的一正视图。PCB 50呈轮形，具有通过两个臂或轮辐56、57相连接的一外环54及一内环58。内环58界定一圆孔60，该圆孔装套于导电引脚12的一端头36′上并与其接触。
参见图6B，PCB 50上的一印刷电路迹线62围绕外环54的一表面55的一部分的表面延伸，以便在凸肩24处与连接器本体14电接触(图4)，同时一印刷电路迹线66位于内环58的一表面上以便与端头36′电接触。绝缘体52(图4-5)确保印刷电路迹线62与印刷电路迹线66分别抵靠凸肩24及端头36′进行良好的电接触。印刷电路迹线62的一个臂64自外环54延伸至靠近内环58上的印刷电路迹线66但仍与其相间隔。臂64的一端65与印刷电路迹线66之间的间隔形成一火花隙。使用一具有印刷电路迹线的PCB，能够比图1-3所示固体金属实施例容许严格得多的火花隙公差，且因此提高可靠性。迹线62、66优选为2oz铜。在电路板制造中，铜厚度是按以盎司为单位的重量来加以规定，该重量为存在于一12″×12″板面积上的铜的重量。在一2 oz铜迹线的情况下，迹线的厚度为0.0028″。
图6C显示一分别位于外环54及内环58上的印刷电路迹线62及66的透视图。
图6D显示参照图6B所更详细说明的火花隙。印刷电路66优选包括两个结合成六十度角的三角形尖头构件68，该六十度角对应于臂64的端部65的六十度角。在火花隙的两侧之间共享的这三个点确保当火花在隙中跳跃时的可靠性。众所周知，电荷更偏好在点上而不是沿平坦区域积聚。当使用三个点时，其中一个点将始终为第一点，即火花所跳过的优选点。万一该点处的印刷电路变得有凹痕的或汽化，则其中一个剩余的点在理论上便变为优选点。实际上，因闪火花而形成的一碳层会沉积在金属迹线之间的PCB上。该碳层在由雷电所引起的高压浪涌水平情况下是导电的并变为优选的电路径。
参见图7，图中显示本发明的一实施例，其中一PCB 50′中具有一孔60。一位于孔60周围的迹线66′对应于图6A-6D的实施例中的内环58，因为迹线66′与导电引脚12的端头36′电接触。位于PCB 50′的一与迹线66′对置的端上的迹线62′则对应于图6A-6D的实施例的外环54，因为迹线62′与连接器本体14的凸肩24电接触。迹线62′的一臂64′包括一端部65′，该端部65′与迹线66′的尖头构件68′形成一火花隙。由于绝缘体52确保PCB 50′上的迹线62′、66′分别与凸肩24及端头36′之间进行良好的电接触，因此可改变PCB 50′的形状，只要进行适当的电接触便可。
火花隙的尺寸与触发火花的电压电平之间的关系在所属领域中众所熟知。比如，通常使用由0.005″空气形成的火花隙。对于CATV系统，系统通常载送60Hz、90VAC的工作电压，以向中间放大器及其他调节设备供电。此电压在进入一住户或其他终端用户的内部布缆之前当然会被阻断。优选将火花隙设定成需要一300伏特或更高的跳开电压来桥接该隙。上述碳层会降低在发生后续浪涌时的跳开电压，因此在第一主浪涌后，该跳开电压自300伏特下降至200伏特左右。跳开电压必须高于电缆系统的工作电压但低于会损坏受本发明保护的器件中的电组件的电压。
虽然已参照一特定优选实施例及附图阐述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，本发明不仅限于该优选实施例且可对其进行各种修改等等，此并不背离在上文随附权利要求书中所界定的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于一电缆连接器中的浪涌保护元件，其包括一印刷电路板，其包括一内环及一自所述内环向外延伸的第一臂；一位于所述内环的至少一部分上的第一迹线，所述第一迹线设置成当所述浪涌保护元件安装于所述电缆连接器中时所述第一迹线电连接至所述电缆连接器的一信号部分；及一位于所述第一臂的至少一部分上的第二迹线，所述第二迹线设置成当所述浪涌保护元件安装于所述电缆连接器中时所述第二迹线电连接至所述电缆连接器的一接地部分；其中所述第一与第二迹线通过一火花隙隔开。
2.如权利要求1所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一第二臂，其中所述第二臂与所述内环及所述第一臂为整体的。
