CC BY
86Соединители с предельной частотой 40 ГГц
фирмы Аmphenol/SV Microwave
Кива ДЖУРИНСКИИ, к. т. н.
Екатерина ТАТАРИНОВА
katya@ranet.ru
За последние четверть века коаксиальные радиочастотные соединители заняли свою нишу среди компонентов миллиметрового диапазона длин волн. Соединители потеснили традиционные для этого диапазона длин волн волноводы там, где не требуется высокий уровень мощности и допустимо некоторое возрастание прямых потерь СВЧ в линии передачи. По сравнению с волноводами соединители имеют несомненные преимущества: широкополосность, экономичность, простоту и удобство встраивания в радиочастотные тракты.
Настоящая статья посвящена обзору коаксиальных соединителей с предельной частотой 40 ГГц, выпускаемых компанией Amphenol/SV Microwave. Компания Amphenol — признанный мировой лидер, разработавший и внедривший в производство 95% всей существующей номенклатуры соединителей. Компания SV Microwave, недавно вошедшая в состав Amphenol, является крупнейшим производителем коаксиальных соединителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн.
Основные типы соединителей
К соединителям с предельной частотой 40 ГГц относятся (рис. 1): 2,9-миллиметровые (2,92-миллиметровые) соединители, а также соединители типов SMP и SSMA (HFSSMA).
2.9-миллиметровые соединители
Они названы так потому, что в их конструкции реализована воздушная коаксиальная линия размерами 2,92/1,27 мм. В устройствах миллиметрового диапазона длин волн наиболее широко применяется составной (металлостеклянный ввод с волновым сопротивлением 50 Ом в сочетании с СВЧ-разъемом) коак-сиально-микрополосковый переход типа К (фирменное название 2,9-миллиметрового соединителя фирмы Wiltron, ныне Лпгйзи), работающий в области частот (Ка) 26-40 ГГц.
2.9-миллиметровые соединители были созданы путем модернизации соединителя типа 8МЛ — базового соединителя микроэлектроники СВЧ. Из соединителя вМЛ удалили фторопластовый диэлектрик, заменив его
воздушной коаксиальной линией с внутренним диаметром наружного проводника 2,92 мм (рис. 2).
Переход с коаксиальной линии с размерами 4,1/1,27 мм, заполненной фторопластом, на воздушную линию с размерами 2,92/1,27 мм позволил сохранить волновое сопротивление равным 50 Ом и увеличить предельную частоту соединителя с 18 до 40 ГГц. При этом
2,9-миллиметровые соединители имеют не только лучшие электрические параметры, но и ряд других преимуществ по сравнению с соединителями 8МЛ [1]:
1. Толщина стенки наружного проводника
2,9-миллиметровых соединителей в 4 раза больше, чем у соединителей вМЛ (0,8 и 0,2 мм соответственно). Это обеспечивает более надежный контакт наружных проводников па-
ры соединителей «вилка» и «розетка» и повышение жесткости конструкции.
2. Благодаря большей толщине стенки наружного проводника и меньшему усилию сочленения внутренних проводников (гнездовой контакт выполнен с четырьмя ламелями) значительно повышается надежность соединения пары «вилка» и «розетка»
2,9-миллиметровых соединителей.
3. В отличие от соединителей вМЛ, в 2,9-миллиметровых соединителях не используется закрепление внутреннего проводника в корпусе при помощи эпоксидного компаунда, что повышает радиогерметичность.
4. При образовании пары соединителей любых типов неизбежен зазор между внутренними проводниками (гнездом и штырем) «розетки» и «вилки». Зазор обусловливает
V V г ■ ^ ** ш А V %
Рис. 1. Соединители с предельной частотой 40 ГГц: а) SMP; б) 2,9-миллиметровые; в) SSMA (HSSMA)
снижение КСВН этой пары. Влияние величины зазора на КСВН 2,9-миллиметровых соединителей слабее, на КСВН соединителей SMA.
Компанией SV Microwave разработаны следующие разновидности 2,9-миллиметровых соединителей: коаксиально-микрополоско-вые переходы (КМПП), кабельные соединители, выводы энергии для печатных плат и адаптеры. По своей конструкции соединители подразделяются на «розетку» и «вилку», герметичные и негерметичные, прямые и угловые, фланцевые и вкручиваемые в корпуса изделий, проходные, панельно-кабельные (с передней и задней установкой в панель) и др. Корпусы соединителей изготовлены из пассивированной нержавеющей стали, внутренние проводники — из термически упрочненной бериллиевой бронзы, покрытой износостойким золотом.
Основные типы 2,9-миллиметровых соединителей серии SVK компании SV Microwave приведены в таблице 1 [2].
2.9-миллиметровые кабельные соединители предназначены для работы только с полу-жестким кабелем с наружным диаметром
0,085 (2,2 мм) марки RG-405 и0,047 (1,2 мм).
Присоединительные размеры 2,9-миллиметрового соединителя идентичны размерам SMA, К, APC-3,5 и 3,5-миллиметровых соединителей (в соответствии со стандартом MIL-STD-348). Поэтому он полностью совместим с ними без применения адаптеров [3]. При этом параметры согласования пары каждого из этих соединителей с 2,9-миллиметровым соединителем лучше, чем для пары однотипных соединителей.
Основные параметры соединителей SVK-2.92 [2]:
• волновое сопротивление: 50 Ом;
• рабочий диапазон частот: от 0 до 40-46 ГГц;
• КСВН в диапазоне частот 0-40 ГГц: 1,05+0,005 /ГГц1;
• максимальный КСВН пары соединителей: 1,25;
• прямые потери СВЧ, дБ: 0,04 ^/ГГц1;
• экранное затухание: -90 дБ;
• сопротивление изоляции не менее:
5000 МОм;
• гарантированное количество циклов соединений и рассоединений «розетки» и «вилки»: не менее 500;
• рабочий диапазон температур: от -60 до +165 °С.
2.9-миллиметровые соединители имеют высокий уровень параметров согласования и перспективны для применения в изделиях микроэлектроники миллиметрового диапазона длин волн. К сожалению, в нашей стране они еще не нашли должного применения. Этому в значительной степени препятству-
1 Отмеченные величины КСВН и прямых потерь являются типичными для 2,9-мм соединителей. Реальные величины этих параметров для каждого конкретного соединителя могут отличаться от типичных величин в зависимости от конструкции соединителя и типа применяемого радиочастотного кабеля. — частота, ГГц.
Таблица 1. 2,9-миллиметровые соединители компании SV Microwave
№ Тип соединителя Фирменное обозначение Особенности конструкции
Герметичные составные КМПП с вводом 066-15-000
1 Металлостеклянный ввод с волновым сопротивлением 50 Ом 066-15-000 Диаметр центрального проводника — 0,3 мм, длина наружного проводника — 1,4 мм, центрального проводника — 3,2 мм, герметичность — 10-9—10-11 м3 Па/с
2 Вкручиваемый в корпус изделия, «розетка» SF1575-6007 Резьба 1/4-3би^-2А. Длина соединителя — 10,3 мм
3 Фланцевый, с двумя крепежными отверстиями, «розетка» SF1552-6002 Размеры фланца 5,6x15,9 мм, длина соединителя — 9,8 мм
4 Фланцевый, с четырьмя крепежными отверстиями, «розетка» SF1550-6400 Размеры фланца 12,7x12,7 мм, длина соединителя — 9,8 мм
Кабельные соединители под полужесткий кабель
1 Прямой,«вилка» SF1503-6103 Кабель 0,085
2 Прямой, «розетка» SF1533-6002
SF1533-6001 Кабель 0,047
~Г~ Проходной, панельный, «розетка» SF1543-6106 Кабель 0,085
4 Фланцевый, «розетка». Размеры фланца 12,7x12,7 мм SF1533-6002 Кабель 0,085
SF1533-6001 Кабель 0,047
1 Адаптеры
1 SVK «вилка»-БУК «вилка» SF1593-6000 Прямые адаптеры одного сечения канала — 2,92/1,27 мм (In-Series Adapters)
~Г~ SVK «po3eTKa»-SVK «розетка» SF1590-6000
“3“ SVK «вил^—SVK «розетка» SF1597-6003
_4“ SVK «po3eTKa»-SMA «вилка» SF1115-6007 Прямые адаптеры для перехода с сечения канала 2,92/1,27 мм на 4,1/1,27 мм (Between-Series Adapters)
”5“ SVK «розетка»^МА «розетка» SF1115-6005
SVK «вилка»^МА «вилка» SF1115-6011
7 SVK «вилка»^МА «розетка» SF1115-6009
ет то, что коаксиальная линия размерами 2,92/1,27 мм до сих пор не узаконена отечественными стандартами ГОСТ 13317-89 и ГОСТ 20265-83 на соединители соответственно измерительные и общего применения.
2,9-миллиметровые соединители выпускают также компании Molex, Tyco, Southwest Microwave, Anritsu, Radiall, Pasternak и др.
Соединители SMP
Соединители SMP разработаны для использования в современных модульных конструкциях устройств СВЧ с высокой плотностью компоновки. В таких устройствах соединители со стандартным резьбовым соединени-
ем «вилки» и «розетки» заняли бы недопустимо много места. Поэтому были созданы миниатюрные соединители с предельной частотой 40 ГГц, «вилка» и «розетка» которых соединяются между собой защелкиванием (snap-on, push-on connectors).
Для этого в соединителях SMP на внутренней поверхности корпуса «вилки» сделана канавка, а на наружной поверхности «розетки» — выступ. При этом стыкуемая часть «розетки» изготовлена из упругого материала, имеет продольные разрезы и представляет собой пружинный элемент.
Конструкция соединителя SMP показана на рис. 3.
Разработаны следующие конструктивные варианты соединения snap-on:
1. Блокировка (lock-on, full detent) (рис. 3а), используемая в соединителях, работающих в условиях жесткой вибрации. Для рассоединения «вилки» и «розетки» требуется специальный инструмент. Допускается до 100 циклов соединения-рассоединения.
2. Ограниченное защелкивание ((limited detent, half detent) (рис. 3а). В этом варианте диаметры выступа и канавки отличаются меньше, чем при блокировке. Рассоединение пары соединителей не требует инструмента. Допустимое количество циклов соединения-рассоединения — 500.
3. Скользящее соединение (slide-on, smooth bore), осуществляемое за счет распружи-нивания «вилки» после ее введения в «розетку» с гладкой (без канавки) внутренней поверхностью (рис. 3б). Типичное применение этого варианта — соединение и рассоединение материнской и дочерней печатных плат. Допустимое количество циклов соединения-рассоединения— 1000.
Во всех этих вариантах применяемый соединитель «розетка» один и тот же. Соединители «вилка» для вариантов полного и ограниченного защелкивания отличаются лишь диаметром А (рис. 3а): в первом случае 0А = 2,9+0,1 мм, во втором — 0А = 3,0+0Д мм. Разработаны и выпускаются следующие типы соединителей SMP: выводы печатных плат, прямые и угловые кабельные соединители «розетка», соединители «розетка» для поверхностного монтажа, одноканальные адаптеры типа «розетка» для соединения при большой несоосности и адаптеры для сочетания с соединителями SMA, 2,9-мм, 2,4-мм и 1,85-мм.
Все соединители «розетка» снабжены специальным кольцом (Anti-rock ring) и кольцом из проводящей резины для защиты от электромагнитного излучения (EMI gasket).
Корпус и внутренний проводник соединителя «розетка» изготовлены из термически уп-
Таблица 2. Основные типы соединителей SMP
рочненной бериллиевой бронзы. Корпус и внутренний проводник герметичного соединителя «вилка» выполнены из сплава ковар, изоляторы — из фторопласта, торлона (полиамидный материал) и стекла Corning 7070 (в герметичных КМПП). Металлические детали соединителя покрыты износостойким золотом.
Соединители SMP изготавливают с высокой точностью размеров и чистотой обработки поверхности. Допуски на размеры — 0,025 мм, на углы — 5°. Высота неровностей поверхностей — не более 0,08 мкм.
Герметичный (shroud — кожух) соединитель «вилка» выполнен с внутренним металлостеклянным спаем либо сочетается с 50-омным металлостеклянным вводом.
Разработаны миниатюрные «вилки» разной конструкции для крепления в корпусе изделия пайкой, ввинчиванием и при помощи фланцевого соединения. Жесткая конструкция соединителей обеспечивает сохранение их параметров при работе в условиях вибраций и ударных нагрузок, особенно присущих
Фирме нное обозначение
Amphenol SV Microwave
1 Кабельный, прямой, «розетка» SMP-FS-CO7 1204-4000 Кабель 0,085
SMP-FS-CO6 1203-4000 Кабель 0,047
2 Кабельный, угловой, «розетка» SMP-FR-CO7 1214-4002* Кабель 0,085
SMP-FR-CO6 1213-4008* Кабель 0,047
3 Кабельный, угловой, «розетка» (увеличенные размеры) - 1214-4001* Кабель 0,085
- 1213-4007* Кабель 0,047
_4“ Фланцевый, с 2 крепежными отверстиями, «вилка» - 1233-6000 Кабель 0,047
5 Резьбовой, «вилка», полное защелкивание - SF1279-6001 Резьба 10-48 ШБ^А
6 Проходной, резьбовой, «вилка», ограниченное защелкивание - 1279-4002 Резьба 10-32 ШБ-2А
1 Адаптеры
7 SMP «розетка»^МР «розетка» SMP- FSBA-654 1290-4008 Длина 6,45 мм
- 1290-4009 Длина 10,03 мм
SMP- FSBA-224 - Длина 22,4 мм
8 SVK 2.92 «розетка»^МР «вилка», фланцевый, с двумя крепежными отверстиями. - 1115-6018 Длина 19,71 мм
9 SVK 2.92 «вилка»^МР «розетка» - 1115-6017 Длина 17,98 мм
10 Корпус «вилка» (shroud) для СВЧ-ввода - Серия 1254 (10 типоразмеров) SF1254-6000-SF1254-6009 Для полного и ограниченного защелкивания и для скользящего соединения
* Гарантируемая предельная частота соединителей — 26,5 ГГц
военным применениям. Соединители SMP предназначены для работы в сочетании только с миниатюрными полужесткими кабелями 0,085" и 0,047". Они приблизительно втрое миниатюрнее соединителей SMA и 2,9-миллиметровых соединителей (рис. 4) и вдвое — ниже рассматриваемых соединителей SSMA.
Компания Amphenol/SV Microwave ввела комплексную линию SMP-соединителей, которые соответствуют стандартам 94007/94008 DS^ и MIL-STD-348 (табл. 2) [5, 6].
Кроме того, разработаны и выпускаются 16 типоразмеров SMP-выводов энергии для печатных плат, включая соединители для поверхностного монтажа.
Параметры соединителей SMP:
• волновое сопротивление: 50 Ом;
• рабочий диапазон частот: от 0 до 40 ГГц;
• максимальный КСВН2 (в диапазоне частот, ГГц):
- адаптер: 1,1 (0-23); 1,15 (23-26,5);
1,7 (26,5-40);
- кабельный соединитель: 1,2 (0-18);
1,35 (18-26,5); 1,7 (26,5-40);
• прямые потери СВЧ, дБ:
- 0,1 Vf-Гц (адаптер);
- 0,12 V/Ггц (кабельный соединитель);
• экранное затухание (на частотах, ГГц) для соединителей с полным защелкиванием, дБ: -80 (до 3), -65 (3-26,5);
• сопротивление изоляции — не менее 5000 МОм;
• рабочее напряжение: 335 В;
• рабочий диапазон температур: от -65 до +165 °С;
• допустимая аксиальная и радиальная не-соосность пары соединителей при сочленении: ±0,25 мм.
Соединители SMP позволяют соединять модули между собой при помощи адаптеров, при помощи герметичного КМПП и адаптера, непосредственное соединение между собой плат защелкиванием (рис. 5) [4].
2 Отмечена зависимость от конструктивных особенностей соединителя. Максимальный КСВН в диапазоне частот 0-40 ГГц может быть в пределах от 1,5 до 1,7.
Рис. 5. Соединители SMP: а) внешний вид; б) прямой и угловой кабельные соединители для модулей; в) герметичное резьбовое соединение модулей с помощью адаптеров; г) герметичное соединение модулей с помощью фланцевых КМПП и адаптера
Соединители SMP обеспечивают высокочастотное согласование на частотах до 40 ГГц и могут быть использованы при создании модулей СВЧ, в которых межцентровое расстояние между соединителями минимально (4,8 мм). Они нашли применение в военной и телекоммуникационной технике с высокой плотностью компоновки (фазированные антенные решетки, бортовые РЛС и др.). Соединители SMP выпускают также Molex, Tyco, Pasternak, Radiall и другие компании.
Соединители SSMA
Соединители SSMA и HFSSMA являются миниатюрной версией базовых соединителей SMA [7]. Они имеют волновое сопро-
Таблица 3. Соединители SSMA и HFSSM компании SV Microwave
Фирменное обозначение
SSMA HFSSMA
Герметичные КМПП и выводы энергии
1 Фланцевые, с четырьмя крепежными отверстиями, выводы энергии «розетка» 2750-6015 - Размеры фланца 9,5х9,5 мм Диаметр крепежных отверстий — 2,4 мм Длина соединителя — 12,4 мм
2750-6131 - Диаметр отверстий — 2,4 мм Длина соединителя — 14,4 мм
2750-6132 - Диаметр отверстий — 3,2 мм Длина соединителя — 15,6 мм
2750-6133 - Диаметр отверстий — 4,7 мм Длина соединителя — 17,2 мм
2 Проходной, панельный вывод энергии «розетка» 2770-6011 - Задняя установка в панель
2770-6003
2770-6010
2771-6008 - Передняя установка в панель
2771-6010
3 Выводы энергии с печатной платы и для поверхностного монтажа 2785-6004 - Для печатных плат
2786-6002
2780-6009 - Прямой, поверхностный монтаж
2780-6008
2782-6003 - Угловой, поверхностный монтаж
2782-6001
4 Герметичный, вкручиваемый КМПП, «розетка» (spark plug jack launcher) 2775-6205 - Уплотнение в корпусе изделия при помощи резиновой прокладки
5 Фланцевые, с 2 крепежными отверстиями, составные КМПП «розетка» в сочетании с 50-омными вводами. Диаметр центрального проводника ввода — d, мм - 2750-6421 d = 0,3
2750-6424 d = 0,4
2750-6425 d = 0,5
6 То же, но с кольцами из проводящей резины для защиты от электромагнитного излучения - 2750-6420 d = 0,3
2750-6407 d = 0,4
2750-6408 d = 0,5
7 Фланцевые, с 4 крепежными отверстиями, составные КМПП «розетка» в сочетании с 50-омными вводами - 2750-6406 d = 0,3
2750-6409 d = 0,4
2750-6410 d = 0,5
8 То же, но с кольцами из проводящей резины для защиты от электромагнитного излучения 2750-6403 d = 0,3
2750-6404 d = 0,4
2750-6405 d = 0,5
Кабельные соединители
1 «Вилка» под полужесткий кабель 0,085" 2702-6015 2702-6402 Прямой
2701-6002 - Прямой
2712-6001 - Угловой
2 «Вилка» под полужесткий кабель 0,034" - 2706-6402 Прямой
3 «Вилка» под полужесткий кабель 0,047" - 2706-6401 Прямой
4 Панельный, фланцевый, с двумя крепежными отверстиями, «розетка» 2733-6003 2722-6402 Кабель 0,085"
2733-6402 Кабель 0,047"
5 Панельный, фланцевый, с 4 крепежными отверстиями, «розетка» 2733-6002 2722-6401 Кабель 0,085"
- 2733-6401 Кабель 0,047"
1 Адаптеры
1 ББМА «вилка»-ЗБМА «розетка», прямой 2797-6003 - Адаптеры одного сечения канала (In-Series Adapters)
~Т~ ББМА «вилка»-ЗБМА «вилка», прямой 2793-6010 2773-6401
~Г~ ББМА «вилка»-ЗБМА «розетка», угловой 2794-6003 -
~Т~ ББМА «розетка»-ЗБМА «розетка», прямой - 2772-6401
5 ББМА «вилка»-БМА «розетка», прямой SF 1150-6001 SF 1150-6401 - Адаптеры для разных сечений каналов (Between-Series Adapters)
6 ББМА «розетка»-БМА «вилка», прямой SF 1149-6001 - Предельная частота 18 ГГц
- SF 1149-6401 Предельная частота 40 ГГц
~Т~ ББМА «розетка»-3,5-миллиметровая «вилка» SF 1149-6002 - Предельная частота -18 ГГц КСВН равен 1,03+0,004 fr^
~Т~ ББМА «вилка»-3,5-миллиметровая «вилка» SF 1151-6002 -
~Г~ ББМА «розетка»-3,5-миллиметровая «розетка» SF 1148-6003 -
“ю” ББМА «вилка»-3,5-миллиметровая «розетка» SF 1150-6003 -
~ТГ ББМА «розетка»-7-миллиметровая «розетка» SF 1133-6002 - Предельная частота -18 ГГц КСВН равен 1,03+0,004 fr^
~1Г ББМА «розетка» — 7-миллиметровая «розетка» SF 1133-6001 -
тивление 50 Ом и предназначены для работы на частотах до 40 ГГц с миниатюрными полужесткими кабелями диаметром 0,07" и 0,085" и на частотах до 26,5 ГГц — с подходящим миниатюрным гибким кабелем ^С-196/и, RG-316/U и др.). Основное применение этих соединителей — аэрокосмическая техника и спутниковая связь.
В этих соединителях применена коаксиальная линия размерами 2,8/0,85 мм, заполненная фторопластом (рис. 6).
Присоединительные размеры соединителей соответствуют MIL-STD-348.
Компанией SV Microwave разработаны следующие типы соединителей SSMA и HFSSMA: кабельные соединители «розетка» и «вилка», прямые и угловые, под полужесткий и гибкий кабели, панельно-кабельные фланцевые соединители, проходные и панельные выводы энергии и КМПП (герметизированные эластомерной прокладкой), выводы энергии для печатных плат, адаптеры (табл. 3) [7].
Рис. 6. Соединители SSMA: а) «вилка»; б) «розетка»
Соединители HFSSMA отличаются от SSMA только прецизионной внутренней геометрией. Поэтому только соединители HFSSMA применяют в качестве составных КМПП в сочетании с герметичными 50-омными вводами.
Корпуса соединителей изготовлены из нержавеющей стали с пассивированной поверхностью. В обозначении соединителей компании SV Microwave это отражается буквами «SF» перед номером соединителя. Внутренние проводники выполнены из термически упрочненной бериллиевой бронзы и покрыты износостойким золотом толщиной 1,27 мкм по подслою никеля толщиной 1,27 мкм. В качестве диэлектрика применен фторопласт.
Основные параметры соединителей SSMA (HFSSMA):
• волновое сопротивление: 50 Ом;
• рабочий диапазон частот, ГГц: 0-36 (SSMA), 0-40 (HFSSMA);
• максимальный КСВН (в диапазоне частот, ГГц) 1,33 (0-26), 1,6 (26-40);
• Прямые потери СВЧ, дБ: 0,04 ^/ГГц;
• Экранное затухание, дБ: -(100 — /Ггц);
• Сопротивление изоляции, не менее:
5000 МОм;
• Гарантированное количество циклов соединения-рассоединения «вилки» и «розетки» — не менее 500;
• Рабочий диапазон температур: от -60 до +165 °С.
Соединители SSMA выпускают также фирмы Tyco, Southwest Microwave, Anritsu, Pasternak, Rosenberger, Radiall и др.
Заключение
Компания Amphenol/SV Microwave обеспечивает решение практически всех задач соединений, как при низких, так и при сверхвысоких частотах. Она производит все необходимые соединители для изделий микроэлектроники, работающих на частотах до 40 ГГц. Кроме того, компания поставляет необходимый радиочастотный кабель и кабельные сборки, а также инструмент для заделки кабеля в соединитель (с подробной инструкцией по применению). ■
Литература
1. Джуринский К. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. М.: Техносфера. 2006.
2. SVK Connectors & Components 2,92 mm. Каталог № 300-99-004 компании SV Microwave, 2005.
3. Pino P. Intermateability of SMA, 3,5 mm and 2,92 mm connectors. Microwave Journal & Horizon House Publication. March. 2007.
4. www.radiant.su
5. SMP Coaxial Connectors. Catalog N 300-99-012 компании SV Microwave, 2005.
6. www.amphenol.com
7. Coaxial Connectors. Product Catalog компании SV Microwave, 1999. www.svmicro.com
