Отечественная и зарубежная техническая информация о радиочастотных соединениях. Терминология и не только

Соединитель или разъём?

В любой радиоэлектронной аппаратуре используется большое количество соединений между элементами печатной платы, между радиочастотным кабелем и выводом энергии, между выводами энергии. За рубежом поступают просто: всё, что является средством соединения, обозначают словом connector – соединитель.
В отечественной литературе не только менеджеры (им простительно), но и специалисты применяют слово разъём. Термин «соединитель» определяется ГОСТ 21962-76 «Соединители электрические. Термины и определения»: «Соединитель – электромеханическое устройство для осуществления соединения электрических проводников». Обычно он состоит из вилки и соответствующей ей розетки. Часто вилку и розетку называют соответственно словами «папа» и «мама». Эти названия не являются официально признанными терминами, поэтому такое словоупотребление ненормативно, и их применение в технической литературе неприемлемо [1].

Рассмотрим соединители на примере широко применяемых соединителей типа SMA – рис. 1.

На рис. 1 показана часть соединителя, которую можно считать разъёмом. Остальная часть соединителя служит для установки радиочастотного кабеля или для соединения с печатной платой.

Вилка или розетка?

И в отечественной, и в зарубежной литературе вилка и розетка – это обозначения мужского или женского «пола» (gender) соединителя. Отсюда и зарубежные: вилка – male, plug, розетка – female, jack, socket. Cоединение вилки и розетки – (plug and jack connection.

Законченная конструкция соединителя представляет собой сочетание пары «вилка и розетка». Принято считать, что вилка – это часть пары, которая имеет штыревой центральный контакт (pin, male), а розетка – гнездовой контакт (female, socket). Это не вызывает сомнений в случае соединителей, выполненных с резьбой на корпусе. Существует и другое определение «пола» соединителя. «Пол» определяется не видом центрального контакта: штырь или гнездо, а исключительно видом резьбы на корпусе соединителя. Согласно этому все резьбовые радиочастотные соединители с внутренней резьбой на корпусе являются соединителями «вилка», а с резьбой на внешней части корпуса – соединителями «розетка», независимо от их полярности [2].

Однако с появлением микроминиатюрных соединителей SMB и SSMB, MCX, MCX, MMCX, SMP и др., в которых вместо резьбового соединения вилки и розетки выполнено соединение защёлкиванием (snap-on), понять, какая часть вилка, а какая – розетка, стало непросто. Вилкой обычно называют подвижную часть соединения пары вилка – розетка, и поэтому вилка может иметь гнездовой контакт, а розетка – штыревой центральный контакт. В качестве примера на рис. 2 показан соединитель компании AEP №2002-1541-009: «SMВ / Female plug straight for cable 0,085²» – SMB прямая вилка с гнездовым центральным контактом, предназначенная для работы с полужёстким кабелем 0,085 [2].

Однако другие компании, например Rosenberger, Telegartner, придерживаются традиционного определения вилки как соединителя со штыревым контактом.

Внутренний проводник коаксиальной линии соединителя

Внутренний проводник коаксиальной линии соединителя представляет собой либо гнездовой контакт с упругими ламелями (socket contact with lamellas), либо штыревой контакт (pin contact). Однако первые измерительные соединители, например, 14 mm (GR900), 7 mm (APC-7) были разработаны с одинаковыми внутренними подпружиненными контактами вилки и розетки, поэтому «пол» соединителей вилки и розетки был одинаков. За рубежом такие соединители назвали hermaphrodite (гермафродиты), sexless (бесполые). Но нельзя это применять в отечественной технической литературе. У нас есть своё правильное название таких соединителей – униполярные соединители.

Как только не называют зарубежные разработчики созданные ими контакты соединителей. Билл Олдфилд для соединителей с предельной частотой 145 ГГц предложил сделать гнездо с наружным диаметром 0,35 мм без прорезей и с очень тонкой стенкой, а штырь увеличенного диаметра сделать разрезным (с ламелями) с шириной прорезей 0,05 мм – рис. 3 [3, 4]. Этот контакт он назвал the lobster claw («коготь омара»). 

А другой свой оригинальный контакт для соединителей мм-диапазона длин волн (с предельной частотой 60 ГГц) Билл Олдфилд назвал
«арбузное семечко» (a watermelon seed contact). Ему простительно, так как он был выдающимся создателем радиочастотных соединителей.

«Пол» и полярность радиочастотного соединителя

Правильная идентификация радиочастотного соединителя включает в себя определение двух независимых друг от друга понятий: «пол» и «полярность». После определения «пола» соединителя можно установить его полярность. Подчеркнём, что для соединителей понятия прямая и обратная полярность относятся только к интерфейсу их центрального проводника, но не к полярности сигнала. Более того, нет никакой разницы в электрических параметрах стандартных соединителей и их аналогов обратной полярности. Термин «обратная полярность» (reverse polatity – RP), по сути, означает только смену «пола». Из-за этого нередко возникает путаница, так как обычно подразумевается, что это электрическая полярность.

Для определения полярности надо посмотреть на центральный проводник соединителя. Если центральный проводник штыревой, то соединитель –
вилка. Если центральный проводник гнездовой, то это розетка. При совпадении «пола» соединителя, определённого по виду резьбы на корпусе, и по виду центрального проводника соединитель имеет стандартную полярность, если совпадения нет – обратную полярность.

Подведём итоги:

• стандартный соединитель вилка прямой полярности имеет корпус с внутренней резьбой и штыревой центральный проводник;
• соединитель вилка обратной полярности имеет корпус вилки и гнездовой центральный проводник;
• стандартный соединитель розетка прямой полярности имеет корпус c наружной резьбой и центральный гнездовой проводник;
• соединитель розетка обратной полярности имеет корпус розетки и штыревой центральный проводник.

