本发明总体上涉及RJ45型插头连接器，具体涉及一种使用线帽技术进行端接的可现场端接RJ45插头组件。
背景技术：
对6A类(CAT6A)RJ45可现场端接插头的全球性需求已被确定，以满足对在以太网类通信系统中部署的新设备日益增长的需求。这些正在部署的新设备包括无线接入点、安防摄像头和视听(AV)扩展器。对这些设备的接入通常是受限制的，并且要求适合这些狭小空间的RJ45解决方案。目前已有市售的CAT6A RJ45插头解决方案。然而，由于多种原因，这些当前的解决方案并不是优选的。首先，有许多在现场难以组装的小组件。其次，CAT6A插头的长度和刚性可能会阻止它被用在有限的空间应用中。第三，这些当前的CAT6A插头只能用于相当窄范围的电缆直径和线规，迫使现场承包商使用多个插头来处理不同的电缆类型。
所需要的是一种可现场端接RJ45插头，其能够在现场条件下直观地组装，长度紧凑，足够灵活从而可以在接入受限的有限区域内制作RJ45端子，能够容纳外径范围为0.151”至0.332”的电缆，能够容纳22-26AWG的各种线规的电缆，并且能安装到3/4”导管中。
技术实现要素：
一种现场端接插头组件，包括连接到端接区域的RJ45插头。该端接区域包括线帽、后部底座以及电板组件，附接于该电板组件的绝缘位移触点(IDC)电连接到组件电缆的双绞线对。该线帽配置成当该线帽插入后部底座时将通信电缆的双绞线对端接到IDC。IDC至少包含第一IDC和第二IDC，该第一IDC具有第一水平长度和第一垂直长度，该第二IDC具有第二水平长度和第二垂直长度。第一垂直长度不等于第二垂直长度，但第一垂直长度与第一水平长度的和等于第二垂直长度与第二水平长度的和。
在一个实施例中，该电板组件可以具有印刷电路板，该印刷电路板具有补偿电路。
附图说明
图1是以本发明的插头组件的第一实施例为特征的通信系统的等距视图。
图2是可现场端接RJ45插头组件的等距视图。
图3是图2的可现场端接RJ45插头组件的分解等距视图。
图4是可与图2的可现场端接RJ45插头组件一起使用的电板组件的透视图。
图5示出用于图4的电板组件的印刷电路板(PCB)的迹线。
图6至图8示出电缆与图2的可现场端接插头组件的端接。
图9是图2的可现场端接RJ45插头组件的替代实施例的等距视图，使用了针对更小规格的应变消除系统。
图10是包括可现场端接UTP RJ45插头组件的第二实施例的通信系统的等距视图。
图11是可现场端接插头组件的第二实施例的正面顶部等距视图。
图12是图11的可现场端接插头组件的底部等距视图。
图13是图11的可现场端接插头组件的分解图。
图14是用于图11的现场端接插头组件的电气盒组件的等距视图。
图15a是突出显示了交错触点的图11的可现场端接插头组件的后视图。
图15b是用于图11的可现场端接插头组件的触点的冲压模具外的平面图案。
图15c是进一步突出显示了触点的交错的图11的PCB和可现场端接插头组件的触点的侧视图。
图15d示出了图11的可现场端接插头组件的IDC与相邻插头的两个IDC的耦合。
图16至图18示出电缆与图11的可现场端接插头组件的端接。
图19是包括可现场端接UTP RJ45插头组件的第三实施例的通信系统的等距视图。
图20是可现场端接插头组件的第三实施例的正面顶部等距视图。
图21是图21的可现场端接插头组件的底部等距视图。
图22是图21的可现场端接插头组件的分解图。
图23是用于图21的现场端接插头组件的电气盒组件的等距视图。
图24a是图21的可现场端接插头组件的后视图。
图25至图27示出电缆与图21的可现场端接插头组件的端接。
图28是使用了用于更小规格的不同应变消除系统的替代图21之组件的替代可现场端接插头组件的等距视图。
图29示出图21的可现场端接插头组件的侧面轮廓，其中为了清楚而去除了所有非信号承载部件，包括相应的矢量图。
图30是图21的可现场端接插头组件的Spice模型的完整示意图。
图31至图37是图30的不同配对组合的简化示意图。
图37示出用于图21的可现场端接插头组件的PCB布局的俯视图。
图38是图21的可现场端接插头组件的PCB布局的三维等距视图。
图39示出图38的OCB布局的各个层。
具体实施方式
本发明是一种CAT6A可现场端接RJ45插头组件，其通过与同(类似于美国专利号7,476,120、7,452,245和8,968,024中描述的)带线帽插孔的端接方式相类似的端接方式端接到电缆，并且以可被操纵的方式构造，以便可以适应有限的空间。
