Com seleccionar, utilitzar i mantenir connectors coaxials per a aplicacions RF?

Els circuits de freqüència de ràdio (RF) proliferen tant en les comunicacions sense fil com sense fils, incloent-hi Wi-Fi i diverses tecnologies sense fil que s'utilitzen per Internet of Things (IoT). Aquests senyals d'alta freqüència necessiten ser distribuïts entre sistemes, components de circuits i subconjunts amb pèrdua mínima o radiació espuria.

Si bé això és tradicionalment el paper dels cables i connectors coaxials de RF, els dissenyadors amb el temps, el cost i la pressió de fiabilitat han d'assegurar-se que escullin ràpidament el connector de RF òptim i l'apliquin correctament per obtenir un màxim rendiment i llarga durada.

Aquest article visualitzarà els connectors de RF des de la perspectiva de paràmetres crítics com la mida, el rang de freqüència, la pèrdua i la durabilitat per ajudar els dissenyadors a connectar el connector a la seva aplicació RF. També presentarà solucions adequades amb informació útil sobre com aplicar-les i mantenir-les.

Connectors coaxials de RF
Els connectors i cables coaxials de RF proporcionen enllaços RF fonamentals en comunicacions, emissió i sense fils, així com en l'ús de proves i mesuraments. Proporcionen camins de baixa pèrdua entre sistemes de RF, components, subconjunts i dispositius que utilitzen línies de cable coaxial o de banda. L'estructura coaxial bàsica consisteix en un conductor central envoltat d'una capa dielèctrica aïllant concèntrica. Aquest és, al seu torn, tancat per una carcassa conductora cilíndrica. Les dimensions dels elements del cable es controlen amb precisió per donar una dimensió i una separació del conductor constant, que és necessari perquè funcioni de manera eficient com a línia de transmissió. 

Els connectors de RF proporcionen unions per unir cables coaxials i línies de transmissió de línia de cinta a altres components o subconjunts. Estenen l'estructura coaxial que afegeix conductors d'enclavament juntament amb un mecanisme de bloqueig, tot mantenint una impedància elèctrica constant. En la figura 1 es mostra un parell d'aparell de subminiatura tipus A (SMA) dels elements del connector d'Amphenol RF.

Figura 1: El parell de connectors SMA és un exemple de connector coaxial i la imatge mostra el conductor intern d'acoblament, la capa dielèctrica i el conductor extern de bloqueig.

La imatge de la mà esquerra és la mitja o la meitat del connector. La imatge de la mà dreta mostra la meitat de la parella femenina, del gat o del receptari. En general, el connector tindrà un conductor central sobresortint i fils de bloqueig interns en el conductor exterior. El receptor disposa d'un conductor intern revestit i fils de tancament externs. Cal assenyalar que alguns tipus de connectors de "polaritat inversa" tindran els fils de bloqueig invertits, amb rosques externes del component masculí i subprocessos interns del component femení. Altres mecanismes de bloqueig poden incloure tancament de torsió, connexió de baioneta o anelles de bloqueig.

La majoria dels connectors coaxials, igual que aquest parell de connectors SMA, són "sexed", tenint estructures diferents a cada meitat. Hi ha connectors que tenen estructures idèntiques a cada costat de la unió. Es tracta principalment de connectors d'alta precisió destinats a aplicacions de laboratori.

Tipus de connectors coaxials
Si bé hi ha una infinitat de connectors RF, es diferencien per una sèrie de paràmetres clau. Aquestes especificacions inclouen mida física, impedància, VSWR, tipus d'acoblament i ample de banda o rang de freqüència (Taula 1).

Taula 1: Taula resumida de les especificacions de connectors coaxials d'ús comú

Ample de banda del connector
L'especificació clau per a un connector coaxial és el seu ample de banda. Es descriu la freqüència més alta en què es pot utilitzar. La freqüència màxima útil d'un connector és una funció del diàmetre de la carcassa exterior i del material utilitzat com dielèctric. Com més petit sigui el diàmetre del tauler, més alta serà la freqüència màxima d'ús. De la mateixa manera, l'ús d'aire com dielèctric ofereix el rendiment de la freqüència més alta respecte d'altres dielèctrics. Com a resultat, els connectors d'ample de banda més elevats utilitzen l'aire com a dielèctric.

