5G通信射頻連接器專利技術(shù)分析

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心電學(xué)部，北京，100088)

1 引言

射頻連接器常應(yīng)用于基站天線、射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)和跨接/饋電電纜。5G網(wǎng)絡(luò)主要通過其大規(guī)模MIMO天線系統(tǒng)中的PCB板上的天線陣列和射頻收發(fā)器子系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更短網(wǎng)絡(luò)時延和更多的節(jié)點連接。每個天線陣列都由小型板對板射頻連接器與對應(yīng)的射頻收發(fā)器相連。隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)不斷走進(jìn)人們的生活，廣泛應(yīng)用于其中的射頻連接器在傳輸速率、功率密度、小型化和可靠性等方面也需要隨之不斷改善和提升。

國際專利分類表(IPC)中的小類H01R被定義為"導(dǎo)電連接"，該小類下面的各組涵蓋了所有各種可斷開的或不可斷開的接觸式線路連接器、連接裝置、與印刷電路電連接或印刷電路之間電連接用的非印制裝置等及相應(yīng)連接裝置的零部件，筆者使用關(guān)鍵詞"射頻、5G"在中文數(shù)據(jù)庫CNABS中對在H01R下的專利申請進(jìn)行了檢索統(tǒng)計。

2 5G通信射頻連接器主要申請人分析

截至2020年1月，鴻海精密工業(yè)股份有限公司、TE連接荷蘭有限責(zé)任公司、中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司、Molex公司、得意精密電子工業(yè)有限公司、住友株式會社、矢崎股份有限公司、中國航天科工集團(tuán)有限公司是5G通信射頻連接器領(lǐng)域的申請量排名靠前主要申請人。

對重點企業(yè)進(jìn)行專利申請合作關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果如圖1所示。國內(nèi)的中國航空工業(yè)和中國航天科工形成一個研究團(tuán)體，國外的TE連接荷蘭有限責(zé)任公司、住友-株式會社和矢崎股份有限公司形成一個研究團(tuán)體。中國航空工業(yè)和中國航天科工是國內(nèi)兩家軍工企業(yè)。從合作關(guān)系中可以看出，其產(chǎn)品覆蓋通信、電力等多個領(lǐng)域，是"軍民融合"的典范，已經(jīng)成為國內(nèi)連接器行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。另一研究團(tuán)體中的三家核心企業(yè)"TE連接荷蘭有限責(zé)任公司、住友-株式會社和矢崎股份"則一直是全球連接器行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。另外，臺資企業(yè)鴻海精密工業(yè)股份有限公司、來自美國的Molex公司也分別與不同申請人形成有共同申請關(guān)系。可以看出，排名靠前的連接器企業(yè)均在汽車、通信、電力等多領(lǐng)域不斷拓展合作關(guān)系。

圖1 重點企業(yè)合作關(guān)聯(lián)圖

3 5G通信射頻連接器專利技術(shù)分布

截至2020年1月， H01R13/46(底座、外殼)及其細(xì)分組H01R13/502(不同部件構(gòu)成)、H01R4(兩個或兩個以上導(dǎo)電部件之間直接接觸的導(dǎo)電連接)、H01R013/66(內(nèi)裝電組件的結(jié)構(gòu)連接)、H01R13/52(防塵、防濺、放滴、防水或防火)、H01R13/639(接合后使連接部件保持夾緊或鎖住的輔助裝置)、H01R13/629(便于接合或斷開的輔助裝置)、H01R24(兩部件連接裝置，或者它們的協(xié)同操作部件)等分類小組所占比例排名靠前。

通過上述統(tǒng)計結(jié)果可知，底座和外殼、導(dǎo)電部件之間的導(dǎo)電連接、內(nèi)裝電組件的結(jié)構(gòu)連接、防護(hù)部件、便于斷開或接合及鎖緊的輔助裝置、兩部件連接裝置及協(xié)同操作部件是目前5G通信射頻連接器的重點研究方向。

4 5G通信射頻連接器重點研究方向技術(shù)分析

下面針對5G通信射頻連接器專利申請重點研究方向的技術(shù)改進(jìn)點和有益效果進(jìn)行淺析。

4.1 不同部件構(gòu)成的底座、外殼

案例：CN201710103051.0用于電連接器的浮動適配器及其制造方法

圖2 CN201710103051.0用于電連接器的浮動適配器及其制造方法

技術(shù)改進(jìn)點：絕緣件1504被接納在導(dǎo)電殼體中，絕緣件的接口端部具有鏢形導(dǎo)入梢端部，鏢形導(dǎo)入梢端部延伸到殼體的第一端部和第二端部中的一者的外部，保持套筒圍繞導(dǎo)電殼體設(shè)置，保持套筒1524具有用于與絕緣件接合的接合構(gòu)件。在適配器的外側(cè)使用保護(hù)套筒以保護(hù)內(nèi)部組件并提高整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.2 兩個或兩個以上導(dǎo)電部件之間直接接觸的導(dǎo)電連接

案例：CN201710179476.X一種無源互調(diào)抑制同軸連接器

圖3 CN201710179476.X一種無源互調(diào)抑制同軸連接器

技術(shù)改進(jìn)點：陰頭內(nèi)導(dǎo)體1與陰頭外導(dǎo)體2之間填充絕緣介質(zhì)，陰頭內(nèi)導(dǎo)體1中心凹陷，陽頭內(nèi)導(dǎo)體3向外凸出，使用時，陰頭內(nèi)導(dǎo)體和陽頭內(nèi)導(dǎo)體凹凸配合連接，陰頭內(nèi)導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)和/或陽頭內(nèi)導(dǎo)體外側(cè)上鍍覆有內(nèi)導(dǎo)體介質(zhì)層，使得電連接器使用時陽頭內(nèi)導(dǎo)體與陰頭內(nèi)導(dǎo)體之間不存在金屬接觸。通過在連接器內(nèi)芯金屬-金屬接觸處加載內(nèi)導(dǎo)體介質(zhì)層的方法實現(xiàn)無源互調(diào)抑制，穩(wěn)定性高。

4.3 內(nèi)裝電組件的結(jié)構(gòu)連接

案例：CN201711263331.4板對板型射頻插頭、插座及其連接器組件

圖4 CN201711263331.4板對板型射頻插頭、插座及其連接器組件

技術(shù)改進(jìn)點：板對板型射頻插頭包括圍設(shè)于插頭本體外周的插頭固定件、同軸線、用于連接插頭端子與同軸線的插頭電路板及屏蔽外殼，插頭電路板包括第一板體、設(shè)于第一板體上的若干插頭信號線及設(shè)于相鄰兩根插頭信號線之間的若干插頭接地線，插頭信號線包括與同軸線的中心導(dǎo)體連接的第一段部531、第二段部534及連接第一段部與第二段部的連接段部532，連接段部532的寬度自第一段部朝向第二段部方向逐漸變小，插頭端子分別與插頭接地線與插頭信號線的第二段部連接；連接段部532位于所述第一段部一側(cè)的寬度大于第一段部的寬度并形成臺階部533。通過該結(jié)構(gòu)可保證射頻傳輸性能且多根射頻傳輸線之間互不干擾。

4.4 防水密封

案例：CN201610276573.6 射頻連接器組件及其射頻連接器和適配射頻連接器

技術(shù)改進(jìn)點：適配射頻接觸件部件上設(shè)有第二密封圈272，適配射頻殼體與適配射頻接觸件部件之間的環(huán)形間隙中通過第一彈性件軸向防脫地浮動設(shè)有外周面與第一密封圈密封配合、內(nèi)周面與第二密封圈密封配合的且能在射頻密封套的頂推下后移并與第一密封圈及第二密封圈脫離的適配射頻密封套22。第二密封圈272及第一密封圈273的設(shè)置形式使得適配射頻絕緣套22在受到向后的作用力會相對于適配射頻接觸件及適配射頻殼體21向后導(dǎo)向移動，保證了兩絕緣套的對接處的密封性能。

圖5 CN201610276573.6 射頻連接器組件及其射頻連接器和適配射頻連接器

4.5 接合后使連接部件保持夾緊或鎖住的輔助裝置

案例：CN201410447222.8射頻連接器鎖緊機(jī)構(gòu)及具有該鎖緊機(jī)構(gòu)的射頻連接器

圖6 CN201410447222.8射頻連接器鎖緊機(jī)構(gòu)及具有該鎖緊機(jī)構(gòu)的射頻連接器

技術(shù)改進(jìn)點：射頻連接器鎖緊機(jī)構(gòu)包括解鎖件及鎖持件，鎖持件一端沿軸向設(shè)有彈性臂，另一端內(nèi)周面設(shè)有導(dǎo)向部，導(dǎo)向部的沿軸向設(shè)有導(dǎo)向槽，彈性臂端部設(shè)有彈性倒鉤421，解鎖件的一端外周面與彈性倒鉤對應(yīng)設(shè)有解鎖倒槽32，解鎖件的另一端與導(dǎo)向槽對應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向臂，鎖持件套于解鎖件的外周，導(dǎo)向臂插于導(dǎo)向槽內(nèi)并可沿導(dǎo)向槽滑動，鎖緊機(jī)構(gòu)裝于公端內(nèi)，公端與母端插接，彈性倒鉤421卡持于母端內(nèi)，解鎖件帶動解鎖倒槽相對鎖持件滑動，彈性倒鉤進(jìn)入解鎖倒槽內(nèi)并被解鎖倒槽抵壓，彈性臂向解鎖件方向變形，彈性倒鉤才可與母端脫離，避免了彈性倒鉤通過外力拔出造成的鎖持失效，保證了鎖持鎖緊機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。

通過上述案例分析可知，針對射頻連接器的底座、外殼進(jìn)行改進(jìn)，可使連接器安裝空間、尺寸更合理，滿足小型化的需求；針對防護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)，可改善防塵、防水等性能，提高可靠性；針對導(dǎo)電部件之間直接接觸的導(dǎo)電連接、內(nèi)裝電組件的結(jié)構(gòu)連接進(jìn)行改進(jìn)，可改善傳輸速率，提高穩(wěn)定性。大多數(shù)情況中各個組成構(gòu)件并非孤立設(shè)置，而是彼此聯(lián)合作用，形成一個安全有機(jī)的整體。

5 結(jié)語

連接器在未來的5G通訊市場將成為僅次于汽車市場的第二大應(yīng)用市場，將向著高傳輸速率、高功率密度、小型化和高可靠性等四個方向發(fā)展，射頻連接器發(fā)展中涉及的底座和外殼、導(dǎo)電部件之間的導(dǎo)電連接、內(nèi)裝電組件的結(jié)構(gòu)連接、防護(hù)部件、便于斷開或接合及鎖緊的輔助裝置、兩部件連接裝置及協(xié)同操作部件等主要技術(shù)領(lǐng)域正是和其發(fā)展方向相對應(yīng)的，以中國航空工業(yè)和中國航天科工為首的國內(nèi)連接器生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)在設(shè)計能力和生產(chǎn)能力方面都已達(dá)到5G通信射頻連接器所要求的技術(shù)水平，已實現(xiàn)與TE連接荷蘭有限責(zé)任公司、住友株式會社和矢崎股份等國外連接器企業(yè)分庭抗禮，引領(lǐng)通信射頻連接器領(lǐng)域的發(fā)展方向。