不同尺寸同轴电缆的连接器和相关方法 发明领域
本发明涉及了电缆和连接器的领域，尤其是涉及了把不同尺寸同轴电缆连接一起的连接器和相关方法，特别有利于无线电基地站。
发明背景
同轴电缆广泛地用于传送高频电信号。同轴电缆具有比较高的频宽、低的信号噪声，机械上坚固耐用，以及较低成本。同轴电缆的一个特别有利的应用是把分格式或无线电基地站的电子设备连接到装在附近天线塔顶端的天线上。例如，可以把位于设备掩蔽所内的发射机连接到天线塔支持的发射天线上。相似地，也可用同轴电缆路线把接收机连接到其相关的接收天线上。
一个典型的装置包括了一条在设备掩蔽所和天线塔顶端之间延伸的较大直径电缆，由此降低信号损失。例如，本发明代理人北卡罗里达州Hickory的CommScope公司对这种用途提供了其它的CellReach同轴电缆。电缆包括了平滑壁的外导线，它对其他电缆类型提供了优异的性能。与其他同轴电缆类型，如波纹外导线相比，平滑外壁构造还提供了把连接器部分与电缆端连接的附加方便性。
较大直径同轴电缆的每一端与相关地较小直径、较短的跨接电缆连接。跨接同轴电缆具有柔性较大的较小直径，由此便于在设备掩蔽所以及在天线塔顶端上的走线。尤其是，较大直径(约1又5/8英寸)的主同轴电缆从掩蔽所延伸到塔的顶端，通常约90到300英尺，以降低损耗。例如主电缆可以是CellReach1873型电缆。短的较小直径(约1/2英寸)同轴跨接电缆与主电缆每一端连接，例如可以是CellReach540型电缆。上部跨接电缆通常是3到6英尺长，下部电缆通常是6到12英尺长。
目前，如参照图2和3所示先前技术的设置可以理解到，第一和第二连接器33、34通常被装配成背对背的关系，把主同轴电缆31与跨接同轴电缆32的一端连接。第一连接器33包括相互螺接的一个第一支承螺母组件35和第一本体区36。一个图中未表示的0形圈可以把电缆包皮54密封到第一支承螺母组件35上。相似地，第二连接器34包括一个与第二连接器本体区42螺接的第二支承螺母组件41。如在所说明的先前技术连接器构造30中所示，第一电缆或主电缆31包括一个细长的中心强度件43、一个周围绝缘层45、以及一个接合到管状铜制中心导线47上的周围胶层46。在所示实施例中，绝缘层48的一部分已被取芯工具除去，由此便于装配。一个管状塑料体51插入已取芯的电缆端内。
平滑壁导线53的一部分露出在电缆包皮54端之外。当支承螺母的外圆柱55拧在连接器本体区36上时，一个金属夹紧环56对露出的外导线53加载。连接器本体区36包括一个空心金属件57，一个环状绝缘隔套61位于其中，隔套再支持着一个中心接触件62。中心接触件62包括一个容纳内导线47并与它接触的管状近端。当支承螺母35与连接器本体区36螺接时，环状绝缘体63对中心接触件62的管状端64提供压缩力。一个O形橡胶圈67密封了第一支承螺母组件35和连接器本体区36之间的接口。中心接触件62的一个远端65定心在空心金属件57的空心管状远端66内。远端66包括了在其外表面上的螺纹，以与第二连接器本体区42配合。另一个O形圈94位于远端66上，密封了与空心金属件85的接口。
现在转到图3的右边部分，简单描述了第二连接器34。第二连接器34包括一个第二支承螺母组件41，它与第二或跨接电缆32的一端连接。第二电缆32包括一个被绝缘层73包围的中心金属导线71，其一部分已被去除来准备电缆端。一个塑料插入件74位于电缆端之内，以支持外导线75。一个圆柱件77固定在电缆端上，并且夹紧到在电缆包皮76端之外向外伸出的外导线75的露出部分上。附加的金属环81、82和83与第二连接器本体区42和圆柱体77配合，对外导线75和也对内导线71提供了必需的夹紧作用。一个图中未表示的后0形环圈可以把电缆包皮76密封到第二支承螺母组件41上。