Impedància del connector
Per garantir la màxima transferència de potència i reduir la pèrdua d'energia a causa de les reflexions, la impedància característica del connector ha de coincidir amb l'origen i la càrrega. La majoria de connectors per a aplicacions de RF general estan dissenyades per presentar una impedància 50 W; mentre que els connectors 75 W estan disponibles per a aplicacions relacionades amb vídeo.

VSWR
La relació d'ona de tensió (VSWR) és una mesura de la impedància efectiva del connector acoblat. Com més alta sigui la VSWR, més potència es reflecteix des del connector a causa d'incompatibilitats d'impedància. Tingueu en compte que VSWR és una funció de freqüència i els valors VSWR del connector només s'han de comparar a la mateixa freqüència.

Mecanisme d'acoblament
La columna d'acoblament enumera el tipus de mecanisme de mecanisme de bloqueig emprat. Això és extremadament important en aplicacions on el connector està subjecte a vibracions. L'acoblament normalment és una compensació entre la facilitat de connexió i el bloqueig segur. El parell de connectors SMA mostrat anteriorment a la Figura 1 és un exemple d'un acoblament roscat. Exemples de la baioneta i l'acoblament complementari estan il·lustrats a la figura 2, utilitzant el tipus de connector BNC i SMP, respectivament.

Figura 2: Exemples dels acoblaments de baioneta i enganxi. El mètode d'acoblament és important en aplicacions on s'espera la vibració i sovint és una compensació entre la facilitat d'ús i el bloqueig segur. 

Mida del connector i durabilitat
Donada la tendència a la miniaturització, la mida juga un paper important en la selecció d'un connector. La taula 2, una vegada més, mostra les classes de mida dels connectors classificats. Hi ha una compensació entre la mida i la vida útil del connector. Els connectors més petits solen tenir menys connexions de connexió / desconnexió disponibles. Quan el connector N més gran tingui una durabilitat superior als cicles 500, la durabilitat del connector miniatura U.FL es limita als cicles 30 d'aparellament. El temps de vida de cada connector varia amb el fabricant, i les seves especificacions s'han de consultar si la vida útil és un paràmetre important.

Els connectors coaxials que s'utilitzen en aplicacions com a instruments de prova i mesurament, on molts cicles d'aparellament són típiques, generalment estan protegits per l'ús de "estalviadors de connectors". Aquests adaptadors reemplaçats fàcilment s'adapten als connectors d'instruments i presenten un cos de connector prescindible per a múltiples usos.

Classe del connector i especificacions de la indústria
Els connectors es classifiquen per diverses classes diferents. A la Taula 2, els connectors de precisió com els connectors 1 mm a través de 2.92 mm i N es troben sota el IEEE-STD-287. Aquests connectors tenen toleràncies dimensionals més precises dictades per les seves aplicacions de gran ample de banda. Els connectors més comuns es troben sota MIL-STD-348 o sota un dels estàndards europeus, com CECC 22220. Les toleràncies d'aquests connectors són més flexibles, així que hi ha l'oportunitat d'estalviar costos.

Compatibilitat d'aparellament
Relacionat amb la classe de connector és la capacitat d'aparellar connectors de diverses famílies. La taula 2 llista una sèrie de possibles connectors de connectors intercanviables. Els connectors 1.85 mm i 2.4 mm són intercanviables, igual que els connectors 2.92 mm i 3.5 mm. Els cossos de connexió masculina 2.92 mm i 3.5 mm poden aparellar-se amb connectors femella SMA amb una reducció de l'ample de banda total. A causa de la diferència en la seva classe de tolerància, no és una bona pràctica intentar acoblar un MA masculí amb un connector femení 2.92 mm o 3.5 mm. Les toleràncies mecàniques més àmplies de la SMA poden danyar els pins de receptacle dels connectors de precisió.

