Розділ перший: Основна інформація про радіочастотні з’єднувачі
РЧ розʼєми (радіочастотні розʼєми, з’єднувачі) - це електричні з’єднувачі, які використовуються для передачі радіочастотних сигналів.
У промисловості вони також відомі як коаксіальні з’єднувачі, оскільки вони зазвичай підключаються до коаксіальних кабелів і мають коаксіальну структуру.
Огляд
Радіочастотні розʼєми (з’єднувачі) - це пасивні електронні компоненти, які досягають відповідних електричних характеристик завдяки точним деталям і точності збірки. Учасники галузі часто з гумором називають їх маленькими апаратними гвинтиками. Насправді продукція різних виробництв може істотно відрізнятися, що значною мірою залежить від рівня розуміння та управління виробом.
Хоча радіочастотні з’єднувачі є високо сегментованою категорією в галузі з’єднувачі, за десятиліття було розроблено безліч моделей. Як критично важливі компоненти в системах зв'язку, вони повинні відповідати багатьом параметрам електричних характеристик та різним середовищам використання з багатьма структурними змінами залежно від сценарію застосування. Маючи більш ніж 20-річний досвід роботи в цій галузі, я сподіваюся, що цей посібник допоможе читачам краще зрозуміти та вибрати правильні радіочастотні з’єднувачі.
Термінологія
- Радіочастота (РЧ): Радіочастотні хвилі зазвичай охоплюють діапазон частот від кількох кілогерц (кГц) до 300 ГГц. Сюди входять AM- та FM-мовлення, радіозв'язок, WLAN (Wi-Fi), Bluetooth та мікрохвильові діапазони.
- Мікрохвилі: Мікрохвильові діапазони зазвичай відносяться до діапазону частот від 1 до 300 ГГц. Мікрохвилі зазвичай використовуються в радарах, супутниковому зв'язку, мікрохвильових печах та високочастотних застосуваннях, таких як передача радіопроменів.
Класи з'єднувачів
Перед вибором з’єднувача важливо зрозуміти потрібний клас радіочастотного з’єднувача. Різні класи з’єднувачів мають значні відмінності у продуктивності та ціні:
- Стандартні випробувальні з’єднувачі (клас 0)
- Високопродуктивні з’єднувачі (клас 1)
- Універсальні з’єднувачі (клас 2)
- Визначення класу
Універсальний з’єднувач (клас 2): Виготовлено з найпоширенішими допустимими допусками розмірів з забезпеченням мінімальних встановлених характеристик продуктивності та сумісності. Вимоги до відбиття можуть бути визначені або не визначені.
Високопродуктивний з’єднувач (клас 1): Вказує межі відбиття відповідно до змін частоти. Допуски на розміри, необхідні для з’єднувачів класу 1, не обов’язково суворіші, ніж для класу 2, але виробники повинні обирати такі допуски, які відповідатимуть вимогам до відбиття.
Стандартний випробувальний з’єднувач (клас 0): Виготовлений з високою точністю певний тип з’єднувача, що використовується для вимірювання відбивної здатності з’єднувачів класу 1 та класу 2. Помилки вимірювання, спричинені цими з’єднувачами, можна ігнорувати.
В лабораторіях та приладах зазвичай використовуються з’єднувачі класу 0. В телекомунікаційних, комунікаційних, медичних та промислових застосуваннях зазвичай використовуються з’єднувачі класу 1, тоді як в побутовій електроніки зазвичай використовуються з’єднувачі класу 2. З’єднувачі у військових застосуваннях мають особливі вимоги відповідно до національних військових стандартів.
Розділ другий: Матеріали та покриття РЧ з’єднувачів
Матеріали та покриття РЧ з’єднувачі відіграють вирішальну роль у їх продуктивності, надійності та довговічності. Вибір правильних матеріалів та процесів покриття є ключем до забезпечення відмінної продуктивності та надійності РЧ з’єднувачів у різних застосуваннях.
Поширені типи матеріалів
Параметр | Чиста мідь | Берилієва мідь | Фосфорна бронза | Латунь | Нержавіюча сталь | Алюміній |
Контактний опір | ++ | + | + | + | – | + |
Опір стиранню | – | 0 | 0 | – | + | – |
Зміна кольору | – | 0 | 0 | + | + | + |
Ціна | + | –– | + | ++ | – | – |
Примітка: Визначення класу: ++ (Відмінна/Дуже низька ціна), + (Добра/Низька ціна), 0 (Середня), – (Низька), –– (Дуже низька/Дуже висока ціна). Контактний опір має бути якомога меншим. ++ (Відмінна/Дуже низька ціна).
Поширені типи покриттів
Параметр | Золото | Срібло | Чиста мідь | Нікель | Потрійний сплав | Хімічне нікельоване золото |
Контактний опір | ++ | ++ | ++ | + | ++ | ++ |
Взаємна модуляція третього порядку | ++ | ++ | Н/Д | 0 | ++ | ++ |
Магнітний залишок | ++ | ++ | ++ | –– | ++ | ++ |
Опір стиранню | + | 0 | – | + | + | + |
Адгезія | ++ | + | ++ | + | ++ | ++ |
Зміна кольору | ++ | –– | – | –– | + | ++ |
Ціна | –– | – | + | 0 | + | 0 |
Примітка: Визначення класу: ++ (Відмінна/Дуже низька ціна), + (Добра/Низька ціна), 0 (Середня), – (Низька), –– (Дуже низька/Дуже висока ціна). Контактний опір має бути якомога меншим. ++ (Відмінна/Дуже низька ціна).
Розділ третій: Електричні характеристики радіочастотних з’єднувачів
Ідеальне значення | Електричні характеристики | Фактичне значення | Причини та поради |
Z0 ± 0 (наприклад, 50 або 75 Ом) | Повний опір (Ом) | Z0 ± X | Через розмірність та інші розриви неможливо підтримувати суцільність Z0. |
Максимального значення досягає ТЕМ-хвилі | Частота (Гц) | Обмежується стандартом інтерфейсу з’єднувача | Залежить від ослаблення сигналу, КСХН та змін хвилі. |
1.0 (без відбиття) | КСХН (коефіцієнт стоячої хвилі напруги) | > 1.0 | Розрив безперервності повного опору в лінії передачі спричинять збільшення КСХН. |
Без витоку | РЧ витік | >120 дБ (залежно від частоти) | Залежить від ефективності екранування зовнішнього екрана кабелю та робочої частоти. |
0 дБ (без втрат) | Внесені втрати (дБ) | ≤0,5 дБ | Внесені втрати з’єднувача можуть бути незначними залежно від кабелю. |
Вища за напругу пробою кабелю | Гранична діелектрична напруга | Зазвичай менше | Залежить від діелектричної міцності матеріалу та електричного зазору між внутрішнім і зовнішнім провідниками. |
Вища за напругу пробою кабелю | Робоча напруга | Зазвичай менше | Залежить від співвідношення внутрішнього і зовнішнього провідників і діелектрика. |
∞ (нескінченний) | Опір ізоляції (Ом) | < ∞ | Діелектричне згасання залежить від матеріалу і розміру ізолятора. |
0 (без контактного опору) | Контактний опір (мОм) | > 0 | Залежить від позитивного тиску терміналу, властивостей матеріалу та типу покриття. |
Загальні характеристичні значення повного опору
В РЧ-системах зазвичай хвильовий опір становить 50 Ом або 75 Ом.
50 Ом: Поширений у більшості радіочастотних застосуваннях, таких як бездротовий зв’язок, радари та мікрохвильові печі.
75 Ом: Поширено у відео- та мовних застосуваннях.
Узгодження повного опору: Переконайтеся, що повний опір з’єднувача відповідає повному опору кабелю та системи, щоб мінімізувати відбиття та втрату сигналу. З’єднувачі з різним опором не можна з’єднувати між собою, оскільки це може пошкодити з’єднувачі та спричинити серйозні луна-втрати через невідповідність опору.
Частота
Різні розʼєми підходять для різних діапазонів частот. Наприклад:
Розʼм типу SMA: Частотний діапазон до 26,5 ГГц
Розʼєм типу N: Частотний діапазон до 11 ГГц (і прецизійні типи до 18 ГГц)
Розʼєм типу BNC: Частотний діапазон до 4 ГГц
Визначте частотний діапазон, необхідний для вашого застосування, і виберіть з’єднувачі, які можуть працювати в цих частотах. Наприклад, якщо мікрохвильова система працює на частоті 38 ГГц, вибір з’єднувача типу SMA призведе до значного зниження електричних характеристик після 26,5 ГГц. Вам слід вибрати з’єднувачі типу 2,92 мм або вище.
