弹簧加载的波导耦接头的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月17日提交的标题为“spring-loadedwaveguidecoupling”的美国临时专利申请号62/309,901的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容通过引用被并入本文。

所公开的实施例通常涉及用于波导的单独部分的耦接头，且更特别地涉及耦合室外无线电装置(outdoorradio)中的波导与天线馈电头上的波导的波导耦接头。

背景

射频(例如微波)天线设计成将射频(rf)信号从所附接的rf无线电装置传输到附接有另一rf无线电装置的另一rf天线以及接收射频(rf)信号。rf无线电装置和天线通过具有接口的波导附接，这两者在该接口处交会。这个波导接口对rf信号的质量是关键的。除了在rf无线电装置和天线的波导之间的正确对准之外，在波导周围的配合表面之间的接触也是关键的。表面必须产生接触，以便使电气连续性在波导周围的表面之间建立。这个连续性是需要的，使得在rf无线电装置中的波导和在天线中的波导充当单个连续波导，以便rf信号可正确地传播。

在被称为“直接安装”的一般设计中，天线组件使用托架安装到建筑物或塔上的杆。rf无线电装置外壳(被称为室外单元(odu))安装到天线组件的安装板。天线组件具有馈电头，其为对odu的rf接口。odu具有天线端口，其为对天线的rf接口。围绕天线馈电头和odu天线端口的波导的表面必须彼此接触，以确保rf信号的正确传播。天线馈电头和odu天线端口一般由刚性金属零件组成。

因此，在设计odu到天线组件的安装以实现在零件当中的电气连续性时有必要考虑组件中的公差。如果接口在天线馈电头和odu天线端口之间是刚性的，则公差必须在odu的安装点与天线组件之间被吸收，以便确保围绕天线馈电头和odu天线端口的波导的表面彼此接触。

概述

为了解决前面提到的问题，一些实施例提供了射频(rf)部件。rf部件包括配置成传输第一电磁(em)波的第一波导的第一部分。rf部件还包括配置成从第一波导的第一部分接收第一em波并将第一em波传输到外部rf部件的第一波导耦接头。第一波导耦接头包括具有在其中形成的第一波导的第二部分的波导板、具有在其中形成的第一波导的第三部分的波导间隔件(waveguidespacer)和周向地布置在波导板和波导间隔件之间的第一波导周围的导电弹簧。rf部件还包括配置成传输第二em波的第二波导的第一部分。第一波导的第一部分与第二波导的第一部分刚性地耦合。rf部件还包括配置成从第二波导的第一部分接收第二em波并将第二em波传输到外部rf部件的第二波导耦接头。

在一些实施方式中，第一波导耦接头配置成将第一em波传输到外部rf部件的第一外部波导。第二波导耦接头配置成将第二em波传输到外部rf部件的第二外部波导。第一外部波导与第二外部波导刚性地耦合。

在一些实施方式中，波导间隔件具有与波导板耦合的第一耦合表面和与第一外部波导耦合的第二耦合表面。

在一些实施方式中，第二波导耦接头包括：具有在其中形成的第二波导的第二部分的第二波导板、具有在其中形成的第二波导的第三部分的第二波导间隔件和周向地布置在第二波导板和第二波导间隔件之间的第二波导周围的第二导电弹簧。

在一些实施方式中，第一波导耦接头和第二波导耦接头包括用于外部rf部件的接口。

在一些实施方式中，rf部件还包括用于将rf部件附接到外部rf部件的机械安装件，其中将rf部件附接到外部rf部件压缩导电弹簧以改进第一波导耦接头的电连接。

在一些实施方式中，波导间隔件包括第一凸缘，以及导电弹簧周向地布置在第一凸缘周围。

在一些实施方式中，在波导板中形成的第一波导的第二部分插入在波导间隔件中形成的第一波导的第三部分内。

在一些实施方式中，rf部件还包括具有钻孔(borehole)的壳体。波导间隔件包括至少部分地布置在钻孔内的第二凸缘。

在一些实施方式中，外部rf部件是天线馈电头、正交模转换器(orthogonalmodetransducer)、rf组合器、rf分离器和rf混合器(rfhybrid)之一。在一些实施方式中，rf部件是正交模转换器、rf组合器、rf分离器和rf混合器之一。

在一些实施方式中，rf部件包括2发射机/2接收机(2t2r)室外单元(odu)。

在一些实施方式中，第一波导耦接头和第二波导耦接头形成用于2t2rodu的接口。

在一些实施方式中，波导间隔件包括第一孔和第二孔，其中第一孔和第二孔中的每一个接纳使波导的第二部分与外部rf部件对准的相应的导销。

在一些实施方式中，波导板包括第三孔和第四孔，其中第三孔和第四孔中的每一个用于接纳使波导的第一部分与波导的第二部分对准的导销。

附图简要描述

为了更好的理解，应参考结合附图进行的下面的详细描述，其中：

图1示出根据一些实施方式的与天线组件耦合的室外单元(odu)。

图2是odu与图1所示的天线组件的耦合的分解图。

图3示出根据一些实施方式的odu内的波导耦接头的分解图。

图4示出在图3中所示的波导耦接头的特写视图。

图5示出在图3中所示的odu的横截面组装视图。

图6示出在图5中所示的odu的组装视图的一部分的特写。

图7也示出在图5中所示的odu的组装视图的一部分的特写，但在图7中odu与外部rf部件耦合。

图8示出根据一些实施方式的与天线组件耦合的2t2r室外单元(odu)。

图9是2t2rodu与在图8中所示的天线组件的耦合的分解图。

图10示出根据一些实施方式的在图8所示的2t2rodu内的波导耦接头的分解图。

相似的参考数字在全部附图中指相应的部分。

实施例描述

现在将详细参考各种实施例，其例子在附图中示出。在下面的详细描述中，阐述了很多特定的细节，以便提供对本公开和在本文描述的实施例的彻底理解。然而，在本文所述的实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程、部件和机械装置，以免不必要地使实施例的方面模糊。

如在本文使用的，术语射频(rf)包括微波频率。在一些实施方式中，rf频率是在从大约3khz扩展到300ghz的范围内的频率。在一些实施方式中，rf频率包括甚低频(vlf)信号、低频(lf)信号、中频(mf)信号、高频(hf)信号、甚高频(vhf)信号、过高频(uhf)信号、超高频(shf)信号和极高频(ehf)信号。微波频率通常在1ghz到300ghz的频带内，但定义可改变。很多微波应用在1ghz到40ghz范围内。这样的应用包括在l频带(1ghz到2ghz)中的gps和移动电话通信、在c频带(4ghz到8ghz)中的长距离无线电远程通信、在x频带(4ghz到8ghz)或其它常规使用的频带中的卫星通信以及在各种微波频带中的雷达。

耦合波导的一个常规方法是使用将odu附接到天线组件安装板的弹簧加载的螺丝。在这个方法中，odu不刚性地拧到安装板，但外壳替代地由围绕odu上的安装螺丝的弹簧推向天线组件。可选的方法使用拉锁(drawlatch)吸收公差。又一方法允许在odu安装点与天线组件安装板之间的间隙。当螺丝或拉锁收紧时，安装板弯曲，直到间隙闭合为止。安装板的弯曲充当将odu拉向天线组件的弹簧。

然而，这些方法并不理想地适合于一个以上的波导与天线组件耦合的情况。例如，为了满足对在射频(rf)系统中的增加的容量的需求，开发了2发射机/2接收机(2t2r)rf无线电装置。与将一个发射机和一个接收机容纳在一个外壳中的传统rf无线电装置(即1t1rodu)不同，2t2r无线电装置将两个发射机和两个接收机组合在单个外壳中。从而，2t2rodu具有两个天线端口，而不是如在传统1t1rodu中的单个天线端口。

使两个波导接口对准并产生两个波导接口之间的物理接触的需要提出了额外的挑战。因为2t2rodu具有两个天线端口，所以其不能直接安装到只有一个馈电头的天线组件。替代地，另一件设备(例如混合耦合器、正交模转换器)被引入以将2t2rodu的两个端口组合到一个波导天线端口，其又安装到天线组件。混合耦合器将来自2t2rodu的两个天线端口的rf信号组合到一个天线端口上。正交模转换器(omt)将来自2t2rodu的两个天线端口的rf信号组合到一个天线端口上作为正交极化信号。因此，两个单独的刚性波导接口存在于2t2rodu和混合耦合器或omt之间。

所公开的实施方式提供了耦合来自不同的rf部件的波导(例如，耦合odu上的波导和天线组件上的波导)的弹簧加载的波导耦接头(spring-loadedwaveguidecoupling)。这些弹簧加载的波导耦接头吸收在上面的背景章节中描述的odu/天线组件耦合的刚性部分的公差。因此，这些波导耦接头简化了odu到天线组件的安装。所公开的实施方式进一步提供具有两个弹簧加载的波导接口的2t2rodu。两个弹簧加载的波导接口独立地吸收公差。这确保围绕天线馈电头的每个波导的表面与odu天线端口的相应(例如配合)表面接触。

图1示出根据一些实施方式的与天线组件102耦合的室外单元100(odu)。天线组件102使用托架106安装到杆104。odu100安装到安装板108。这种类型的安装被称为直接安装或直接安装设置。在一些实施方式中，odu100使用本文所述的波导耦接头中的任一个与天线组件102耦合。

图2是odu100与在图1中所示的天线组件102的耦合的分解图。在一些实施方式中，odu100包括单个波导200以耦合到在天线组件102上的外部波导202。在一些实施方式中，odu100是1t1rodu。然而，在一些实施方式中，odu100包括在odu100内部的组合器(例如rf混合组合器或omt)，且因此只需要单个接口。围绕波导200的表面212-a与围绕外部波导202的表面212-b耦合。孔204(例如孔204-a和孔204-b)接纳导销206(例如导销206-a和导销206-b)以便于波导200和外部波导202的对准。波导200、孔204和表面212-a构成odu100的天线端口208。外部波导202、导销206和表面212-b构成天线馈电头210。波导200配置成经由电磁(em)波(例如rf信号)将rf信号传输到外部波导202。

在一些实施方式中，odu100包括用于将odu100附接到安装板108的机械安装件(例如螺丝或拉锁)。例如，odu100包括适合于接纳螺丝的通孔214(例如通孔214-a到214-d)。螺丝适合于被拧到安装板108的螺纹孔216(例如螺纹孔216-a到216-d)内。

天线馈电头210是用于与odu100接口的天线组件102的rf接口。odu100的天线端口208是用于与天线组件102接口的odu100的rf接口。围绕波导200的表面212-a和围绕外部波导202的表面212-b彼此接触以改进由波导200/202传输的rf信号的传播。在一些实施方式中，天线端口208包括具有导电弹簧的波导耦接头，如下所述。

图3示出根据一些实施方式的在odu100内的波导耦接头300的分解图。图4示出图3所示的波导耦接头300的特写视图。在一些实施方式中，在odu100(在图1-2中示出)的天线端口208中使用波导耦接头300。波导耦接头300至少部分地位于odu100的壳体316的钻孔312内。odu100的主体包括波导200的第一部分200-a。由em波携带的rf信号被路由到odu100的接收机/发射机/从odu100的接收机/发射机路由。波导耦接头300配置成从波导200的第一部分200-a接收em波并将em波传输到外部rf部件(例如图2的天线馈电头210)。波导耦接头300还配置成从外部rf部件接收em波并将em波传输到波导200的第一部分200-a。波导耦接头300包括：具有在其中形成的波导200的第二部分200-b的波导板302、具有在其中形成的波导200的第三部分200-c的波导间隔件306和在波导板302和波导间隔件306之间的围绕波导200周向地布置的导电弹簧304。波导200的第二部分200-b(在波导板302中形成)被插入波导200的第三部分200-c(在波导间隔件306中形成)内。

在一些实施方式中，波导间隔件306包括表面212-a(例如与外部rf部件(例如图1-2的天线组件102)的外部波导耦合的耦合表面)。

在一些实施方式中，波导板302由扁平区段(构成与导电弹簧304配合的配合表面)和矩形区段(构成波导部分200-b)组成。

在一些实施方式中，波导板302由非常薄的金属(例如钢)组成，其由单片金属冲压而成，使得其是非常低成本的。波导板302的扁平区段靠着odu100的主体装配，且矩形区段形成波导200的第二部分200-b并与退出(exit)odu100的主体的波导200的第一部分200-a对准。安装在odu100的主体中的导销314(例如导销314-a和314-b)穿过波导板302中的孔316以使odu100的主体和波导板302对准。

在一些实施方式中，波导间隔件306是具有切穿它以形成波导200的第三部分200-c的矩形孔的金属零件。在一些实施方式中，波导间隔件306由铝制成，由于其低成本和其容易用机器加工。然而，波导间隔件306可由任何适当的金属(例如钢)制成。波导间隔件306还在一侧具有孔400(图4)(从图3所示的透视图不可见)，其安装在导销314(例如金属销钉)之上以使波导200的部分200-c与波导200的部分200-b对准。在波导间隔件306的相对侧上的是表面212-a，其围绕波导200并与天线馈电头210(图2)接触。

在一些实施方式中，波导200的第二部分200-b在使用中插入波导200的第三部分200-c内。在一些实施方式中，第二部分200-b安装在第三部分200-c(例如第三部分200-c提供紧贴滑动配合(snugslipfit)，其中第二部分200-b与第三部分200-c接触，但可滑进和滑出以允许导电弹簧304吸收(takeup)公差)。在一些实施方式中，由第二部分200-b和第三部分200-c的接头形成的阻抗在接头间平稳地改变。在一些实施方式中，在第二部分200-b和第三部分200-c之间的配合有助于使波导板320和波导间隔件306(连同穿过孔316延伸并进入孔400内的图3中的导销314一起)对准。

波导耦接头300是弹簧加载的波导耦接头。导电弹簧304将波导板302推出，使得波导板302与围绕波导200的第一部分200-a的表面318(图3)周向接触，提供在波导200的第一部分200-a和第二部分200-b之间的周向电连续性。导电弹簧304本身与波导板302和波导间隔件306都齐平，提供在波导200的第二部分200-b和第三部分200-c之间的周向电连续性。导电弹簧304也将波导间隔件306推出，使得表面212-a与表面212-b周向接触，提供在波导200的第三部分200-c和外部波导202之间的周向电连续性。

如图4所示，在一些实施方式中，波导间隔件306包括第一凸缘402和第二凸缘404。导电弹簧304安装在第一凸缘402周围，使得在使用中导电弹簧304周向地布置在第一凸缘402周围。在一些实施方式中，导电弹簧304形成与第一凸缘402的滑动配合(或甚至较松的配合)(例如导电弹簧304的内径比第一凸缘402的内径大至少几十微米)。

在一些实施方式中，第二凸缘404至少部分地布置在钻孔312内(见图5-6)。

在一些实施方式中，odu100包括rf组合部件。在各种实施方式中，rf组合部件是双工器、循环器网络、混合耦合器、omt或组合rf信号的任何其它部件。例如，omt将来自2t2rodu的两个天线端口的由不同的rm波携带的rf信号组合到一个天线端口上作为正交极化信号。双极化天线与2t2rodu一起用于支持正交极化信号。

在一些实施方式中，当螺丝被拧到安装板108(图2)的螺纹孔216内时，导电弹簧304被压缩。波导耦接头300的所有相邻表面然后实质上彼此齐平。这提供对波导耦接头300的导电密封，这改进波导耦接头300的电连接。

为了读者的方便，图5-7示出已经在上面描述的特征的不同视图。图5示出图3所示的odu100与波导耦接头300的横截面组装视图。图6示出图5所示的odu100的组装视图的一部分的特写。图7也示出图5所示的odu100的组装视图的一部分的特写，但在图7中odu100与外部rf部件(例如天线馈电头210)耦合。如上所述，波导间隔件306包括孔204。如图7所示，在一些实施方式中，每个孔接纳使波导200的第二部分200-b与天线馈电头210(以及更具体地，天线馈电头210的外部波导202)对准的导销206。因此，图7示出在odu100安装在天线馈电头210上之后的波导耦接头300。

此外，图5-7示出，在一些实施方式中，钻孔312设计成允许波导耦接头300在钻孔312内与天线馈电头210配合。这帮助将污垢和碎片保持在接口之外。为了该目的，钻孔312具有接近波导200的部分200-a的最大区段，其具有第一半径。最大区段适合于提供与波导间隔件306的最大半径的滑动配合。钻孔312有具有小于波导间隔件306的最大半径的并适合于提供对波导间隔件306的凸缘404的滑动配合的第二半径的较小区段。钻孔312具有更加小的区段，其具有适合于接纳天线馈电头210并提供与天线馈电头210的滑动配合的半径。

在一些实施方式中，本文所述的滑动配合足够松以适应在机械部件之间的角公差(例如导致odu100与安装板108不精确地成角度地对准的公差)。因此，导销206、孔204、波导间隔件306的不同的半径和钻孔312都适当地设置尺寸成吸收角公差以及在移位中的公差。

图8-10示出实施方式，其中rf部件(例如odu)包括配置成将第一em波和第二em波分别传输到外部rf部件的第一外部波导和第二外部波导的第一波导耦接头和第二波导耦接头。第一外部波导与第二外部波导刚性地耦合。为了该目的，在一些实施方式中，在图8-10中所示的波导耦接头类似于波导耦接头300。两个波导耦接头吸收这两个波导和其它机械部件的刚性耦合所必需的公差。通常，相似的参考数字在全部附图中指相应的部分。因此，在图8-10中具有与较早的附图中的部分相同的参考数字的标记的部分实质上类似于在较早的附图中的那些部分，且为了简洁起见而不在下面描述。

图8示出根据一些实施方式的与天线组件102耦合的室外单元800(odu)。在一些实施方式中，odu800通过外部rf部件808耦合到天线组件102。在一些实施方式中，外部rf部件808组合来自odu800的rf信号并将单个组合rf信号传输到天线组件102。在一些实施方式中，rf部件808从天线组件102接收单个组合rf信号并将单个组合rf信号分成两个信号。rf部件808将两个划分的rf信号传输到在odu800上的波导900/922(即一个信号被传输到波导900，而另一信号被传输到波导922)。在一些实施方式中，外部rf部件808是正交模转换器(omt)、rf组合器、rf分离器和rf混合器之一。在一些实施方式中，外部rf部件808安装到odu800和天线组件102。

例如，omt将来自2t2rodu的两个天线端口的由不同的em波携带的rf信号组合到一个天线端口上作为正交极化信号。双极化天线与2t2rodu一起用于支持正交极化信号。

图9是odu800与图8所示的天线组件102的耦合的分解图。odu800包括待耦合到外部rf部件808上的外部波导902的第一波导900，且还包括待耦合到外部rf部件808上的外部波导924的第二波导922。在一些实施方式中，odu800是2t2rodu。因此odu800包括配置成将第一em波传输到外部rf部件808的第一外部波导902和/或接收第一em波的第一天线端口908以及配置成将第二em波传输到外部rf部件808的第二外部波导924和/或接收第二em波的第二天线端口920。第一外部波导902与第二外部波导924刚性地耦合。