Таким образом, резьбовые соединители обратной полярности и стандартные соединители имеют одинаковые корпуса, но центральный проводник в них изменяется на противоположный: штыревой контакт в розетке обратной полярности и гнездовой контакт в вилке обратной полярности.

Соединители обратной полярности имеют и второе название – реверсивные соединители (RP connectors – reverse polarity connectors).
В качестве примера на рис. 4 показаны соединители SMA вилка и розетка стандартные (прямой полярности) и реверсивные (обратной полярности) [4].

Адаптер или переход?

Переходное устройство с различным сочетанием соединителей розетка и вилка для одного или разных сечений коаксиального канала называют в зарубежной технической литературе адаптером (adaptеr), в отечественной литературе – переходом, переходником. Адаптеры применяют для электрической связи радиотехнических устройств, имеющих на выходе соединители в случаях, когда эти соединители отличаются друг от друга:

• размерами коаксиального канала;
• типом разъёма: розетка или вилка;
• способом соединения с ответной частью: резьбовое, байонетное, защёлкиванием или униполярное;
• видом резьбы на корпусе: метрическая или дюймовая.

Кроме того, адаптеры применяют для предохранения выходных соединителей от износа и поломки в процессе настройки радиотехнического устройства, если требуются многократные соединения и рассоединения устройства [6].

Набор адаптеров одного сечения канала называют одноканальными (in-series adapters), разных сечений – межканальными (between-series adapters).
Переходы, переходники применяют в вышеперечисленных случаях, но они могут выполнять и другие функции: коаксиально-полосковые переходы, коаксиально-микрополосковые переходы, коаксиально-волноводные переходы, которые конструктивно и по назначению отличаются от адаптеров. Поэтому целесообразно было бы называть переходные устройства для измерений адаптерами, а все остальные переходные устройства – переходами.

Кабельная сборка или кабель?

Термин «cable assembly» пришёл к нам из зарубежной технической литературы, где уже давно используется в стандарте МЭК (Международной электротехнической комиссии) [7]. В этом стандарте приведено следующее определение кабельной сборки: «Кабельная сборка – сочетание кабеля и соединителя(ей) с дополнительной защитой и маркировкой либо без них, имеющее установленные тех нические характеристики». Однако в отечественном классификаторе ЕСКД термин «кабельная сборка» отсутствует. Поэтому в конструкторской документации приходится использовать разрешённый классификатором термин «кабель» (код классификационной характеристики 685671). Это приводит к смысловой несуразице – кабель, изготовленный из кабеля – рис. 5.

Вполне очевидно, что уже давно назрела необходимость введения в классификатор ЕСКД термина «кабельная сборка».

Отечественные стандарты в области радиочастотных соединителей

Их всего три: ГОСТ 20465–85 «Соединители радиочастотные коаксиальные. Общие технические условия», ГОСТ РВ51914–2002 «Элементы соединения СВЧ трактов электронных измерительных приборов. Присоединительные размеры» и ГОСТ 13317–89 «Элементы соединения СВЧ трактов радиоизмерительных приборов. Присоединительные размеры». Эти ГОСТы давно уже не соответствуют международным стандартам как по параметрам соединителей, так и по методикам их измерения. В частности, за рубежом, а теперь уже и в нашей стране, КСВН и потери соединителей измеряют методом Back-to-Back – рис. 6 [8].

Были проблемы с введением в ГОСТ РВ51914–2002 коаксиального тракта 2,92/1,27 мм с диапазоном рабочих частот 0–40 ГГц, В нашей стране велись разработки модулей СВЧ в Ка-диапазоне частот. Ранее широко применявшиеся соединители типа SMA (тип IX по ГОСТ РВ51914–2002) с предельной частотой 18 ГГц и тип 3.5 мм с предельной частотой 33 ГГц уже не обеспечивали работу в Ка-диапазоне частот (0–40 ГГц). Для работы в этом диапазоне частот необходимы были зарубежные Ка-соединители, но их применение не было разрешено отечественным стандартом. И только благодаря совместным усилиям АО «Микран» и АО «НПП «Исток» им. Шокина» не так давно удалось добиться внесения этого канала в ГОСТ РВ51914–2002.

Заключение

Нет сомнения, что наши опытные разработчики изделий СВЧ-техники могли бы высказать и ряд своих замечаний. И это было бы на пользу делу. Может быть, последуют изменения
в лучшую сторону.

Литература

1. Электрический соединитель // URL: https://clck.ru/WctdT.
2. Джуринский К.Б. Радиочастотные соединители, адаптеры и кабельные сборки. М.: ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2018. 400 с.
3. Charles Tumbaga, Anritsu Co. 0.8 mm Connectors Enable D-Band Coaxial Measurements. Microwave Journal, 2019, № 3 (March).
4. Кищинский А.А., Джуринский К.Б. Твердотельные усилители СВЧ-диапазона. Новые радиочастотные соединители. М.: ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2022. 432 с.
5. Oldfield В. Backside Connections. Microwave Journal, 1997, March.
6. Джуринский К. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. Соединители, коаксиально-микрополосковые переходы, адаптеры, СВЧ-вводы, низкочастотные вводы, изоляционные стойки, фильтры помех. М.: «Техносфера», 2006. 216 с.
7. IEC 60966-1 ed.2.0 (1999). International standard. Radio frequency and coaxial cable assemblies. Part 1: Generic specification – General requirements and test methods.
8. Microwave Products Division – Southwest Microwave// URL: southwestmicrowave.com.