第二连接器本体区42包括一个空心金属件85，它装有一个环状绝缘隔套86，隔套再装有一个中心接触件87。中心接触件87包括一个管状远端88，它容纳了内导线71，并被环状绝缘体90夹紧在内导线上面。一个O形圈91密封了第二连接器本体区42和第二支承螺母组件41之间的接口。一个在其远端上有内螺纹的套环92在其近端上可转动地连接到空心金属件85远端的一个凹槽中。套环92把第一连接器33固定到第二连接器34上。在套环92的范围中，中心接触件87的远端93与中心接触件62的远端65配合。
将易于理解到，背对背连接器构造30包括了比较多的零部件数目，它们比较花钱和装配困难。这种构造30通常也具有比同轴电缆更大的单位长度损失。这种背对背连接器构造30可能不可靠，在电缆中存在多个水泄漏的接口。连接器构造30还存在许多突变的侧面，会使得通过受约束开孔时走线困难，如在天线塔进、出口上，或者在单极天线塔内各个隔开高度上的套环上。
许多专利公开了连接器的其他构造，用于把较大直径同轴电缆固定到较小直径同轴电缆上。例如，Guilou等的美国专利号4,853,656公开了这样一种装置。装置包括一个截锥形的中心芯和一个周围包皮，中心芯的两个圆底的截面分别完全相同于相互连接的两条同轴电缆的中心芯截面，包皮的内壁为截锥形表面，其圆底的截面分别与两条同轴电缆周围包皮的内截面完全相同。中心芯和周围包皮的截锥的小底是中心在内壁截锥面顶点上的两个平行的第一球面，中心芯和周围包皮的截锥的大底是中心与第一球面同心的两个平行的第二球面。所公开的这种构造增强了通过装置的电磁波传播。遗憾的是，这种装置也比较复杂和难以装配。此外，存在的许多螺纹接口可能容许水进入装置中，由此降低了其可靠性。
发明概述
根据以上技术背景，所以本发明的一个目的是提供一个可靠和容易装配的连接器，以及把两个不同直径的同轴电缆连接一起的相关方法，例如在无线电基地站中通常采用的那样。
一个同轴电缆连接器提供了本发明的这个和其他目的、特性和优点，它把具有第一直径的第一同轴电缆和具有小于第一直径的第二直径的第二同轴电缆连接在一起，并且包括一个把第一和第二支承螺母组件连接一起的空心连接器本体。每条同轴电缆具有一条内导线、一个包围内导线的绝缘区、以及一条包围绝缘区的外导线。第一支承螺母组件最好包括一个带螺纹的远端，以及连接到第一同轴电缆外导线上的外导线夹紧区。相似地，第二支承螺母组件最好包括一个带螺纹的远端，以及连接到第二同轴电缆外导线上的外导线夹紧区。
空心连接器本体最好包括对着的第一和第二的带螺纹端，螺接在第一、第二支承螺母组件的相关带螺纹远端中，以及一个截锥形的过渡区，其较大直径区靠近第一端和较小直径区靠近第二端。此外，连接器最好还包括一个位于空心连接器本体中间区内的绝缘隔套。一个中心接触件最好位于绝缘隔套的开孔内。中心接触件可以具有对着的两端，连接到第一和第二同轴电缆的相关内导线上。
空心连接器本体的第一、第二带螺纹端和过渡区最好整体形成，使空心连接器本体成为一个单件。因此，连接器装配比较简单和使用可靠。可以提供第一和第二密封圈来在第一、第二支承螺母组件和空心连接器本体之间形成相关的第一、第二密封。因此，进一步提高了对湿气穿透的抗力。第一和第二支承螺母组件的带螺纹远端可以是内螺纹，因此，空心连接器本体的每个第一和第二螺纹端可以是外螺纹。
空心连接器本体可以包括确定了一个内圆柱形通道的区域，在靠近较小直径端具有一个肩部。在这个实施例中，绝缘隔套位于内圆柱形通道中并且靠在肩部上。
中心接触件的第一和第二端为管状，分别把第一和第二内导线容纳在其中。中心接触件的第一和第二端还可以具有细长的缝。连接器还可以包括第一和第二绝缘夹紧件，随着逐渐拧紧空心连接器本体的第一、第二螺纹端和第一、第二支承螺母组件的相关带螺纹远端之间的螺纹配合，把中心接触件的第一和第二管状端夹紧在第一和第二同轴电缆的相关内导线上。
空心连接器本体可以包括一个大致为圆柱形的过渡区，在其周边上具有一连串的夹住部分。这些夹住部分可以是平面或扳手孔，便于在装配时夹住连接器。空心连接器本体可以是镀银的黄铜。
本发明的另一个有利特性是第一同轴电缆的外导线可以是平滑壁的导线，第一支承螺母组件的外导线夹紧区构成与第一同轴电缆的平滑壁导线配合。当然，两条电缆可以均具有平滑壁的外导线。此外，一条或两条同轴电缆可以具有带波纹的外导线。
本发明的方法特征是把具有第一直径的第一同轴电缆和具有小于第一直径的第二直径的第二同轴电缆连接在一起。每个同轴电缆具有一条内导线、一个包围内导线的绝缘区、以及一条包围绝缘区的外导线。方法最好包括以下步骤：把第一支承螺母组件连接在第一同轴电缆上，第一支承螺母组件包括一个带螺纹的远端，以及连接到第一同轴电缆外导线上的外导线夹紧区；把第二支承螺母组件连接在第二同轴电缆上，第二支承螺母组件包括一个带螺纹的远端，以及连接到第二同轴电缆外导线上的外导线夹紧区。
尤其是，方法最好还包括以下步骤：采用一个空心连接器本体(它包括了与第一、第二支承螺母组件的相关带螺纹远端螺接的第一、第二带螺纹端)以及一个截锥形的过渡区(它具有靠近第一端的较大直径区和靠近第二端的较小直径区)，把第一和第二支承螺母组件连接在一起。一个绝缘隔套最好位于空心连接器本体的中间区内，并且具有延伸通过本体的开孔。一个细长的中心接触件最好位于绝缘隔套的开孔内，并且具有对着的两端，与第一和第二同轴电缆的相关内导线连接。空心连接器本体的第一、第二端和过渡区最好整体形成，使空心连接器本体成为一个单件。
附图简述
图1是无线电基地站的示意图，包括一对连接器，按照本发明把上、下跨接同轴电缆连接到较大直径的主同轴电缆上。
图2是背对背连接器构造的分离侧视图，已部分地装配，用于按先前技术把较小直径的跨接同轴电缆与较大直径的主同轴电缆连接一起。
图3是图2所示先前技术的背对背连接器构造的剖视图，零部件已完全装配。
图4是连接器的分离侧视图，已部分地装配，用于按本发明把较小直径的跨接同轴电缆与较大直径的主同轴电缆连接一起。
图5是图4所示连接器的剖视图，零部件已完全装配。
图6是本发明连接器一部分的分离透视图。
图7和8是明显放大的端视图，表示了图6所示连接器构造的中心接触件的对着端。
优选实施例详述
现在参照附图更详细地描述本发明，其中表示了本发明的优选实施例。但是，本发明可以体现成许多不同的形式，因此不应该理解为限于这里提出的实施例。相反，提供这些实施例来使公布的内容更透彻和完备，对熟悉该技术的人员传达了本发明的范围。相同的编号指所有图中相同的零部件。
先参照图1，描述了在分格式或无线电基地站20中本发明连接器130的一个特别有利的应用。表示了两个连接器130把主同轴电缆131连接到上、下跨接电缆或较小直径同轴电缆132上。如在发明背景一节中说明，例如主同轴电缆131可以是一条适当长度的CellReach1873型电缆。例如较小直径同轴电缆132可以是一条适当长度的CellReach540型电缆。两条电缆可以均具有平滑壁的外结构，从本发明代理人北卡罗里达州Hickory的CommScope公司可以得到。上跨接电缆通常约3到6英尺长，下跨接电缆通常约6到10英尺长。
