SMP-адаптер bullet — ключевой элемент в соединениях плат и модулей

Принцип соединения между собой плат и модулей при помощи bullet

Соединение между собой двух плат показано на рис. 1 (www.aepconnectors.com). При соединении плат центральные проводники герметичных вилок, устанавливаемых в каждую из плат, входят в цанговые контакты адаптера bullet «розетка-розетка». При этом одна из вилок выполнена с полным или ограниченным защелкиванием, а другая — со скользящим соединением с bullet. Поэтому при рассоединении bullet остается на плате с вилкой под защелкивание.

Рис. 1. Соединение плат при помощи bullet

Требуемое расстояние между платами достигается выбором bullet соответствующей длины. Разработаны bullet длиной от 5,8 до 25 и даже 50 мм. Кроме того, по специальному заказу компании выпускают bullet требуемой заказчику длины (рис. 2).

Рис. 2. Соединение плат при помощи bullet разной длины

В таблице 1 приведены данные компании Rosenberger (www.rosenberger.de) о минимальном и номинальном расстоянии между платами и допустимой радиальной несоосности для bullet разной длины.

Как видно на рис. 3, расстояние между соединяемыми платами приблизительно на 3 мм больше длины bullet, так как на 1,5 мм bullet входит своими концевыми цангами внутрь каждого соединителя «вилка», установленного на плате. Аналогично проходит и соединение двух модулей.

Рис. 3. Соотношение расстояния между платами и длины bullet

Конструкция bullet

Bullet представляет собой адаптер «розетка-розетка» с двумя цанговыми центральными проводниками, закрепленными во фторопластовом изоляторе, установленном в корпусе. Соединение центральных проводников bullet и вилки — стандартное цанговое, как и у соединителей большинства других типов. Центральные проводники и корпус bullet изготовлены из термоупрочненной бериллиевой бронзы с износоустойчивым золотым покрытием. Концы корпуса bullet также выполнены в виде цанг с четырьмя или шестью ламелями (рис. 4).

Рис. 4. Конструкция стандартного bullet длиной 6,45 мм

В центральной части корпуса выполнен выступ, в котором закреплен фторопластовый изолятор. Выступ может располагаться симметрично относительно концов корпуса либо может быть смещен к одному из них. Разработаны стандартные bullet разной длины, а также подпружиненные bullet для жестких условий эксплуатации (рис. 5). Один и тот же bullet применяют для сочетания с вилками разных уровней защелкивания (полное и ограниченное защелкивание, скользящее соединение).

Рис. 5. Виды адапторов bullet:
а–в) cтандартные симметричные;
г) несимметричные;
д, е) подпружиненные

Конструкция и параметры bullet соответствуют международным стандартам MIL-STD-348A, 326-1…5; DSCC 94007/08 (табл. 2).

Bullet обеспечивает гибкое соединение с вилками, установленными на платах или в модулях, даже при значительной радиальной и аксиальной несоосности (рис. 6) (www.bjgelectronics.com, www.EmersonNetworkPower.com). Предельной считается такая величина смещения, при которой еще не происходит существенного ухудшения КСВН пары вилка-bullet. Максимальная величина радиального смещения X зависит от длины L bullet и максимальной величины углового смещения α: X = Lsinα. По данным компании Rosenberger (табл. 1), необходимо, чтобы выполнялось условие α ≤ 4°; компания Corning Gilbert рекомендует величину α ≤ 3°.

Рис. 6. Соединение bullet и вилок при аксиальной и радиальной несоосности

Специалисты компании Corning Gilbert, создавшей семейство соединителей SMP, подробно исследовали влияние радиальной и аксиальной несоосности на КСВН соединения на основе bullet. Методику измерений компания не приводит. Результаты исследований представлены на рис. 7. Установлено, что аксиальное смещение влияет на КСВН значительно сильнее, чем радиальное. Радиальное смещение до 1 мм приводит к росту КСВН с 1,04 всего до 1,2. Аксиальное же смещение всего на 0,6 мм вызывает рост КСВН до 2.

Адаптеры bullet зарубежных компаний

Corning Gilbert (Corning)

Компания Gilbert (ныне Corning Gilbert, www.corninggilbert.сom) создала в 1980-х годах большую серию соединителей GPO (Gilbert Push-On): прямые и угловые для кабелей разных марок, концевые и для поверхностного монтажа, внутрисерийные и междусерийные адаптеры, а также адаптеры «розетка-розетка» серии A1A1-0001: всего 12 наименований. Адаптеры «розетка-розетка» этой компании имеют название Female Blindmate Interconnect (BMI). Cтандартные BMI девяти типов длиной от 6,45 до 33 мм имеют КСВН менее 1,1 на частоте до 8 ГГц, 1,35 на частоте до 26,5 ГГц и 1,5 — во всем диапазоне частот до 40 ГГц. Гнездовые контакты этих адаптеров выполнены с четырьмя ламелями. Самый миниатюрный BMI длиной 6,2 мм выполнен с шестью ламелями на гнездовых контактах, имеет КСВН менее 1,4 в диапазоне частот до 40 ГГц, а его масса — менее 0,17 г.

Рис. 7. Частотная зависимость КСВН bullet GPO A1A1-0001-01 длиной 6,45 мм от величины смещения:
а) аксиального;
б) радиального

Кроме того, созданы подпружиненные симметричный и несимметричный адаптеры длиной 15,2 и 18,5 мм в сжатом состоянии. Гнездовой контакт одного из этих адаптеров имеет четыре ламели с одной стороны и шесть ламелей с другой. КСВН адаптеров — не более 1,4 в диапазоне частот до 26,5 ГГц. Использование адаптеров BMI позволяет создавать многовыводные системы с шагом расположения выводов 4,3 мм, обеспечивающие приемлемый уровень КСВН даже при таких значениях аксиальной и радиальной несоосности, которые недопустимы в случае резьбового соединения. Кроме соединителей GPO компания Corning Gilbert разработала соединители GPPO, G3PO и G4PO, доведя предельную рабочую частоту соединителей до 100 ГГц.

Genex

Итальянская технологическая компания Genex (en.genex.it) c более чем 30-летним опытом работы в области радиочастотных соединителей и кабельных сборок разработала серию MR881388 из шести симметричных адаптеров Bullet SMP-SMP длиной 11,4; 16,1; 18,7; 21,3; 23,0 и 24,1 мм (рис. 8).

Рис. 8. Bullet SMP-SMP компании Genex

Рабочий диапазон частот — DC–40 ГГц, максимальный КСВН — 1,18 (DC–12 ГГц), 1,25 (12–26 ГГц) и 1,5 (26–40 ГГц).

Spectrum Elektrotechnik (Spectrum)

Известная немецкая компания Spectrum (www.spectrum-et.org) предлагает адаптеры bullet всего двух типов: стандартный симметричный длиной 5,69 мм и несимметричный длиной 10 мм. Однако по требованию заказчика компания готова изготовить bullet необходимой длины. Bullet этой компании обеспечивают соединение модулей на расстоянии 7 мм. Рабочий диапазон частот — DC–40 ГГц, максимальный КСВН во всем диапазоне частот — 1,7 (приведен с большим запасом, реальный КСВН значительно лучше).

Fairview Microwave (Fairview)

Компания Fairview Microwave, ранее — SM Electronics L.L.C (www.smelectronics.com), выпускает адаптеры bullet восьми типов (рис. 9). Все адаптеры этой компании имеют предельную частоту 40 ГГц и КСВН менее 1,2 в диапазоне частот DC–26,5 ГГц.

Рис. 9. Адаптеры bullet компании Fairview Microwave:
а) SM2608;
б) SM2609;
в) SM2610;
г) SM2611;
д) SM2612;
е) SM2614;
ж) SM2616;
з) SM2618

Адаптеры, изображенные на рис. 9а–в, имеют длину 6,45 мм, а на рис. 9д — 7,2 мм. Они отличаются друг от друга либо точностью изготовления, либо какими-то особенностями внутренней конструкции. Адаптер на рис. 9б имеет наименьшую величину КСВН во всем диапазоне частот до 40 ГГц — 1,4. Самый миниатюрный bullet — SM2612 (рис. 9д): его длина — 5,7 мм. Bullet SM2612 (рис. 9г) выполнен с кольцами для защиты от утечки СВЧ-энергии (EMI Rings). На рис. 9ж показан несимметричный адаптер длиной 10 мм, а на рис. 9з — несимметричный длиной 14,5 мм. Стоимость адаптеров зависит от объема заказываемой партии. В партии — от 25 до 49 шт., их стоимость — от $6,76 до $36,36. Самые дорогие адаптеры — SM2611.

Carlisle Interconnect Technologies (Carlisle)

Компания Carlisle (www.carlisleit.com) выпускает три серии адаптеров bullet: P617, P650 и P922 (табл. 3).

Серия P617 состоит из пяти стандартных симметричных адаптеров 1–3СС, 6–7СС, двух симметричных адаптеров 4СС и 5СС с уплотнительными прокладками и двух адаптеров 8СС и 9СС с кольцами для защиты от утечки СВЧ-энергии. В серию P650 входят четыре адаптера: стандартный 1СС длиной 6,45 мм с четырьмя ламелями, 2СС с шестью ламелями, 3СС — несимметричный и 4СС — симметричный адаптеры. Серия P922 — это пять симметричных и несимметричных подпружиненных адаптеров. На одном из концов подпружиненных адаптеров гнездовой контакт выполнен без ламелей (рис. 10).

Рис. 10. Подпружиненные bullet компании Carlisle

Адаптеры этой компании имеют следующие параметры:

• Предельная частота: 40 ГГц.
• Экранное затухание в сочетании с вилками: –80 дБ (DC–3 ГГц).
• Рабочий диапазон температур: –55… +165 °С.

Для адаптеров серии P617 максимальный КСВН — 1,05+0,008f (DC–40 ГГц), потери — 0,1√f; серии P650 — 1,10+0,012f (DC–40 ГГц), потери — 0,04√f; серии P922 — КСВН не более 1,35 (DC–18 ГГц), потери — 0,1√f. Адаптеры сохраняют параметры при соединении с радиальным смещением ±0,51 мм и с аксиальным смещением 0,25 мм.

Rosenberger

Компания Rosenberger выпускает 12 типов стандартных симметричных адаптеров «розетка-розетка» длиной от 6,45 до 24,2 мм (табл. 1). Максимальный КСВН bullet в диапазоне частот DC–40 ГГц — 1,5, величина потерь — 0,1√f. Величина КСВН приведена с большим запасом, реальное значение — менее 1,3.

Amphenol /SV Microwave

Amphenol (www.amphenol.com, www.svmicrowave.com) выпускает всего четыре стандартных bullet (female-to-female) серии SMP-FSBA длиной 6,45; 9,90;14,5 и 22,4 мм. КСВН адаптеров — 1,2 (DC–10 ГГц), 1,4 (10–18 ГГц) и 1,5 (18–26,5 ГГц). Аналогичные bullet серии 1290-4000 длиной 6,45; 10,0 и 19,5 мм предлагает компания SV Microwave, ныне входящая в Amphenol. КСВН адаптеров — 1,1 (DC–23 ГГц), 1,25 (23–26,5 ГГц) и 1,7 (26,5–40 ГГц). Кроме того, компания выпускает подпружиненный адаптер 1112-4019 длиной 15,3 мм в свободном состоянии и 13,56 мм в сжатом состоянии, снабженный уплотнительным кольцом из силиконовой резины. КСВН этого адаптера — 1,3 (DC–12 ГГц),1,4 (12–18 ГГц) и 1,6 (1–40 ГГц), величина потерь — менее 0,8 дБ в диапазоне частот до 40 ГГц.

Cristek Interconnects (Cristek)

Компания Cristek (www.cristek.com) выпускает три типа адаптеров: стандартный MBI-S254-S1 длиной 6,45 мм, несимметричный MBI-S95-S1 длиной 10 мм и пять подпружиненных bullet с уплотнительной прокладкой из силиконовой резины (рис. 11).

Рис. 11. Адаптеры компании Cristek:
а) стандартный длиной 6,45 мм,
б) несимметричный,
в) подпружиненный

Длина подпружиненных адаптеров в свободном состоянии — 12,7; 16,5; 19,1; 25,4 и 31,8 мм. При сжатии пружины длина адаптера уменьшается приблизительно на 1,3 мм.

IMS Connector Systems (IMS)

IMS (www.imscs.com) выпускает серию адаптеров bullet длиной от 6,75 до 24,2 мм, обеспечивающих соединение плат, расстояние между которыми составляет от 9,8 до 27,2 мм. Допустимое аксиальное смещение — не более 0,3 мм, угол смещения осей α ≤ 4°. Параметры соединения гарантированы только в диапазоне частот DC–10 ГГц. Типичная величина КСВН — 1,03+0,02f.

Pasternaсk Enterprises (Pasternaсk)

Компания Pasternaсk (www.pasternack.com) производит шесть типов SMP-адаптеров «розетка-розетка» (bullet) (табл. 4).

Только один bullet, названный прецизионным, работает в диапазоне частот до 40 ГГц, хотя принято считать, что все соединители серии SMP не входят в число прецизионных. Стоимость адаптеров разных типов этой компании в партии 25–49 шт. от $7 до $40,7.

Micro Mode Products (Micro Mode)

Эта компания известна тем, что разработанные ею соединители SMP имеют большое количество модификаций. Micro Mode (www.micromode.com) разработала адаптеры bullet 20 наименований (серия MMSP). Созданы пять стандартных адаптеров длиной 6,45 мм, два из которых снабжены кольцами для защиты от утечки СВЧ-энергии (EMI Ring). Еще три адаптера незначительно различаются по длине: 6,8; 7 и 7,2 мм. Самый миниатюрный адаптер имеет длину 5,7 мм. На трех адаптерах практически одинаковой конструкции длиной 7,9; 8 и 8,1 мм нанесена маркировка голубого, зеленого или черного цвета. Выпускаются один симметричный и один несимметричный адаптеры длиной 14,5 мм, симметричные адаптеры длиной 14,5 и 19,5 мм и несимметричный адаптер длиной 17,4 мм. Кроме того, имеются два подпружиненных адаптера, чья длина в свободном состоянии 18,9 и 13,8 мм, а в сжатом — 17,6 и 12,5 мм соответственно.

Следует отметить высокий уровень параметров адаптеров bullet компании Micro Mode:

• Диапазон частот: DC–50 ГГц.
• Величина потерь: 0,001+0,01565√f, дБ.
• Экранное затухание при полном защелкивании: –80 дБ (до 3 ГГц) и –65 дБ (от 3 до 26,5 ГГц).

Максимальный КСВН адаптеров:

• 1,1 (типично 1,05) в диапазоне частот DC–23 ГГц;
• 1,15 (типично 1,06) в диапазоне частот 23–26,5 ГГц;
• 1,3 (типично 1,09) в диапазоне частот 26,5–50 ГГц.

Типичная частотная зависимость КСВН bullet MMSP-2500 показана на рис. 12.

Рис. 12. Частотная зависимость КСВН bullet (MMSP-2500)

Sabritec

Компания Sabritec (www.sabritec.com) выпускает стандартные bullet четырех типов:

• 219900-4000 — 6,45 мм;
• 219900-4001 — 10 мм;
• 219900-4002 — 12,3 мм;
• 219900-4003 — 14,4 мм.

Параметры этих адаптеров:

• Диапазон частот: DC–40 ГГц.
• Максимальный КСВН: 1,15 (DC–26,5 ГГц), 1,5 (26,5–40 ГГц).
• Рабочий диапазон температур: –65… +165 °С.

Delta Electronics (Delta)

Адаптеры bullet компании Delta (www.deltarf.com) предназначены для работы в диапазоне частот DC–26,5 ГГц (рис. 13). Максимальный КСВН в этом диапазоне частот равен 1,5. Однако фактический КСВН, по данным компании, существенно меньше.

Рис. 13. Адаптеры Delta:
а) стандартные;
б) подпружиненные

Схема измерения и частотная зависимость КСВН bullet 8628000G001-013 показаны на рис. 14. Для измерения использовались два адаптера типа SMK (2,9 мм) розетка-SMP (вилка) и стандартный калибровочный набор SMK.

Рис. 14. Схема измерения и частотная зависимость КСВН bullet 8628000G001-013

 Radiall corp.

Компания Radiall (www.radiall.com) разработала адаптеры bullet трех типов: стандартные, с уплотнительной прокладкой из силиконовой резины и подпружиненные (табл. 5). Следует выделить миниатюрный адаптер R222.705.400 с уплотнительным кольцом из силиконовой резины (рис. 15). Кроме того, компания Radiall разработала адаптеры для соединителей серий SMP-COM и SMP-MAX.

Рис. 15. Адаптеры Radiall:
а) bullet R222705400;
б) подпружиненные

 Molex RF (Molex)

Компания Molex (www.molex.com) разработала серию 73415, в которую входят стандартные симметричные адаптеры большой длины. Серия состоит из девяти типов — 3350–3353 и 3355–3359. Длина адаптеров — от 11,4 до 23,8 мм. Кроме того, имеется адаптер 73415-3020 длиной 7 мм. Предельная частота адаптеров составляет 40 ГГц, максимальный КСВН во всем диапазоне частот равен 1,5, потери — менее 0,1 дБ на частоте 1 ГГц. Адаптеры обеспечивают соединение плат при аксиальном смещении до 0,6 мм и угле смещения осей α ≤ 4°. На рис. 16 показано применение bullet для соединения двух плат.

Рис. 16. Применение адаптера Molex для соединения двух плат

Huber+Suhner AG (H+S) / Astrolab

В огромной номенклатуре соединителей этой компании (www.hubersuhner.com/en) удалось найти всего один bullet длиной 6,5 мм с предельной частотой 40 ГГц (32_SMPX-50-0-1/111_N). Необычность конструкции этого адаптера заключается в наличии накатки на поверхности центральной выступающей части. Кроме того, совместно с компанией Astrolab (www.astrolab.com) Huber+Suhner выпустила серию 29473-A2FX из трех стандартных адаптеров (рис. 17).

Рис. 17. Адаптер:
а) 32_SMPX-50-0-1/111_N компании H+S;
б) серии 29473-A2FX

BJG Electronics (BJG)

Американская компания BJG (www.bjgelectronics.com) предлагает большую SMP-серию стандартных адаптеров, а также адаптеров с малым усилием соединения с ответными вилками (табл. 6). Следует отметить рекордно большую длину (50,46 мм) bullet 100-123-1810. Уровень КСВН адапторов BJG — самый низкий для соединителей SMP bullet. Экспериментальная частотная зависимость КСВН bullet SMP 100-123-005 (длина 6,45 мм) показана на рис. 18. КСВН этого bullet в диапазоне частот до 40 ГГц не превышает 1,2.

Рис. 18. Частотная зависимость КСВН bullet SMP 100-123-005

Другие компании

Ряд компаний выпускает стандартные адаптеры bullet всего одного-двух типов: Frontlynk (www.frontlynk.com), SeiRf microwave components (www.seimw.com), Jyebao (www.jyebao.com.tw), Samtec (www.samtec.com), Giga Lane (www.gigalane.com) и некоторые другие.

Заключение

Отечественные компании все более широко применяют SMP-соединители в своих разработках изделий микроэлектроники СВЧ. Это обусловлено не только возможностью их использования в широком диапазоне частот (DC–40 ГГц), но и, прежде всего, миниатюрностью соединителей и компактностью межплатных и межмодульных соединений. SMP-соединители можно устанавливать в ряд с шагом всего 4,32 мм. Они соединяют между собой платы и модули, отстоящие друг от друга на 9 и более чем 30 мм. Для этих соединений адаптер «розетка-розетка» bullet имеет определяющее значение. В нашей стране пока еще не налажен серийный выпуск соединителей SMP. Поэтому создание всей номенклатуры этих соединителей, включая серию различных bullet, является актуальной задачей на ближайшее время.