同轴转传输线连接结构、连接装置及通信设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种同轴转传输线连接结构、连接装置及通信设备。

背景技术

射频同轴连接器是射频信号传输中的一重要部件，它通常用来连接同轴传输线，进而实现设备或模块之间的通信互联。随着微波集成技术的发展，射频器件，尤其是高频率的射频器件，通常集成在平面的印刷电路板上。

同轴线缆能够同时传输模拟信号和数字信号，其具有较好的抗外部干扰性能和较低的功率损耗，因而被广泛地应用于射频系统，尤其是高频系统中。

同轴线缆中信号为径向对称，而平面印刷电路板中的连接射频器件的信号传输线是呈平面状的。同轴线缆可垂直或平行地连接到平面印刷电路板上的传输线，二者之间的结构差异决定了二者之间在连接处(焊点)容易出现阻抗的不匹配性，通常需要额外的连接结构对连接处进行阻抗匹配转换。

综上，目前，同轴线缆与平面印刷电路板的传输线之间通常在连接处存在阻抗不匹配以及额外需要连接结构的问题，导致射频系统的性能受到影响、整个射频系统的体积和成本较高。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种同轴转传输线连接结构，旨在解决现有的同轴线缆与平面印刷电路板的传输线之间存在的阻抗不匹配、额外需要连接结构的技术问题。

本申请实施例是这样实现的，一种同轴转传输线连接结构，包括同轴线和电路板，所述同轴线包括由内至外依次设置的内导体、第一绝缘层和外导体，所述电路板包括顶层、至少一中间层、底层，以及设于所述顶层和所述中间层之间、所述中间层和所述底层之间的介质层，并具有贯穿所述顶层、所述中间层、所述底层和各所述介质层的第一通孔，所述底层包括地线；其中，所述顶层或者其中一所述中间层包括传输线，所述内导体经由所述底层一侧穿过所述第一通孔并与所述传输线连接，所述外导体于所述底层一侧与所述地线连接，所述中间层上围绕所述第一通孔设有第一掏空区，以使相邻两所述介质层上的部分绝缘材料相互连通。

在一个实施例中，所述中间层的数量为至少两层，各所述中间层上均设有所述第一掏空区。

在一个实施例中，各所述中间层上，所述第一掏空区的形状和尺寸相同。

在一个实施例中，所述第一掏空区的形状为正方形或圆形，且所述第一掏空区的中心位于所述内导体的中心轴线上。

在一个实施例中，所述顶层上设有避让所述第一通孔的第三掏空区，所述内导体的顶端与所述传输线的一端焊接连接，所述内导体的顶端突出于所述传输线的高度为大于等于0且小于等于2mm。

在一个实施例中，所述地线上围绕所述第一通孔形成第二掏空区，所述第二掏空区的外尺寸大于或者等于所述外导体的内尺寸。

本申请的另一目的在于提供一种连接装置，用于连接射频信号源和天线，包括：

壳体，以及上述各实施例所说的同轴转传输线连接结构，其中，所述壳体上设有连通其内部封闭空间的第二通孔，所述电路板位于所述封闭空间内，所述内导体经由所述第二通孔连接至所述电路板的所述传输线，所述外导体连接至所述壳体的外壁。

在一个实施例中，所述壳体包括相对连接的安装块和盖板，所述安装块和所述盖板限定所述封闭空间；所述外导体由所述安装块形成，所述安装块上设有所述第二通孔；所述第二通孔的内壁和所述内导体之间设有所述第一绝缘层。

在一个实施例中，所述连接装置还包括固定于所述安装块上的连接器，所述连接器包括位于中心的连接柱、环绕所述连接柱的隔离层，以及环绕所述隔离层的外壳层，所述连接柱与所述内导体同轴连接，所述外壳层与所述安装块上的所述第二通孔同轴连接。

本申请的又一目的在于提供一种通信设备，包括上述各实施例所说的连接装置，以及射频模块，所述射频模块连接至所述同轴线或者所述传输线。

本申请实施例提供的同轴转传输线连接结构、连接装置及通信设备，相比于现有技术而言，其优势在于，通过在中间层上设置第一掏空区，使得第一掏空区上下两层的介质层在第一通孔周围有部分绝缘材料相互连通，如此，相当于改变了底层和顶层之间的介质层厚度，补偿了内导体与传输线连接处的特性阻抗，能够实现同轴线和传输线之间在第一通孔连接处的阻抗匹配，减少同轴线与传输线之间在进行信号传输时因连接处的阻抗不匹配问题引起的信号反射和损耗；并且，本方案仅需要对电路板的结构进行改进，可于电路板的制作过程中得到，在连接同轴线和传输线时，不再需要额外的辅助连接结构，也不需要在电路板上再额外的设置阻抗匹配电路，能够简化该同轴转传输线连接结构及连接装置、通信设备的制造过程、降低制作成本，有效利用垂直空间，灵活性强，简化电路板的电路结构，利于同轴转传输线连接结构及连接装置及通信设备的整体小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请第一实施例提供的同轴转传输线连接结构的一个角度立体示意图；

图2是本申请第一实施例提供的同轴转传输线连接结构的侧视示意图，其中，同轴线和电路板为分解状态；

图3是本申请第一实施例提供的同轴转传输线连接结构的立体分解图；

图4是本申请第一实施例提供的同轴转传输线连接结构的剖面结构示意图；

图5是本申请第一实施例提供的同轴转传输线连接结构中传输线的平面结构示意图；

图6是本申请第二实施例提供的同轴转传输线连接结构的立体分解图；

图7是本申请第三实施例提供的连接装置的立体结构示意图；

图8是本申请第三实施例提供的连接装置的分解结构示意图；

图9是本申请第三实施例提供的连接装置的剖面结构示意图；

图10是本申请实施例提供的连接装置的模拟仿真图。

图中标记的含义为：

100-同轴转传输线连接结构；

1-同轴线，11-内导体，12-第一绝缘层，13-外导体；

2-电路板，20-第一通孔，21-底层，210-地线，211-第二掏空区，22-中间层，221-第一掏空区，220-避让区，23-顶层，230-传输线，2301-微带线，2302-带状线，231-第三掏空区，232-连接段，233-主体段，24-介质层；

200-连接装置，9-安装块，90-第二通孔，8-连接器，80-连接头，81-连接柱，82-隔离层，83-外壳层，7-盖板，6-壳体，60-封闭空间。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

实施例一

如图1至3所示，本申请实施例首先提供一种同轴转传输线连接结构100，其使得同轴线1和电路板2上的传输线230连接为一个结构，并在二者之间实现阻抗匹配。

具体地，请参阅图1和图2所示，该同轴转传输线连接结构100包括同轴线1和电路板2。同轴线1包括位于最内侧的内导体11(也称内芯)，围绕内导体11的第一绝缘层12，围绕第一绝缘层12的外导体13，通常还包括围绕外导体13的第二绝缘层(图未示)，第二绝缘层在不同的情况下可能以单独一层绝缘材料形成或者以其他可绝缘的结构充当。内导体11和外导体13可为同心设置。内导体11主要用于传输信号，外导体13用于接地，在信号传输的过程中起到屏蔽干扰和防止信号向外发射的作用，减少信号的损耗，保证信号传输效果。

如图3和图4所示，电路板2包括顶层23、中间层22和底层21，这里，顶层23、中间层22和底层21均为导电金属层，如铜层(以下均以铜层为例进行说明)，中间层22的数量为至少一层，并且，相邻两层铜层之间夹置一介质层24，介质层24用于使相邻两铜层之间绝缘。底层21包括用于接地的地线210(底层21的至少部分铜材料经图案化后作为地线210)。

在一个实施例中，顶层23包括传输线230(顶层23的至少部分铜材料经图案化作为传输线230)，也即是说，此时，传输线230为微带线2301，请参阅图1至图3所示。

然后，请参阅图2至图4所示，电路板2上具有贯穿顶层23、中间层22、底层21和各介质层24的第一通孔20，同轴线1的一端呈现内导体11相对于外导体13突出的形式，内导体11经由底层21一侧穿过第一通孔20后，与微带线2301连接，外导体13于底层21一侧与地线210连接，如此，实现了外导体13接地以及内导体11连接到微带线2301。

其中，如图3和图4所示，本实施例中，至少一中间层22上围绕第一通孔20形成第一掏空区221。

可以理解的是，由于第一通孔20的设置，中间层22上部分铜被去掉(图3中，中间层22上虚线圈所指的区域表示对应第一通孔20被去掉)，各介质层24上也相应有部分绝缘材料被去掉(参见图3中，各介质层24上实线圈所指的区域表示对应第一通孔20被去掉)。第一掏空区221是在该中间层22的第一通孔20的基础上继续去掉一部分铜，换言之，第一掏空区221和第一通孔20在中间层22的平面上是连通的，形成一个面积更大的无铜区。

由于中间层22上第一掏空区221的设置，使得该中间层22上下两侧的介质层24有部分绝缘材料相互贴合在一起，也即是说，上下两层的介质层24上在第一通孔20的周围有部分绝缘材料相互连通，不再以铜层隔离开来。

中间层22上第一掏空区221的设置，上下两层的介质层24上在第一通孔20的周围有部分绝缘材料相互连通，相当于改变了底层21和顶层23之间的介质层24的厚度，这补偿了电路板2上内导体11与传输线230连接处的特性阻抗，从而能够实现同轴线1和传输线230之间在第一通孔20的连接处的阻抗匹配，进而减少同轴线1与传输线230之间在进行信号传输时因连接处的阻抗不匹配问题引起的信号反射和损耗；并且，本方案仅需要对电路板2的结构进行改进，可于电路板2的制作过程中得到，在连接同轴线1和传输线230时，不再需要额外的辅助连接结构，也不需要在电路板2上再额外的设置阻抗匹配电路，能够简化该同轴转传输线连接结构100的制造过程、降低制作成本，有效利用垂直空间，灵活性强，并简化电路板2上的电路结构，利于同轴转传输线连接结构100的整体小型化设计。

可以理解的是，阻抗匹配与同轴线1的阻抗、传输线230的阻抗、电路板2中间层22和介质层24的数量、介质层24的厚度以及介质层24的介电常数等相关，也与第一掏空区221的形状和尺寸等相关，以下将对此作具体介绍。

当中间层22的数量为多层时，可有至少一层中间层22上形成上述的第一掏空区221。其中，可选地，每一中间层22上均形成上述的第一掏空区221。

进一步地，在一个可选实施例中，各中间层22上的第一掏空区221的形状和尺寸一致。这样设置的目的在于，一，在根据电路板2和同轴线1的参数选择合适的第一掏空区221时，各铜层上第一掏空区221始终保持一致地变化，能够较快得选择到合适的第一掏空区221的尺寸、形状；二，针对电路板2的制作，各铜层上第一掏空区221始终保持一致，能够简化电路板2及其中间层22的制作步骤、降低制作成本等。

实际应用中，中间层22的数量为偶数层，如两层、四层等，各中间层22上的第一掏空区221尺寸和形状均相同。

如图3所示，在一个实施例中，第一掏空区221的形状为矩形，具体可以为正方形。不限于此，在更多实施例中，第一掏空区221的形状还可以为圆形或者其他形式。其中，在模拟仿真过程中，为正方形或圆形的第一掏空区221的尺寸可以按照更简单地规律变化，从而能够帮助设计人员更快地找到仿真结果与其尺寸之间的关系，因而，能够更快地找到第一掏空区221的合适尺寸。

进一步地，为正方形或圆形等规则形状的第一掏空区221，其中心位于内导体11的中心轴线上。如此，也能帮助设计人员更快地找到第一掏空区221的合适尺寸。

如图3和图4所示，底层21的地线210上围绕第一通孔20形成第二掏空区211，第二掏空区211的外尺寸大于或者等于外导体13的内尺寸(内径)。

同样地，由于第一通孔20的设置，底层21上部分铜被去掉，第二掏空区211是在该第一通孔20的基础上继续去掉一部分铜，也即，第二掏空区211和第一通孔20在底层21的平面上是连通的，形成一个面积更大的无铜区。

这里，第二掏空区211的尺寸大于或者等于外导体13的内尺寸，指的是，当外导体13抵接在底层21时，在外导体13的内壁以内的区域，没有任何铜突出在内。也就是说，当信号在内导体11上传输时，不会有任何铜对信号的传输造成反射。这进一步减少了信号反射和损耗。

其中，可选地，第二掏空区211的尺寸设计为等于外导体13的内尺寸，此时，第二掏空区211为圆形，其外径等于外导体13的内径。当外导体13抵接在底层21时，外导体13的内壁边缘和第二掏空区211的外边缘恰好重合，既能保证不会造成信号反射，也保证了外导体13和地线210之间具有最大的接触面积，进而保证了外导体13的接地效果，能够进一步减少信号损耗。

或者，可选地，在实际应用中，考虑到外导体13与第一通孔20之间的对位偏差，第二掏空区211的尺寸设计为稍大于外导体13的内尺寸，可兼顾不会有铜在第一通孔20内对信号造成反射，以及外导体13与地线210之间的良好的接触关系。其中，第二掏空区211的外径优选为圆形，在外导体13与地线210之间连接时圆周方向上各向同性，更容易实现避免铜相对于外导体13内壁的突出。

外导体13的内径、内导体11的外径与同轴线1的阻抗、第一绝缘层12的介电常数相关，满足以下关系式(一)：

其中，Z

请继续参阅图4所示，顶层23上设有避让第一通孔20的第三掏空区231。同时，该第三掏空区231也避让了微带线2301。第三掏空区231相当于围绕第一通孔20和微带线2301设置，以使得内导体11、微带线2301与顶层23上其他的线路之间保持相互绝缘。

在一个实施例中，内导体11的顶端与微带线2301的一端焊接连接。通过上述第一掏空区221的设置，可保证该焊点处的阻抗与内导体11、微带线2301之间的阻抗匹配。

可以理解的是，第一通孔20的内径设置为大于或等于内导体11的顶端的内径，以使得内导体11能够顺利进入第一通孔20内。在实际应用中，第一通孔20的内径通常为稍大于内导体11的顶端的外径。

如上所述，通常地，第一通孔20的内壁与内导体11的顶端之间存在间隙，参见图4所示。再如图1和图4所示，在一个实施例中，内导体11的顶端突出于顶层23的高度为大于等于0。这样设置的目的在于，在焊接时，突出的内导体11的顶端有利于将金属液保持在微带线2301上方，也即，对金属液体向第一通孔20内的流动形成阻碍，降低金属液沿着第一通孔20的内壁向底层21方向流动的可能性，进而避免内导体11和外导体13之间的连接。

另一方面，内导体11的顶端突出于顶层23的高度应尽可能地小。这样设置的目的在于，在内导体11上有信号通过时，内导体11相对于顶层23突出的部分会形成天线，将一部分信号以电磁波的形式辐射出去，这会造成信号的损耗；另一方面，可减小该同轴转传输线连接结构100在轴向方向的总高度，进而减小其整体体积。可选地，内导体11的顶端突出于顶层23的高度为大于0且小于等于2mm，优选为，大于0且小于等于1mm，进一步优选为，大于0且小于等于0.5mm。在其他更多实施例中，根据具体需求，内导体11相对于顶层23突出的长度可以有其他范围。

请结合参阅图3至图5所示，微带线2301包括连接段232和主体段233，连接段232用于与内导体11的顶端连接，主体段233与连接段232连接。在一个实施例中，连接段232呈圆环状，主体段233与圆环段连接并沿着径向延伸，其中，连接段232内部的空间作为第一通孔20的一部分，也即，第一通孔20同时贯穿连接段232而形成。当内导体11的顶端穿过顶层23时，也同时穿过了微带线2301，此时，连接段232环绕在内导体11的顶端外周。这样设计的目的是，当微带线2301与内导体11焊接时，金属液可以分布在内导体11的周围，固化后可以形成围绕内导体11并与微带线2301连接的形式，这样有利于保证微带线2301与内导体11之间足够的接触面积，避免产生二者之间接触不良的问题。

实施例二

请参阅图6所示，该实施例中，其中一层中间层22包括传输线230(中间层22的至少部分铜材料经图案化作为传输线230)，此时，传输线230为带状线2302。

对于带状线2302，其形成在一层铜层上，且其上下两层铜层应接地。例如，对于四层结构的电路板而言，第一层为顶层23且该顶层23接地，第二层为带状线2302，第三层(另一中间层22)和第四层(底层21)均接地(均包括地线210)。

如图6所示，本实施例中，至少一中间层22上围绕该带状线2302形成避让该带状线2302的第一掏空区221。在该实施例中，以图6中从上到下的四层同层为例，第一掏空区221可以形成在第二层(与带状线2302同层)，也可以形成在第三层，还可以同时形成在第二层和第三层。

可以理解的是，中间层22上形成带状线2302的同时，带状线2302的周围应设有避让区220(图6中，中间层22上虚线所示的部分)，以使带状线2302与中间层22的其他铜材料相间隔。第一掏空区221与该避让区220连通，形成一个面积更大的无铜区。

中间层22上第一掏空区221的设置，使得该中间层22上下两侧的介质层24有部分绝缘材料相互贴合在一起，上下两层的介质层24上在第一通孔20的周围有部分绝缘材料相互连通，不再以铜层隔离开来。

同样地，中间层22上第一掏空区221的设置，上下两层的介质层24上在第一通孔20的周围有部分绝缘材料相互连通，相当于改变了底层21和顶层23之间的介质层24的厚度，补偿了电路板2上内导体11与传输线230连接处的特性阻抗，能够实现同轴线1和传输线230之间在第一通孔20的连接处的阻抗匹配，进而减少同轴线1与传输线230之间在进行信号传输时因连接处的阻抗不匹配问题引起的信号反射和损耗；并且，本方案仅需要对电路板2的结构进行改进，可于电路板2的制作过程中得到，在连接同轴线1和带状线2302时，不再需要额外的辅助连接结构，也不需要在电路板2上再额外的设置阻抗匹配电路，能够简化该同轴转传输线连接结构100的制造过程、降低制作成本，有效利用垂直空间，灵活性强，简化电路板2上的电路结构，利于同轴转传输线连接结构100的整体小型化设计。

本实施例中，信号在中间层22上的带状线2302上传输，内导体11的端部超出带状线2302的距离为大于0且小于等于2mm，优选为，大于0且小于等于1mm，进一步优选为，大于0且小于等于0.5mm。

中间层22上的第一掏空区221的形状和尺寸，以及其他特征可参见第一实施例记载，不再赘述。

地线210上的第二掏空区211(请参见图6所示)的设置可参见第一实施例记载，以不造成信号的反射为宜。

实施例三

接下来，请参阅图7至图9所示，本申请第三实施例提供一种连接装置200，其包括壳体6，以及如上述各实施例所说的同轴转传输线连接结构100，其中，壳体6内部具有封闭空间60，电路板2设于封闭空间60内，且壳体6上开设与内部的封闭空间60连通的第二通孔90，同轴线1的内导体11经由第二通孔90进入封闭空间60内并与电路板2的传输线230连接，同轴线1的外导体13与壳体6的外壁连接，共同接地。

其中，如图8和图9所示，在一个实施例中，壳体6包括盖板7和安装块9，盖板7和安装块9相对扣合，且可拆卸连接，二者之间限定出上述的封闭空间60，以防止内部的电路板2上的信号泄漏。

外导体13由安装块9形成，安装块9上设有上述的第二通孔90，内导体11设于第二通孔90内，第二通孔90的内壁和内导体11之间设有前述的第一绝缘层12。安装块9为可导电材料，如铜、铝等，安装块9直接接地，或者通过外导体13接地。

进一步地，如图7至图9所示，该连接装置200还包括连接器8，其固定安装在安装块9上，且位于安装块9的背离盖板7的一侧，内导体11与连接器8固定连接。通过连接器8对内导体11的固定以及连接器8与安装块9之间的固定连接，可以保证内导体11与安装块9的第二通孔90内壁之间的间隙一致。换言之，内导体11在第二通孔90内可以不需要其他的绝缘材料填充隔离，第一绝缘层12为空气介质层。

在其他可选实施例中，内导体11与第二通孔90的内壁之间可以由空气之外的其他绝缘材料填充，以作为第一绝缘层12。

在一个实施例中，如图9所示，连接器8包括位于中心的连接柱81、环绕连接柱81的隔离层82以及环绕隔离层82的外壳层83，其中，连接柱81呈突出状并与内导体11同轴连接，安装块9上的第二通孔90(即外导体13的第二通孔90)与外壳层83同轴连接。外壳层83为金属材料，如铜、铝等，其与安装块9形成接触，进而形成电连接，外壳层83可直接接地或者通过安装块9接地。隔离层82为非导电的材料层。

如图9所示，连接柱81的另一端形成连接头80，用于与天线或者射频信号源等射频模块连接，相应地，传输线230的另一端可以与射频信号源或天线等射频模块连接，或者可以通过其他的连接结构(如贴片式连接器等)连接到射频模块或其他结构。

根据前述的关系式(一)，当第一绝缘层12为空气介质层时，ε

实施例四

本申请实施例四提供一种通信设备(未图示)，其包括天线、射频信号源等的射频模块，以及前述各实施例所说的连接装置200，连接装置200的同轴线1或者传输线230连接该天线或者射频信号源。

具体地，连接装置200的同轴线1(或者通过连接器8)连接天线或者射频信号源。射频模块的电信号经由该连接装置200传输后，进一步向外辐射，或者向其他设备中传输(例如，天线为滤波器的天线接口)，或，射频模块的电信号经由该连接装置200接收后，进一步通过例如放大器等继续传输。

或者，反过来，连接装置200的传输线230连接天线或者射频信号源也是可以的。

在一个具体实施例中，对本申请的连接装置200及其同轴转传输线连接结构100进行了模拟仿真(以实施例一的同轴转传输线连接结构100为例)，请参阅图10。

其中，从电路板2的顶层23至底层21方向，四层铜层的厚度分别为0.07mm、0.035mm、0.035mm、0.07mm，三层介质层24的厚度依次为0.508mm、1mm、0.508mm，介电常数依次为3.48、4.4和4.4。总板厚度偏差不超过±10％。

中间层22的两层铜层中，第一掏空区221为8mm*8mm的正方形区域，得到的连接装置200及其同轴转传输线连接结构100具有低损耗、低驻波、宽频段的优异特性。具体请参见图8所示，该同轴转传输线连接结构100的在0.5GHz～3.5GHz的插入损耗小于0.10dB，回波损耗大于22dB，驻波比约为1.1。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。