作为用于电连接器的器件的插头或插座以及电连接器的制作方法

本发明涉及一种用于电连接器的器件，诸如插头或插座。本发明还涉及一种电连接器。

背景技术：

在用于传送电信号的许多应用场合中，采用屏蔽电缆来避免特定电缆所传送的信号与外部信号(诸如其它电缆所传送的信号)之间的干扰。特别的，对于高频信号的传送，同轴电缆是一种常见类型的屏蔽电缆。同轴电缆利用被柱形护套环绕的内导体来传导电信号，该柱形护套用于屏蔽该导体。通常，上述屏蔽层保持在地电势。在这种同轴设计中，能够将电场和磁场基本上限制于内导体和屏蔽层之间的空间，该屏蔽层外部极少有泄漏。相反，极大地避免了电缆外部的电场和磁场对电缆内部的信号造成干扰。

为了以一种在连接点处也避免泄漏和干扰的方式连接同轴电缆，经常使用同轴连接器。典型的同轴连接器包括连接器的插头的中空柱体，在连接时该插头的中空柱体与连接器的插座的中空柱体搭接，以屏蔽连接器的内导体。此类同轴连接器的缺陷可能在于：造价昂贵、难以连接，并且极少适用于多次插拔循环(mating cycles)。如果装置包括互换部件(即频繁地更换并且借助同轴连接器附接于装置)，则后一缺陷可能特别不利。例如，许多医疗影像装置包括可互换成像头的选项，这些成像头经由同轴电缆和同轴连接器连接至显示单元或者应用部件。由于成像头的频繁更换，此类同轴连接器易出故障。此外，需要相当大的空间也是传统同轴连接器的一个缺陷，例如，这可能意味着高制造成本、复杂操作以及阻碍小型化。

在现有技术中，曾考虑用多个销(引脚，pin)和套管来更换同轴连接器的屏蔽层。例如，DE 101 64 799 B4公开了一种用于移动电话的电连接器，其中，在插头内，设置有三排共九个弹簧加载销，每排三个销。在每种情况下，中央的销传送信号，周围的八个销作为屏蔽。类似地，DE 199 45 176 B4公开了一种弹簧加载触头的设置，其中，中央的信号传送触头由四个接地触头环绕。

从KR 100275512 B1中得知一种电连接器，在该电连接器的第一部段中，具有交替的信号销和接地销。在第二部段中，为了差分电信号的传送，以方形布置的四个信号销构成的组由成排的接地销分隔开，使得每组信号销由8或12个接地销环绕。在连接器的侧面，设置有用于屏蔽的接地板。KR 100275512 B1建议采用在ATM开关中经由背板连接(backplane connection)将主板连接至子板的布置。背板连接通常不需要承受很多次插拔循环。相反，它在其所应用的装置组装时进行连接，并且通常仅在装置的故障部分需要更换时才断开。此外，背板连接通常不显露在装置的外部，而是与装置的其它内部器件(如有源电气和电子器件)一起隐藏在装置内部。此外，背板连接不是电缆-电缆连接，并且背板连接器通常不适用于电缆-电缆连接。

发明目的

本发明的目的在于提供一种改进器件，诸如用于电连接器的插头或插座。本发明还旨在提供一种改进的电连接器。具体地，本发明探求提供一种克服现有技术的插头、插座和连接器的劣势的插头、插座或连接器。

技术实现要素：

通过用于电连接器的器件来解决上述问题。该器件承载导电的信号元件场(field)以及导电的屏蔽元件场。信号元件彼此电绝缘，屏蔽元件彼此电互连。对于每个信号元件，在从该信号元件延展超过160度的角度的任何局部周界中，至少一个屏蔽元件布置得比信号元件场中的任何其它信 号元件更接近该信号元件，每个屏蔽元件从所述信号元件延展小于160度的角度，屏蔽元件的数量是信号元件的数量的3倍或更少。在本发明的上下文中，元件场是多个元件。这些元件通常布置在一个公共表面，通常但非必需是平坦表面，也称为配合面。

通过使信号元件彼此电绝缘，可以实现每个信号元件用来传送不同的信号。具体地，利用信号元件，信号可以从该器件传送至电连接器的对立器件的相应元件，或传送至该器件，该器件与对立器件是匹配的。为此目的，信号元件可以与对立器件的相应元件匹配。优选地，对立器件与该器件不同，但是本发明还包括对立器件被认为是该器件的一部分的实施例或者该器件同时也为对立器件的实施例。优选的信号元件是电触头，其中每个电触头能够电接触对立器件的相应元件。而且，本发明还包括这样的实施例，即，在一个或多个信号元件的情况下，在这些信号元件与对立器件的相应元件之间无需直接电接触的情况下传送信号；此类实施例可能例如利用在一定高频下的能够通过窄气隙或其它非导电间隙传送的信号。

屏蔽元件可以屏蔽由信号元件传送的信号。事实是，不像在同轴连接器中，对于每个信号元件，屏蔽该信号元件的屏蔽元件从信号元件仅延展小于160度的角度，该事实由以下事实补偿：在从该信号元件延展超过160度的角度的任何局部周界中，至少一个此类屏蔽元件布置得比任何其它信号元件更接近该信号元件。换句话说，对于每个信号元件，一个单独的传统同轴屏蔽层由分布在该信号元件周围的多个屏蔽元件置换，且这些屏蔽元件中的每一个比任何其它信号元件更接近该信号元件。为了确保这些屏蔽元件(对于有效屏蔽在一定程度上是必要的)处于一公共电势，它们是电互连的。用多个屏蔽元件置换一个单独的同轴屏蔽元件，可以简化连接器元件和整个连接器的构造并降低制造成本。还允许连接器的构造易于匹配并能够承受更高次数的插拔循环。

屏蔽元件之间的电互连优选地是直接的，但也可以是间接的。将相应屏蔽元件相互直接连接的电导管(例如，电缆或电路板的迹线)将构成直 接互连。相对照，如果屏蔽元件经由器件的一个或多个其它部分来互连，这将构成间接互连。例如，部分或所有的屏蔽元件可经由器件的外壳互连或者它们可经由对立器件的相应元件互连，对立器件的相应元件进而也可以直接或间接地互连。

优选地，但不是必要地，一个或多个屏蔽元件可以与对立器件的相应元件电连接。在一些实施例中，屏蔽元件可以与对立器件的相应元件电连接。将屏蔽元件与对立器件的相应元件连接可以有助于使屏蔽元件接地(在一些实施例中，其它屏蔽元件与该屏蔽元件直接或间接连接)。优选地，对于多于一个信号元件，更优选地所有信号元件，屏蔽元件(其布置得比信号元件场中的任何其它信号元件更接近于相应的信号元件)中的至少一个与对立器件的相应元件电连接。

本发明尤其是基于如下发现：相当数量的屏蔽元件能够在信号元件之间共享，即使这些信号元件携带不同的信号，也如此。特别的，已发现：即使屏蔽元件的数量是信号元件的数量的3倍或更少，仍然可以实现有效屏蔽。由于屏蔽层通过电触头的这种延展共享，可以减少导电元件的整体数量。结果是，可以制造更小的连接器。此外，本发明可以实现简化连接器元件和整个连接器的构造以及降低制造成本。

本发明的优选实施例

优选的信号元件在器件的插拔方向上具有一定的延展，并且屏蔽元件在该方向上的延展是其全部相应信号元件在电连接器的器件的插拔方向上的延展的至少25％，更优选的至少50％，更优选的至少75％，更优选的至少100％，其中，该电连接器携带有相应的信号元件。因此，可以实现通过屏蔽元件更好地屏蔽每个信号元件。对应于信号元件的屏蔽元件全都是比其它接近该信号元件的最近信号元件更接近该信号元件的屏蔽元件。

信号元件或其相应的元件中的一些或全部可以是销，优选为柱形销，因为它们在电连接器中是常用的。信号元件或其相应的元件或者屏蔽元件 或其相应的元件中的一些或全部可以是弹簧加载销，例如，DE 199 45 176 B4中公开的弹簧加载销。信号元件或其相应的元件或者屏蔽元件或其相应的元件中的一些或全部可以是平坦的接触垫片，例如是与DE 199 45 176 B4中的弹簧加载销相互作用的类型的接触垫片。信号元件或其相应的元件或者屏蔽元件或其相应的元件中的一些或全部可以是从片状金属冲压的触片，例如是欧度有限责任两合公司(ODU GmbH&Co KG)所提供的商标名下的类型的触片。信号元件或其相应的元件或者屏蔽元件或其相应的元件中的一些或全部可以是接触套管，优选为中空柱形接触套管。所述接触套管可以采用一个或多个丝状弹簧作为接触元件，诸如DE 42 27 007 A1中公开的或欧度有限责任两合公司所提供的商标名下的丝状弹簧，丝状弹簧可以与相应的接触元件(例如销)弹性接触，以建立电接触。接触套管可以采用薄垫片作为接触元件，例如DE 87 16 204 U或EP 2209167B1中所公开的或者由欧度有限责任两合公司所提供的商标名下的薄垫片；在具有薄垫片的接触套管中，薄垫片的一个或多个薄片可以与相应的接触元件(例如销)弹性接触，以建立电接触。接触套管可以是欧度有限责任两合公司所提供的商标名下的开槽套管，使得所述套管的介于槽之间的部分可以与相应的接触元件(例如销)弹性接触，以建立电接触。销或套管中的一些或全部通常彼此平行地延伸。

对于电连接器而言，优选的器件是插头或插座。在本发明的上下文中，插头是电连接器的一个器件，该插头与电连接器的插座相匹配，以传送一个或多个信号。而且，本发明的器件还可以包括电连接器的插头和插座两者，也就是说，该器件可以是它自身的对立器件。在一个实施例中，信号元件设置在插头上，而屏蔽元件设置在插座上，或者反之。在另一个实施例中，信号元件中的一个或多个可以设置在插头上，而其余的信号元件设置在插座上。替换地或另外，屏蔽元件场的屏蔽元件中的一个或多个可以设置在插头上，而其余的屏蔽元件设置在插座上。优选的，每个屏蔽元件将成为电连接器的插头的一部分或者插座的一部分。而且，本发明还包括 如下实施例：屏蔽元件的一部分设置在插头上，而另一部分设置在电连接器的插座上。例如，上述两部分仅在结合时在携带有相应信号元件的电连接器的器件的插拔方向上具有的延展是其全部相应的信号元件的延展的至少25％，更优选的至少50％，更优选的至少75％，更优选的至少100％。

优选的，器件的屏蔽元件的数量少于信号元件的数量的三倍。更优选的，屏蔽元件的数量是信号元件的数量的2.5倍或更少，更优选的为2倍或更少。在本发明的特别优选的实施例中，器件的屏蔽元件的数量少于信号元件的数量的两倍。然而，优选的，屏蔽元件的数量多于信号元件的数量。这会有助于屏蔽元件的良好屏蔽性。

优选的器件包括多排(优选为线性排)屏蔽元件(仅有屏蔽元件)，与至少一排(优选一个线性排或多个线性排)信号元件(仅有信号元件)交替。优选的，屏蔽元件的排的数量比信号元件的排的数量多一个。例如，可以有被3排信号元件分隔开的4排屏蔽元件。优选的，一排屏蔽元件中的屏蔽元件的数量比每个相邻排信号元件中的信号元件的数量多1。优选的，所有排的信号元件具有相同数量的元件。类似的，优选的，所有排的屏蔽元件具有相同数量的元件。例如，每排屏蔽元件可以包括5个屏蔽元件，而每排信号元件包括4个元件。

优选的，对于每个信号元件，有至少3个，更优选的至少4个屏蔽元件比信号元件场中的任何其它信号元件更接近该信号元件。由于每个信号元件具有大量的屏蔽元件，可以实现特别良好的屏蔽效果。

在本发明的优选实施例中，对于每个信号元件，在从该信号元件延展超过120度，更优选的100度，更优选的90度的角度的任何局部周界中，至少一个屏蔽元件布置得比信号元件场中的任何其它信号元件更接近该信号元件。所述优选的屏蔽元件等距离地分布在其相应的信号元件周围。有利地，通过分配彼此很好地隔开的屏蔽元件，可以提升屏蔽效果。

优选的，对于每个信号元件，比信号元件场中的任何其它信号元件更接近该信号元件的每个屏蔽元件从该信号元件延展小于100度，更优选的60度，更优选的30度，更优选的20度的角度。这可以简化连接器元件以及整个连接器的构造并降低制造成本。其还允许连接器的构造易于匹配并能够承受更高次数的插拔循环。

除上述之外，该器件还可以包括导电元件。优选的，根据本发明，该器件的作为导电信号元件场或导电屏蔽元件场的部分的导电元件的数量是所有导电元件的数量的至少50％，更优选的多于75％，更优选的多于90％，最优选的为全部导电元件。这种器件能够特别好地利用本发明的优势。此外，该器件可以包括其它元件，诸如流体传导元件。

在本发明的优选实施例中，信号元件和其相应的屏蔽元件中的至少一个，优选地，信号元件和其相应的屏蔽元件中的全部，以它们的波阻抗大于25Ω，更优选的大于35Ω的方式设计和布置。优选的，信号元件和其相应的屏蔽元件中的至少一个，优选地，信号元件和其相应的屏蔽元件中的全部，以它们的波阻抗小于150Ω，更优选的小于130Ω的方式设计和布置。在本发明的一个实施例中，信号元件和其相应的屏蔽元件中的至少一个，优选地，信号元件和其相应的屏蔽元件中的全部，以它们的波阻抗在37Ω至63Ω之间，更优选的在45Ω至55Ω之间的方式设计和布置。在本发明的一个实施例中，信号元件和其相应的屏蔽元件中的至少一个，优选地，信号元件和其相应的屏蔽元件中的全部，以它们的波阻抗在56Ω至94Ω之间，更优选的在67Ω至83Ω之间的方式设计和布置。在本发明的一个实施例中，信号元件和其相应的屏蔽元件中的至少一个，优选地，信号元件和其相应的屏蔽元件中的全部，以它们的波阻抗在75Ω至125Ω之间，更优选的在90Ω至110Ω之间的方式设计和布置。

优选的，信号元件和相应的屏蔽元件之间的距离大于0.5mm，更优选的大于1mm。优选的，信号元件和相应的屏蔽元件之间的距离小于5mm，更优选的小于3mm。优选的，相邻屏蔽元件之间的距离大于1mm， 更优选的大于2mm。相邻屏蔽元件之间的优选距离小于8mm，更优选的小于4mm。类似的，相邻信号元件之间的距离优选的大于1mm，更优选的大于2mm。优选的，相邻信号元件之间的距离小于8mm，更优选的小于4mm。

在根据本发明的优选器件中，信号元件和/或屏蔽元件是柱形销，例如实心或中空柱体。

该器件的优选应用是在用于传送高于10MHz，更优选的甚至高于50MHz，更优选的甚至高于100MHz频率的电信号的布局中。根据本发明，此类频率的信号能够特别有利于屏蔽。该器件的优选应用是在用于传送低于1500MHz，更优选的甚至低于1000MHz以下，更优选的甚至低于500MHz频率的电信号的布局中。根据本发明，对于低于上述频率的信号，屏蔽能够特别有效。

通过包括插头和插座的电连接器，也解决了上述目的，其中插头和/或插座是本发明类型的。在优选的电连接器中，插头和插座中的至少一个包括与用于传递所施加的弹簧力的信号元件匹配(优选地接触)的对立元件，以确保良好接触。

此外，优选的，应当提供对立元件去匹配(优选地接触)至少一个屏蔽元件。本发明的该实施例的一个可实现的优点在于，借助于与对立元件的接触，屏蔽元件可以接地。优选的，对于每个信号元件，设置对立元件与之接触的至少一个接地元件。在上述实施例中，其它屏蔽元件可以借助于屏蔽元件之间的电互连来接地。在优选的电连接器中，此外，插头和/或插座包括电连接有一个或多个屏蔽元件的外壳。根据本发明，插座可以设置在与地面接触的外壳中，使得当屏蔽元件接触该外壳时，其良好地接地。插头可以是自身不接地的设备(例如，手握设备)的一部分，并且插座的屏蔽元件将需要通过接触插座的接地屏蔽来接地。当然，插头和插座的作用也可以反转。

附图说明

下面将参照附图针对优选实施例解释本发明，附图中：

图1描绘了在本发明的插头中的销或在本发明的插座中的插座的整体布置示意图；

图2a描绘了信号传送销的端子上的根据本发明的插头的视图，这些端子连接至插头中的印刷电路板；

图2b描绘了图2a的插头沿着A-A的截面；

图2c描绘了图2a和图2b的插头的透视图；

图3a描绘了信号传送销的端子上的根据本发明的另一插头的视图，这些端子连接至插头中的印刷电路板；

图3b描绘了图3a的插头沿着B-B的截面；

图3c描绘了图3a和图3b的插头的透视图；

图4a描绘了信号传送接触套管的端子上的根据本发明的插座的视图，这些端子连接至插座中的印刷电路板；

图4b描绘了图4a的插座沿着B-B的截面；以及

图4c描绘了图4a和图4b的插座的透视图。

具体实施方式

在附图中，相同的参考标号表示在本发明的多个实施例中彼此相同或相应的部分。图1描绘了根据本发明的插头的柱形接触销的布置。从垂直于它们的延伸方向来观察这些触头，即，图1中示出了销的末端。相同的布置也适用于根据本发明的插座中的套管。下述对销的说明可以同样适用于插座中的套管。

插头被配置为传送射频信号。需要屏蔽这些信号。基于此原因，二十个接地销10布置在四排中，每排有五个接地销10作为屏蔽元件。术语“接地销”用来表示在工作时可以接地的销。第一排中的第一接地销在此处命名为10-1-1，第一排中的第二接地销命名为10-1-2。类似地，第二排中的第一销命名为10-2-1，以此类推。在接地销10之间，布置有信号传送销12作为信号元件。每个信号传送销12布置在成组的接地销10之间。因此，信号传送销12比接地销少一排，即，三排。每排中的信号传送销12比接地销的情况少一个，即，每排包括四个信号传送销12。在此处，信号传送销的数量与接地销的数量相对应。外壳14环绕整个布置并且接地。接地销10可以连接至外壳14(未示出)。

由于信号传送销12在接地销的布置内部的布置，每个信号传送销12被多个接地销环绕。可以辨识一对信号传送销12-3-1和12-3-2。有两个接地销10-3-2和10-4-2通常来屏蔽经由销12-3-1和经由销12-3-2传送的信号。信号传送销12-3-1和接地销10-3-2之间的距离d₁小于两个信号传送销12-3-1和销12-3-2之间的距离d₃。类似地，信号传送销12-3-2和接地销10-3-2之间的距离d₂同样小于d3。在当前优选实施例中，信号传送销(例如，12-3-1)布置于四个接地销(诸如10-3-1、10-3-2、10-4-1和10-4-2)的中央，即，d₁＝d₂。四个接地销布置在具有侧边长度是d₃的方形的边缘处。在此实施例中，d₃等于2.95mm。这四个接地销屏蔽它们环绕的信号传送销。

如针对第二排中的信号传送销12-2-4所示，可以限定在小于180°且优选地小于120°的角度α上延展的局部周界，其中布置有接地销10-2-5或10-3-5。这适用于针对该尺寸α的任何局部周界，即，扇形可以围绕销12-2-4的中心轴线旋转。对于全部销12也是同样成立的。此外，对于每个信号传送销12，每个屏蔽销10从信号传送销12延展跨过小于20度的角度β。

在该实施例中，作为插头，全部的销10和12由铜制成。布置有所述销的绝缘体16由具有相对介电常数3.9、介质损耗因数0.0137和体导电率1.75*10^-16Siemens/m的PBT Ultradur B4450(PBT:聚对苯二甲酸丁二醇酯；Ultradur：商标名；B4450：Ultradur下的产品型号)制成。对于一对/任意一对相邻电触头12和屏蔽10限定的波阻抗在49.5Ω至50.5Ω之间，越接近于50Ω越好。

图1所示的这种插头或插座的一种可能应用场合在医疗领域，如医疗成像，或放射。例如，可能期望将包括不同磁共振线圈(MR线圈)的多个成像设备连接至特定基本装置。MR轨道(rail)在使用中通常是手持式的。于是每个MR线圈可以连接至一个相同基本装置。该基本装置设置有具有如图1所示布置的插座，其屏蔽经由基本装置的外壳接地，并且每个MR轨道设置有具有根据图1的布置的插头。因为MR轨道在使用中是手持式的，其屏蔽经由基本装置的外壳接地。该配置允许将插头从插座上快速移除/断开，并且允许将不同元件快速连接至同一装置。该配置使器件能够承受多次的断开以及再连接循环。

图2a至图2c中示出了根据本发明的另一种插头。信号传送销12和接地销10以与图1类似的方式布置，但是，在图2a和图2c中可看出，只有三排接地销10由两排信号传送销12分隔开。接地销10的总数量是十五个；信号传送销12的总数量是八个。如最佳在图2b和图2c中可看出所有的销均为相同长度的柱形销。这些销平行设置，并且它们穿过并刚性固定在绝缘体16中。每个销从绝缘体16伸出，它们的两个端部位于绝缘体16的相对侧。

在一个端部20，所述销被连接(通常焊接)至印刷电路板(未显示)(优选为柔性或半柔性印刷电路板)的迹线。所述迹线将所有的接地销10彼此连接，以确保当插头在使用中时接地销处于同一电势。所述迹线还能够将接地销10和信号销12连接至与插头连接的电缆的引线上，通常通过将电缆的引线焊接至迹线。销的另一端部22布置成使得它们可以被引入 到插座(该插座与插头相对应)的相应套管中，以便在销和套管之间建立电接触。

图3a至图3c示出了根据本发明的又一插头。信号传送销12和接地销10如图2a和图2c中的插头所示布置，即，具有被两排信号传送销12分隔开的三排接地销10。如最佳在图3b和图3c中可看出所有的销均为柱形销。所述销平行设置，并且它们穿过并刚性固定在绝缘体16中。每个销从绝缘体16伸出，它们的两个端部位于绝缘体16的相对侧。

如图2a至图2c中的插头，在一个端部20，所述销被连接(通常焊接)至印刷电路板(未显示)(优选为柔性或半柔性印刷电路板)的迹线。所述迹线将所有的接地销10彼此连接，以确保当插头在使用中时接地销处于同一电势。所述迹线还能够将接地销10和信号销12连接至与插头连接的电缆的引线上，通常通过将电缆的引线焊接至迹线。销的另一端部布置成使得它们可以被引入到插座(该插座与插头相对应)的相应套管中。并且，与图2a至图2c中的插头不同，图3a至图3c中的插头的销具有不同的长度。两个外侧排的接地销24比其它销22更短。较长的销22具有适合于在所述销与插座的套管之间建立接触的长度。相对照，较短的销24不需要接触相应的套管24’，但是由于经由电路板的迹线连接至另一较长接地销而接地。

图4a至图4c示出了根据本发明的插座，该插座可以与图3a至图3c中的插头匹配。作为信号元件的信号传送套管12’和作为屏蔽元件的接地套管10’以与图3a和图3c对应的方式布置，即，具有被两排信号传送套管12’分隔开的三排接地套管10’。如最佳在图4b和图4c中可看出，所有套管均为柱形的，包括上开口中空部分和下实心部分26。所述套管平行设置，并且它们穿过并刚性固定在绝缘体16’中。每个套管的实心部分端部20’从绝缘体16’的一侧伸出；在绝缘体16’的另一侧上，通过绝缘体16’中的孔可进入套管的中空部分。

插座的套管的实心部分端部20’被连接(通常焊接)至印刷电路板(未显示)(优选为柔性或半柔性印刷电路板)的迹线。所述迹线将所有接地套管10’彼此连接，以确保当插座在使用中时接地套管处于同一电势。所述迹线还能够将接地套管10’和信号套管12’连接至与插座连接的电缆的引线上，通常通过将电缆的引线焊接至迹线。套管的另一端部布置成使得与插座对应的插头的销可以被引入到插座的相应套管中。

如图4b所示，除了两个外侧排的接地套管24’外，其它套管都设置有一个或多个槽，通常是两个或四个等距槽，所述槽从套管的开口端部沿着套管的中空部分的大约三分之二在套管的纵向方向延伸。因此，形成了舌片28，当相应的销被引入到套管中时，所述舌片28能够弹性接触所述销，以便建立电接触。在松弛状态下，舌片28略向内弯曲，如图4b所示。相对照，两个外侧排的接地套管24’不具有这样的槽，因此没有弹性舌片。这是因为它们不需要接触其对应的接地销24，但是由于经由电路板的迹线连接至另一带槽的接地销而接地。

通常，由于本发明，可以提供能够承受多于5,000次，优选地多于20,000次，优选地多于50,000次，以及最优选地多于100,000次连接和断开循环的连接器。