Como seleccionar, usar e manter conectores coaxiales para aplicacións RF?

Os circuítos de radiofrecuencia (RF) están proliferando tanto nas comunicacións sen fíos como sen fíos, incluíndo o Wi-Fi e varias tecnoloxías sen fíos que se usan para Internet of Things (IoT). Estes sinais de alta frecuencia deben ser distribuídos entre sistemas, compoñentes de circuíto e subconxuntos con perda mínima ou radiación espuria.

Aínda que este sexa tradicionalmente o papel dos cables e os conectores coaxiales de RF, os diseñadores baixo o tempo, o custo ea presión de fiabilidade deben asegurarse de que escoller rapidamente o conector óptimo de RF e aplicalo correctamente para o máximo rendemento e longa duración.

Este artigo verá os conectores de RF dende a perspectiva de parámetros críticos como o tamaño, o intervalo de frecuencia, a perda e a duración para axudar aos deseñadores a combinar o seu conector coa súa aplicación RF. Tamén presentará solucións axeitadas con información útil sobre como aplicar e mantelos.

Conectores coaxiais RF
Os conectores e os cables coaxiales de RF proporcionan enlaces clave RF en comunicacións, transmisión e sen fíos, así como o uso de probas e medicións. Proporcionan camiños de baixa perda entre sistemas de RF, compoñentes, subconxuntos e dispositivos que utilizan cables coaxiales ou liñas de banda. A estrutura coaxial básica consta dun condutor central rodeado por unha capa dieléctrica aislante concéntrica. Este é, á súa vez, encerrado por unha cuncha condutora cilíndrica. As dimensións dos elementos do cable están controladas precisamente para dar unha dimensión e espazamento de conductores constantes, o cal é necesario para que funcione de forma eficiente como unha liña de transmisión. 

Os conectores de RF proporcionan unións para unir cables coaxiais e liñas de transmisión de liña de tira a outros compoñentes ou subconxuntos. Esténdense a estrutura coaxial que engade condutores de enclavamiento xunto cun mecanismo de bloqueo, todo ao mesmo tempo que mantén unha impedancia eléctrica constante. Un par de aparellos de subminiatura tipo A (SMA) de elementos de conectores de Amphenol RF móstrase na Figura 1.

Figura 1: O par de conectores SMA é un exemplo de conector coaxial e a imaxe mostra o condutor interno de acoplamiento, a capa dieléctrica e o condutor externo de bloqueo.

A imaxe da man esquerda é o macho ou a metade da placa. A imaxe da man dereita mostra a media femia, o receptor ou o receptáculo do par de conectores. En xeral, o enchufe terá un condutor central sobresalto e fíos internos de bloqueo no condutor externo. O receptáculo ten un conductor interno empotrado e fíos de bloqueo externo. Nótese que algúns tipos de conectores de "polaridade inversa" terán os fíos de bloqueo revertidos, con fíos externos no compoñente masculino e fíos internos do compoñente feminino. Outros mecanismos de bloqueo poden incluír bloqueo de torsión, conexión de bayoneta ou aneis de bloqueo.

A maioría dos conectores coaxiales, como este par de conectores SMA son 'sexed', con diferentes estruturas en cada metade. Hai algúns conectores que teñen estruturas idénticas a cada lado da intersección. Estes son principalmente conectores de alta precisión destinados a aplicacións de laboratorio.

Tipos de conectores coaxiales
Aínda que hai unha infinidade de conectores RF, están diferenciados por unha serie de parámetros clave. Estas especificacións inclúen tamaño físico, impedancia, VSWR, tipo de acoplamento e ancho de banda ou rango de frecuencia (Táboa 1).

Táboa 1: Táboa resumida das especificacións de conectores coaxiales de uso común

Ancho de banda do conector
A especificación clave para un conector coaxial é o seu ancho de banda. Isto describe a maior frecuencia á que se pode empregar. A frecuencia máxima utilizable dun conector é unha función do diámetro da carcasa exterior e do material utilizado como dieléctrico. Canto menor sexa o diámetro do cadro, canto maior sexa a frecuencia máxima utilizable. Do mesmo xeito, usando o aire como o dieléctrico ofrece o maior rendemento de frecuencia en relación a outros dieléctricos. Como resultado, os conectores de ancho de banda máis elevados usan o aire como dieléctrico.

