Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №5

Соединители с предельной частотой 40 ГГц фирмы Аmphenol/SV microwave

Джуринский Кива  
Татаринова Екатерина  

За последние четверть века коаксиальные радиочастотные соединители заняли свою нишу среди компонентов миллиметрового диапазона длин волн. Соединители потеснили традиционные для этого диапазона длин волн волноводы там, где не требуется высокий уровень мощности и допустимо некоторое возрастание прямых потерь СВЧ в линии передачи. По сравнению с волноводами соединители имеют несомненные преимущества: широкополосность, экономичность, простоту и удобство встраивания в радиочастотные тракты. Настоящая статья посвящена обзору коаксиальных соединителей с предельной частотой 40 ГГц, выпускаемых компанией Amphenol/SV Microwave. Компания Amphenol — признанный мировой лидер, разработавший и внедривший в производство 95% всей существующей номенклатуры соединителей. Компания SV Microwave, недавно вошедшая в состав Amphenol, является крупнейшим производителем коаксиальных соединителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн.

Основные типы соединителей

К соединителям с предельной частотой 40 ГГц относятся (рис. 1): 2,9-миллиметровые (2,92-миллиметровые) соединители, а также соединители типов SMP и SSMA (HFSSMA).

Соединители с предельной частотой 40 ГГц

2,9-миллиметровые соединители

Они названы так потому, что в их конструкции реализована воздушная коаксиальная линия размерами 2,92/1,27 мм. В устройствах миллиметрового диапазона длин волн наиболее широко применяется составной (металлостеклянный ввод с волновым сопротивлением 50 Ом в сочетании с СВЧ-разъемом) коаксиально-микрополосковый переход типа К (фирменное название 2,9-миллиметрового соединителя фирмы Wiltron, ныне Anritsu), работающий в области частот (Ка) 26–40 ГГц.

2,9-миллиметровые соединители были созданы путем модернизации соединителя типа SMA — базового соединителя микроэлектроники СВЧ. Из соединителя SMA удалили фторопластовый диэлектрик, заменив его воздушной коаксиальной линией с внутренним диаметром наружного проводника 2,92 мм (рис. 2).

2,9-миллиметровые соединители
Рис. 2. 2,9-миллиметровые соединители: а) «розетка»; б) «вилка»

Переход с коаксиальной линии с размерами 4,1/1,27 мм, заполненной фторопластом, на воздушную линию с размерами 2,92/1,27 мм позволил сохранить волновое сопротивление равным 50 Ом и увеличить предельную частоту соединителя с 18 до 40 ГГц. При этом 2,9-миллиметровые соединители имеют не только лучшие электрические параметры, но и ряд других преимуществ по сравнению с соединителями SMA [1]:

  1. Толщина стенки наружного проводника 2,9-миллиметровых соединителей в 4 раза больше, чем у соединителей SMA (0,8 и 0,2мм соответственно). Это обеспечивает более надежный контакт наружных проводников пары соединителей «вилка» и «розетка» и повышение жесткости конструкции.
  2. Благодаря большей толщине стенки наружного проводника и меньшему усилию сочленения внутренних проводников (гнездовой контакт выполнен с четырьмя ламелями) значительно повышается надежность соединения пары «вилка» и «розетка» 2,9-миллиметровых соединителей.
  3. В отличие от соединителей SMA, в 2,9-миллиметровых соединителях не используется закрепление внутреннего проводника в корпусе при помощи эпоксидного компаунда, что повышает радиогерметичность.
  4. При образовании пары соединителей любых типов неизбежен зазор между внутренними проводниками (гнездом и штырем) «розетки» и «вилки». Зазор обусловливает снижение КСВН этой пары. Влияние величины зазора на КСВН 2,9-миллиметровых соединителей слабее, на КСВН соединителей SMA.

Компанией SV Microwave разработаны следующие разновидности 2,9-миллиметровых соединителей: коаксиально-микрополосковые переходы (КМПП), кабельные соединители, выводы энергии для печатных плат и адаптеры. По своей конструкции соединители подразделяются на «розетку» и «вилку», герметичные и негерметичные, прямые и угловые, фланцевые и вкручиваемые в корпуса изделий, проходные, панельно-кабельные (с передней и задней установкой в панель) и др. Корпусы соединителей изготовлены из пассивированной нержавеющей стали, внутренние проводники — из термически упрочненной бериллиевой бронзы, покрытой износостойким золотом.

Основные типы 2,9-миллиметровых соединителей серии SVK компании SV Microwave приведены в таблице 1 [2].

Таблица 1. 2,9-миллиметровые соединители компании SV Microwave
2,9-миллиметровые соединители компании SV Microwave

2,9-миллиметровые кабельные соединители предназначены для работы только с полужестким кабелем с наружным диаметром 0,085 (2,2 мм) марки RG-405 и 0,047 (1,2 мм).

Присоединительные размеры 2,9-миллиметрового соединителя идентичны размерам SMA, К, APC-3,5 и 3,5-миллиметровых соединителей (в соответствии со стандартом MIL-STD-348). Поэтому он полностью совместим с ними без применения адаптеров [3]. При этом параметры согласования пары каждого из этих соединителей с 2,9-миллиметровым соединителем лучше, чем для пары однотипных соединителей.

Основные параметры соединителей SVK-2.92 [2]:

  • волновое сопротивление: 50 Ом;
  • рабочий диапазон частот: от 0 до 40–46 ГГц;
  • КСВН в диапазоне частот 0–40 ГГц: 1,05+0,005 ƒГГц1;
  • 1 Отмеченные величины КСВН и прямых потерь являются типичными для 2,9-мм соединителей. Реальные величины этих параметров для каждого конкретного соединителя могут отличаться от типичных величин в зависимости от конструкции соединителя и типа применяемого радиочастотного кабеля. ƒГГц — частота, ГГц.

  • максимальный КСВН пары соединителей: 1,25;
  • прямые потери СВЧ, дБ: 0,04 √ƒГГц1;
  • экранное затухание: –90 дБ;
  • сопротивление изоляции не менее: 5000 МОм;
  • гарантированное количество циклов соединений и рассоединений «розетки» и «вилки»: не менее 500;
  • рабочий диапазон температур: от –60 до +165 °С.

2,9-миллиметровые соединители имеют высокий уровень параметров согласования и перспективны для применения в изделиях микроэлектроники миллиметрового диапазона длин волн. К сожалению, в нашей стране они еще не нашли должного применения. Этому в значительной степени препятствует то, что коаксиальная линия размерами 2,92/1,27 мм до сих пор не узаконена отечественными стандартами ГОСТ 13317-89 и ГОСТ 20265-83 на соединители соответственно измерительные и общего применения.

2,9-миллиметровые соединители выпускают также компании Molex, Tyco, Southwest Microwave, Anritsu, Radiall, Pasternak и др.

Соединители SMP

Соединители SMP разработаны для использования в современных модульных конструкциях устройств СВЧ с высокой плотностью компоновки. В таких устройствах соединители со стандартным резьбовым соединением «вилки» и «розетки» заняли бы недопустимо много места. Поэтому были созданы миниатюрные соединители с предельной частотой 40 ГГц, «вилка» и «розетка» которых соединяются между собой защелкиванием (snap-on, push-on connectors).

Для этого в соединителях SMP на внутренней поверхности корпуса «вилки» cделана канавка, а на наружной поверхности «розетки» — выступ. При этом стыкуемая часть «розетки» изготовлена из упругого материала, имеет продольные разрезы и представляет собой пружинный элемент.

Конструкция соединителя SMP показана на рис. 3.

Конструкция snap-on соединителей SМP
Рис. 3. Конструкция snap-on соединителей SМP: а) блокировка, б) скользящее соединение

Разработаны следующие конструктивные варианты соединения snap-on:

  1. Блокировка (lock-on, full detent) (рис. 3а), используемая в соединителях, работающих в условиях жесткой вибрации. Для рассоединения «вилки» и «розетки» требуется специальный инструмент. Допускается до 100 циклов соединения-рассоединения.
  2. Ограниченное защелкивание ((limited detent, half detent) (рис. 3а). В этом варианте диаметры выступа и канавки отличаются меньше, чем при блокировке. Рассоединение пары соединителей не требует инструмента. Допустимое количество циклов соединения-рассоединения — 500.
  3. Скользящее соединение (slide-on, smooth bore), осуществляемое за счет распружинивания «вилки» после ее введения в «розетку» с гладкой (без канавки) внутренней поверхностью (рис. 3б). Типичное применение этого варианта — соединение и рассоединение материнской и дочерней печатных плат. Допустимое количество циклов соединения-рассоединения — 1000.

Во всех этих вариантах применяемый соединитель «розетка» один и тот же. Соединители «вилка» для вариантов полного и ограниченного защелкивания отличаются лишь диаметром А (рис. 3а): в первом случае ØА = 2,9+0,1 мм, во втором — ØА = 3,0+0,1 мм. Разработаны и выпускаются следующие типы соединителей SMP: выводы печатных плат, прямые и угловые кабельные соединители «розетка», соединители «розетка» для поверхностного монтажа, одноканальные адаптеры типа «розетка» для соединения при большой несоосности и адаптеры для сочетания с соединителями SMA, 2,9-мм, 2,4-мм и 1,85-мм.

Все соединители «розетка» снабжены специальным кольцом (Anti-rock ring) и кольцом из проводящей резины для защиты от электромагнитного излучения (EMI gasket).

Корпус и внутренний проводник соединителя «розетка» изготовлены из термически упрочненной бериллиевой бронзы. Корпус и внутренний проводник герметичного соединителя «вилка» выполнены из сплава ковар, изоляторы — из фторопласта, торлона (полиамидный материал) и стекла Corning 7070 (в герметичных КМПП). Металлические детали соединителя покрыты износостойким золотом.

Соединители SMP изготавливают с высокой точностью размеров и чистотой обработки поверхности. Допуски на размеры — 0,025 мм, на углы — 5°. Высота неровностей поверхностей — не более 0,08 мкм.

Герметичный (shroud — кожух) соединитель «вилка» выполнен с внутренним металлостеклянным спаем либо сочетается с 50-омным металлостеклянным вводом.

Разработаны миниатюрные «вилки» разной конструкции для крепления в корпусе изделия пайкой, ввинчиванием и при помощи фланцевого соединения. Жесткая конструкция соединителей обеспечивает сохранение их параметров при работе в условиях вибраций и ударных нагрузок, особенно присущих военным применениям. Соединители SMP предназначены для работы в сочетании только с миниатюрными полужесткими кабелями 0,085 и 0,047. Они приблизительно втрое миниатюрнее соединителей SMА и 2,9-миллиметровых соединителей (рис. 4) и вдвое — ниже рассматриваемых соединителей SSMА.

Сравнение соединителей SMA и SMP
Рис. 4. Сравнение соединителей SMA и SMP

Компания Amphenol/SV Microwave ввела комплексную линию SMP-соединителей, которые соответствуют стандартам 94007/94008 DSCС и MIL-STD-348 (табл. 2) [5, 6].

Таблица 2. Основные типы соединителей SMP
Основные типы соединителей SMP

Кроме того, разработаны и выпускаются 16 типоразмеров SMP-выводов энергии для печатных плат, включая соединители для поверхностного монтажа.

Параметры соединителей SMP:

  • волновое сопротивление: 50 Ом;
  • рабочий диапазон частот: от 0 до 40 ГГц;
  • максимальный КСВН2 (в диапазоне частот, ГГц):
    • адаптер: 1,1 (0–23); 1,15 (23–26,5); 1,7 (26,5–40);
    • кабельный соединитель: 1,2 (0–18); 1,35 (18–26,5); 1,7 (26,5–40);
  • 2 Отмечена зависимость от конструктивных особенностей соединителя. Максимальный КСВН в диапазоне частот 0–40 ГГц может быть в пределах от 1,5 до 1,7.

  • прямые потери СВЧ, дБ:
    • 0,1 √ƒГГц (адаптер);
    • 0,12 √ƒГГц (кабельный соединитель);
  • экранное затухание (на частотах, ГГц) для соединителей с полным защелкиванием, дБ: –80 (до 3), –65 (3–26,5);
  • сопротивление изоляции — не менее 5000 МОм;
  • рабочее напряжение: 335 В;
  • рабочий диапазон температур: от –65 до +165 °С;
  • допустимая аксиальная и радиальная несоосность пары соединителей при сочленении: ±0,25 мм.

Соединители SMP позволяют соединять модули между собой при помощи адаптеров, при помощи герметичного КМПП и адаптера, непосредственное соединение между собой плат защелкиванием (рис. 5) [4].

Соединители SMP

Соединители SMP обеспечивают высокочастотное согласование на частотах до 40 ГГц и могут быть использованы при создании модулей СВЧ, в которых межцентровое расстояние между соединителями минимально (4,8 мм). Они нашли применение в военной и телекоммуникационной технике с высокой плотностью компоновки (фазированные антенные решетки, бортовые РЛС и др.). Соединители SMP выпускают также Molex, Tyco, Pasternak, Radiall и другие компании.

Соединители SSMA

Соединители SSMA и HFSSMA являются миниатюрной версией базовых соединителей SMA [7]. Они имеют волновое сопротивление 50 Ом и предназначены для работы на частотах до 40 ГГц с миниатюрными полужесткими кабелями диаметром 0,07 и 0,085 и на частотах до 26,5 ГГц — с подходящим миниатюрным гибким кабелем (RG-196/U, RG-316/U и др.). Основное применение этих соединителей — аэрокосмическая техника и спутниковая связь.

В этих соединителях применена коаксиальная линия размерами 2,8/0,85 мм, заполненная фторопластом (рис. 6).

Соединители SSMA
Рис. 6. Соединители SSMA: а) «вилка»; б) «розетка»

Присоединительные размеры соединителей соответствуют MIL-STD-348.

Компанией SV Microwave разработаны следующие типы соединителей SSMA и HFSSMA: кабельные соединители «розетка» и «вилка», прямые и угловые, под полужесткий и гибкий кабели, панельно-кабельные фланцевые соединители, проходные и панельные выводы энергии и КМПП (герметизированные эластомерной прокладкой), выводы энергии для печатных плат, адаптеры (табл. 3) [7].

Таблица 3. Соединители SSMA и HFSSM компании SV Microwave
Соединители SSMA и HFSSM компании SV Microwave

Соединители HFSSMA отличаются от SSMA только прецизионной внутренней геометрией. Поэтому только соединители HFSSMA применяют в качестве составных КМПП в сочетании с герметичными 50-омными вводами.

Корпуса соединителей изготовлены из нержавеющей стали с пассивированной поверхностью. В обозначении соединителей компании SV Microwave это отражается буквами «SF» перед номером соединителя. Внутренние проводники выполнены из термически упрочненной бериллиевой бронзы и покрыты износостойким золотом толщиной 1,27 мкм по подслою никеля толщиной 1,27 мкм. В качестве диэлектрика применен фторопласт.

Основные параметры соединителей SSMA (HFSSMA):

  • волновое сопротивление: 50 Ом;
  • рабочий диапазон частот, ГГц: 0–36 (SSMA), 0–40 (HFSSMA);
  • максимальный КСВН (в диапазоне частот, ГГц) 1,33 (0–26), 1,6 (26–40);
  • Прямые потери СВЧ, дБ: 0,04 √ƒГГц;
  • Экранное затухание, дБ: –(100 — ƒГГц);
  • Сопротивление изоляции, не менее: 5000 МОм;
  • Гарантированное количество циклов соединения-рассоединения «вилки» и «розетки» — не менее 500;
  • Рабочий диапазон температур: от –60 до +165 °С.

Соединители SSMA выпускают также фирмы Tyco, Southwest Microwave, Anritsu, Pasternak, Rosenberger, Radiall и др.

Заключение

Компания Amphenol/SV Microwave обеспечивает решение практически всех задач соединений, как при низких, так и при сверхвысоких частотах. Она производит все необходимые соединители для изделий микроэлектроники, работающих на частотах до 40 ГГц. Кроме того, компания поставляет необходимый радиочастотный кабель и кабельные сборки, а также инструмент для заделки кабеля в соединитель (с подробной инструкцией по применению).

Литература

  1. Джуринский К. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. М.: Техносфера. 2006.
  2. SVK Connectors & Components 2,92 mm. Каталог № 300-99-004 компании SV Microwave, 2005.
  3. Pino P. Intermateability of SMA, 3,5 mm and 2,92mm connectors. Microwave Journal & Horizon House Publication. March. 2007.
  4. www.radiant.su
  5. SMP Coaxial Connectors. Catalog N 300-99-012 компании SV Microwave, 2005.
  6. www.amphenol.com
  7. Coaxial Connectors. Product Catalog компании SV Microwave, 1999. www.svmicro.com

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке