Как выбрать, использовать и поддерживать коаксиальные соединители для радиочастотных приложений?

Радиочастотные (RF) схемы распространяются как на проводную, так и на беспроводную связь, включая Wi-Fi и различные беспроводные технологии, используемые для Интернета вещей (IoT). Эти высокочастотные сигналы должны распределяться между системами, компонентами схемы и узлами с минимальными потерями или ложным излучением.

Хотя это традиционно роль коаксиальных кабелей и разъемов RF, разработчики с течением времени, стоимости и надежности должны убедиться, что они быстро выбирают оптимальный RF-разъем и правильно применяют его для максимальной производительности и длительного срока службы.

В этой статье будут рассмотрены разъемы RF с точки зрения критических параметров, таких как размер, частотный диапазон, потеря и долговечность, чтобы помочь дизайнерам соответствовать их разъему в их RF-приложении. Он также представит подходящие решения с полезной информацией о том, как их применять и поддерживать.

RF-коаксиальные разъемы
Высокочастотные коаксиальные разъемы и кабели обеспечивают основные радиочастотные связи в области связи, вещания и беспроводной связи, а также для использования в тестах и ​​измерениях. Они обеспечивают каналы с малыми потерями между радиочастотными системами, компонентами, узлами и устройствами, использующими коаксиальный кабель или полосы. Основная коаксиальная структура состоит из центрального проводника, окруженного концентрическим изолирующим диэлектрическим слоем. Это, в свою очередь, заключено в цилиндрическую проводящую оболочку. Размеры элементов кабеля регулируются точно, чтобы обеспечить постоянный размер и расстояние между проводниками, которые необходимы для эффективного функционирования в качестве линии передачи. 

Разъемы RF обеспечивают соединения для соединения коаксиальных кабелей и линий линии передачи полосы с другими компонентами или узлами. Они расширяют коаксиальную структуру, добавляя блокирующие проводники вместе с запирающим механизмом, при этом сохраняя постоянный электрический импеданс. Соединительная пара субминиатюрных элементов типа A (SMA) от Amphenol RF показана на рисунке 1.

Рисунок 1: пара соединителей SMA является примером коаксиального соединителя, и на изображении изображен сопрягаемый внутренний проводник, диэлектрический слой и блокирующий внешний проводник.

Изображение левой руки представляет собой половину штыря. На изображении правой руки показано гнездо, гнездо или розетка половины пары разъемов. В общем случае вилка будет иметь выступающий центральный проводник и внутренние фиксирующие нити на внешнем проводнике. Розетка имеет встроенный внутренний проводник и внешние стопорные нити. Следует отметить, что некоторые типы соединителей типа «обратная полярность» будут иметь обратные стопорные резьбы, с внешними резьбами на охватываемом компоненте и внутренними резьбами на охватывающем компоненте. Другие блокирующие механизмы могут включать закручивание, байонетное соединение или защелкивающиеся кольца.

Большинство коаксиальных разъемов, таких как пара разъемов SMA, являются «сексированными», с разными структурами на каждой половине. Есть несколько разъемов, которые имеют одинаковые структуры на каждой стороне соединения. Это в основном высокоточные разъемы, предназначенные для лабораторных применений.

Типы коаксиальных соединителей
Несмотря на наличие множества RF-разъемов, они различаются по ряду ключевых параметров. Эти спецификации включают физический размер, импеданс, КСВ, тип связи и полосу пропускания или частотный диапазон (таблица 1).

Таблица 1: Сводная таблица широко используемых коаксиальных спецификаций разъемов

Ширина разъема
Ключевой спецификацией коаксиального разъема является его пропускная способность. Это описывает самую высокую частоту, на которой он может быть использован. Максимальная используемая частота соединителя зависит от диаметра внешней оболочки и материала, используемого в качестве диэлектрика. Чем меньше диаметр оболочки, тем выше максимальная используемая частота. Аналогично, использование воздуха в качестве диэлектрика обеспечивает наивысшую частотную характеристику по сравнению с другими диэлектриками. В результате, соединители с самой высокой пропускной способностью используют воздух в качестве диэлектрика.

Сопротивление коннектора
Чтобы обеспечить максимальную передачу мощности и уменьшить потери мощности из-за отражений, характеристический импеданс разъема должен соответствовать источнику и нагрузке. Большинство разъемов для общих радиочастотных применений предназначены для представления импеданса 50 W; в то время как разъемы 75 W доступны для приложений, связанных с видео.

КСВ
Отношение стоячей волны напряжения (VSWR) является мерой эффективного импеданса сопряженного разъема. Чем выше КСВ, тем больше мощности отражается от разъема из-за несоответствий импеданса. Обратите внимание, что VSWR является функцией частоты, а значения VSWR разъема следует сравнивать только с той же частотой.

Механизм сцепления
В колонке связи указан тип используемого механического механизма блокировки. Это чрезвычайно важно в приложениях, где разъем должен подвергаться вибрации. Сцепление обычно представляет собой компромисс между легкостью соединения и надежной блокировкой. Парой соединителей SMA, показанной ранее на рисунке 1, является пример резьбовой муфты. Примеры байонетной и защелкивающей муфты показаны на рисунке 2 с использованием типа разъема BNC и SMP соответственно.

Рисунок 2: Примеры байонетных и защелкивающихся муфт. Метод сцепления важен в приложениях, где ожидается вибрация, и часто является компромиссом между простотой использования и надежной блокировкой. 

Размер соединителя и долговечность
Учитывая тенденцию к миниатюризации, размер играет важную роль в выборе соединителя. В таблице 2 снова показаны классы размеров перечисленных коннекторов. Существует компромисс между размером и временем жизни коннектора. Меньшие соединители, как правило, имеют меньше доступных циклов сопряжения / разъединения. Если более крупный соединитель N может иметь прочность более чем 500 циклов сопряжения, прочность на микроминиатюрный U.FL-контур ограничивается циклами сопряжения 30. Срок службы каждого разъема зависит от производителя, и с их спецификациями следует проконсультироваться, если важным для жизни является срок службы.

Коаксиальные соединители, используемые в таких приложениях, как тестовые и измерительные приборы, в которых типичны многие циклы сопряжения, обычно защищаются с помощью «соединителей». Эти легко заменяемые адаптеры сопрягаются с разъемами приборов и представляют собой одноразовый соединительный корпус для нескольких применений.

Класс разъема и отраслевые спецификации
Соединители классифицируются несколькими разными классами. В таблице 2 прецизионные соединители, такие как разъемы 1 мм через 2.92 мм и N, попадают под IEEE-STD-287. Эти разъемы имеют более точные допуски размеров, продиктованные их широкополосными приложениями. Более распространенные разъемы попадают под MIL-STD-348 или в соответствии с европейскими стандартами, такими как CECC 22220. Допуски на этих разъемах более легкие, поэтому есть возможность экономить на стоимости.

Совместимость
К классу соединителей относится возможность соединения коннекторов из разных семейств. В таблице 2 указан ряд возможных сменных соединительных сокетов. Разъемы 1.85 мм и 2.4 мм являются взаимозаменяемыми, как и разъемы 2.92 мм и 3.5 мм. Корпуса разъемов 2.92 мм и 3.5 мм могут соединяться с разъемами SMA с уменьшением общей ширины полосы. Из-за различий в их классе допуска, не является хорошей практикой пытаться сопрягать SMA-самец с помощью разъема 2.92 мм или 3.5 мм. Более широкие механические допуски SMA могут повредить штыри разъема прецизионных соединителей.

Номинальная мощность коннектора
Производители не оценивают рассеивание мощности своих разъемов, потому что эта спецификация очень зависит от приложения. Он изменяется в зависимости от частоты, VSWR системы, температуры, высоты и импедансов нагрузки. В общем случае, регулировка мощности напрямую зависит от размера разъема и возможности рассеивания тепла. Максимальная рассеиваемая мощность уменьшается с увеличением частоты.

Соединитель с наилучшей способностью к питанию является разъемом N, который способен обрабатывать 300 и 400 ватты (W). Разъемы BNC и SMA будут следовать по порядку. Прецизионные разъемы ограничены 10s Watts. Опять же, если требуется высокая мощность, важно обратиться к производителю за более точными характеристиками рассеивания мощности.

Использование коннектора
Перед использованием разъема важно проверить его на предмет повреждений, таких как металлические частицы, изогнутые центральные проводники или измельченные или деформированные наружные оболочки (рисунок 3). Любые повреждения должны быть отремонтированы или заменить поврежденный разъем. Соединители должны быть чистыми, без загрязнений или других загрязнений. Соединительные тела должны соединяться плавно, без прилипания или заклинивания. Не пытайтесь соединить разъем; если возникла проблема, повторите проверку разъема, чтобы определить источник.

При сопряжении резьбового разъема поворачивайте только внешнюю оболочку, а не корпус разъема или кабель. Вращение корпуса разъема может повредить центральные проводники. Как только внешний наконечник затянут вручную, используйте калиброванный динамометрический ключ для достижения заданного момента блокировки согласно инструкциям производителя.

Рисунок 3: (слева) Пример соединителя SMA с грязью и металлическими насадками, накопленными на диэлектрике (справа) тем же коннектором после очистки ватным тампоном и изопропиловым спиртом. 

Обслуживание разъемов
Разъемы должны быть чистыми. Лучший способ обеспечить это - использовать защитные колпачки на разъемах, когда они не используются. Если коннектор загрязнен грязью, его следует очистить. Соединители с твердыми диэлектриками можно очистить ватным тампоном без ворса, смоченным в изопропиловом спирте. Соблюдайте осторожность, чтобы избежать выводов гибочных центров. Хорошей практикой является также очистка резьбы, как внутренних, так и внешних, на резьбовых соединителях. Не используйте тампоны на разъемах, которые используют воздушный диэлектрик, поскольку диэлектрические шарики, которые удерживают элементы на месте, могут быть повреждены растворителями. Их можно очистить с помощью сухого сжатого воздуха.

Выбор коаксиальных соединителей
Выбор коаксиального разъема начинается с полосы пропускания, необходимой для обработки используемых сигналов, за которыми следуют соображения о размере и механической конфигурации (штепсельная вилка, розетка, припой, панель и т. Д.). Например, рассмотрите выходной разъем для генератора сигналов 1 GHz. Поскольку это тестовый и измерительный источник сигнала, разъем BNC является общим выбором. Полоса пропускания BNC больше, чем 1 ГГц, и доступна в виде монтируемого на панели приемника. 

При выборе разъема для частотного сигнала, превышающего 10 ГГц, рассмотрите разъем SMA. Этот выбор может регулироваться компромиссом между пропускной способностью и стоимостью. Разъем 2.9 мм имеет более чем вдвое большую пропускную способность SMA, но преимущество в пропускной способности составляет почти в три раза больше стоимости.

Заключение
В этой статье рассмотрен диапазон высокочастотных коаксиальных разъемов, суммирующих их основные атрибуты. Он представляет собой хорошую отправную точку для дизайнеров при выборе подходящего разъема для их дизайна. Как показано, тщательный анализ технических требований важен при выборе, казалось бы, простого коаксиального соединителя RF. 

Если вы ищете соединительный коаксиальный разъем RF L27, пожалуйста, нажмите на ссылку: http://fmuser.net/content/?693.html

Оставить сообщение 

Список сообщений