3.如权利要求1所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一第二臂，其中所述第二臂与所述内环及所述第一臂为单体式的。
4.如权利要求1所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一外环的至少一段，其中所述段与所述第一臂为整体的。
5.如权利要求4所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一第二臂，其中所述第二臂与所述内环、所述第一臂、及所述段为整体的。
6.如权利要求4所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一第二臂，其中所述第二臂与所述内环、所述第一臂、及所述段为单体式的。
7.如权利要求4所述的器件，其中所述第二迹线位于所述段的至少一部分上。
8.如权利要求4所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一与所述第一臂为整体的外环，其中所述内环与外环为同心的。
9.如权利要求8所述的器件，其中所述第二迹线位于所述外环的至少一部分上。
10.如权利要求9所述的器件，其中所述第二迹线位于所述外环的整个一表面上。
11.如权利要求8所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一第二臂，其中所述第二臂与所述内环、所述第一臂、及所述外环为整体的。
12.如权利要求8所述的器件，其中所述印刷电路板进一步包括一第二臂，其中所述第二臂与所述内环、所述第一臂、及所述外环为单体式的。
13.如权利要求1所述的器件，其中当所述浪涌保护元件安装于所述电缆连接器中时，所述浪涌保护元件完全定位于一包含在所述电缆连接器内的腔内。
14.如权利要求1所述的器件，其中所述第一迹线包括一毗邻所述火花隙的第一尖头端，且所述第二迹线包括毗邻所述火花隙的第二及第三尖头端，其中所述第二与第三尖头端在其间界定一空间，所述第一尖头端即定位于所述空间中。
15.一种适合用于一CATV系统中的高压浪涌保护器件，所述CATV系统包括一同轴电缆，所述同轴电缆具有一中心导体、一与其呈围绕关系同心地定位的外导体、及一设置于所述中心导体与外导体之间的介电层，所述高压浪涌保护器件包括一连接外壳，其具有一第一端及一界定一内腔的本体部分；一电子组件，其定位于所述腔内；及一浪涌保护元件，其完全定位于所述腔内并定位于所述本体部分与所述电子组件之间，其中所述元件包括一印刷电路板，所述印刷电路板包括一内环及一自所述内环向外延伸的第一臂；一位于所述内环的至少一部分上的第一迹线，所述第一迹线设置成使所述第一迹线电连接至所述电子组件；及一位于所述第一臂的至少一部分上的第二迹线，所述第二迹线设置成使所述第二迹线电连接至所述外壳；其中所述第一与第二迹线通过一火花隙隔开。
16.如权利要求15所述的高压浪涌保护器件，其中所述电子组件电连接至一自其延伸的导电引脚，所述导电引脚电互连至所述同轴电缆的所述中心导体。
17.如权利要求16所述的高压浪涌保护器件，其中所述导电引脚包括一以实体连接及电连接至所述第一迹线的端头。
全文摘要
本发明提供一种用于一常规电缆连接器(10)的浪涌保护元件(50)，其包括一印刷电路板(50)，印刷电路板(50)优选制作成通过两个轮辐(56，57)相连的两个同心环(58，54)形状。所述外环(54)电连接至所述电缆连接器本体的接地部分。一位于所述轮辐之一上的印刷电路迹线(62)通过一火花隙与一位于所述内环(58)上的印刷电路迹线(66)隔开。如果所述同轴电缆传输线载送一高压浪涌，则会在所述隙中形成一火花。因而，所述高压浪涌会传递至所述浪涌保护元件(50)，而所述浪涌保护元件(50)又将电传导至所述连接器(10)的所述接地本体。
文档编号H01T4/08GK1875530SQ200480032682
公开日2006年12月6日 申请日期2004年9月14日 优先权日2003年9月17日
发明者肖恩·M·乔戈, 诺厄·蒙泰纳 申请人:约翰美兹林高协会公司