耦接器的制造方法
【专利摘要】一种电磁耦接器，包括：发送器，被配置为工作于第一中心频率，第一端子，被配置为连接至发送器并具有第二谐振频率；接收器，被配置为工作于第一频率；第二端子，被配置为连接至接收器并具有第三谐振频率；其中，当所述第一和第二端子在结合时被置为紧密贴近时，等效谐振频率大体是所述第一频率，而且其中，所述第二和/或第三频率在频谱上基本上与所述第一频率分开。
【专利说明】耦接器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种耦接器。
【背景技术】
[0002]连接器或耦接器用于电性连接两个装置以便传递信号。连接器可以包括一侧上的插口式金属接触器，其与另一侧上的插头式金属接触器结合。然而，这样的连接器可能受以下问题的影响:
[0003]1.由于长时间的氧化和磨损，连接性能会降低。
[0004]2.当数据速率极高时(>10Gb/s)，每个接触的面积会变得很小。
[0005]3.小机械部件非常容易损坏。
[0006]4.制造成本高。
[0007]金属连接器的一个替代方案是无线信号连接。然而，由于电磁干扰(EMI)和有限的频率资源，无线连接并不理想。另一种有前景的替代方案是介电连接器，例如美国专利7481672号。然而，这种现有技术的介电连接器主要用于DC (直流)隔离，但仍然会受到EMI问题的影响，特别是在未连接的状态下。EMI问题会涉及到对其它装置的干扰过于灵敏的装置，和/或会在其它装置中引发过多的干扰的装置。
【发明内容】
[0008]总体上，本发明提供一种谐振电磁(EM)耦接器，其在非连接状态下不会有大量的辐射。这会有如下优点:
[0009]1.不要求金属接触，
[0010]2.在连接和未连接状态下，可以基本上消除EMI，
[0011]3.在装置寿命期间性能稳定，
[0012]4.寿命长，
[0013]5.防水
[0014]6.宽带宽，在中心频率60GHz处，具有大于IOGHz带宽(或相对带宽>16%)，并因此能够取得高得多的数据速率(>10Gb/s)，
[0015]7.无需射频执照(license),
[0016]8.更安全的数据发送，因为没有辐射泄漏到环境中，任何信息发送都是点到点的。因此连接安全性高于除了期望的接收器外其他接收方也可检测到该发送的普通的无线通信接收器接收器，和/或
[0017]9.与金属电缆连接器相比具有更好的外观并且可以不被发现。
[0018]在第一具体的方面中，提供一种电磁耦接器，其包括:
[0019]发送器，被配置为工作于第一中心频率，
[0020]第一端子，被配置为连接至发送器并具有第二谐振频率，
[0021]接收器，被配置为工作于第一频率，[0022]第二端子，被配置为连接至接收器并具有第三谐振频率，
[0023]其中，当所述第一和第二端子在结合时被置为紧密地贴近时，等效谐振频率基本是所述第一频率，而且其中，所述第二和/或第三频率在频谱上基本与所述第一频率分开。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]现在将参照以下附图来描述本发明的一个或多个示例性实施方式，其中:
[0025]图1是根据第一实施方式的介电连接器的原理图，
[0026]图2是介电连接器的等效电路图和频率响应曲线图，其示出了防止辐射泄漏的谐振频移，左上图是未连接状态，其中示出辐射器的等效电路(Tx上没有高介电常数材料);左下图中，在工作频率，当没有连接到具有高介电常数材料的Rx耦接器时，Tx辐射器的辐射效率非常低(避免辐射);右上图是连接状态，其中示出辐射器的等效电路(Tx上有高介电常数材料);右下图中，两条曲线间的左向箭头表示当连接到具有高介电常数材料的Rx耦接器时，Tx辐射器的辐射效率非常高，
[0027]图3是第二实施方式的透视图，其中，(a)是无辐射耦接器对，(b)是无辐射耦接器元件(Tx),
[0028]图4是第二实施方式的频率响应曲线图，其中，右图中，谐振频率在工作频率之外(大部分电力无法被Tx发出)，Ca)是未连接状态:折返损耗(Sll) >2dB (绝大部分能量被折返回来，辐射泄漏小)，谐振频率在工作频率之外(大部分功率无法被Tx发出);左图中，谐振频率在工作频率之内(大部分功率被Tx有效地发出)，(b)是连接状态:传播功率(S21)>-2dB(损耗<2dB)，带宽>10GHz，谐振频率在工作频率之内(大部分功率被Tx有效地发出)，
[0029]图5是根据第三实施方式的插入型连接器的截面图，其中，Ca)是未连接的Rx耦接器元件，(b)是未连接的Tx稱接器元件，(C)是已连接，
[0030]图6是根据第四实施方式的触碰型连接器的截面图，其中，Ca)是未连接的Rx耦接器元件，(b)是未连接的Tx耦接器元件，(c)是已连接，以及
[0031]图7是根据第五实施方式的双向连接器的截面图。
【具体实施方式】
[0032]图1示出了根据第一实施方式的介电耦接器100。要发送的数据流可以首先通过调制器102上/下变换为毫米波(MMW)频率。来自调制器102的信号被传递至与接收器(Rx)侧的端子106结合的发送器(Tx)侧的端子104，由此，信号将经由RF (射频)从一侧发送至另一侧。信号从Rx端子传送至解调器108，以进行下/上变换。
[0033]当两个端子104、106未连接时，信号会被折返回来，而不会辐射入空中。当将两个端子104、106连接时，耦接器就会有介电触碰从而传输信号而没有任何严重的泄漏。所以，不管耦接器是否连接，存在有外部RF信号辐射和泄漏的可能性是极小的。
[0034]耦接器基于图2所示的谐振频移原理。当连接器“未连接”时，Tx端子104的谐振频率200高于MMW调制器和振荡器102的工作频率202，因此，Tx端子104的阻抗会严重地不匹配，因而RF功率被向外传输。然而，当连接器“连接”时，高介电常数材料片被夹入Tx和Rx端子104、106之间。这个高介电常数材料将增加端子104、106的谐振结构的等效电容。从而减小了谐振频率204。通过根据材料的介电常数仔细地设计结构尺寸，连接状态将具有等于Tx和Rx的工作中心频率的谐振频率。因此，当端子处于结合时，耦接器将传递信号。如果Tx和Rx之间的间隙极小，除了材料性损失之外，几乎所有的信号功率都能从Tx发送至Rx。辐射泄漏是很小的。
[0035]图3示出了根据第二个实施方式的介电耦接器。其包括Tx端子300和Rx端子302。图3 (b)示出了 Tx端子300。Tx端子300包括基底304和天线306而不具有高介电常数材料层。除了附有高介电常数材料层308以外，Rx端子302具有与Tx端子300几乎相同的结构。
[0036]Tx端子300制作在PCB (印刷电路板)材料(例如，FR408)上。在图3中，Tx端子300包括暴露的金属部分(顶层)。然而，Tx端子300由其他非金属膜所覆盖(例如，特氟龙(Teflon))。这种非金属膜的介电常数与Rx端子302上的高介电常数材料的介电常数相比是非常不同的。背底为FR408。也可使用其它低介电常数的PCB基底材料。对于60GHz工作频率，设计尺寸可以是:环直径1mm、槽宽0.075mm、偶极子内部补片(patch insidedipole)0.38mmX0.15mm、偶极子宽度0.6mm。稱接器通过微带线从PCB的背面向金属补片的中心来馈送。
[0037]图4示出了根据第二实施方式的耦接器性能。中心频率是58GHz。在连接状态(图4 (a))中，在中心频率处，传播功率(S21)高并且-3dB带宽>15GHz。阻抗匹配频率带宽(SlK-1OdB)是10GHz。该宽阻抗带宽是由图3 (b)所示的槽式环加上槽式偶极子结构所产生的。通过仔细地设计槽式环和槽式偶极子的中心频率，可以最大化带宽。
[0038]槽式环和槽式偶极子可用于通过将两个谐振频率彼此定位靠近为对应通频带部分地重叠来扩大带宽，这将导致更宽的带宽。两个谐振频率分别由槽式环和槽式偶极子来控制。例如，通过增加槽式环的直径，谐振频率之一被减小，而通过缩短槽式偶极子的长度，另一个谐振频率被增加。
[0039]在连接状态下，在中心频率处传播功率损耗为1.38dB。这意味着超过70%的能量可以从Tx传输至Rx。剩下的则主要是材料损耗，并且一小部分是辐射泄漏。在非连接状态(图4 (b))下，折返损耗小(0.7dB)。因此，大部分能量(85%)折返回至Tx而没有被辐射到空中。
[0040]根据给定应用的要求，可以通过设计带宽(例如:10GHz)、介电常数材料(例如:?11)以及辐射泄漏率来修改耦接器。
[0041]为了进一步减小任意的RF泄漏，可以将吸收体围绕在端子周围。吸收体应当对耦接器参数的影响小。因此，优选的是低介电常数吸收体泡沫或橡胶。吸收率应当尽可能的闻。
[0042]可根据给定应用的要求修改介电连接器。以下介绍三个示例。