图1示出具有接插板1012(其可以是但不限于无线接入点、安防摄像机或AV扩展器)、可现场端接RJ45插头组件1020以及通信电缆1034的通信系统1010，该接插板1012中填充有RJ45插孔1014。图2示出在端接到通信电缆1034上之前，客户将收到的可现场端接插头组件1020的正面等距视图。图3是可现场端接RJ45插头组件1020的分解图，其包括插头组件1022、CAT6A组件电缆1024和端接区域1026(端接过程与以上专利参考文献中描述的插座的端接过程相似)。
插头组件1022包括插头壳体组件1050、电缆容纳适配器1052、分隔器1054和插头罩1056。
端接区域1026包括后部底座1040、电板组件1042、保护帽1044和线帽1032。图4是电板组件1042的等距视图，其包括绝缘移位触点(IDC)1046、IDC支撑件1047和印刷电路板(PCB)1048。
CAT6A可现场端接RJ45插头组件1020必须符合ANSI/TIA-568-C.2中定义的插头要求。例如，所有配对组合都存在近端串扰(NEXT)幅度要求。类似地，还有远端串扰(FEXT)、回波损耗(RL)和相位要求。插头组件1022被调谐以满足RJ45插头的性能要求。因此，在端接区域1026中存在的附加噪声或性能降低交互作用(例如阻抗失配)必须非常少。如果端接区域1026中的噪声太大，则该区域可能看起来像通道中的另一个连接器，这会限制其在许多应用中用作可现场端接CAT6A RJ45插头的能力。
图5是PCB 1048的正视图。参考图5，下标数字表示由ANSI/TIA-568-C.2定义的RJ45针脚位置。IDC1046被组装到电镀通孔1049中。CAT6A组装电缆1024的导体25被焊接到电镀通孔1051中。由于IDC的物理布置，在端接区域1026中存在需要补偿的成对耦合。例如，IDC10464与后部底座1040中的IDC10461相邻。这会在4-5对和1-2对之间产生不平衡的耦合，这会导致对电气性能产生不利影响的串扰。为了减轻IDC10464与IDC10461之间的这种串扰的影响并且通过端接区域1026改善性能，补偿电容器105324和105315被用在PCB1048上。电容器105324增加迹线2和4之间的电容耦合。同样，电容器105315增加迹线1和5之间的电容耦合。电容器105324和105315通过添加与IDC10461和IDC10464之间产生的串扰大致相差180°相位的恰当的累积串扰量来进行补偿。这导致在端接区域1026的领域中更干净的差分传输线路，其不会造成显著级别的、会降低通过可现场端接RJ45插头组件1020的性能的串扰。出于电容器105324和105315存在的相同原因，电容器105337和105368用于补偿IDC10463和IDC 10468之间产生的串扰。虽然电容器1053被示出为分立组件，但是它们也可以嵌入到PCB 1048的铜层中，或者可以是插指型电容器，或者可以通过一些其他手段来制造。
如图6所示，通过将线帽1032组装到双绞线通信电缆1034上从而开始可现场端接RJ45插头组件1020的端接。通信电缆1034的每个导体1057被映射到线帽1032的各个保持狭槽1055。如图7所示，接下来，线帽1032和通信电缆1034被组装到后部底座1040。该端接方法类似于上述专利中引述的方法。图8示出了可现场端接RJ45插头组件1020到双绞线通信电缆1034上的端接完成状态。
或者，可现场端接RJ45插头组件1020被评定为端接到具有范围从22到26AWG的导体的电缆。该范围由线帽1032和IDC 1046规定。图9示出替代实施例的28-30AWG可现场端接RJ45插头组件1120，其能够端接到更小直径的电缆，即28和30AWG。在替代实施例发明中，28-30AWG IDC 1146和28-30AWG线帽1132代替了IDC 1046和线帽1032。
可现场端接RJ45插头组件1020也可用于5E类(CAT5E)和6类(CAT6)。另外，可以通过使用屏蔽插头组件、屏蔽电缆和包括屏蔽线帽的屏蔽端接区域将可现场端接RJ45插头组件1020更改成用于屏蔽应用。此外，后部底座的形状可以从正方形变为圆形，从而能更容易地装入3/4”导管。
图10示出具有接插板2010(其可以是但不限于无线接入点、安防摄像机或AV扩展器)、可现场端接UDP RJ45插头组件2020以及双绞线电缆2030的通信系统2010，该接插板2012中填充有RJ45插孔2014。
图11示出了端接到双绞线电缆2030上之前的可现场端接插头组件2020的正面顶部等距视图。可现场端接插头组件2020包括端接区域2024(其与美国专利号8,287,317号相似，其全部内容通过引用并入本文)和前插头组件2022。
图12示出了可现场端接插头组件2020的底部等距视图。端接区域2024可以包括线帽2055和应变消除夹2056(如图13所示)。前插头组件2022包括后插头壳体2054、上前插头壳体2050、下前插头壳体2052和电气盒组件2026(图13中示出)。线帽2055上的线帽锁定杆2036和后插头壳体2054上的线帽锁定窗2038允许前插头组件2022和电缆端接区域24锁定在一起。
图13是可现场端接RJ45UTP插头组件2020的分解图，其包括前插头组件2022和端接区域2024。如前所述，前插头组件2022包括电气盒组件2026。通过首先使电气盒组件2026与上前插头壳体2050接合，然后经由凹槽2042和2043(分别位于上前插头壳体2050和下前插头壳体2052上)在下前插头壳体2052上滑动上前插头壳体2050，从而用上前插头壳体2050和下前插头壳体2052包围电气盒组件2026。通过后插头壳体2054的锁定部件2044以及上前插头壳体2050和下前插头壳体2052的锁定闩锁2045和2046分别锁定后插头壳体2054，由此完成前插头组件2022。
图14是电气盒组件2026的等距视图。电气盒组件2026包括印刷电路板(PCB)60、绝缘移位触点(IDC)2062、插头触点2064、上触点支撑件2066和下触点支撑件2068。插头触点都具有相同的轮廓，但是布置成使得每个触点相对于每个相邻触点旋转180度。参照图12和图14，下触点支撑件2068的插头闩锁2032具有凹口2038，该凹口2038与位于下前插头壳体2052上的凹槽2034中的肋(未示出)接合。
图15a是插头组件2022的后视图，示出了安装到上触点支撑件2066和下触点支撑件2068中的IDC 2062的交错定位。图15b示出用于IDC 2062的冲压模具外的平坦图案，其显示了所有IDC 2062的一致引线长度。图15c示出安装在PCB 60上的IDC的侧视图，其进一步突出显示了IDC以垂直和水平方式交错，使得由水平长度(X n)和垂直长度(Yn)构成的总引线长度(L)是一致的。以下等式进一步强调了这一点：
L＝X1+Y1＝X2+Y2＝X3+Y3＝X4+Y4
以这种方式交错的触点可以帮助减少插头与插头之间的不均衡(参见图15d，其示出了IDC与相邻插头的两个IDC的耦合)。
如图16所示，通过将包括线帽2055和应变消除夹2056的电缆端接区域2024组装在双绞线电缆2030上，从而开始可现场端接RJ45插头组件2020的端接。双绞线电缆2030的每个导体2058被映射到线帽2055的各个保持狭槽2059。接下来，如图17所示，将电缆端接区域2024和双绞线电缆2030组装到后插头壳体2054。图18示出了可现场端接RJ45插头组件2020到双绞线电缆2030上的端接完成状态。
可现场端接RJ45插头组件2020被设计成端接到具有范围从22到26AWG的导体的电缆。该范围由线帽2055和IDC 2062规定。对线帽2055和IDC 2062的更改将能够端接到更小直径的导体，即28和30AWG。
可现场端接RJ45插头组件2020也可用于5E类(CAT5E)和6类(CAT6)评级的电缆。另外，可以通过使用屏蔽插头组件、屏蔽电缆和包括屏蔽线帽的屏蔽端接区域将该可现场端接RJ45插头组件2020更改成用于屏蔽应用。此外，后插头壳体的形状可以从正方形变为圆形，从而能更容易地装入3/4”导管。
图19示出具有接插板3012(其可以是但不限于无线接入点、安防摄像机或AV扩展器)、可现场端接UTP RJ45插头组件3020以及双绞线电缆3030的通信系统3010，该接插板3012中填充有RJ45插孔3014。
图20示出在端接到双绞线缆3030上之前，客户将收到的可现场端接UTP RJ45插头组件3020的正面顶部等距视图。图21示出可现场端接UTP RJ45插头组件3020的底部等距视图，示出了插头组件3022和电缆端接区域3024(其与美国专利号8,287,317B2(Straka等人)中描述的插孔具有相似性)。图21还示出下触点支撑件3068的插头闩锁3032如何被允许在前插头壳体3052的凹槽3034中弯曲以解锁。另外，图21示出后插头壳体3054的线帽锁定杆3038和线帽3055的线帽锁定凹座3036，其允许插头组件3022和电缆端接区域3024被锁定在一起。
图22是可现场端接RJ45UTP插头组件3020的分解图，其包括插头组件3022和电缆端接区域3024。插头组件3022包括电气盒组件3026，其通过分别在上触头支撑件3066和前插头壳体3052上设置的凹槽3042和3043滑入前插头壳体3052中。通过后插头壳体3054的锁定部件3044和前插头壳体3052的锁定闩锁3045和包裹ANEXT箔3050来锁定后插头壳体3054，从而完成插头组件3022。电缆端接区域3024包括线帽3055、应变消除夹3056和线帽标签3053。图23是包括印刷电路板(PCB)3060、绝缘移位触头(IDC)3062、插头触头3064、上触头支撑件3066和下触头支撑件3068的电气盒组件3026的等距视图。图24是插头组件3022的后视图，示出了安装到上触点支撑件3066和下触点支撑件3068中的IDC 3062的交错定位。
如图25所示，通过将包括线帽3055和应变消除夹3056的电缆端接区域3024组装在双绞线电缆3030上，从而开始可现场端接UTP RJ45插头组件3020的端接。双绞线电缆3030的每个导体3058被映射到线帽3055的各个保持狭槽3059。接下来，如图26所示，将电缆端接区域3024和双绞线电缆3030组装到后插头壳体3054。这种端接方法与Panduit的TG风格插孔一致。图27示出可现场端接RJ45插头组件3020到双绞线电缆3030上的端接完成状态。
可现场端接UTP RJ45插头组件3020被设计成端接到具有范围从22到26AWG的导体的电缆。该范围由电缆端接区域24和IDC 62规定。对线帽3055和IDC 3062的更改将能够端接到更小直径的电缆和导体，即28-30AWG。
可现场端接RJ45插头组件3020也可用于5E类(CAT5E)和6类(CAT6)评级的电缆。另外，可以通过使用屏蔽插头组件、屏蔽电缆和包括屏蔽线帽的屏蔽端接区域将可现场端接RJ45插头组件20更改成用于屏蔽应用。此外，后插头壳体的形状可以从正方形变为圆形，从而能更容易地装入3/4”导管。
可现场端接RJ45插头组件20可以通过组件24的修改而在取向上被修改以用于双绞线电缆3030的端接，该修改包括：沿垂直方向向上及向下45°、沿水平方向向左及向右45°；沿垂直方向向上及向下90°、沿水平方向向左及向右90°。
图28示出可现场端接UTP RJ45插头组件3120，其电缆端接区域3124的应变消除夹3156的取向翻转了180°，并具有作为后插头壳体3154的一部分的线帽锁定杆3138以及插头闩锁3132的一部分。
在一些情况下，可现场端接插头3020的电缆端接区域3024的这种布置和设计在一些配对组合之间产生一些不希望的耦合，这可能负面地影响整个插头的串扰特性。线帽3055和IDC 3062中的耦合与触点端片3064中的耦合以及它们之间的相应物理距离相结合导致超出最佳性能范围的串扰幅度和相位特性。为了减小这种偏差，将电容耦合引入非常靠近IDC 3062的PCB3060中，以抵消在该端接区域3024内自然发生的不期望的耦合。结果，串扰幅度和相位特性可以很大程度上由插头的端片3064区域中的耦合来规定，并且对于每个配对组合都保持在适当性能范围内。
图29示出可现场端接插头3020的侧面轮廓，为清楚起见，移除了所有非信号承载部件。下方示出的是通用矢量图3069,3071，其中插头3020的区域中的差分成对电磁耦合的源以图形方式表示为矢量。矢量3070表示线帽3055内部的导体的耦合。矢量3072表示IDC 3062的耦合。矢量3074表示PCB3060上的补偿元件，其用于消除或减轻线帽3055和IDC 3062中的累积串扰。换言之，矢量3074理想地消除矢量3070和矢量3072的和。虚线3078被示出，以帮助识别插头3020的背面和插头3020的正面。虚线3078左侧是插头3020的背面。插头3020背面应有可以忽略不计的串扰。所以重要的是，矢量3074有效地消除矢量3070和矢量3072。矢量3076表示为了使插头3020符合ANSI/TIA-568-C.2中定义的串扰幅度要求所需的必要的成对耦合。插头3020背面(在虚线3078的左侧)的串扰极性可能与ANSI/TIA-568-C.2的串扰要求相同或不同。一些配对组合可能具有相同极性的串扰，而另一些相反。矢量图69示出线帽3055中的串扰(矢量3070X)，而IDC中的串扰(矢量3072X)具有与所要求的串扰(矢量3076X)相同的极性。因此PCB 3060中的补偿元件(矢量3074C)将具有相反极性的串扰来加以消除。这里的下标“X”代表串扰，此处暗示了串扰其极性与ANSI/TIA-568-C.2所要求的总体插头串扰相同。这里的下标“C”代表补偿，通常将其称为极性与ANSI/TIA-568-C.2所要求的总插头串扰相反的串扰。矢量图3071示出线帽3055中的串扰(矢量3070C)，而IDC中的串扰(矢量3072C)具有与所要求的串扰(矢量3076X)相反的极性。因此PCB 3060中的补偿元件(矢量3074X)将具有相同极性的串扰来加以消除。不管线帽3055和IDC3062中的串扰的极性如何，将相反极性的串扰添加到PCB 3060以便将插头3020背面的整体串扰降低到可忽略的水平。
图30是可现场端接UTP RJ45插头组件3020的Spice模型的完整示意图，示出了插头组件的3个主要部分的每一个中的模拟非预期电容。预期耦合被添加到靠近IDC过孔。这减少了插头3020(IDC 3062和线帽3055区域)背面的不希望的串扰，并保留端片3064中以及插头3020的前部附近的串扰来规定总体插头串扰特性。此外，为了改善插头组件中剩余的NEXT和FEXT以获得所需的性能，还添加并调整了串扰和互感。在接下来的附图中，为清楚起见，完整示意图中的这些值被分解成单个配对组合的更简单的视图。
图31是配对组合12-78的简化示意图。与完整示意图类似，插头组件3020被分解成3个主要部分线帽和导线3055、迹线或PCB 3060以及端片触点3064。非预期电容用垂直符号示出，其中所有用于调谐的附加电容元件被旋转90度后示出，即0.04pF的28补偿帽被添加到PCB 3060，靠近IDC 3062用的电镀通孔，以减少插头3020背面的串扰。虽然没有明确显示，但应理解，每个导体呈现出自感。在示意图中，这些导体之间的电感耦合由示意图的每个主要部分中示出的互感表示。
图32是配对组合12-36的简化示意图。虽然没有明确显示，但应理解，每个导体呈现出自感。在示意图中，这些导体之间的电感耦合由示意图的每个主要部分中示出的互感表示。请注意，不需要调谐元件来将插头3020背面的串扰减小到可接受的水平。然而，在端片3064附近增加了一个0.1pF的23串扰帽，以便使总体12-36串扰幅度符合ANSI/TIA-568-C.2标准。
图33是配对组合12-45的简化示意图。IDC 3062用的电镀通孔附近的PCB 3060的0.29pF的15串扰帽用于减少插头3020背面的串扰。虽然没有明确显示，但应理解，每个导体呈现出自感。在示意图中，这些导体之间的电感耦合由示意图的每个主要部分中示出的互感表示。
图34是配对组合36-78的简化示意图。在IDC 3062用的电镀通孔附近，在PCB 3060添加0.3pF的68补偿帽来减少插头3020背面的串扰。在端片3064附近添加0.15pF的67串扰帽来使整体36-78串扰幅度符合要求。虽然没有明确显示，但应理解，每个导体呈现出自感。在示意图中，这些导体之间的电感耦合由示意图的每个主要部分中示出的互感表示。
图35是配对组合36-45的简化示意图。在端片3064附近添加0.05pF的34和56串扰帽来使整体36-45串扰幅度符合要求。虽然没有明确显示，但应理解，每个导体呈现出自感。在示意图中，这些导体之间的电感耦合由示意图的每个主要部分中示出的互感表示。还要注意调整互感串扰M35、M46、M34和M56，以同时实现插头组件合适的NEXT和FEXT性能。
图36是配对组合45-78的简化示意图。在IDC 62用的电镀通孔附近，在PCB 3060添加0.125pF的58补偿帽来减少插头3020背面的串扰。虽然没有明确显示，但应理解，每个导体呈现出自感。在示意图中，这些导体之间的电感耦合由示意图的每个主要部分中示出的互感表示。
图37是PCB3060布局的俯视图。所有用于调谐的手指帽和载流迹线都位于外部的顶层和底层，嵌入的调谐帽位于中间的第二层和第三层。端片触点过孔3061位于图像的顶部边缘附近并且IDC过孔3063位于图像的底部边缘附近。
图38是PCB60布局的三维等距示图。图39示出PCB3060布局的所有四个独立层。
虽然已经说明和描述了本发明的特定实施例和应用，但应该理解的是，本发明不限于本文公开的精确构造和组成，并且在不偏离所描述的本发明的精神和范围的情况下，根据前述内容，各种修改、变化和变形可以是显而易见的。