为了该目的，围绕波导900的表面912-a与围绕外部波导902的表面912-b耦合。围绕波导922的表面也与表面912-b耦合，但为了视觉清楚起见，该表面未被编号。该表面还包括类似于孔204的孔，但为了视觉清楚起见，那些孔也没有被编号。因此，odu800具有类似于上面所述的天线端口208的两个天线端口(例如天线端口908和天线端口920)。外部波导902/924、导销206和表面912-b构成外部rf部件808的馈电头910。馈电头910是与odu800接口的外部rf部件808的rf接口。天线端口908和天线端口920构成odu800对外部rf部件808的接口。

图10示出根据一些实施方式的在odu800内的波导耦接头1000(例如波导耦接头1000-a和1000-b)的分解图。波导耦接头1000类似于上面所述的波导耦接头300。也就是说，波导耦接头1000是弹簧加载的波导耦接头。为了该目的，每个波导耦接头1000包括波导板302、波导间隔件306和周向地布置在相应的波导周围的导电弹簧304。

波导耦接头1000-a与波导900的在odu800内部(例如在odu800的主体内)的第一部分900-a耦合。波导耦接头1000-a具有在其波导板302内形成的波导900的第二部分900-b。波导耦接头1000-a还具有在其波导间隔件306内形成的波导900的第三部分900-c。同样，波导耦接头1000-b与波导922的在odu800内部的第一部分922-a耦合。波导耦接头1000-b具有在其波导板302内形成的波导922的第二部分922-b。波导耦接头1000-b还具有在其波导间隔件306内形成的波导922的第三部分922-c。odu800的每个波导耦接头1000至少部分地位于odu800的壳体1016的钻孔312内。

类似于波导耦接头300的波导耦接头1000以与上面关于波导耦接头300和波导200所述的方式类似的方式提供穿过波导900和922的电连续性。

波导耦接头1000考虑了在安装点和组件的波导接口之间的公差累积以及在两个波导接口之间的公差。

为了解释的目的关于特定的实施例描述了前述描述。然而，上面的例证性讨论并未旨在穷尽所公开的精确形式或将实施例限制到所公开的精确形式。鉴于上面的教导，很多修改和变化是可能的。实施例被选择并被描述是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，以从而使本领域中的技术人员能够在有如适合于所设想的特定用途的各种修改的情况下最好地利用各种实施例。

将理解，虽然术语“第一”、“第二”等有时在本文用于描述各种元件，但这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于区分开一个元件与另一元件。例如，第一元件可被称为第二元件，且类似地，第二元件可被称为第一元件，而不改变描述的含义，只要“第一元件”的所有出现一致地被重新命名，以及第二元件的所有出现一致地被重新命名。第一元件和第二元件都是元件，但它们不是同一元件。

本文使用的术语是仅为了描述特定的实施例的目的，且并未旨在对权利要求的限制。如在实施例的描述和所附权利要求中使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示另外的情况。还将理解，如在本文使用的术语“和/或”指并包括一个或多个相关的列出的项目的任何和所有可能的组合。还将理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中使用时规定所陈述的特征、整体、操作、元素和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、操作、元素、部件和/或其组的存在或添加。

如在本文使用的，术语“如果”可被解释为意指“当…时”或“在…时”或“响应于确定”或“根据确定”或“响应于检测”，所规定的先决条件根据上下文为真。类似地，短语“如果确定(所规定的先决条件为真)”或“如果(所规定的先决条件为真)”或“当(所规定的先决条件为真)时”可被解释为意指“在确定…时”或“响应于确定”或“根据确定”或“在检测到…时”或“响应于检测到”，所规定的先决条件根据上下文为真。

在整个前面的描述中，描述了在室外单元和天线组件内的各种实施例。这纯粹为了解释的方便且并未旨在限制接下来的权利要求。所述的各种实施例可在任何种类的波导应用中实现。