Фильтр по тематике

Новейшие достижения компании SV Microwave/Amphenol в области радиочастотных соединений

В статье показаны результаты работ по совершенствованию радиочастотных соединений, выполненных американской компанией SV Microwave/Amphenol в 2017–2019 годах. Рассмотрены конструкция, электрические параметры и номенклатура соединителей SMPM с предельной частотой 65 ГГц для работы в бортовой аппаратуре при повышенных вибрационных и ударных нагрузках. Показаны конструкция и параметры соединения печатных плат при расстоянии между ними 3 мм, что стало возможным благодаря применению сверхминиатюрного адаптера розетка-розетка («bullet»).

25.12.2021 1279 0
Новейшие достижения компании SV Microwave/Amphenol в области радиочастотных соединений

О компании SV Microwave/Amphenol

Радиочастотные соединители с интерфейсом SMPM, рассмотренные в данной статье, созданы компанией SV Microwave. Эта компания является мировым лидером в области СВЧ-микроэлектроники, имеющим более чем 50-летний опыт работы по созданию радиочастотных соединителей, кабельных сборок и различных пассивных компонентов, предназначенных для военных систем, Интернета вещей, 5G, спутниковых, высокоскоростных, аэрокосмических, коммерческих и телекоммуникационных приложений. В мае 2005 года SV Microwave была приобретена крупной корпорацией Amphenol, и с тех пор её называют SV Microwave/Amphenol.

Разработка соединителей SMPM с предельной частотой 65 ГГц для работы при повышенных вибрационных и ударных нагрузках

Стандартные соединители SMPM

В 1990 году компания Corning Gilbert, США, разработала микроминиатюрные, соединяемые защёлкиванием, соединители GPPO с предельной частотой 65 ГГц. Сегодня эти соединители выпускают десятки компаний всего мира под собственными фирменными названиями: SMPM, MINI-SMP и др. (далее – SMPM – «sub-miniature push-on, micro»). Разработаны соединители SMPM с полным и ограниченным защёлкиванием и скользящим соединением вилки и розетки. Интерфейс соединителей SMPM соответствует стандарту MIL-STD-348A (см. рис. 1) [1].

Разработаны следующие модификации соединителей SMPM [1]:

  • прямые и угловые кабельные и приборно-кабельные соединители, предназначенные для работы с полужёстким кабелем 0,085" (RG-405) и 0,047", а также с гибким и формуемым вручную кабелем;
  • приборные вилки, монтируемые в стенки корпусов изделий из алюминиевых и титановых сплавов: впаиваемые, под лазерную сварку, резьбовые и запрессовываемые в корпуса; 
  • вилки для установки в отверстия печатных плат, для поверхностного монтажа на платы и концевые;
  • адаптеры розетка-розетка, называемые «bullet», для соединения «вслепую», обеспечивающие гибкую связь между вилками, установленными на разных платах, и позволяющие компенсировать несоосность между вилками на соединяемых платах. Длина выпускаемых адаптеров «bullet» зависит от требуемого расстояния между платами;
  • междусерийные адаптеры для совместимости с соединителями других типов: SMA, 3,5 мм, 2,92 мм, 2,4 мм и 1,85 мм.

Внешний вид соединителей SMPM основных модификаций показан на рис. 2, а их основные параметры приведены в табл. 1 [1, 2].

Примечания:
1. Величины КСВН, потерь и экранного затухания, приведённые в data sheet разных производителей соединителей SMPM, заметно отличаются. Более подробно электрические параметры соединителей SMPM рассмотрены в работах [1, 2].
2. В спецификациях часто приводят значение напряжения соединителя без уточнения его вида. Имеются 3 вида напряжения соединителя: напряжение пробоя (Breakdown Voltage), испытательное напряжение (DWV – Dielectric Withstanding Voltage) и максимальное рабочее напряжение (Working Voltage). Напряжение пробоя – это максимальное напряжение, которое может выдержать соединитель без значительного возрастания тока утечки и разрушения. Испытательное напряжение – это максимальное напряжение, при котором должен быть протестирован соединитель. Оно составляет 75% от напряжения пробоя соединителя. Рабочее напряжение – максимальное напряжение, при котором соединитель должен работать с заданными параметрами в течение всего срока службы. Рабочее напряжение составляет 1/3 от испытательного напряжения и зависит как от конструкции соединителя, так и от конкретных условий эксплуатации. В частности, при указании рабочего напряжения в спецификации должны быть приведены значения атмосферного давления на уровне моря или на высоте 70 000 футов (21,3 км) и температуры.