[0043]图5示出了插入型耦接器500。在图5(b)中，Tx端子502包括具有槽形开口 506的围绕结构504，该围绕结构504是吸收体。在非连接状态下，来自Tx元件510的小的辐射泄漏被吸收体504吸收。在图5 (a)中，Rx端子512包括高介电常数材料514。在连接状态下，如图5 (c)所示，Rx端子512插在槽形开口 506内，之后，信号通过高介电材料514从Tx发送至Rx。在连接状态中的小的辐射泄漏也可以进一步由吸收体508所吸收。
[0044]图6示出了接触型耦接器600。Tx602和Rx604端子彼此相对。为了最大化地对准端子，需要某种自对准结构。例如，如果具有60GHz的中心工作频率、10.2的介电常数，那么机械容差大约为±0.1mm以确保良好的耦合。可以使用诸如磁性、浮凸印这样的多种自对准系统。吸收体606被放置在Tx端子下面以进一步减小在连接和未连接状态下的辐射泄漏。
[0045]在前述实施方式中，因为在Rx —侧固定设置有高介电常数材料，所以Rx谐振频率可以设置在工作频率。为了实现双向通信，可如图7所示设置单独的反向连接器。通过使用同样的谐振频移原理，可实现连接器两侧的频移。即，在一个介电连接器中，Tx可以位于用于双向通信的以下连接器结构的右侧和/或左侧。这里，高介电常数材料既不触碰到右耦接器也不触碰到左耦接器直到耦接器处于连接状态，从而防止了在未连接状态下的任意一侧的泄漏。
[0046]虽然，已经详细地描述了本发明的示例性的实施方式，对本领域技术人员来说明显的是，在如权利要求所规定的本发明的范围内可以进行多种变化。
【权利要求】
1.一种电磁稱接器,包括: 发送器，被配置为工作于第一中心频率， 第一端子，被配置为连接至所述发送器并具有第二谐振频率，接收器，被配置为工作于所述第一频率， 第二端子，被配置为连接至所述接收器并具有第三谐振频率， 其中，当所述第一端子和第二端子在结合时被置为紧密贴近时，等效谐振频率大体是所述第一频率，而且其中，所述第二和/或第三频率在频谱上大体上与所述第一频率分开。
2.根据权利要求1所述的耦接器，进一步包括位于所述第一端子和所述第二端子之间的介电材料。
3.根据前述任一权利要求所述的耦接器，进一步包括毗邻或围绕所述第一端子和/或所述第二端子的射频吸收体。
4.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述耦接器的带宽大于16%。
5.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述RF泄漏小于15%。
6.根据权利要求2所述的耦接器，其中，所述介电材料被设置在所述第二端子上，并且所述第三频率与所述第一频率大体相同。
7.根据权利要求2所述的耦接器，其中，所述介电材料被配置为:当不结合时，与所述第一端子和所述第二端子分隔开，并且当结合时，被夹入所述第一端子和所述第二端子之间，其中，所述第二和第三频率在频谱上大体与所述第一频率分隔开。
8.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述第一端子被配置为插入所述第二端子。
9.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述第一端子和所述第二端子被配置为当紧密贴近时彼此触碰。
10.根据权利要求9所述的耦接器，进一步包括自对准结构。
11.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述第一频率是毫米波(MMW)频率。
12.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述第一端子和/或所述第二端子包括槽式环和/或槽式偶极子的布置。
13.根据权利要求12所述的耦接器，其中，所述槽式环和槽式偶极子的布置具有间隔很近且部分地重叠的通频带的特征。
14.根据前述任一权利要求所述的耦接器，其中，所述第二频率大于所述第一频率的两倍。
15.根据权利要求1所述的耦接器，进一步包括位于所述第一端子和所述第二端子之间的介电材料，其中，所述介电材料被固定设置在所述第二端子上。
16.根据权利要求1所述的耦接器，进一步包括位于所述第一端子和所述第二端子之间的介电材料，其中，所述介电材料既不触碰所述第一端子也不触碰到所述第二端子直到所述耦接器处于连接状态。
17.一种根据前述任一权利要求的耦接器端子。
【文档编号】H04B10/29GK103457665SQ201310190406
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】马逾钢, 川崎研一, 增田久 申请人:索尼公司