Nivell de potència del connector
Els fabricants no valoren la dissipació de potència dels seus connectors perquè aquesta especificació depèn molt de l'aplicació. Varia segons la freqüència, el sistema VSWR, la temperatura, l'altitud i les impedàncies de càrrega. En general, el maneig d'energia varia directament amb la mida del connector i la capacitat de dissipació de calor. La dissipació màxima de potència disminueix amb freqüència creixent.

El connector amb la millor capacitat de maneig de potència és el connector N, que és capaç de manejar els watts 300 i 400 (W). Els connectors BNC i SMA seguiran en ordre. Els connectors de precisió es limiten a 10 de Watts. De nou, si es requereix un funcionament d'alta potència, és important que us poseu en contacte amb el fabricant per obtenir les especificacions de dissipació de potència més precises.

Ús del connector
Abans d'utilitzar un connector, és important inspeccionar-lo per danys com partícules metàl·liques, conductors del centre doblat, o petxines exteriors triturades o deformes (Figura 3). Qualsevol dany s'ha de reparar, o s'ha de reemplaçar el connector deteriorat. Els connectors han d'estar nets sense brutícia acumulada ni altres contaminants. Els cossos del connector haurien d'aparellar-se sense problemes ni enganxats. No forçar l'aparellament del connector; si es produeix un problema, torneu a inspeccionar el connector per determinar l'origen.

Quan apareix un connector roscat, només activeu el connector exterior i no el cos o el cable del connector. Girar el cos del connector pot danyar els conductors del centre. Una vegada que la ferrule exterior estigui a mà, utilitzeu una clau de parell calibrada per assolir el parell de bloqueig especificat segons les instruccions del fabricant.

Figura 3: (esquerra) Un exemple d'un connector SMA amb brutícia i arxius metàl·lics acumulats a la dielèctrica, (dreta) el mateix connector després d'haver estat netejat amb un cotó i alcohol isopropílic. 

Manteniment del connector
Els connectors s'han de mantenir netes. La millor manera d'assegurar-ho és utilitzar taps protectors als connectors quan no estiguin en ús. Si un connector està contaminat per la brutícia, s'ha de netejar. Els connectors amb dielèctrics sòlids es poden netejar amb un cotó de cotó sense fil que es submergeix en alcohol isopropílic. Aneu amb compte per evitar pins de conductor central de flexió. És una bona pràctica també netejar els fils, tant interns com externs en connectors roscats. No utilitzeu un swab sobre connectors que utilitzen un dielèctric d'aire, ja que els comptes dielèctrics que contenen els elements en el seu lloc poden ser danyats per dissolvents. Es poden netejar mitjançant aire comprimit sec.

Selecció de connectors coaxials
La selecció d'un connector coaxial comença amb l'ample de banda necessari per manipular les senyals que s'utilitzen, seguit de les consideracions de mida i configuració mecànica (endoll, receptacle, soldadura, muntatge en panell, etc.). Per exemple, consideri el connector de sortida d'un generador de senyals 1 GHz. Atès que es tracta d'una font de senyal de prova i mesura, el connector BNC és una opció comuna. L'amplada de banda del BNC és superior a 1 GHz i està disponible com a receptacle montado en un panell. 

Quan seleccioneu un connector per a un senyal de freqüència superior a 10 GHz, consideri un connector SMA. Aquesta elecció es pot regeix per la compensació entre l'ample de banda i el cost. El connector 2.9 mm té més del doble de l'ample de banda del SMA, però l'avantatge d'ample de banda arriba gairebé tres vegades al cost.

Conclusió
Aquest article ha revisat la gamma de connectors coaxials RF que resumeixen els seus atributs principals. Representa un bon punt de partida per als dissenyadors en la selecció d'un connector adequat per al seu disseny. Com es mostra, una revisió acurada dels requisits d'enginyeria és important quan es selecciona un connector coaxial de RF aparentment senzill. 

Si esteu buscant un connector coaxial masculí RF L27, feu clic a l'enllaç: http://fmuser.net/content/?693.html

Deixa un missatge 

Llista de missatges