Радиочастотные соединители TMP повышенной мощности компании CarlisleIT, США. Действительно с лучшими параметрами, чем у аналогов?

Соединители P-SMP и SMP-MAX c повышенной пропускаемой мощностью

Для ряда приложений (телеком, базовые станции, специальные усилители и фильтры) не требуются рабочие частоты более 10 ГГц, но необходимы миниатюрность, простота соединения вилки и розетки и повышенная допустимая пропускаемая мощность сигналов: 200…300 Вт на частотах 2…3 ГГц. Для таких применений оптимальными являются соединители, сочетающие преимущества SMP-соединителей (расположение на платах с минимальным шагом и удобство соединения способом защёлкивания) и стандартных соединителей SMA (повышенная мощность и высокий уровень электрических параметров). Начиная с 2010 года соединители P-SMP и
SMP-MAX были созданы соответственно компаниями Rosenberger, Германия и Radiall, Франция. Эти соединители обеспечили повышение допустимой пропускаемой мощности в соединителях SMP [1].

Допустимая пропускаемая мощность (P) ограничена явлениями электрического и теплового пробоя и зависит от размеров коаксиальной линии соединителя [1]:

P ~ E_max×d×ln(D/d), (1)

где E_max – максимальная напряжённость электромагнитного поля, d и D – диаметры внутреннего и наружного проводников коаксиальной линии соединителя.

Предельная частота соединителя также зависит от размеров его коаксиальной линии:

f_пред = 190,85/√ε(D+d), (2)

где ε – диэлектрическая проницаемость изолятора линии.

Чтобы увеличить пропускаемую мощность, в соответствии с формулой (1) нужно увеличить размеры коаксиальной линии. Но при этом согласно формуле (2) уменьшается предельная частота соединителя. Поэтому в соединителях P-SMP и SMP-MAX увеличение размеров коаксиальной линии и их приближение к размерам коаксиальной линии соединителей SMA позволило повысить пропускаемую мощность, но при этом уменьшилась их предельная частота. Интерфейс соединителей P-SMP и SMP-MAX показан на рис. 1 [1].

Разработаны следующие типы соединителей P-SMP и SMP-MAX [1]:

Основные параметры соединителей SMP, SMP-MAX и, для сравнения, соединителей TMP, анонсированных компанией CarlisleIT, приведены в табл. 1 [1, 3, 4].

Соединители TMP компании Carlisle Interconnect Technologies (CarlisleIT)

Компания CarlisleIT анонсировала новые защёлкивающиеся соединители серии SMP повышенной мощности в 2012 году [2…4]. TMP – это зарегистрированная торговая марка компании CarlisleIT. Соединители TMP¹ (по-видимому, Tensolite Miniature Push-On) соответствуют требованиям военного стандарта MIL-PRF-39012 и имеют следующие ключевые особенности:

Соединители TMP имеют повышенную допустимую пропускаемую мощность – более 200 Вт в диапазоне частот 2…3 ГГц и предназначены для применения в радарах, ракетных и спутниковых системах, а также для некоторых коммерческих приложений.

Основные параметры соедините-лей TMP по данным компании Carlis-leIT [3, 4] приведены в табл. 1. На первый взгляд кажется, что соединители TMP созданы компанией CarlisleIT только для расширения номенклатуры выпускаемой продукции в дополнение к соединителям P-SMP и SMP-MAX. Но при внимательном изучении параметров этих трёх соединителей обнаруживаются два важных преимущества соединителей TMP.

Рабочий диапазон частот соединителей TMP

Чтобы повысить пропускаемую мощность, размеры коаксиальной линии соединителей TMP выполнили такими же, как у соединителей SMA, но сохранив при этом интерфейс соединителя SMP. Известно, что верхняя частота рабочего диапазона частот соединителей SMA равна 27 ГГц, но большинство компаний гарантируют рабочий диапазон частот 0…18 ГГц [6]. Однако учитывая сочетание коаксиальной линии SMA и интерфейса SMP, оптимальную рабочую частоту соединителей P-SMP компания Rosenberger установила равной 10 ГГц, а компания Radiall для соединителей SMP-MAX даже уменьшила её до 6 ГГц.

В отличие от этих компаний, у CarlisleIT рабочий диапазон частот соединителей TMP равен 0…23 ГГц
[3, 4]. Объяснений, за счёт чего соединители TMP превосходят аналоги, в приведённых материалах компании CarlisleIT не удалось найти. Можно было бы предположить, что для расширения рабочего диапазона частот в соединителях TMP были уменьшены размеры коаксиальной линии соединителя SMA. Так поступили американские компании Mega Phase и Amphenol при создании соединителей SMA с верхней частотой применения 32…34 ГГц [6]. Зарубежные компании нередко вставляют термин SMA в название соединителей даже других типов: SMA 3.5 mm, SMA 2.9 mm, хотя общее с соединителями SMA у них только резьба 0,250-36 UNS на корпусе и присоединительные размеры. Это сделано для обеспечения их механической совместимости между собой.