Impedancia do conector
Para garantir a máxima transferencia de enerxía e reducir a perda de enerxía debido a reflexións, a impedancia característica do conector debe coincidir coa fonte e a carga. A maioría dos conectores para aplicacións de RF en xeral están deseñados para presentar unha impedancia 50 W; mentres que os conectores 75 W están dispoñibles para aplicacións relacionadas con video.

VSWR
A relación de onda de tensión (VSWR) é unha medida da impedancia efectiva do conector montado. Canto maior sexa o VSWR, máis poder se reflicte desde o conector debido a discordancias de impedancia. Teña en conta que VSWR é unha función de frecuencia e os valores VSWR do conector só se deben comparar na mesma frecuencia.

Mecanismo de acoplamiento
A columna de acoplamento enumera o tipo de mecanismo de bloqueo mecánico empregado. Isto é moi importante nas aplicacións onde o conector debe estar suxeito á vibración. O acoplamiento normalmente é un intercambio entre facilidade de conexión e bloqueo seguro. O par de conectores SMA que se mostra previamente na Figura 1 é un exemplo de acoplamiento con rosca. Exemplos do baioneta e acoplamiento complemento móstranse na Figura 2, utilizando o tipo de conector BNC e SMP, respectivamente.

Figura 2: Exemplos de acoplamento de bayoneta e engate rápido. O método de acoplamento é importante nas aplicacións onde se espera a vibración e é moitas veces un trade-off entre facilidade de uso e bloqueo seguro. 

Tamaño do conector e durabilidade
Dada a tendencia á miniaturización, o tamaño desempeña un papel importante na selección dun conector. A táboa 2, de novo, mostra as clases de tamaño dos conectores listados. Hai un trade-off entre o tamaño e a duración do conector. Os conectores menores tenden a dispoñer de menos ciclos de acoplamiento para conectar / desconectar. Cando o conector N maior poida ter unha duración maior que os ciclos de acoplamiento 500, a duración do conector miniatura U.FL está limitada aos ciclos de acoplamiento 30. A vida útil de cada conector varía segundo o fabricante e as súas especificacións deben ser consultadas se a vida é un parámetro importante.

Os conectores coaxiales utilizados en aplicacións como instrumentos de proba e medida, onde moitos ciclos de apareamento son típicos, generalmente están protexidos polo uso de "protectores de conectores". Estes adaptadores substituídos con facilidade únense cos conectores do instrumento e presentan un corpo de conector prescindible para múltiples usos.

Clase do conector e especificacións da industria
Os conectores están categorizados por varias clases diferentes. Na táboa 2, os conectores de precisión como os conectores 1 mm a través de 2.92 mm e N están baixo o IEEE-STD-287. Estes conectores teñen tolerancias dimensionales máis precisas dictadas polas súas amplas aplicacións de ancho de banda. Os conectores máis comúns están baixo a MIL-STD-348 ou baixo un dos estándares europeos, como CECC 22220. As tolerancias destes conectores son máis flexibles, polo que hai unha oportunidade de aforrar custos.

Compatibilidade de apareamento
Relativo á clase do conector é a capacidade de asociar conectores de varias familias. A táboa 2 lista unha serie de conexións conectores intercambiables posibles. Os conectores 1.85 mm e 2.4 mm son intercambiables, así como os conectores 2.92 mm e 3.5 mm. Os corpos conectores 2.92 mm e 3.5 mm poden unirse con conectores femininos SMA cunha redución no ancho de banda global. Debido á diferenza na clase de tolerancia, non é unha boa práctica intentar emparejar un macho SMA con un conector hembra 2.92 mm ou 3.5 mm. As tolerancias mecánicas máis amplas da SMA poden danar os pinos do receptáculo dos conectores de precisión.

Índice de potencia do conector
Os fabricantes non valoran a disipación de enerxía dos seus conectores porque esa especificación depende moi da aplicación. Varía segundo a frecuencia, o sistema VSWR, a temperatura, a altitude e as impedancias de carga. En xeral, a manipulación de enerxía varía directamente co tamaño do conector ea capacidade de disipación de calor. A disipación máxima de enerxía diminúe coa frecuencia crecente.

O conector coa mellor capacidade de manipular de enerxía é o conector N, que é capaz de manexar os vatios 300 e 400 (W). Os conectores BNC e SMA seguiríanse en orde. Os conectores de precisión están limitados a 10s de Watts. De novo, se se require unha operación de alta potencia, é importante contactar co fabricante para obter especificacións de disipación de potencia máis precisas.

Uso do conector
Antes de usar un conector, é importante inspeccionalo para danos como partículas metálicas, condutores centrais flexibles ou cunchas exteriores esmagadas ou deformadas (Figura 3). Calquera dano debe ser reparado, ou o conector prexudicado debe ser substituído. Os conectores deben estar limpos sen lixo acumulado ou outros contaminantes. Os corpos do conector deben unirse sen problemas sen pegarse ou interferir. Non forzar o acoplamiento do conector; se ocorre un problema, inspecciona nuevamente o conector para determinar a fonte.

Ao acoplar un conector roscado, xira só o conector exterior e non o corpo ou o cable do conector. Xirar o corpo do conector pode danar os condutores centrais. Unha vez que a ferrule exterior estea axustado, use unha chave de torque calibrada para alcanzar o par de bloqueo especificado segundo as instrucións do fabricante.

Figura 3: (esquerda) Un exemplo de un conector SMA con lixo e arquivos metálicos acumulados no dieléctrico (dereito) o mesmo conector despois de ser limpiado cun cotonete e alcohol isopropílico. 

Mantemento do conector
Os conectores deben manterse limpos. A mellor forma de asegurar isto é usar tapas protectoras nos conectores cando non estean en uso. Se un conector está contaminado pola suciedade debe limparse. Os conectores con dieléctricos sólidos pódense limpar con un cotonete de algodón sen xeringas mergullado en alcohol isopropílico. Teña coidado para evitar dobrar os pinos do condutor central. É unha boa práctica tamén limpar os fíos, tanto internos como externos nos conectores roscados. Non use un swab en conectores que utilicen un dieléctrico de aire, xa que os compoñentes dieléctricos que conteñen os elementos no seu lugar poden ser danados por disolventes. Pódense limpar con aire comprimido seco.

Selección de conectores coaxiales
A selección dun conector coaxial comeza co ancho de banda necesario para xestionar os sinais que se usan, seguido das consideracións de tamaño e configuración mecánica (enchufe, receptáculo, soldadura, montaxe en panel, etc.). Por exemplo, considere o conector de saída dun xerador de sinais 1 GHz. Dado que se trata dunha fonte de sinal de proba e medida, o conector BNC é unha opción común. O ancho de banda do BNC é maior que 1 GHz e está dispoñible como receptáculo montado en panel. 

Ao seleccionar un conector para un sinal de frecuencia superior a 10 GHz, considere un conector SMA. Esta opción podería rexerse pola compensación entre ancho de banda e custo. O conector 2.9 mm ten máis do dobre do ancho de banda da SMA, pero esa vantaxe de ancho de banda chega a case tres veces o custo.

Conclusión
Este artigo analizou o rango de conectores coaxiais de RF que resumían os seus atributos primarios. Representa un bo punto de partida para os diseñadores na elección dun conector axeitado para o seu deseño. Como se mostra, unha revisión coidadosa dos requisitos de enxeñaría é importante cando se selecciona un conector coaxial RF aparentemente sinxelo. 

Se estás buscando o conector coaxial masculino RF L27, fai clic na ligazón: http://fmuser.net/content/?693.html

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes