組裝連接器的方法及連接器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及組裝連接器的方法及連接器。提供了一種微波連接器。該微波連接器包括：外部導(dǎo)體；置于所述外部導(dǎo)體中的內(nèi)部導(dǎo)體；以及插入在所述外部導(dǎo)體與所述內(nèi)部導(dǎo)體之間的電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料包括非耗散電介質(zhì)材料和耗散電介質(zhì)材料。
【專利說明】組裝連接器的方法及連接器
[0001] 政府權(quán)利聲明
[0002] 本發(fā)明是在陸軍研究處（Army Research Office, AR0)授予的編號 為：W911NF-10-1-0324的合同下利用政府支持做出的。政府保留對本發(fā)明的某些權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及連接器，更具體地，涉及用于在毫開溫度下有效熱化 (thermalization)和濾波微波線的微波連接器。

【背景技術(shù)】
[0004] 在低溫溫度（即，低于1K的溫度)下使用高頻同軸線帶來很多實驗困難。這些困難 主要涉及有害頻率的適當(dāng)濾波、電路部件的充分阻抗匹配以及線的最佳熱化。
[0005] 在GHz頻域內(nèi)進行的實驗通常將嚴(yán)格的條件施加于在其中進行實驗的帶寬。頻帶 外亂真輻射趨于不可接受并且因此必須進行適當(dāng)?shù)臑V波。類似地，為了避免可能導(dǎo)致信號 損失的實驗信號的反射、駐波和添加的噪聲，電路中所有連接器和部件的阻抗匹配是重要 的。
[0006] 對于典型的低溫設(shè)置，必須最小化從室溫向下至冷藏器的最冷區(qū)的熱傳導(dǎo)，并且 因此低溫下用于高頻測量的最流行的同軸線的選擇包括使用像超導(dǎo)體那樣的良好的絕熱 體。同時，在冷藏器的每個區(qū)對該線進行適當(dāng)?shù)臒徨^定是必須的。在同軸線中，例如，盡管 外部導(dǎo)體對于散熱并不存在問題，但是內(nèi)部導(dǎo)體的有效熱化構(gòu)成顯著的挑戰(zhàn)，因為將外部 導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體分開的電介質(zhì)通常是良好的絕熱體。存在不同的方案來解決該問題，除了 其他方式之外，尤其有例如λ/4栓（stud)、冷衰減器或者包在環(huán)氧樹脂中的帶狀線。然而， 這些方法在一些實驗中可能帶來附加的困難。例如，λ/4栓具有很低的帶寬，而用于內(nèi)部 導(dǎo)體熱化的毫開溫度下的低溫衰減器的效力在一定程度上是不清楚的。為了避免外殼的耗 散性側(cè)壁改變場線，環(huán)氧樹脂帶狀線濾波器趨于體積龐大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種微波連接器，該微波連接器包括：外部導(dǎo) 體；置于所述外部導(dǎo)體中的內(nèi)部導(dǎo)體；以及插入在所述外部導(dǎo)體與所述內(nèi)部導(dǎo)體之間的電 介質(zhì)材料。所述電介質(zhì)材料包括非耗散電介質(zhì)材料和耗散電介質(zhì)材料。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種連接器，該連接器包括：外部導(dǎo)體；具有 第一、第二和第三部分的內(nèi)部導(dǎo)體，所述第一和第二部分具有相似的尺寸，并且所述第三部 分被插入在所述第一和第二部分之間并具有不同的尺寸；布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述 第二部分的低耗散電介質(zhì)材料；以及布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第三部分的耗散電介 質(zhì)材料。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種連接器，該連接器包括：環(huán)形外部導(dǎo)體； 置于所述環(huán)形導(dǎo)體中并且具有第一、第二和第三部分的內(nèi)部導(dǎo)體，所述第一和第二部分具 有相似的尺寸，并且所述第三部分被插入在所述第一和第二部分之間并具有不同的尺寸； 布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第二部分的非耗散電介質(zhì)材料；以及布置成圍繞所述內(nèi)部 導(dǎo)體的所述第三部分的耗散電介質(zhì)材料。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種組裝具有外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體的連接器 的方法。該方法包括：修改所述內(nèi)部導(dǎo)體的一部分的直徑；將低耗散電介質(zhì)材料壓在所述 外部和內(nèi)部導(dǎo)體之間以暴露所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分；以及向所述內(nèi)部導(dǎo)體的暴露部分施 加耗散電介質(zhì)材料。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，提供了一種組裝具有環(huán)形外部導(dǎo)體和置于所述外部 導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)部導(dǎo)體的連接器的方法。該方法包括：修改所述內(nèi)部導(dǎo)體的一部分的直徑；將 低耗散電介質(zhì)材料壓在所述外部和內(nèi)部導(dǎo)體之間使得所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分暴露；以及 向所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述暴露部分施加耗散電介質(zhì)材料；以及固化所述耗散電介質(zhì)材料。
[0012] 通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)另外的特征和優(yōu)點。本申請中詳細(xì)描述了本發(fā)明的其它實 施例和方面，這些實施例和方面被認(rèn)為是要求保護的發(fā)明的一部分。為了更好地理解本發(fā) 明的優(yōu)點和特征，參考說明書和附圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 在說明書的結(jié)論處的權(quán)利要求中特別指出并且清楚地要求保護被認(rèn)為是本發(fā)明 的主題。從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點是顯而易見的，在附 圖中：
[0014] 圖1是根據(jù)實施例的連接器的示意性側(cè)視圖；
[0015] 圖2是圖1的連接器的性能數(shù)據(jù)的圖示；
[0016] 圖3是使用圖1的連接器以超導(dǎo)量子位（qubit)測量的弛豫時間和相干時間的圖 示，其中分別在裝置的輸入和輸出處具有1:1和1:2的耗散/非耗散電介質(zhì)材料的比率；以 及
[0017] 圖4是使用圖1的連接器使用超導(dǎo)量子位測量的弛豫時間和相干時間的圖解描 繪，其中分別在裝置的輸入和輸出處具有1:1和1:3的耗散/非耗散電介質(zhì)材料的比率。

【具體實施方式】
[0018] 提供微波連接器來用于在毫開溫度下進行微波線的有效熱化和濾波。該連接器被 設(shè)計成在1-20GHZ范圍內(nèi)的頻率下工作，并且具有可以在制造過程中被調(diào)諧的截止頻率， 這將在下文中更詳細(xì)地描述。該設(shè)計允許阻抗調(diào)諧以與其它電路部件阻抗匹配，并且提供 了高度的小型化和模塊性。
[0019] 參考圖1，提供了一種微波連接器(下文中稱為"連接器")10。連接器10包括外部 導(dǎo)體11、內(nèi)部導(dǎo)體12、低耗散電介質(zhì)材料13和耗散電介質(zhì)材料14。
[0020] 外部導(dǎo)體11的形狀和尺寸類似于標(biāo)準(zhǔn)超小A版（SubMiniature versionA，SMA) 的外部導(dǎo)體，并且可以由黃銅、銅、不銹鋼或其它類似材料形成。外部導(dǎo)體11具有前部ill 和后部112。前部111是具有第一外徑0D1以及形成于其內(nèi)表面113上的螺紋的環(huán)形元件。 該螺紋被提供用來連接連接器10與線纜連接器15。后部112是具有第二外徑0D2以及相 對平滑的內(nèi)表面114的環(huán)形元件，所述第二外徑0D2大于所述第一外徑0D1。前部111和后 部112的各自的內(nèi)表面113和114限定了環(huán)形內(nèi)部115。
[0021] 內(nèi)部導(dǎo)體12布置在外部導(dǎo)體11的環(huán)形內(nèi)部115中并且具有第一部分121、第二部 分122和第三部分123。第一和第二部分121和122具有相似的尺寸，當(dāng)然這不是必須的。 特別地，第一和第二部分121和122具有相似的直徑D21。第三部分123軸向地插入在第一 部分121和第二部分122之間并且具有與第一和第二部分121和122的對應(yīng)尺寸不同的尺 寸。特別地，第三部分123具有不同于直徑D12的直徑D3 (S卩，直徑D3可以小于直徑D12， 如圖1所示，或者大于直徑D12)。從外部導(dǎo)體11的厚度112的后側(cè)，第二部分122軸向向 前延伸幾乎通過整個外部導(dǎo)體11的后部112。第三部分123從第二部分122的前端向前軸 向延伸到外部導(dǎo)體11的前部111的中點。從第三部分123的前端，第一部分121軸向向前 延伸幾乎遠(yuǎn)至外部導(dǎo)體11的前部111的前側(cè)。
[0022] 由于上述構(gòu)造，形成在內(nèi)表面113上的螺紋圍繞第一部分121以及第三部分123 的大約一半。類似地，相對平滑的內(nèi)表面114圍繞第二部分122以及第三部分123的大約 一半。然而，這不是必須的，并且應(yīng)當(dāng)理解，第三部分123的軸向長度定義為內(nèi)部導(dǎo)體12的 與耗散電介質(zhì)材料14接觸的長度。如此處定義的第三部分123的軸向長度確定了總耗散。 與耗散電介質(zhì)材料14接觸的第三部分123的直徑可以被修改為保持恒定阻抗以及其它特 征屬性。
[0023] 如圖1所示，內(nèi)部導(dǎo)體12的第二部分122的后端以及外部導(dǎo)體11的后部112的 后側(cè)分別可以與線纜16的對應(yīng)特征相連接，線纜16可附連到連接器10。第一部分121的 前端具有銷頭形狀并且向著尖銳的頂點逐漸變細(xì)。內(nèi)部導(dǎo)體12的第一部分121的前端以 及外部導(dǎo)體11的前部111的前側(cè)分別可以與線纜連接器15的對應(yīng)特征相連接。
[0024] 低耗散電介質(zhì)材料13布置成圍繞內(nèi)部導(dǎo)體12的第二部分122并因此占據(jù)內(nèi)部導(dǎo) 體12的第二部分122的外表面與外部導(dǎo)體11的后部112的相對平滑的內(nèi)表面114之間的 環(huán)形空間。根據(jù)各實施例，低耗散電介質(zhì)材料13可以是非耗散電介質(zhì)材料或者，更具體地， 可以是聚四氟乙烯（PTFE)。耗散電介質(zhì)材料14被布置成圍繞內(nèi)部導(dǎo)體12的第三部分123 并且與低耗散電介質(zhì)材料13軸向鄰近。耗散電介質(zhì)材料14占據(jù)外部導(dǎo)體11與內(nèi)部導(dǎo)體 12之間的基本整個空間，其中在該空間中基本沒有界定間隙。
[0025] 根據(jù)各實施例，耗散電介質(zhì)材料14可以由Eccosorb?或類似Eccosorb?的材料形 成，所述材料包括含有小的微米級金屬(可能是鐵磁性的）顆粒的載體環(huán)氧樹脂。根據(jù)另外 的或備選實施例，耗散電介質(zhì)材料14也可以包括由石英和硅石中的至少一種形成的粉末， 以便與外部導(dǎo)體11和內(nèi)部導(dǎo)體12和/或鐵磁性顆粒的熱膨脹系數(shù)（CTE)匹配。鐵磁性顆 ?？梢园ㄨF以容許聞頻耗散。
[0026] 通常，低耗散電介質(zhì)材料13與耗散電介質(zhì)材料14的比率可以設(shè)定在與預(yù)定衰減 截止頻率相關(guān)聯(lián)的水平。此外，對于耗散電介質(zhì)材料14，環(huán)氧樹脂的體積以及磁性填充物的 量確定了衰減頻率和滾降頻率（rolloff frequency)并且因此是可調(diào)諧的。此外，內(nèi)部導(dǎo) 體12的第三部分123的直徑D3可被調(diào)諧以實現(xiàn)連接器10中的最佳阻抗匹配。這允許RF 信號的最少反射。
[0027] 現(xiàn)在將描述組裝連接器10的過程。計算連接器10的傳輸特性，并且在實現(xiàn)最佳 傳輸特性需要在連接器10的軸向長度上阻抗基本恒定的理解下，為了實現(xiàn)這種最佳傳輸 特性而修改內(nèi)部導(dǎo)體12。該阻抗由內(nèi)部導(dǎo)體12和外部導(dǎo)體11的相對半徑并且由耗散電介 質(zhì)材料14和非耗散電介質(zhì)材料13的電容率和磁導(dǎo)率確定。具體地，阻抗Z為：

【權(quán)利要求】
1. 一種微波連接器，包括： 外部導(dǎo)體； 置于所述外部導(dǎo)體中的內(nèi)部導(dǎo)體；以及 插入在所述外部導(dǎo)體與所述內(nèi)部導(dǎo)體之間的電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料包括非耗散 電介質(zhì)材料和耗散電介質(zhì)材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波連接器，其中所述微波連接器被設(shè)計用于在1-20GHZ范 圍內(nèi)操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料接觸所述內(nèi)部導(dǎo)體的一部 分，所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分具有與所述內(nèi)部導(dǎo)體的另一部分不同的尺寸以有利于阻抗匹 配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料占據(jù)所述外部導(dǎo)體與所述 內(nèi)部導(dǎo)體之間的基本整個空間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料包括石英、硅石和鐵磁顆 粒中的至少一種。
6. -種連接器，包括： 外部導(dǎo)體； 具有第一、第二和第三部分的內(nèi)部導(dǎo)體，所述第一和第二部分具有相似的尺寸，并且所 述第三部分被插入在所述第一和第二部分之間并具有不同的尺寸； 布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第二部分的低耗散電介質(zhì)材料；以及 布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第三部分的耗散電介質(zhì)材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連接器，其中所述低耗散電介質(zhì)材料與所述耗散電介質(zhì)材料 的比率被設(shè)定在與預(yù)定衰減截止頻率相關(guān)聯(lián)的水平。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連接器，其中所述外部導(dǎo)體和所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第二部分 被配置成分別電耦合到同軸線纜的外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連接器，其中所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第一和第二部分具有相似 的直徑，并且所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第三部分具有不同的直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連接器，其中所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第三部分的直徑被調(diào)諧 以用于阻抗匹配。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料包括環(huán)氧樹脂。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料還包括由石英、硅石和 鐵磁顆粒中的至少一種形成的粉末。
13. -種連接器，包括： 環(huán)形外部導(dǎo)體； 置于所述環(huán)形導(dǎo)體中并且具有第一、第二和第三部分的內(nèi)部導(dǎo)體，所述第一和第二部 分具有相似的直徑，并且所述第三部分被插入在所述第一和第二部分之間并具有不同的直 徑； 布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第二部分的非耗散電介質(zhì)材料；以及 布置成圍繞所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第三部分的耗散電介質(zhì)材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的連接器，其中所述非耗散電介質(zhì)材料與所述耗散電介質(zhì)材 料的比率被設(shè)定在與預(yù)定衰減截止頻率相關(guān)聯(lián)的水平。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的連接器，其中所述內(nèi)部導(dǎo)體的第一部分具有銷頭形狀。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的連接器，其中所述外部導(dǎo)體和所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第二部 分被配置成分別電耦合到同軸線纜的外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的連接器，其中所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述第三部分的直徑被調(diào)諧 以用于阻抗匹配。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料包括環(huán)氧樹脂。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料還包括由石英、硅石和 鐵磁顆粒中的至少一種形成的粉末。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的連接器，其中所述耗散電介質(zhì)材料占據(jù)所述外部導(dǎo)體與所 述內(nèi)部導(dǎo)體之間的基本整個空間。
21. -種組裝具有外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體的連接器的方法，該方法包括： 修改所述內(nèi)部導(dǎo)體的一部分的直徑； 將低耗散電介質(zhì)材料壓在所述外部和內(nèi)部導(dǎo)體之間以暴露所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分； 以及 向所述內(nèi)部導(dǎo)體的暴露部分施加耗散電介質(zhì)材料。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述施加包括將所述耗散電介質(zhì)材料施加到所 述內(nèi)部導(dǎo)體的所述暴露部分使得所述耗散電介質(zhì)材料占據(jù)所述外部和內(nèi)部導(dǎo)體之間的基 本整個空間。
23. -種組裝具有環(huán)形外部導(dǎo)體和置于所述外部導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)部導(dǎo)體的連接器的方法， 該方法包括： 修改所述內(nèi)部導(dǎo)體的一部分的直徑； 將低耗散電介質(zhì)材料壓在所述外部和內(nèi)部導(dǎo)體之間使得所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分暴 露；以及 向所述內(nèi)部導(dǎo)體的暴露部分施加耗散電介質(zhì)材料；以及 固化所述耗散電介質(zhì)材料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中修改所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分的直徑包括阻抗 匹配。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中修改所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分的直徑包括： 計算所述連接器的傳輸特性； 從所述計算的結(jié)果確定最佳傳輸特性；以及 根據(jù)所述確定的結(jié)果減小所述內(nèi)部導(dǎo)體的所述部分的直徑。
【文檔編號】H01P1/20GK104051824SQ201410009250
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】D·W·阿布拉汗, A·D·C·岡薩雷斯, J·R·羅岑 申請人:國際商業(yè)機器公司