熟悉该技术的人员将易于理解到，本发明连接器130可以用于其他类型和尺寸的同轴电缆。采用CellReach牌号的成对典型电缆为：跨接电缆540，主电缆1873；跨接电缆1070，主电缆1873；跨接电缆540，主电缆1070；以及跨接电缆396，主电缆1070。换句话说，跨接电缆直径可以约1/4英寸到1又1/4英寸，主电缆直径可以从约1到3英寸。
下跨接同轴电缆132与示意表示的无线电设备23连接。此外，在天线塔22的上端，上跨接电缆132连接到天线25上。熟悉该技术的人员将易于理解到，无线电设备23的每个发射机和接收机连接到这种同轴电缆系统，包括主电缆131、跨接电缆132和连接器130。当然，一个典型的系统20可以包括许多无线电设备23和天线25。虽然所说明的分格式或无线电基地站系统20的例子从本发明连接器130得到很大好处，但连接器还可以用于许多其他用途。
在所示实施例中，无线电设备23位于设备掩蔽所21内，如熟悉该技术的人员可以理解到，它通常靠近天线塔或单极天线22的底部。无线电设备23也可以装在其本身较紧凑的环境保护壳体内。如示意地表示，天线塔22内部可以有由垂直隔开的套环24确定的一个或几个受约束开孔。常规的背对背连接器构造30(图2和3)可能难以走线通过这种障碍，因为这种连接器构造存在突变的侧面。
现在另外参照图4到图8更详细地描述本发明的同轴电缆连接器130。为了简化描述和突出本发明，第一和第二电缆131、132及其相关零部件均用增加100的编号来表示相应于图2和3的先前技术连接器构造30中已描述的零部件。因此，这些电缆部件这里不需要作进一步讨论。相似地，第一和第二支承螺母135、141相似于上述图2和3的先前技术连接器构造的组件35、41。第一和第二支承螺母135、141的零部件是相似的，用图2和3中相应零部件的编号增加100来表示。不再详细描述第一和第二支承螺母组件135、141，从而保证讨论可以更详细地集中在连接器130的连接器部分200上。
特别是，连接器部分200包括一个空心连接器本体201，把第一和第二支承螺母组件135、141连接在一起。第一支承螺母组件135包括一个远端，它确定了一个带内螺纹的第一螺母，以及一个连接第一同轴电缆131端部的外导线153的外导线夹紧区156、151。相似地，第二支承螺母组件141包括一个远端，它确定了一个带内螺纹的第二螺母，以及连接第二同轴电缆132端部的外导线175的外导线夹紧区177、181和174。
空心连接器本体201包括了对着的第一和第二端203、204，每一个具有外螺纹来螺接到相关的第一和第二螺母中。连接器本体201还图示地包括了一个相邻于第一端203的圆柱形的第一过渡区205，以及截锥形的第二过渡区206，它具有靠近第一过渡区的较大直径区和靠近第二端204的较小直径区。
连接器部分200还包括一个位于空心连接器本体201中间区内的环状绝缘隔套211。一个细长的中心接触件212最好位于绝缘隔套211的开孔内。中心接触件212具有对着的第一和第二端213、214，连接到第一和第二同轴电缆131、132的相关内导线147、171上。
如所说明实施例所示，空心连接器本体201的第一和第二端203、204和第一和第二过渡区205、206最好整体形成，使空心连接器本体成为一个单件。因此，连接器130装配比较简单和使用可靠。从图4最容易看出，连接器130仅包括三个要装配的主要部分。此外，本发明的连接器130可以采用常规的支承螺母组件135、141，由此有利于在置换先前技术的常规背对背连接器构造30(图2和3)时的相容性。
熟悉该技术的人员将易于理解到，本发明连接器130还可以包括图示的第一和第二密封圈167、191，在第一、第二支承螺母组件135、141和空心连接器本体201的相关第一、第二端203、204之间形成相关的第一、第二密封。这些O形圈167、191进一步提高了对湿气穿透的抗力，因为与先前技术相比，接口位置数目减少了一个。当然，熟悉该技术的人员将易于理解到，每个支承螺母135、141还可以包括一个相关的后部O形密封圈(图中未表示)，密封与电缆包皮的接口。
最好如图5的剖视图中看到，空心连接器本体201可以包括确定了圆柱形通道215的内区，其肩部216靠近较小直径端204。在这个实施例中，绝缘隔套211贴合地位于内圆柱通道215中，并且靠在肩部216上，方便了装配和提供了隔套216的可靠定位，由此提供了中心接触件212的适当对准。
如图7和8所示，中心接触件212的第一和第二端213、214可以为管状，分别把第一和第二内导线147、171容纳在其中。中心接触件212的第一和第二端213、214还可以具有相关的细长缝221、222。这些缝221、222有利于沿径向向下夹紧在相关的内导线147、171上，如将作进一步的说明。
连接器130还包括第一和第二绝缘夹紧件163、190，把中心接触件212的第一和第二管端213、214夹紧在第一和第二同轴电缆的相关内导线147、171上。熟悉该技术的人员将易于理解到，这种夹紧是随着逐渐拧紧在空心连接器本体201的第一、第二端203、204和相关第一、第二支承螺母组件135、141之间的螺纹配合而产生的。
空心连接器本体的第一过渡区可以在其周边具有一连串平面223(图4和6)。这些平面223便于在装配时夹住连接器。在另一个实施例中，熟悉该技术的人员将易于理解到，夹住部分可以设置成绕周边的扳手孔形式。空心连接器本体201可以是镀银的黄铜；但是，熟悉该技术的人员将理解到，也可以采用其他导电和抗腐蚀材料。此外，例如空心连接器本体201可以是进行表面处理而不是电镀。
本发明的另一个有利特性是至少第一同轴电缆131的外导线147是平滑壁的导线。在这个实施例中，第一支承螺母组件135的外导线夹紧区构成可与第一同轴电缆的平滑壁导线配合。电缆131、132均具有平滑壁的外导线，第二支承螺母组件141的外导线夹紧区也可以构成与平滑壁电缆配合。在拉力作用下，平滑壁的外导线一般比带波纹的导线强。
在另一个实施例中，熟悉该技术的容易将易于理解到，一条或两条电缆131、132可以具有带波纹的外导线。熟悉该技术的容易也将明白，支承螺母组件的相关外导线夹紧区可以构成与带波纹外导线配合，这里不需作进一步讨论。对于典型的带波纹外导线的支承螺母组件，带螺纹的远端通常在外部而不是如上述那样在内部。因此，在这种实施例中，熟悉该技术的容易将易于理解到，空心连接器本体可能包括带内螺纹的第一和第二端。
本发明的方法特征是把具有第一直径的第一同轴电缆131和具有小于第一直径的第二直径的第二同轴电缆132连接在一起。每条同轴电缆最好具有一条内导线、一个包围内导线的绝缘区、以及一条包围绝缘区的外导线。方法最好包括以下步骤：把第一支承螺母组件135连接在第一同轴电缆131上，第一支承螺母组件包括一个带螺纹的远端，以及连接到第一同轴电缆外导线上的外导线夹紧区；把第二支承螺母组件141连接在第二同轴电缆132上，第二支承螺母组件包括一个带螺纹的远端，以及连接到第二同轴电缆外导线上的外导线夹紧区。
尤其是，方法最好还包括以下步骤：采用一个空心连接器本体201(它包括了与第一、第二支承螺母组件的相关带螺纹远端螺接的第一、第二带螺纹端)和一个截锥形的过渡区206(它具有靠近第一端的较大直径区和靠近第二端的较小直径区)，把第一和第二支承螺母组件135、141连接在一起。一个绝缘隔套211最好位于空心连接器本体201的中间区内，并且具有延伸通过本体的开孔。一个细长的中心接触件212最好位于绝缘隔套211的开孔内，并且具有对着的两端，与第一和第二同轴电缆的相关内导线连接。空心连接器本体201的第一、第二端和过渡区最好整体形成，使空心连接器本体成为一个单件。
第一、第二支承螺母组件135、141和空心连接器本体201的一个优选装配程序可以包括：把支承螺母组件固定到第一电缆上，把空心连接器本体201固定到第一支承螺母组件上，把第二支承螺母组件定位在第二电缆上，以及把第二支承螺母组件拧紧在空心连接器本体上。当然熟悉该技术的人员将易于理解到，本发明也可以考虑其他的装配程序。
方法最好还包括定位第一和第二密封圈167、191的步骤，在第一、第二支承螺母组件135、141和空心连接器本体201之间形成相关的第一和第二密封。支承螺母组件的每个第一、第二端可以为内螺纹，空心连接器本体201的第一和第二螺纹端可以为外螺纹。
中心接触件212的第一和第二端可以为管状，分别把第一和第二内导线容纳在其中。中心接触件212的第一和第二端还可以具有细长的缝。因此，方法可以进一步包括以下的步骤：定位第一和第二绝缘夹紧件163、190，随着逐渐拧紧空心连接器本体201的第一、第二螺纹端和第一、第二支承螺母组件的相关带螺纹远端之间的螺纹配合，把中心接触件212的第一和第二管状端夹紧在第一和第二同轴电缆131、132的相关内导线上。
空心连接器本体201最好还包括一个在截锥形过渡区206和第一端之间的圆柱形过渡区205。空心连接器本体201的圆柱形过渡区205最好在其周边上还具有一连串的夹住部分，如平面223。因此，方法最好还包括采用夹住部分把圆柱形过渡区205夹住的步骤。
第一支承螺母组件135可以具有相应的尺寸来容纳直径约1到3英寸范围内的第一电缆131。第二支承螺母组件141可以具有相应的尺寸来容纳直径约1/4到1又1/4英寸范围内的第二电缆132。此外，至少第一同轴电缆的外导线是平滑壁的导线，第一支承螺母组件的外导线夹紧区可以构成与第一同轴电缆的平滑壁导线配合。当然，一条或两条电缆也可以具有带波纹的外导线。
与先前技术的常规背对背连接器构造30相比，本发明的连接器130提供了许多明显的优点。例如，本发明连接器130用于图1所示无线电基地站的同轴电缆走线时消除了两个连接，即以四个连接替代了六个连接。连接器130提供了可靠的防风雨密封和消除了常规的N接口。连接器130改进了机械耐用性，减少了会引起问题的接口，以及使得次要的防风雨问题更容易。与常规的背对背连接器构造30相比，连接器130降低了插入损失。连接器130还可以与常规连接器的零件混合和配合，例如支承螺母组件。此外，连接器130比常规连接器构造便宜。第二过渡区206的截锥形便于通过开孔或相邻边缘，如在无线电基地站系统20(图1)中发现的那样。换句话说，与先前技术的背对背连接器构造对比，本发明连接器130具有一个整齐、流线型的外形。
对于利用以上描述和附图所提供内容的熟悉该技术的人员来说，将会想到本发明的许多修改和其他实施例。所以，可以理解到，本发明不限于所公布的具体实施例，而打算把修改和其他实施例包括在所附权利要求的范围内。