Компонентная база для АФАР: высокочастотные соединители

Конструкция АФАР

Основными направлениями при построении АФАР являются увеличение количества приемопередатчиков и плотности их компоновки и снижение стоимости изделия за счет высокой интеграции приемопередатчиков в едином модуле. Поэтому наиболее сложными задачами при конструировании АФАР становятся решение проблемы теплоотвода от приемопередатчиков и выбор высокочастотных соединителей для подключения приемопередатчиков к антенным элементам и системе управления.

Конструкция АФАР представлена на рис. 1. Фиксированное количество антенных элементов (1) индивидуально подключается к соответствующему количеству приемопередатчиков (2) (по одному приемопередатчику на один антенный элемент), для отвода тепла от которых используется система охлаждения (3). Система управления (4) подключается к тыльной части приемопередающих модулей, с ней также связана и система охлаждения. За системой управления расположена система (5) адаптивной обработки и формирования моноимпульсного сигнала.

Рис. 1. Конструкция АФАР

Коммутация высокочастотного тракта АФАР осуществляется посредством миниатюрных высокочастотных соединителей с защелкой серии SMP.

К соединителям, применяемым в конструкции АФАР, предъявляются следующие требования:

• верхняя частота применения: 40 ГГц;
• малые габаритные размеры, возможность подключений при межосевом расстоянии между соединителями менее 4,8 мм;
• защелкивающийся механизм сочленения;
• прочная конструкция, обеспечивающая вибрационные нагрузки не менее 10g и ударные нагрузки не менее 100g;
• возможность поверхностного монтажа на печатную плату;
• наличие золотого покрытия для обеспечения высоких экранирующих свойств.

В наибольшей степени перечисленным требованиям удовлетворяют соединители серии SMP, входящие в стандарт 94007/94008 DESC и представленные на территории РФ компаниями Rosenberger, Radiall и Carlisle.

Соединители производства Иркутского релейного завода

В настоящее время разработаны российские аналоги этих импортных соединителей [1, 2]. Выпуск соединителей с приемкой ОК осуществляет ОАО «НПП «Исток» им. А. И. Шокина» [1]. Серийное производство соединителей с категорией качества «ВП» освоено на предприятии «Иркутский релейный завод» [2].

Рис. 2. Внешний вид соединителей: а) СР 50-968ФВ — переход «розетка-розетка»;
б) СР 50-969ФВ 00, СР 50-969ФВ 01, СР 50-969ФВ 02 — розетка кабельная прямая;
в) СР 50-970ФВ 00, СР 50-970ФВ 01, СР 50-970ФВ 02 — розетка кабельная угловая;
г) СР 50-971ФВ 00, СР 50-971ФВ 01, СР 50-971ФВ 02 — розетка кабельная прямая;
д) СРГ 50-972В — вилка приборная герметичная;
е) СРГ 50-974В — переходник герметичный (адаптер)

Основные характеристики соединителей ОАО «Иркутский релейный завод» приведены в таблице 1. На рис. 2 показан внешний вид соединителей, на рис. 3 — их конструкция.

Рис. 3. Конструкция соединителей:
а) розетка кабельная прямая КАПД.434511.020;
б) переходник герметичный (адаптер) КАПД.434511.021;
в) переход «розетка-розетка» КАПД.434511.023

Сегодня соединители выпускаются в следующих вариантах: розетка кабельная прямая/угловая под монтаж на кабель РК50-1,2-22, РК50-1-23, РК50-1-24 методом пайки, вилка приборная герметичная, переход герметичный «вилка-вилка», переход «розетка-розетка». Отдельного внимания заслуживает переходник «розетка-розетка», так называемый Bullet, одной из задач которого является передача сигнала между печатными платами при их параллельном расположении относительно друг друга. Возможно производство переходников с индивидуальной длиной корпуса, что позволит обеспечить необходимое расстояние между печатными платами.

Соединители имеют высокую механическую прочность, что позволяет их эксплуатацию в составе бортовых АФАР летной техники военного назначения. Допустимые синусоидальные вибрационные нагрузки составляют 10g в диапазоне частот 50–2000 Гц, допустимые ударные нагрузки достигают 40g. Корпуса негерметичных соединителей этой серии изготавливают из бронзы БрБ2 по ГОСТ 15834, для улучшения экранирующих свойств на корпуса наносится золотое покрытие. Корпуса герметичных соединителей изготавливают из сплава 29 НК по ГОСТ 10994. Герметизация соединителя осуществляется за счет металлостеклянного спая со степенью натекания гелия 1,3×10^–11 м³·Па/с (1×10^–7 л·мкм рт. ст./с).

