Cum să selectați, să utilizați și să mențineți conectori coaxiali pentru aplicații RF?

Circuitele de radiofrecvență (RF) se proliferează atât în ​​comunicațiile prin cablu, cât și în cele fără fir, incluzând Wi-Fi și diverse tehnologii wireless utilizate pentru Internetul obiectelor (IoT). Aceste semnale de înaltă frecvență trebuie să fie distribuite între sisteme, componente ale circuitelor și subansamble cu pierderi minime sau radiații falsificate.

În timp ce acest lucru este în mod tradițional rolul cablurilor și conectorilor RF coaxiali, designerii în timp, cost și presiune de fiabilitate trebuie să se asigure că selecționează rapid conectorul RF optim și îl aplică corect pentru performanțe maxime și durată lungă de viață.

Acest articol va vedea conectorii RF din perspectiva unor parametri critici, cum ar fi dimensiunea, intervalul de frecvență, pierderea și durabilitatea, pentru a ajuta proiectanții să se potrivească cu conectorul lor la aplicația RF. De asemenea, va prezenta soluții adecvate cu informații utile cu privire la modul de aplicare și menținere a acestora.

Conectori RF coaxiali
Conectorii și cablurile coaxiale RF furnizează legături RF cheie în comunicații, difuzare și fără fir, precum și în utilizarea testelor și a măsurătorilor. Acestea oferă căi cu pierderi reduse între sistemele RF, componentele, subansamblele și dispozitivele care utilizează cabluri sau benzi coaxiale. Structura coaxială de bază constă dintr-un conductor central înconjurat de un strat dielectric izolant concentric. Aceasta, la rândul său, este închisă de o carcasă conductoare cilindrică. Dimensiunile elementelor de cablu sunt controlate tocmai pentru a da o dimensiune constantă a conductorului și o distanțare, care este necesară pentru ca acesta să funcționeze eficient ca o linie de transmisie. 

Conectorii RF oferă joncțiuni pentru îmbinarea cablurilor coaxiale și liniilor de transmisie a liniilor de bandă către alte componente sau subansamble. Acestea extind structura coaxială adăugând conductori de interblocare împreună cu un mecanism de blocare, toate menținând în același timp o impedanță electrică constantă. O pereche împerecheată de elemente de conector subminiature tip A (SMA) din Amphenol RF este prezentată în Figura 1.

Figura 1: perechea de conectori SMA este un exemplu de conector coaxial și imaginea arată conductorul interior de împerechere, stratul dielectric și conductorul exterior de blocare.

Imaginea din stânga este jumătatea masculului sau a prizei. Imaginea din dreapta arată femelele, mufele sau jumățile de recepție ale perechii de conectori. În general, ștecherul va avea un conductor central proeminent și fire de blocare internă pe conducta exterioară. Receptorul are un conductor interior interior și filete externe de blocare. Trebuie remarcat faptul că unele tipuri de conectori de "polaritate inversă" vor avea firele de blocare inversate, cu fire exterioare pe componenta masculină și filete interne ale componentei feminine. Alte mecanisme de blocare pot include blocarea învârtirii, conexiunea cu baionetă sau inelele de blocare.

Majoritatea conectorilor coaxiali, precum această pereche de conectori SMA, sunt "sexi", având structuri diferite pe fiecare jumătate. Există niște conectori care au structuri identice pe fiecare parte a joncțiunii. Acestea sunt în mare parte conectori de înaltă precizie destinați aplicațiilor de laborator.

Tipuri de conectori coaxiali
În timp ce există o multitudine de conectori RF, acestea sunt diferențiate de un număr de parametri cheie. Aceste specificații includ dimensiunea fizică, impedanța, VSWR, tipul cuplajului și lățimea de bandă sau frecvența (tabelul 1).

Tabelul 1: Tabel rezumativ al specificațiilor conectorului coaxial frecvent utilizate

Lățime de bandă a conectorului
Specificația cheie pentru un conector coaxial este lățimea de bandă. Aceasta descrie cea mai mare frecvență la care poate fi folosită. Frecvența maximă utilizabilă a conectorului este o funcție a diametrului carcasei exterioare și a materialului utilizat ca dielectric. Cu cât diametrul cocii este mai mic, cu atât este mai mare frecvența maximă utilizabilă. În mod similar, utilizarea aerului ca dielectric oferă cea mai mare performanță de frecvență față de alte dielectrice. Ca rezultat, conectorii cu cea mai mare lățime de bandă folosesc aerul ca dielectric.

Impedanța conectorului
Pentru a asigura transferul maxim de putere și a reduce pierderile de putere datorate reflexiilor, impedanța caracteristică a conectorului trebuie să corespundă sursei și încărcării. Cele mai multe conectori pentru aplicații RF generale sunt proiectate pentru a prezenta o impedanță 50 W; în timp ce conectorii 75 W sunt disponibili pentru aplicații video.

VSWR
Raportul de undă în picioare (VSWR) este o măsură a impedanței efective a conectorului îmbinat. Cu cât este mai mare VSWR, cu atât mai multă putere este reflectată de conector datorită neconcordanțelor impedanței. Rețineți că VSWR este o funcție a frecvenței și că valorile VSWR ale conectorilor trebuie comparate doar la aceeași frecvență.

Mecanism de cuplare
Coloana de cuplare afișează tipul de mecanism mecanic de blocare utilizat. Acest lucru este extrem de important în aplicațiile în care conectorul trebuie supus vibrațiilor. Cuplarea este în mod normal un compromis între ușurința de conectare și blocarea sigură. Perechea conectorului SMA prezentată anterior în Figura 1 este un exemplu de cuplare cu filet. Exemple de cuplare cu baionetă și cuplare rapidă sunt ilustrate în figura 2, utilizând tipul conectorului BNC și respectiv SMP.

Figura 2: Exemple de cuplaje bayonet și snap-on. Metoda de cuplare este importantă în aplicațiile în care se așteaptă vibrații și este adesea un compromis între ușurința utilizării și blocarea sigură. 

Dimensiunea și durabilitatea conectorului
Având în vedere tendința spre miniaturizare, mărimea joacă un rol major în selectarea unui conector. Tabelul 2, din nou, arată clasele de mărime ale conectorilor listați. Există un compromis între dimensiunea și durata de viață a conectorului. Conectorii mai mici au tendința de a avea mai puține cicluri de conectare / deconectare disponibile. În cazul în care conectorul N mai mare poate avea o durabilitate mai mare decât ciclurile de împerechere 500, durabilitatea micro-miniaturală a conectorului U.FL este limitată la ciclurile de împerechere 30. Durata de viață a fiecărui conector variază de la producător și specificațiile acestora ar trebui consultate dacă durata de viață este un parametru important.

Conectorii coaxiali utilizați în aplicații precum instrumentele de testare și măsurare, în cazul în care multe cicluri de împerechere sunt tipice, sunt protejate, în general, prin folosirea "economiilor de conectori". Aceste adaptoare ușor înlocuite se îmbină cu conectorii instrumentului și prezintă un corp de conector consumabil pentru multiple utilizări.

Clasa conectorilor și specificațiile industriei
Conectorii sunt clasificați în funcție de mai multe clase diferite. În tabelul 2, conectorii de precizie, cum ar fi conectorii 1 mm până la 2.92 mm și N, se încadrează în IEEE-STD-287. Aceste conectori au toleranțe dimensionale mai precise, dictate de aplicațiile lor de bandă largă. Conectorii mai obișnuiți se încadrează în MIL-STD-348 sau sub unul dintre standardele europene, cum ar fi CECC 22220. Toleranțele pe aceste conectori sunt mai libere, astfel încât există posibilitatea de a economisi costuri.

Îmbinare compatibilă
Legat de clasa conectorului este abilitatea de a cupla conectorii din diferite familii. Tabelul 2 enumeră un număr de posibile îmbinări ale conectorilor interschimbabili. Conectorii 1.85 mm și 2.4 mm sunt interschimbabili, la fel ca și conectorii 2.92 mm și 3.5 mm. Elementele de legătură 2.92 mm și 3.5 mm se pot îmbina cu conectori SMA cu o reducere a lățimii de bandă globale. Datorită diferenței dintre clasa lor de toleranță, nu este o practică bună să încercați să cuplați un mascul SMA cu un conector mamă 2.92 mm sau 3.5 mm. Toleranțele mecanice mai largi ale SMA pot deteriora pinii receptorului conectorilor de precizie.

Grad de putere a conectorului
Producătorii nu evaluează disiparea de putere a conectorilor, deoarece această specificație depinde foarte mult de aplicație. Acesta variază în funcție de frecvență, sistem VSWR, temperatură, altitudine și impedanțe de încărcare. În general, manevrarea de putere variază în mod direct cu dimensiunea conectorului și capacitatea de disipare a căldurii. Distorsiunea maximă a puterii scade cu frecvență în creștere.

Conectorul cu cea mai bună capacitate de manipulare a puterii este conectorul N, capabil să gestioneze 300 și 400 watts (W). Conectorii BNC și SMA urmau în ordine. Conectorii de precizie sunt limitați la 10s de Watts. Din nou, dacă este necesară operarea de mare putere, este important să contactați producătorul pentru specificații mai exacte de disipare a puterii.

Utilizarea conectorului
Înainte de a utiliza un conector, este important să îl inspectați pentru deteriorări, cum ar fi particule de metal, conductori de centru îndoiți sau carcase exterioare zdrobite sau deformate (Figura 3). Orice deteriorare trebuie reparată, sau trebuie înlocuit conectorul afectat. Conectorii trebuie să fie curați, fără murdărie sau alți contaminanți. Corpurile conectorilor ar trebui să se coasfeze fără a se lipi sau a bloca. Nu forțați împerecherea conectorului; dacă apare o problemă, re-inspectați conectorul pentru a determina sursa.

Când împerecheați un conector filetat, rotiți numai carcasa exterioară și nu corpul conectorului sau cablul. Rotirea corpului conectorului poate deteriora conductorii centrali. Odată ce manșonul exterior este strâns, utilizați o cheie de cuplu calibrată pentru a atinge cuplul de blocare specificat conform instrucțiunilor producătorului.

Figura 3: (stânga) Un exemplu de conector SMA cu murdărie și pilituri metalice acumulate pe dielectric (în dreapta) același conector după ce a fost curățat cu un tampon de bumbac și alcool izopropilic. 

Întreținerea conectorului
Conectorii trebuie păstrați în stare curată. Cea mai bună modalitate de a vă asigura acest lucru este să folosiți capace de protecție la conectori atunci când nu sunt în uz. Dacă un conector este contaminat de murdărie, acesta trebuie curățat. Conectorii cu dielectrici solizi pot fi curățați cu un tampon de bumbac fără scame, înmuiat în alcool izopropilic. Aveți grijă să evitați îndoirea pinilor conductorului central. Este o practică bună să curățați și firele, atât interne, cât și externe, pe conectorii filetați. Nu utilizați un tampon pe conectorii care utilizează un dielectric de aer, deoarece perlele dielectrice care ține elementele în loc pot fi deteriorate de solvenți. Acestea pot fi curățate cu aer comprimat uscat.

Selectarea conectorilor coaxiali
Selectarea unui conector coaxial începe cu lărgimea de bandă necesară pentru manipularea semnalelor utilizate, urmate de considerente de dimensiune și configurație mecanică (mufă, recipient, lipire, montare pe panou, etc.). De exemplu, ia în considerare conectorul de ieșire pentru un generator de semnal 1 GHz. Deoarece aceasta este o sursă de semnal de testare și măsurare, conectorul BNC este o alegere comună. Lățimea de bandă a BNC este mai mare decât 1 GHz și este disponibilă ca un recipient montat pe panou. 

Când selectați un conector pentru un semnal de frecvență care depășește 10 GHz, luați în considerare un conector SMA. Această alegere ar putea fi guvernată de compromisul dintre lățimea de bandă și cost. Conectorul 2.9 mm are o lățime de bandă mai mare decât dublul lățimii de bandă a SMA, dar avantajul de lățime de bandă este de aproape trei ori mai mare decât costul.

Concluzie
Acest articol a analizat gama de conectori RF coaxiali care sintetizează atributele lor primare. Acesta reprezintă un bun punct de plecare pentru designeri în alegerea unui conector adecvat pentru proiectarea lor. Așa cum este arătat, o revizuire atentă a cerințelor de proiectare este importantă atunci când selectați un conector RF coaxial aparent simplu. 

Dacă doriți un conector coaxial RF RF L27, vă rugăm să faceți clic pe link-ul: http://fmuser.net/content/?693.html

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje