Jak wybrać, używać i konserwować złącza koncentryczne do zastosowań RF?

Obwody częstotliwości radiowych (RF) rozprzestrzeniają się zarówno w komunikacji przewodowej, jak i bezprzewodowej, w tym Wi-Fi i różne technologie bezprzewodowe wykorzystywane w Internecie przedmiotów (IoT). Te sygnały o wysokiej częstotliwości muszą być rozdzielone pomiędzy systemy, komponenty obwodów i podzespoły z minimalną stratą lub niepożądanym promieniowaniem.

Podczas gdy jest to tradycyjnie rola kabli koncentrycznych i złączy RF, projektanci pod presją czasu, kosztów i niezawodności muszą upewnić się, że szybko wybierają optymalne złącze RF i stosują je poprawnie, aby uzyskać maksymalną wydajność i długą żywotność.

W tym artykule zobaczymy złącza RF z perspektywy krytycznych parametrów, takich jak rozmiar, zakres częstotliwości, straty i trwałość, aby pomóc projektantom dopasować ich złącze do ich aplikacji RF. Przedstawi także odpowiednie rozwiązania z przydatnymi informacjami na temat ich stosowania i konserwacji.

Złącza koncentryczne RF
Złącza i kable koncentryczne RF zapewniają kluczowe łącza RF w komunikacji, transmisji i łączności bezprzewodowej, a także wykorzystanie w testach i pomiarach. Zapewniają niskoprzepływowe ścieżki między systemami RF, komponentami, podzespołami i urządzeniami wykorzystującymi współosiowe linie kablowe lub taśmowe. Podstawowa struktura współosiowa składa się z centralnego przewodnika otoczonego koncentryczną izolacyjną warstwą dielektryczną. Jest to z kolei otoczone cylindryczną przewodzącą powłoką. Wymiary elementów kabli są precyzyjnie kontrolowane, aby zapewnić stały wymiar i odstępy między przewodnikami, co jest konieczne, aby mógł funkcjonować efektywnie jako linia transmisyjna. 

Złącza RF zapewniają połączenia do łączenia kabli koncentrycznych i linii przesyłowych linii taśmy z innymi komponentami lub podzespołami. Rozszerzają współosiową strukturę, dodając zblokowane przewodniki wraz z mechanizmem blokującym, przy jednoczesnym zachowaniu stałej impedancji elektrycznej. Para łącząca subminiaturowe elementy łączące typu A (SMA) z Amphenol RF jest pokazana na rysunku 1.

Rysunek 1: Para złączy SMA jest przykładem złącza współosiowego, a obraz przedstawia współpracujący przewód wewnętrzny, warstwę dielektryczną i zewnętrzny przewód blokujący.

Obraz lewej ręki to połowa męskiej lub wtykowej. Obraz po prawej stronie przedstawia połówkę żeńską, gniazdka lub gniazda połówki złączy. Ogólnie rzecz biorąc, wtyczka będzie miała wystający środkowy przewodnik i wewnętrzne gwinty blokujące na zewnętrznym przewodzie. Zbiornik ma wgłębiony przewód wewnętrzny i zewnętrzne gwinty blokujące. Należy zauważyć, że niektóre typy łączników "z odwróconą polaryzacją" będą miały odwrócone wątki blokujące, z zewnętrznymi gwintami na składniku męskim i gwintami wewnętrznymi na elemencie gniazdowym. Inne mechanizmy blokujące mogą obejmować blokadę skrętu, połączenie bagnetowe lub pierścienie zatrzaskowe.

Większość konektorów koncentrycznych, takich jak para łączników SMA, jest "sekstowanych", mających różne struktury na każdej połowie. Istnieje kilka łączników, które mają identyczne struktury po obu stronach skrzyżowania. Są to w większości precyzyjne złącza przeznaczone do zastosowań laboratoryjnych.

Typy konektorów koncentrycznych
Chociaż istnieje niezliczona ilość złącz RF, są one zróżnicowane pod względem wielu kluczowych parametrów. Specyfikacje te obejmują rozmiar fizyczny, impedancję, VSWR, typ sprzężenia oraz pasmo lub zakres częstotliwości (tabela 1).

Tabela 1: Podsumowanie tabeli najczęściej używanych specyfikacji złącza koncentrycznego

Szerokość pasma złącza
Kluczową specyfikacją złącza koncentrycznego jest jego przepustowość. To opisuje najwyższą częstotliwość, z jaką można go użyć. Maksymalna użyteczna częstotliwość złącza jest funkcją średnicy zewnętrznej powłoki i materiału stosowanego jako dielektryk. Im mniejsza średnica skorupy, tym wyższa maksymalna użyteczna częstotliwość. Podobnie, użycie powietrza jako dielektryka zapewnia najwyższą wydajność częstotliwościową w stosunku do innych dielektryków. W rezultacie złącza o największej przepustowości wykorzystują powietrze jako dielektryk.