Одной из главных задач в рамках работы по проектированию российских аналогов соединителей SMP было создание миниатюрных высокочастотных соединителей для применения в радарной технике с высокой плотностью компоновки, обладающих необходимыми эксплуатационными характеристиками и высокой надежностью. Соединители успешно прошли контроль на соответствие требованиям надежности путем проведения кратковременного и длительного испытаний на безотказность и испытания на сохраняемость в соответствии с ГОСТ РВ 20.57.414. Расчетный срок службы соединителей составляет 25 лет, при этом они выдерживают 5000 часов воздействия температуры +155 °С. Количество циклов сочленения достигает 100.

Таким образом, в результате работы, проделанной специалистами ФГУП «НПП «Исток», «Радиант-Элком» и ОАО «Иркутский релейный завод», на отечественном рынке высокочастотных соединителей появился продукт российского производства, рассчитанный на применения в том числе в радарной технике, в частности в системах АФАР, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками и малыми массогабаритными параметрами. Эта работа выполнялась в рамках программы импортозамещения с целью снижения зависимости военной техники от элементной базы импортного производства.

Кабельная продукция Carlisle

Следует отметить, что соединители под монтаж на кабель обеспечивают определенную гибкость при выборе кабельной продукции, соединители поддерживают как монтаж на кабель отечественного производства, так и на зарубежные полужесткие коаксиальные кабели диаметром 0,047″ и 0,086″.

Рис. 4. Кабельная сборка на основе кабеля Semi-Flex компании Carlisle

Одним из крупнейших производителей радиочастотных кабелей является компания Carlisle. Кабели изготовлены по технологии Semi-Flex, то есть при изгибании вручную кабель сохраняет свою форму. Это свойство кабеля Carlisle выгодно отличает продукцию от прочих полужестких коаксиальных кабелей, для изгиба и формовки которых требуется специальный инструмент. Внешний проводник кабелей включает плетенку с медной жилой и покрытие оловом. Наряду с особенностью конструкции внешнего проводника за счет внутренних слоев медной фольги, центрального проводника и диэлектрика с полужесткой структурой обеспечиваются высокие эксплуатационные характеристики и радиогерметичность кабельной продукции Carlisle, выгодно отличающие ее от конкурирующих изделий. Технические характеристики полужестких коаксиальных кабелей Carlisle приведены в таблице 2. Внешний вид кабеля Semi-Flex, армированного соединителями, показан на рис. 4.

Примечание. * Только внешний проводник из оплетки с медной луженой жилой.

Миниатюрные комбинированные соединители с силовыми контактами серии MicroD

В рамках данной статьи вкратце рассмотрим миниатюрные комбинированные соединители с силовыми контактами серии MicroD, параметры которой регламентированы стандартом MIL-DTL‑83513 (внешний вид соединителей серии MicroD представлен на рис. 5).

Рис. 5. Соединители серии MicroD

Эти соединители получили широкое применение в бортовых радарах за счет своих малых габаритов и высокой плотности компоновки контактов (шаг контактов 1,27 мм). В России соединители этой серии представлены производителями Glenair, Amphenol. Соединители MicroD имеют прямоугольный форм-фактор, что обеспечивает плотную компоновку, снабжены фрезерованными корпусами из алюминия или нержавеющей стали. В соединителях серии MicroD производства компании Glenair используются штыревые контакты уникальной конструкции TwistPin, особенностью которых являются малое электрическое сопротивление за счет большой площади контактирования штыря и гнезда и высокая вибростойкость. Изображение контакта TwistPin представлено на рис. 6. Высокие эксплуатационные характеристики контакта достигаются за счет его конструкции, которая представляет собой переплетение проволок из бериллиевой меди с золотым покрытием с утолщением в центральной части, создающим эффект пружины при стыковке с гнездом. Параметры соединителей MicroD представлены в таблице 3.

Рис. 6. Контакт TwistPin

Заключение

Отдельного внимания заслуживает тема организации системы питания АФАР, которая будет представлена в нашей следующей статье по данной тематике.