Но уменьшение размеров коаксиальной линии соединителя SMA повлекло бы за собой снижение допустимой пропускаемой мощности. Однако это не подтверждается данными таблицы 1: допустимая пропускаемая мощность всех трёх соединителей TMP, P-SMP и SMP-MAX практически одинаковая. Поэтому для прояснения ситуации потребовалось проанализировать datasheet на конкретные соединители TMP [7…9].

Типы соединителей TMP и их datasheet

Номенклатура выпускаемых компанией CarlisleIT соединителей TMP приведена в табл. 2, а внешний вид некоторых соединителей показан на рис. 2.

Рассмотрим конструкцию и параметры соединителей некоторых основных типов, акцентируя внимание на рабочем диапазоне частот, усилиях соединения и рассоединения и допустимом количестве соединений и рассоединений. Остальные параметры соединителей TMP приведены в табл. 1.

 

Панельная кабельная вилка MP504-1CCSF под гибкий кабель.

Компания CarlisleIT разработала две модификации кабельной вилки MP504: MP504-1CCSF – под гибкий кабель TLL26-1190B этой компании и MP504-2CCSF – под стандартный полужёсткий кабель 0,141". Для соединителя MP504-1CCSF (см. рис. 3) рабочий диапазон частот 0…18 ГГц, усилие соединения вилки с розеткой 66,7 Н, усилие рассоединения – 22,2 Н, допустимое количество соединений и рассоединений – 5000.

Проходная панельная кабельная розетка MP503 под полужёсткий кабель

Компания CarlisleIT разработала проходную панельную кабельную розетку MP503 трёх модификаций: под полужёсткий кабель 0,047", 0,086" и 0,141" – рис. 4.

Корпус соединителя выполнен из нержавеющей стали марки 303, изолятор – из фторопласта. Рабочий диапазон частот – 0…18 ГГц, КСВН = 1,05+0,005f, потери 0,03√f дБ, допустимое количество соединений и рассоединений – 5000.

Панельный фланцевый вывод энергии – вилка MP532

В сочетании с вводом СВЧ этот соединитель является «составным» коаксиально-микрополосковым переходом для вывода СВЧ-сигнала с микрополосковой платы на радиочастотный кабель – рис. 5.

Корпус вывода энергии выполнен из нержавеющей стали, пассивированной или с золотым покрытием, центральный проводник – из термоупрочнённой бериллиевой бронзы с золотым покрытием, изолятор – из фторопласта. Рабочий диапазон частот 0…18 ГГц, КСВН = 1,05+0,005f, потери 0,03 дБ. Чтобы узнать усилия соединения и рассоединения вилки с розеткой и допустимое количество соединений и рассоединений, предлагается проконсультироваться с компанией CarlisleIT.

MP 541 адаптер розетка – розетка «bullet»

Корпус и центральный проводник адаптера изготовлены из термоупрочнённой бериллиевой бронзы и покрыт золотом, изолятор выполнен из фторопласта – риc. 6.

Рабочий диапазон частот равен 0…23 ГГц, величина потерь 0,23 дБ. Усилия соединения и рассоединения вилки и розетки зависят от вида защёлкивания – полное защёлкивание, ограниченное защёлкивание или скользящее соединение. Допустимое количество соединений и рассоединений – 5000.

MP 703 вилка для поверхностного монтажа

Компания CarlisleIT разработала вилки для полного и ограниченного защёлкивания и для скользящего соединения с ответной кабельной розеткой – рис. 7.

Согласно datasheet всех соединителей TMP, указанных в табл. 2 (за исключением адаптера «bullet»), их рабочий диапазон частот равен 0…18 ГГц. Поэтому рекламируемый рабочий диапазон частот 0…23 ГГц, приведённый во всех доступных рекламных материалах компании CarlisleIT, вызывает сомнение. К тому же хорошо известно, что предельная частота радиочастотных соединителей зависит от их конструкции и назначения [1]. Наибольшую верхнюю частоту применения имеют прямые соединители и адаптеры розетка – розетка «bullets», наименьшая верхняя частота характерна для угловых соединителей и соединителей, устанавливаемых на печатные платы. Это подтверждают также данные компании CarlisleIT: на предельной частоте 18 ГГц КСВН и величина потерь соединителей для поверхностного монтажа на плату соответственно равны 1,46 и 0,3 дБ, а у кабельных соединителей и выводов энергии – 1,14 и 0,13 дБ.

Кабельные соединители для гибкого и полужёсткого кабелей различаются гарантированной величиной верхней частоты применения. Для кабельных соединителей SMA, работающих с полужёстким кабелем, гарантируется верхняя частота 18 ГГц, а с гибким кабелем – только 12 ГГц [1]. Однако в приведённой информации компании CarlisleIT это различие параметров кабельных соединителей TMP не учитывается.

Таким образом, компания CarlisleIT, не считаясь с конструктивными особенностями, для всех типов соединителей TMP в datasheet приводит одну и ту же предельную частоту 18 ГГц. Нетрудно заметить, что 0…18 ГГц – это рабочий диапазон частот соединителей SMA по данным подавляющего большинства зарубежных производителей этих соединителей.

И, конечно же, возникает вопрос, почему известнейшие компании – производители аналогичных соединителей P-SMP и SMP-MAX гарантируют значительно более низкий рабочий диапазон частот: соответственно 0…10 ГГц и даже 0…6 ГГц? Хотя компания Rosenberger делает оговорку, что разработанные ею соединители P-SMP обеспечивают повышенную мощность даже на частотах до 15 ГГц [10]. Объясняется это тем, что компании хотят подстраховать себя от возможных рисков. Это напоминает ситуацию с лекарствами. В инструкции на любое лекарство в разделе «Противопоказания» написано столько всего, что создаётся впечатление, что лекарство принесёт больше вреда, чем пользы. А это сделано исключительно для избежания судебных исков.

Разработчики радиочастотных устройств должны понимать, что информация о рекордно высокой верхней частоте применения и низком уровне КСВН и потерь СВЧ нередко имеет исключительно рекламный характер. Часто эта информация свидетельствует лишь о потенциальных возможностях коаксиальной линии соединителя. И только в редких случаях об этом сообщают компании-производители соединителей. Так, например, компании Huber+Suhner и Micro-Mode привели параметры разработанных ими соединителей SMPM со следующим примечанием: «for interface only» – только для интерфейса [1]. Поэтому необходимы тщательное изучение datasheet соединителей и консультация с компанией-изготовителем.

О datasheet соединителей компании CarlisleIT

Хотя компания CarlisleIT хорошо известна в мире благодаря своим разработкам и производству радиочастотных кабелей, соединителей и кабельных сборок, техническая информация компании о соединителях TMP оставляет желать лучшего. Отсутствуют datasheet многих конкретных типов этих соединителей, и предлагается проконсультироваться с менеджером этой компании. Найти требуемые datasheet удалось только в материалах посредников компании CarlisleIT [7…9]. Но в datasheet посредников много противоречивой и заведомо неверной информации. Так, например, указан рабочий диапазон частот адаптера MP-543-1CC (TMP розетка – SMA розетка) 0…40 ГГц [7], хотя хорошо известно [1], что предельная частота соединителя SMA не превышает 27 ГГц. 

Но при этом рабочий диапазон частот аналогичного адаптера MP-544-1CC (TMP вилка – SMA розетка) указан равным 0…18 ГГц.

Допустимое количество циклов соединений и рассоединений

Срок службы или ресурс соединителей определяется допустимым количеством соединений и рассоединений, после которых обеспечивается сохранение электрических и механических характеристик соединителей. Так, например, для соединителей SMA и его отечественных аналогов ресурс определён количеством соединений и рассоединений 500. Для соединителей P-SMP количество соединений и рассоединений зависит от вида защёлкивания и равно 100 для полного защёлкивания, 500 – для ограниченного защёлкивания и 1000 – для скользящего соединения.

Реальное количество соединений и рассоединений зависит от многих причин: правильного соотношения диаметров центральных проводников соединителей, качества покрытия поверхностей вилки и розетки и его износа, несоосности вилки и розетки в момент соединения, условий эксплуатации, хранения и чистки соединителей [1].

Важным параметром для характеристики ресурса соединителей являются величины усилий соединения и рассоединения вилки и розетки – табл. 1. Сравнивая величины усилий для соединителей P-SMP и TMP, можно считать, что компания CarlisleIT привела величины усилий для скользящего соединения, хотя и не указала вид защёлкивания. Но если усилия соединения и рассоединения соединителей P-SMP и TMP близки, то нет оснований считать, что ресурс соединителей TMP компании CarlisleIT равен 5000, что в 5 раз больше, чем у соединителей P-SMP. Количество соединений и рассоединений 5000 характерно для прецизионных соединителей (APC-7, APC-N, 3.5 mm и др.) [1]. Для соединителей серии SMP все производители приводят гарантированное количество соединений и рассоединений не более 1000 для случая скользящего соединения.

Заключение

Если бы компании CarlisleIT удалось создать соединители SMP повышенной мощности, превосходящие аналоги по таким важным параметрам, как верхняя частота применения и допустимое количество соединений и рассоединений вилки и розетки, то это следовало бы признать выдающимся достижением. Однако эта компания не привела серьёзных доказательств достоверности рекламируемых параметров.

Пример соединителей TMP компании CarlisleIT показывает необходимость критически относиться к рекламной информации о параметрах радиочастотных соединителей, чтобы не допускать ошибок при выборе соединителя. Одним из примеров таких ошибок являлся выбор адаптера SMP-SMA зарубежной компании, который по названию считался герметичным. Однако при применении выяснилось, что герметичность обеспечивается только по наружному уплотнению с помощью резиновой прокладки, а по внутреннему каналу соединитель был негерметичен. В результате этого пришлось применять дополнительные меры по герметизации устройства, в котором был применён так называемый герметичный соединитель.

Литература