Діапазон частот | Довжина хвилі | Назва | Скорочення | Діапазон IEED |
3~30Гц | 100~10KM | Наддовга хвиля | VLF | |
30~300Гц | 10~1KM | Довга хвиля | LF | |
300~3000Гц | 1~0.1KM | Середня хвиля | MF | |
3~30Гц | 100~10M | Коротка хвиля | HF | HF |
30~300Гц | 10~1M | Надкоротка хвиля | VHF | VHF |
300~3000Гц | 1~0,1M | Надкоротка хвиля | UHF | UHF,L,S |
3~30Гц | 10~1CM | Мікрохвиля | SHF | SHF S, C, X, Ku, K, Ka |
30~300Гц | 1~0.1CM | Міліхвиля | EHF | Ka, V, W, мм |
300 ГГц - 3 ТГц | 1 мм - 0,1 мм | Терагерцові хвилі | THF |
ЧАСТОТНИЙ ДІАПАЗОН ВЧ розʼєма
10 мм | 110 ГГц | ||||||||
1,35 мм | 90 ГГц | ||||||||
1,85 мм | 67 ГГц | ||||||||
2,4 мм | 50 ГГц | ||||||||
2,92 мм | 40 Гц | ||||||||
SSMA | 35 ГГц | ||||||||
3,5 мм | 34 ГГц | ||||||||
SMPM | 65 ГГц | ||||||||
SMP | 40 Гц | ||||||||
SMPS | 65 ГГц | ||||||||
BMA | 22 ГГц | ||||||||
2,2-5 | 20 ГГц | ||||||||
NEX10 | 20 ГГц | ||||||||
SMA | 18 Гц | ||||||||
QMA | 18 Гц | ||||||||
TNCA | 18 Гц | ||||||||
SSMC | 12,4 ГГц | ||||||||
SSMB | 12,4 ГГц | ||||||||
QN | 11 ГГц | ||||||||
N-Тип | 11 ГГц | ||||||||
TNC | 11 ГГц | ||||||||
SC-тип | 11 ГГц | ||||||||
C-тип | 11 ГГц | ||||||||
SMC | 10 ГГц | ||||||||
PSMP | 10 ГГц | ||||||||
DIN 1,0-2,3 | 10 ГГц | ||||||||
DIN 7-16 | 84 ГГц | ||||||||
DIN 4,1-9,5 | 6 ГГц | ||||||||
HD-BNC | 6 ГГц | ||||||||
MMCX | 6 ГГц | ||||||||
MCX | 6 ГГц | ||||||||
DIN 4,3-10 | 6 ГГц | ||||||||
BMC | 4 ГГц | ||||||||
SMB | 4 ГГц | ||||||||
FAKRA | 4 ГГц | ||||||||
Міні-UHF | 2,5 ГГц | ||||||||
UHF | 300 МГц | ||||||||
FME | 200 МГц |
Коефіцієнт стоячої хвилі напруги (КСХН)
КСХН вимірює ступінь відбиття сигналу в радіочастотній лінії передачі або антенній системі. Чим ближче КСХН до 1:1, тим менше відображення і краща узгодженість. При КСХН = 1:1 немає відбитої хвилі, і система ідеально узгоджена, при цьому вся вхідна потужність поглинається навантаженням. Коли КСХН > 1:1, частина сигналу відбивається, що вказує на неузгодженість системи. Чим вищий КСХН, тим сильніше відбиття та нижча ефективність.
Загальні значення КСХН
Тип з’єднувача | Діапазон частот (ГГц) | Типовий КСХН |
SMA | П.С. до 18 | П.С. до 6: ≤ 1.15; від 6 до 12: ≤ 1.25; від 12 до 18: ≤ 1.35 |
BNC | П.С. до 4 | П.С. до 1: ≤ 1.2; від 1 до 2: ≤ 1.3; від 2 до 4: ≤ 1.5 |
N-Тип | П.С. до 11 | П.С. до 4: ≤ 4.8; від 1 до 2: ≤ 1.25; від 8 до 11: ≤ 1.3 |
TNC | П.С. до 11 | П.С. до 4: ≤ 4.8; від 1 до 2: ≤ 1.25; від 8 до 11: ≤ 1.3 |
7/16 DIN | П.С. до 7,5 | П.С. до 3 ГГц: ≤1.1, від 3 до 7.5 ≤ 1.2 |
MCX | П.С. до 6 | П.С. до 3 ГГц: ≤1.2, від 3 до 7.5 ≤ 1.35 |
MMCX | П.С. до 6 | П.С. до 3 ГГц: ≤1.2, від 3 до 7.5 ≤ 1.35 |
QMA | П.С. до 6 | П.С. до 3 ГГц: ≤1.15, від 3 до 7.5 ≤ 1.25 |
При виборі з’єднувачів переконайтеся, що їх значення КСХН відповідають системним вимогам або краще за них.
