Хотя коаксиальные разъемы часто воспринимаются как нечто обыденное, они являются ключевым элементом любого ВЧ/СВЧ приложения. Несмотря на то, что им уделяется меньше внимания, чем другим компонентам, тем не менее, разъемы должны иметь адекватные параметры, чтобы не ухудшать характеристики системы. Поэтому каждый, кому поручено выбрать коаксиальные разъемы для конкретного приложения, должен четко понимать смысл параметров, определяющих характеристики разъемов.
В Части 1 этой статьи представлен общий обзор коаксиальных разъемов. Обсуждаются важные параметры, определяющие их характеристики, а также некоторые термины, обычно используемые для классификации соединителей. В этой статье также начинается обсуждение некоторых типов коаксиальных разъемов. Во второй части будут описаны другие часто используемые коаксиальные разъемы.
Следует отметить, что эта серия публикаций не претендует на роль исчерпывающего списка; две статьи не могут охватить все типы разъемов, представленные на рынке. Поэтому здесь можно будет найти описание лишь некоторых из наиболее распространенных коаксиальных разъемов, используемых в промышленности ВЧ/СВЧ устройств.
Введение в разъемы
Современным разработчикам доступен выбор из большого количества соединителей, предлагаемых различными поставщиками. Этот широкий ассортимент резко контрастирует с первыми днями появления разъемов, когда в 1940 году единственным выбором был разъем UHF.
Однако по мере того, как с годами возрастали требования к высокочастотным приложениям, расширялся и ассортимент соединителей. В частности, были разработаны новые разъемы для работы на более высоких частотах. Современные разъемы могут использоваться на частотах до 100 ГГц и выше.
Выбор подходящего коаксиального разъема требует понимания его характеристик – как электрических, так и механических. Очевидно, что физический размер соединителя является важным аспектом. Кроме того, при выборе необходимо изучить множество рабочих характеристик, включая диапазон частот и мощность. Другие важные параметры включают вносимые потери и коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН). А характеристики устойчивости к таким внешним факторам, как рабочая температура, вибрация и удары, помогают определить, подходит ли разъем для конкретного применения. Конечно, стоимость тоже играет ключевую роль.
Как правило, коаксиальные соединители состоят из контакта внешнего проводника кабеля и контакта внутреннего проводника. Эти устройства также должны иметь средства для механического соединения с другим разъемом. Некоторые разъемы названы по внутреннему диаметру их внешнего контакта, при этом меньшие диаметры позволяют использовать соединители на более высоких частотах.
Разъемы имеют воздушный или твердый диэлектрик. К разъемам с воздушным диэлектриком относятся, в частности, разъемы 3.5, 2.92 и 2.4 мм, Хорошим примером соединителя, в котором используется твердый диэлектрик, является широко распространенный разъем SMA. Изолятор из твердого диэлектрика может быть выполнен заподлицо с корпусом разъема или выступать из него; последний вариант используется в высоковольтных соединителях и в устройствах, рассчитанных на повышенные уровни мощности.
Соединители могут монтироваться различными способами. Те из них, которые предназначены для установки на печатные платы, изготавливаются либо с прямой, либо с угловой ориентацией. Соединители, монтируемые на кабель, могут крепиться к нему путем обжима или прижима. А разъемы для монтажа на панель имеют фланцы, обычно с двумя или четырьмя отверстиями.
Материалы
В производстве коаксиальных соединителей используются различные материалы, каждый из которых имеет свой набор преимуществ и недостатков. Материалы оцениваются по их электрическим, и механическим свойствам, а также по устойчивости к воздействию внешних факторов; они имеют большое значение с точки зрения характеристик и надежности разъемов.
Двумя наиболее часто используемыми материалами для изготовления корпусов разъемов являются нержавеющая сталь и латунь. Нержавеющая сталь более долговечна, чем латунь, но ее стоимость выше. Самые высококачественные соединители часто изготавливаются с корпусами из нержавеющей стали. С другой стороны, для изготовления контактов разъемов нержавеющая сталь, как правило, не используется из-за относительно низкой электропроводности. Чаще всего их делают из латуни или бериллиевой бронзы.
Для улучшения качества разъемов производители обычно наносят на их корпуса и контакты металлические покрытия. Например, контакты разъемов из меди или латуни чаще всего покрывают золотом, так как золото является отличным проводником и очень устойчиво к коррозии. В некоторых случаях также используется серебро.
Из-за высокой стоимости золота покрытие обычно выполняется очень тонким слоем, что позволяет производителям пользоваться его преимуществами, используя лишь минимальное количество. Однако при тонком слое золота может происходить диффузия основного материала на поверхность золота. Поэтому перед покрытием золотом на контакты наносится подслой другого подходящего металла – часто никеля. Он служит барьером, предотвращающим диффузию.
Кроме того, производители используют различные виды покрытия корпусов соединителей, такие как золото, серебро и никель. Другой альтернативой, используемой производителями, является белая бронза. Некоторые разъемы также выпускаются с пассивированной поверхностью корпуса.
Терминология разъемов
Подавляющее большинство стандартных типов разъемов выпускается в мужском и женском вариантах, которые соединяются вместе, образуя сопряженную пару. Мужские соединители называются вилками, а женские – розетками. Контакт мужского соединителя представляет собой штырь, а женского – гнездо. Существуют бесполые соединители, например, APC-7, известный также как 7-миллиметровый разъем.
Пары разъемов соединяются несколькими способами, такими как резьбовое, байонетное и защелкивающееся соединения. К разъемам с резьбовым соединением относятся SMA и тип N. В разъеме BNC реализована технология байонетного соединения, а в разъеме SMB используется технология защелкивания.
Ранние годы разъемов
Как уже упоминалось, до Второй мировой войны единственным коаксиальным соединителем, используемым для радиочастотных приложений, был разъем UHF (Рисунок 1). Его в 1930-х года разработал Э.К. Квакенбуш (E.C. Quackenbush) из компании American Phenolic (позже Amphenol). Он надежно работал на частотах до 300 МГц, что в то время считалось высокой частотой. Соединитель UHF, в котором используется резьбовое соединение и который производится до сих пор, получил свое название от аббревиатуры Ultra High Frequency (сверхвысокая частота).
 |
|
| Рисунок 1. | Разъем UHF и сегодня еще можно купить у некоторых производителей. |
Хотя разъем UHF был надежен для применения на частотах до 300 МГц, вскоре появились требования к более высоким частотам. Это потребовало разработки новых соединителей, поскольку разъем UHF не подходил для таких уровней частот. В связи с этим в начале 1940-х годов был создан объединенный координационный комитет по радиочастотным кабелям армии и ВМС США (Army-Navy RF Cable Coordinating Committee, ANRFCCCC) для разработки стандартов в области радиочастотных кабелей, жестких линий передачи и разъемов для радио- и радиолокационного оборудования. В 1942 году ANRFCCC представил разъем типа N (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Разъем тип N впервые был представлен в 1940-х годах. |
Во второй части этой серии мы более подробно рассмотрим популярный разъем типа N и опишем другие часто используемые коаксиальные разъемы, такие как SMA и его разновидности 2.4, 2.92 и 3.5 мм. Будут рассмотрены характеристики каждого из них, а также других коаксиальных разъемов.