Благодаря миниатюрности (вес соединителя составляет десятые доли грамма) и высокому уровню электрических параметров данные соединители нашли применение в сложных многофункциональных модулях СВЧ с высокой плотностью компоновки.

Однако, несмотря на высокий уровень параметров соединителей SMPM, разработчики ответственных бортовых систем опасаются, что соединение защёлкиванием может не выдержать высокие вибрационные и ударные нагрузки. Чтобы повысить надёжность соединителей, ведущие зарубежные компании разработали свои собственные изделия, в которых сочленение вилки и розетки защёлкиванием усилено другими способами соединения (резьбовым, байонетным или вторым защёлкиванием) [3, 4].

Компания SV Microwave/Amphenol в 2019 году также разработала линейку резьбовых соединителей SMPM для работы при повышенной вибрации с высоким уровнем электрических и механических характеристик [5, 6].

Резьбовые соединители SMPM

Так как при воздействии вибрационных и ударных нагрузок надёжность соединения защёлкиванием уступает резьбовому соединению, напрашивалось решение объединить оба эти соединения в конструкции соединителя SMPM. Впервые резьбовое соединение в дополнение к соединению защёлкиванием применила компания Astrolab, разработавшая соединители SMPM-T [1, 3, 4]. В кабельном соединителе-розетке SMPM-T стандартный интерфейс SMPM был дополнен резьбовой втулкой, устанавливаемой на кабель, а приборный соединитель-вилка выполнен с внешней резьбой на корпусе (см. рис. 3).

Соединители SMPM-T отличаются высокой стойкостью к ударам и вибрации, надёжной фиксацией и улучшенной экранировкой (экранное затухание по сравнению с обычными соединителями SMPM выше на 10 дБ). В случае необходимости соединители SMPM-T и SMPM могут без ограничений соединяться друг с другом.

Однако такое конструктивное решение соединителя SMPM-T не универсально, оно возможно только для прямых кабельных соединителей и не­осуществимо для угловых соединителей.

Компания SV Microwave/Amphenol предложила установить резьбовую втулку непосредственно на кабельный соединитель-розетку, а приборную вилку, как и в предыдущем случае, выполнить с наружной резьбой на корпусе. Такое решение универсально, так как применимо как к прямым, так и к угловым соединителям. Резьбовая втулка, изготовленная из нержавеющей стали, имеет следующие размеры: наружный диаметр 4,57 мм, длина приблизительно 6 мм, резьба 0.148-56 UNS (наружный диаметр резьбы 3,76 мм, шаг резьбы 0,45 мм).

Были разработаны 8 модификаций резьбовых соединителей SMPM (см. табл. 2).

В таблице представлены вилки для скользящего соединения с ответной кабельной розеткой (позиции 5 и 6). По заказу потребителя такие вилки могут быть изготовлены для соединения с ответной кабельной розеткой полным защёлкиванием.

Резьбовые кабельные соединители, в которых использовано сочетание скользящего и резьбового соединений, имеют низкие усилия сочленения и расчленения розетки и вилки. Соединители испытывают по стандарту MIL-STD-202, методами 204 и 213. Данные методы используются в испытаниях на воздействие вибрации и ударов для изделий авиационного и космического назначения. Резьбовые соединители SMPM, естественно, стоят дороже стандартных аналогов в 1,2...1,8 раз. При этом наиболее заметно возрастает стоимость резьбовых кабельных соединителей, прямых и угловых.

Соединение печатных плат с применением сверхминиатюрного адаптера «bullet» компании SV Microwave/Amphenol

Соединители SMPM привлекли внимание разработчиков изделий СВЧ-микроэлектроники ещё и потому, что они обеспечивают быстрое соединение печатных плат без применения радиочастотных кабелей с помощью адаптеров розетка-розетка «bullet». Для этого на каждой из соединяемых печатных плат устанавливают соединитель SMPM вилка, а соединение плат производят при помощи адаптера «bullet» с двумя цанговыми центральными проводниками, закреплёнными во фторопластовом изоляторе, установленном в корпусе адаптера (см. рис. 4) [1].

Адаптер «bullet» обеспечивает надёжное соединение и компенсирует радиальную и осевую несоосность до 0,25 мм соединителей SMPM вилка, установленных на печатных платах. Он является ключевым элементом при создании компактного соединения плат и модульных конструкций, так как его длина определяет расстояние между соединяемыми печатными платами. Поэтому для уменьшения расстояния между соединяемыми платами зарубежные компании стремятся максимально уменьшить длину адаптера «bullet» (см. табл. 3) [1, 7, 8].

Рекордсменом в области миниатюризации адаптеров «bullet» является компания SV Microwave/Amphenol [7–9].

В 2017 году эта компания сообщила о создании адаптера «bullet» с длиной корпуса всего 2,48 мм, обеспечивающего соединение плат, отстоящих друг от друга на расстояние 3 мм (мин. 2,88 мм, макс. 3,0 мм), для устройств с высокой плотностью компоновки. Однако, в отличие от стандартных адаптеров «bullet» розетка-розетка, разработанный компанией SV Microwave/Amphenol микроминиатюрный «bullet» является адаптером вилка-вилка. Это обусловлено конструктивной и технологической сложностью создания цанговых контактов розетки при таких малых размерах адаптера.

Конструкция адаптера вилка-вилка показана на рис. 5а [8].

Применение этого адаптера для соединения печатных плат потребовало полностью изменить конструкцию и технологию соединения. Были разработаны корпуса вилок (без изоляторов и цанговых центральных проводников), имитирующие интерфейсы полного защёлкивания и скользящего соединения, называемые Shroud: Shroud FD (Full Detend – полное защёлкивание) и Shroud SB (Smooth Bore – скользящее соединение). Корпуса Shroud изготовлены из пассивированной нержавеющей стали и имеют резьбовые отверстия для крепления винтами на печатные платы (см. рис. 5б,в) [7–9].

Shroud для скользящего соединения устанавливают на одной печатной плате, а Shroud для полного защёлкивания – на противоположной. Процесс соединения плат иллюстрируют рис. 6а, 6б.

Для работы с адаптером «bullet» компания SV Microwave/Amphenol разработала специальный инструмент № 500-80-014 (см. рис. 6в). При соединении плат центральный проводник адаптера «bullet» непосредственно контактирует с микрополосковыми линиями печатных плат. Скользящее соединение обеспечивает лёгкое рассоединение плат без применения специального инструмента. Поэтому при рассоединении плат адаптер «bullet» остаётся на плате соединённым с Shroud FD (для полного защёлкивания).

Соединение плат, расстояние между которыми 3 мм, при помощи адаптера «bullet» компании SV Microwave/Amphenol имеет следующие электрические параметры:

  • рабочий диапазон частот DC…40 ГГц;
  • КСВН в диапазоне частот DC…18 ГГц – 1,10, в диапазоне частот 18...40 ГГц – 1,30; 
  • величина вносимых потерь 0,30 дБ на частоте 18 ГГц и 0,60 дБ на частоте 40 ГГц. 

Предложенное соединение обеспечивает указанные электрические параметры при осевом смещении Shroud и адаптера до 0,127 мм и радиальном смещении – до 0,18 мм при минимальном межцентровом расстоянии между соседними соединителями 3,81 мм. Допустимое количество соединений и рассоединений – 500. Рабочий диапазон температур от –65°C до +165°C. Такое соединение не требует операции пайки, и поэтому не повреждает платы и обеспечивает низкие усилия соединения и рассоединения плат.

Соединение плат с минимальным расстоянием между ними (3 мм) идеально подходит для использования в приложениях с высокой плотностью размещения печатных плат.

Заключение

Представленная в данной статье информация о соединителях компании SV Microwave/Amphenol является примером активной работы ведущих зарубежных компаний по совершенствованию радиочастотных соединений. Основная цель этой публикации – показать отечественным разработчикам одно из направлений работ в этой области.

Литература

  1. Джуринский К.Б. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры / под ред. д.т.н. А.А. Борисова. СПб.: Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», 2014. 426 с.
  2. Microwave Gilbert® Push-on Interconnects – Corning // URL: https://www.corning.com.
  3. Джуринский К.Б. Соединители SMP с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам // Электроника НТБ. 2021. № 8.  С. 88–90, 92, 94, 96, 98–100.
  4. Weirback A. High density coaxial interconnect solution for space applications requiring high electrical stability. Huber+Suhner Astrolab, Inc. // URL: https://escies.org.
  5. New Products | SV Microwave // URL:  https://www.svmicrowave.com
  6. Threaded SMPM Connectors and Adapters SV Microwave // URL:  https://www.svmicrowave.com.
  7. SV’s New 3mm Board-to-Board Interconnect // URL:  https://www.svmicrowave.com
  8. Amphenol/SV Microwave 3mm Board-to-Board Interconnects // URL:  https://www.mouser.com.
  9. Board-to-Board Connectors Product Roundup // URL:  https://connectorsupplier.com.

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

25.12.2021 1279 0
Комментарии
Рекомендуем
Модель потенциального рассеяния в задаче диагностики слоистых диэлектриков

Модель потенциального рассеяния в задаче диагностики слоистых диэлектриков

Для решения ряда практических задач, связанных с идентификацией дефектов и повреждений в материалах, установлением состояния конструкций, выявлением неоднородностей в оптически непроницаемых средах и визуализацией их структуры, необходимо обрабатывать информацию, полученную дистанционно, что предусматривает оценку материальных параметров объектов исследования и установление их пространственного распределения. В отличие от математической теории обратных задач рассеяния, которая направлена главным образом на доказательство теорем о существовании и единственности решения, важное прикладное значение имеет разработка вычислительных процедур, которые позволят найти параметры рассеивателей при реальных условиях проведения измерений. Целью статьи является повышение эффективности средств оценивания параметров неоднородных сред по известному распределению рассеянного электромагнитного поля путём решения обратных задач рассеяния. Рассмотрен метод решения обратной задачи рассеяния по коэффициенту отражения для многослойных структур без потерь, высокая точность которого достигается за счёт конечного количества коэффициентов решений Йоста, что позволило избежать вычислений коэффициентов безграничных тригонометрических последовательностей в элементах матрицы рассеяния. Полученные результаты позволили осуществить оценку количества слоёв диэлектрической структуры, установить диэлектрическую проницаемость и ширину каждого слоя по значениям комплексного коэффициента отражения, который известен по результатам измерений на дискретном множестве частот в ограниченном диапазоне. Это дало возможность анализировать диэлектрические материалы неразрушающим методом и идентифицировать расслоение и отклонения параметров слоёв от технологически заданных значений. Разработан метод определения распределения диэлектрической проницаемости вдоль поперечной координаты в диэлектрических плоскослоистых структурах, и развитые алгоритмы идентификации поверхностей раздела по коэффициенту отражения нормально падающей плоской волны использованы как процедуры обработки сигналов в средствах подповерхностной радиолокации, что позволило избежать ложного обнаружения неоднородностей при анализе структуры сред.
04.07.2025 68 0

ООО «ИнСАТ» ИНН 7734682230 erid = 2SDnjd5pUmj
ООО «ИнСАТ» ИНН 7734682230 erid = 2SDnjbxbMrV
  Подписывайтесь на наш канал в Telegram и читайте новости раньше всех! Подписаться