РЧ витік
РЧ витік відноситься до витоку сигналу зі з’єднувача, який може заважати роботі сусідніх пристроїв або піддаватися зовнішнім перешкодам. Високоякісні з’єднувачі можуть мінімізувати РЧ витік.
Внесені втрати
Внесені втрати вимірюють втрату сигналу через з’єднувач. Це відношення вхідної потужності до вихідної потужності з’єднувача. Низькі втрати вказують на високу ефективність передачі сигналу. В ідеалі внесені втрати мають бути близькими до 0 дБ.
Опір ізоляції та контактний опір
Опір ізоляції має бути максимально високим, щоб запобігти струмам витоку. Контактний опір має бути максимально низьким, щоб забезпечити хороший електричний контакт.
Взаємна модуляція третього порядку (пасивна інтермодуляція)
Поширене явище нелінійних спотворень у радіочастотних і мікрохвильових системах. Зазвичай це відбувається в середовищах, де співіснують кілька сигналів, викликаних з’єднувачами, і негативно впливає на продуктивність системи та якість сигналу. Вироби взаємної модуляції третього порядку можуть створювати перешкоди в смузі прийому, що призводить до зменшення співвідношення сигнал/шум, що, у свою чергу, впливає на продуктивність і надійність систем зв’язку.
Деякі типові причини взаємної модуляції виробів:
Оксидовані металеві контактні поверхні: Виникає через такі матеріали, як алюміній або інші окислені покриття, але цього можна уникнути, використовуючи срібло. Феромагнітні матеріали: Такі матеріали, як сталь і нержавіюча сталь, можуть викликати нелінійну поведінку.
Насичення струму: Нелінійності струму та напруги.
Високий рівень ефекту коронування: Плазмові ефекти.
Дрібні тріщини: Виникають на контактних поверхнях та в інших місцях.
Шари мастила тощо: Присутній між контактними частинами, спричиняючи поганий контакт.
Номінальна потужність:
Різні розʼєми (з’єднувачі) можуть працювати з різними рівнями потужності. Переконайтеся, що з’єднувачі можуть витримувати максимальну потужність, що передається системою, без погіршення чи пошкодження. У наведеній нижче таблиці показано потужність звичайних з’єднувачів.
Зниження потужності через температуру та висоту
Примітка: дані – за температури навколишнього середовища та рівня моря
Розділ четвертий: Класифікація радіочастотного з’єднувача
Класифікація з’єднувачів за розміром
Тип | Серія |
Мікро | MCX, MMCX, SMP, SMPM, SSMP |
Надмініатюрний | BMA, SMA, SMB, SMC, SMS, QLA, QMA, 1.0/2.3 |
Маленький | BNC, BNO, BNT, MHV, SHV, TNC |
Середній | N, QN, 4.3/10, 4.1/9.5 |
Великий | 7/16, EIA |
Прецизійний | 3,5 мм, 2,92 мм, 2,4 мм, 1,85 мм, 1,0 мм |
Приклади поширених радіочастотних з’єднувачів
SMA: Високочастотний, різьбовий, зазвичай використовується в лабораторному обладнанні та радіочастотних модулях.
BNC: Низькочастотний, штирьовий, використовується в Ethernet, системах спостереження та передачі відеосигналу.
N-тип: Вища потужність, надійне різьбове з’єднання, використовується в радіочастотних і мікрохвильових застосуваннях, таких як базові станції зв’язку. MCX/MMCX: Невеликий розмір, швидке штекерне з’єднання, використовується в GPS і мобільних застосуваннях.
2,92 мм: Міліметрова хвиля, різьбове з'єднання, повітряний діелектрик, використовується під час лабораторних випробувань і застосуваннях міліметрової хвилі.
Класифікація за методом з’єднання
Різьбове (наприклад, SMA, N): Надійне з'єднання, стійкість до вібрації.
Штирьове (наприклад, BNC, SHV, MHV): Швидке з’єднання та роз’єднання.
Клацанням (наприклад, SMB, MCX, SMP): Швидке з’єднання та роз’єднання, відносно низька сила утримання, зазвичай використовується в друкованих платах.
Швидкозатискне (наприклад, QN, QMA): Швидке з’єднання та роз’єднання, відносно висока сила утримання.
Двотактне самоутримання (наприклад, 1.0/2.3, BMA): Швидке з’єднання та роз’єднання після розмикання, висока сила утримання.
Класифікація за способами підключення та встановлення
Радіочастотні з’єднувачі можна підключати до кабелю, до друкованої плати або мікросмужкової лінії, що може заплутати багатьох користувачів. Наприклад, з’єднувачі під назвою SMA можуть виглядати зовсім по-різному, незважаючи на те саме позначення.
Методи підключення внутрішнього провідника (підключення внутрішнього провідника до внутрішнього провідника кабелю або друкованої плати):
Пайка
Опресування
Методи підключення зовнішнього провідника (з’єднання зовнішнього провідника з екраном кабелю або заземленням друкованої плати):
Опресування
Затискна пайка
Безпаяна компресія
Способи кріплення панелей (спосіб кріплення з’єднувачів до панелей):
Перегородка
Фланець на два отвори
Фланець на чотири отвори
Керамічний ввід
Методи кріплення друкованих плат (як з’єднувачі кріпляться до друкованих плат):
Пряма пайка
Пайка під прямим кутом
Пайка SMD (компонент поверхневого монтажу).
Нижче наведено деякі типи поширених радіочастотних з’єднувачів разом із їхніми зображеннями.
Розділ п'ятий: Інші міркування
- Довговічність з’єднувача
Цикли з’єднання: Розглянемо, скільки разів можна з’єднати та роз’єднати без погіршення продуктивності. Більшість з’єднувачів зазвичай підтримують 500 або більше циклів з’єднання.
- Полярність
Щоб запобігти неправильним підключенням, інженери розробляють з’єднувачі зворотної полярності. Зазвичай штекерний з’єднувач має мати шворінь, але в з’єднувачах зі зворотною полярністю штекерний з’єднувач має гніздо. Як показано на схемі:
- Сумісність
Відповідність стандартам: Переконайтеся, що з’єднувачі відповідають галузевим стандартам (наприклад, IEC, MIL-STD) для сумісності та стабільної продуктивності. З’єднувачі з різними розмірами інтерфейсу (стандарти) не є взаємозамінними.
Сумісність кабелю: Переконайтеся, що з’єднувачі відповідають типу та розміру кабелю, який ви використовуєте, для досягнення оптимальної продуктивності. Важко досягти хорошої продуктивності, використовуючи мініатюрні РЧ з’єднувачі з більш товстими кабелями.
- Вартість
Бюджетні міркування: Збалансуйте вартість з вимогами до продуктивності. З’єднувачі вищої точності та якості зазвичай коштують дорожче, але з кращою продуктивністю та довговічністю.
- Умови навколишнього середовища
Ступінь водонепроникності: Для зовнішнього чи суворого середовища вибирайте міцні з’єднувачі з екологічною герметизацією (наприклад, водонепроникні з’єднувачі IP66, IP67).
Вимоги до соляного туману:
Температурний діапазон: Переконайтеся, що з’єднувачі можуть працювати в очікуваному діапазоні температур застосування. Звичайні діапазони температур з’єднувачів становлять від -55 до 165°C. Робоча температура переважно пов'язана з матеріалом ізолятора. Максимальна температура ПТФЕ становить 165°C, безперервне використання ПТФЕ може досягати 200°C, при короткочасному використанні до 300°C. Температура тривалого використання ПЕІ може досягати 180°C, при короткочасному впливі до 220°C.
Нижче наведена крива температури пайки оплавленням для з’єднувачів з латунними корпусами та ізоляторами з ПТФЕ.
Стислий опис
Вибираючи РЧ з’єднувачі, враховуйте наступні фактори:
Клас: Виберіть відповідний клас залежно від застосування (стандартний випробувальний, високопродуктивний, загального призначення). Матеріал і покриття: Виберіть відповідні матеріали та покриття за продуктивністю, надійністю та вартістю.
Електричні характеристики: Переконайтеся, що повний опір, частота, КСХН, РЧ витік, внесені втрати, гранична діелектрична напруга, робоча напруга, опір ізоляції та контактний опір відповідають системним вимогам.
Механічні характеристики: Враховуйте цикли з’єднання, силу з’єднання, довговічність і діапазон температур.
Тип з’єднувача: Виберіть відповідний тип (SMA, BNC, N-тип, TNC) на основі частотного діапазону застосування та вимог до опору.
Висновок
Вибір правильного радіочастотного з’єднувача вимагає розуміння конкретних вимог вашого застосування, зокрема частоти, повного опору, потужності, умов навколишнього середовища та методів підключення. Враховуючи ці фактори, ви можете вибрати з’єднувачі, які забезпечують оптимальну продуктивність і надійність.