Impedancja złącza
Aby zapewnić maksymalny transfer mocy i zmniejszyć straty mocy spowodowane odbiciami, impedancja charakterystyczna złącza powinna odpowiadać źródłu i obciążeniu. Większość złączy dla ogólnych zastosowań RF ma na celu przedstawienie impedancji 50 W; natomiast złącza 75 W są dostępne dla aplikacji związanych z wideo.

VSWR
Współczynnik fali stojącej napięcia (VSWR) jest miarą efektywnej impedancji skojarzonego złącza. Im wyższy VSWR, tym więcej mocy jest odbijane od złącza z powodu niedopasowań impedancji. Należy zauważyć, że VSWR jest funkcją częstotliwości, a wartości VSWR złącza powinny być porównywane tylko na tej samej częstotliwości.

Mechanizm sprzęgający
Kolumna sprzęgająca wymienia zastosowany rodzaj mechanicznego mechanizmu blokującego. Jest to niezwykle ważne w aplikacjach, w których złącze ma podlegać wibracjom. Sprzęganie jest zwykle kompromisem między łatwością połączenia i bezpiecznym blokowaniem. Para złącz SMA pokazana wcześniej na rysunku 1 jest przykładem złącza gwintowego. Przykłady bagnetu i połączenia zatrzaskowego są przedstawione na rysunku 2, odpowiednio za pomocą złącza BNC i SMP.

Rysunek 2: Przykłady bagnetu i łączników zatrzaskowych. Metoda łączenia jest ważna w zastosowaniach, w których oczekiwana jest wibracja i często stanowi kompromis między łatwą obsługą a bezpiecznym blokowaniem. 

Rozmiar złącza i trwałość
Biorąc pod uwagę trend w kierunku miniaturyzacji, rozmiar odgrywa ważną rolę w wyborze łącznika. Tabela 2 ponownie pokazuje klasy wielkości wymienionych złącz. Istnieje kompromis między czasem życia łącznika i łącznika. Mniejsze złącza mają zwykle mniej dostępnych cykli łączenia / rozłączania połączeń. Tam, gdzie większe złącze N może mieć trwałość większą niż cykle łączeniowe 500, trwałość złącza U.FL mikro-miniaturki jest ograniczona do cykli łączeniowych 30. Żywotność każdego łącznika jest różna w zależności od producenta, a ich specyfikacja powinna być skonsultowana, jeśli żywotność jest ważnym parametrem.

Konektory koncentryczne używane w aplikacjach takich jak instrumenty testujące i pomiarowe, w których typowe jest wiele cykli kojarzenia, są na ogół chronione za pomocą "wyłączników złączy". Te łatwo wymienialne adaptery współpracują ze złączami przyrządów i przedstawiają jednorazowy korpus złącza dla wielu zastosowań.

Klasa złącza i specyfikacje przemysłowe
Złącza są podzielone na kategorie według kilku różnych klas. W tabeli 2 złącza precyzyjne, takie jak złącza 1 mm do 2.92 mm i N, wchodzą w zakres IEEE-STD-287. Złącza te mają bardziej precyzyjne tolerancje wymiarów podyktowane ich szerokimi zastosowaniami pasmowymi. Bardziej popularne złącza należą do MIL-STD-348 lub zgodnie z jednym z europejskich standardów, takich jak CECC 22220. Tolerancje na tych złączach są luźniejsze, więc istnieje możliwość zaoszczędzenia na kosztach.

Kompatybilność krycia
Powiązane z klasą złączy to możliwość łączenia złącz z różnych rodzin. Tabela 2 zawiera listę możliwych wymiennych połączeń łączących. Złącza 1.85 mm i 2.4 mm są wymienne, podobnie jak złącza 2.92 mm i 3.5 mm. Korpusy męskie 2.92 mm i 3.5 mm mogą współpracować ze złączami żeńskimi SMA z redukcją całkowitej przepustowości. Ze względu na różnicę w ich klasie tolerancji, nie jest dobrą praktyką, aby spróbować połączyć męski SMA za pomocą żeńskiego łącznika 2.92 mm lub 3.5 mm. Szersze mechaniczne tolerancje SMA mogą uszkodzić sworznie gniazd precyzyjnych.

Moc znamionowa złącza
Producenci nie oceniają rozpraszania mocy swoich złączy, ponieważ specyfikacja ta jest bardzo zależna od zastosowania. Różni się w zależności od częstotliwości, systemu VSWR, temperatury, wysokości i impedancji obciążenia. Zasadniczo, obsługa mocy zmienia się bezpośrednio w zależności od wielkości złącza i możliwości rozpraszania ciepła. Maksymalne rozpraszanie mocy zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości.

Złącze o najlepszej zdolności przenoszenia mocy to złącze N, które może obsługiwać waty 300 i 400 (W). Złącza BNC i SMA będą następować w kolejności. Precyzyjne złącza są ograniczone do 10 Wat. Ponownie, jeśli wymagana jest wysoka moc, ważne jest skontaktowanie się z producentem w celu uzyskania dokładniejszych specyfikacji rozpraszania mocy.

Wykorzystanie złącza
Przed użyciem łącznika należy go sprawdzić pod kątem uszkodzeń, takich jak cząstki metalu, zgięte przewody środkowe lub zgniecione lub zdeformowane powłoki zewnętrzne (rysunek 3). Uszkodzenia powinny zostać naprawione lub uszkodzone złącze należy wymienić. Złącza powinny być czyste, bez nagromadzonego brudu i innych zanieczyszczeń. Korpusy złącz powinny być gładko połączone, bez sklejania się i zacinania. Nie wymuszaj łączenia wtyczek; jeśli wystąpi problem, sprawdź ponownie złącze, aby określić źródło.

Podczas łączenia złącza gwintowanego należy obracać tylko obudowę zewnętrzną, a nie obudowę lub kabel. Obracanie korpusu złącza może spowodować uszkodzenie środkowych przewodów. Po dokręceniu zewnętrznego okucia ręcznie za pomocą skalibrowanego klucza dynamometrycznego uzyskać określony moment blokujący zgodnie z instrukcjami producenta.

Rysunek 3: (po lewej) Przykład złącza SMA z brudem i metalowymi opiłkami nagromadzonymi na dielektryku, (po prawej) tym samym złączem po wyczyszczeniu bawełnianym wacikiem i alkoholem izopropylowym. 

Konserwacja złącza
Złącza powinny być utrzymywane w czystości. Najlepszym sposobem, aby to zapewnić, jest używanie ochronnych zatyczek na złączach, gdy nie są one używane. Jeśli złącze jest zanieczyszczone brudem, należy je wyczyścić. Złącza z litym dielektrykiem można czyścić za pomocą wacika bez bawełny zanurzonego w alkoholu izopropylowym. Zachowaj ostrożność, aby uniknąć zginania kołków przewodu środkowego. Dobrą praktyką jest również czyszczenie gwintów, zarówno wewnętrznych jak i zewnętrznych, na gwintowanych złączach. Nie używaj wacika na złączach, które używają dielektryka powietrza, ponieważ perełki dielektryczne, które przytrzymują te elementy na miejscu, mogą zostać uszkodzone przez rozpuszczalniki. Można je czyścić za pomocą suchego sprężonego powietrza.

Wybór współosiowych złączy
Wybór złącza koncentrycznego rozpoczyna się od przepustowości wymaganej do obsługi sygnałów, a następnie rozważań dotyczących wielkości i konfiguracji mechanicznej (wtyczka, gniazdo, lutowanie, mocowanie panelu itp.). Weźmy na przykład złącze wyjściowe dla generatora sygnałów 1 GHz. Ponieważ jest to źródło sygnału testowego i pomiarowego, złącze BNC jest powszechnym wyborem. Pasmo BNC jest większe niż 1 GHz i jest dostępne jako gniazdo panelowe. 

Wybierając złącze dla sygnału częstotliwości przekraczającego 10 GHz, należy rozważyć złącze SMA. Wybór ten może zależeć od kompromisu pomiędzy przepustowością i kosztami. Złącze 2.9 mm ma ponad dwukrotnie większą przepustowość niż SMA, ale ta przepustowość łączy się z prawie trzykrotnością kosztów.

Wnioski
W tym artykule dokonano przeglądu zakresu koncentrycznych złączy RF, podsumowujących ich główne atrybuty. Stanowi dobry punkt wyjścia dla projektantów przy wyborze odpowiedniego złącza do ich projektu. Jak pokazano, ostrożny przegląd wymagań technicznych jest ważny przy wyborze pozornie prostego złącza koncentrycznego RF. 

Jeśli szukasz męskiego koncentrycznego złącza RF L27, kliknij link: http://fmuser.net/content/?693.html

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów