Pull to refresh

Резьбовые СВЧ разъёмы до 40 ГГц (коаксиально-полосковые переходы)

Reading time5 min
Views6.6K

Перед введением

Привет! Меня зовут Олеся, я СВЧ инженер. Вообще я разрабатываю СВЧ устройства, но особое внимание всегда уделяю коаксиально-полосковым переходам (КПП). Во-первых, потому что это важная часть устройства, которой, к сожалению, мои коллеги иногда уделяют недостаточно внимания, а во-вторых потому, что мне нравятся разъёмы. Я уже писала, и не устану повторять: я настоятельно рекомендую разработчикам делать тестовые платы с разъёмами на первом этапе проектирования (именно с теми разъёмами, которые будут потом в модуле/устройстве и именно с такой же платой - тип подложки, толщина, тип линии). Автор этой статьи leka_engineer (эта статья, возможно, скопирована с Хабра). Написать мне лично можно в сообщениях в ВК или в телеграме leka_engineer.

В этой статье речь не пойдёт о кабельных разъемах, только о блочных и разъёмах на плату типа 2,92 мм. Также до 40 ГГц работают разъёмы типа SMP. Если вам интересна будет статья про SMP, пишите мне в комментариях. А пока можете почитать вот эту статью К. Б. Джуринского (кстати ссылка на неё, как и на многие другие полезные материалы по СВЧ есть в моём в телеграм-канале, ссылка на канал тут).

Введение

В последнее время (и это не просто распространённое вводное словосочетание, которому нас научили ещё во время учёбы) коллеги всё чаще разрабатывают устройства, работающие на частотах выше и выше - до 40 и 50 ГГц. Некоторые из коллег, так как у меня есть уже кое-какая аудитория в И*** и тут, спрашивают меня о решениях в части коаксиально-полосковых переходов. Да и у меня самой есть проекты на такие частоты. Поэтому я решила поделиться с публикой своими знаниями в части высокочастотных соединителей, а также показать результаты измерения собранной оснастки.

Тут я считаю нужным напомнить читателю, что максимальная рабочая частота разъёма - это теоретическая предельная частота интерфейса (коаксиала). Я уже писала про разъёмы и коаксиально-полосковые переходы. Очень рекомендую статью К.Б. Джуринского. Все инженеры знают, что разъёмы типа 2,92 мм специфицированы до 40 ГГц, а 2,4 мм до 50 ГГц (для моего удобства я далее буду писать только про разъёмы типа 2,92, они более распространённые, и я сама с ними больше работала, кроме того они удобны тем, что стыкуются с разъёмами типа 3,5 мм и SMА).

Блочные разъёмы конструкции типа фланец+гермоввод

Блочные фланцевые разъёмы типов SMA и N в качестве диэлектрика имеют фторопласт, и инженеру понятно, как сделать стандартное посадочное место в стенке корпуса. Воздушные разъёмы могут вызывать затруднения с первого взгляда. Рассмотрим конструкцию, показанную на рисунке 1: переход состоит из разъёма и гермоввода (МК100а например).

1. Разъём ПКМ2-40 (фото с сайта Микран) и гермоввод (картинка из интернета)
1. Разъём ПКМ2-40 (фото с сайта Микран) и гермоввод (картинка из интернета)

Гермоввод монтируется в стенку корпуса, на него надевается разъём (центральный штырь во фланце розетки имеет цанги с двух сторон, с одной для вилки, с другой для центрального контакта гермоввода). Сечение стенки показано на рисунке ниже:

2 Фланец + гермоввод
2 Фланец + гермоввод

Очевидно, что чем выше рабочая частота, тем важнее точное изготовление посадочного места для гермоввода. Кроме того на перфоманс будет, очевидно, влиять тип линии передачи (микрополосок/копланар), а также топология платы. Логично, что чем меньше будет разница ширины печатного полоска и диаметра штыря гермовоода, тем меньше будет отражение.

Ниже я хочу показать вам результаты измерения разъёмов Микран, которые мы купили для своего проекта. Перед этим важно обратиться к приложению В руководства. Производитель показывает, как они тестируют свои разъёмы. Так как плат может быть бесчисленное количество вариаций и строго говоря, некорректно оценивать сам разъём совместно с печатной платой, они соединяют два разъёма с помощью гермоввода.

3. Чертеж из приложения В руководства Микран (КМПП=разъём)
3. Чертеж из приложения В руководства Микран (КМПП=разъём)

Результат измерений к сожалению приводится для фланцев на 2,4 мм (хотя это не совсем корректно, ведь гермоввод МК100а следует применять только до 40 ГГц).

4. Зависимость КСВ от частоты из руководства Микран (два фланца 2,4 мм и гермоввод МК100а)
4. Зависимость КСВ от частоты из руководства Микран (два фланца 2,4 мм и гермоввод МК100а)

Мы собрали такую же конструкцию для тракта 2,92/0,91 мм: два фланца ПКМ2-40-14Р и гермоввод МК100, и я отправилась измерить КСВ в Санкт-Петербургский офис Роде и Шварц. Тут автор обязательно благодарит сотрудников РШ. Измерения проводились на ZNA 43,5 ГГц. Порт ВАЦ был скалиброван на отражение, в порт был вкручен DUT, далее прецизионный переход вилка-вилка 2,92 мм, далее нагрузка из калибровочного набора ZN-Z229.

5 ZNA и DUT thru (читабельный график будет ниже)
5 ZNA и DUT thru (читабельный график будет ниже)

Кроме того для оценки возможных параметров КПП была изготовлена тестовая плата с микрополосковой линией на подложке толщиной 0,2 мм методом фрезеровки.

6 ZNA и DUT line (читабельный график будет ниже)
6 ZNA и DUT line (читабельный график будет ниже)

На рисунке 7 - фотография измеряемых сборок (эта статья написана на Хабр автором leka_engineer)

7 Измеряемые сборки
7 Измеряемые сборки

Результат измерений (для построения сохранённых s2p я использовала Cadence AWR DE, лицензионный). Никаких математических вычислений не производилось (можно считать, что представлен КСВ "на пару").

8 Результаты измерений - Частотные зависимости КСВ
8 Результаты измерений - Частотные зависимости КСВ

Важно отметить, что крайне важна точность изготовления посадочного места; моя плата может дать только примерное представление о перфомансе, так как изготовленная на заводе плата будет иметь более ровные края самого полоска, также на таких высоких частотах лучше использовать копланарный тип линии передачи, также я никак не изменяла топологию (не добавляла taper и т.п.).

Разъёмы с гермовводом также бывают с резьбой:

9 Типы корпусов: фланцевый и с резьбой
9 Типы корпусов: фланцевый и с резьбой

Известные автору фирмы, которые производят или продают подобные разъёмы: Микран, Huber+Suhner, Pasternack, Amphenol, Rosenberger, Southwest Microwave, Radiall, Амитрон Электроникс (планируют).

Я уже писала о важности аккуратного изготовления посадочного места для гермоввода: если не повторить точно все ступеньки, КСВ будет сильно выше ожидаемого. А вот у SWMW например продаются специальные фрезы.

Другие типы КПП

Таир предлагает вкручиваемую в корпус розетку без гермоввода (но из двух частей):

10 Розетка НПК Таир до 40 ГГц
10 Розетка НПК Таир до 40 ГГц

У Rosenberger я видела (похожие есть у других производителей, например и например) вертикальные разъёмы на плату серии Economic Solderless (похоже, пин должен немного продавить металлизацию на плате):

11 Вертикальные разъемы на плату Rosenberger с подпружиненным пином
11 Вертикальные разъемы на плату Rosenberger с подпружиненным пином

А вот похожего типа от Amphenol, но с подпружиненным пином (я почему-то решила, что у Розенбергеровских тоже пружинный контакт, но нигде не вижу об этом информации):

12 Amphenol Lite Touch
12 Amphenol Lite Touch
13 Краевые разъёмы на плату, не требующие пайки
13 Краевые разъёмы на плату, не требующие пайки

Нельзя не упомянуть ставшие нарицательными краевые тестовые разъёмы фирмы Southwest Microwave (например партномер 1092-01A-6). Такие же производит корейская фирма Gigalane, но стоят они так же, так что лучше купить "оригинал", я считаю. Также Амитрон Электроникс планирует продавать такого типа разъёмы (я участвовала в закрытом тестировании - справа на рис 13).

14 разъёмы без гермоввода
14 разъёмы без гермоввода

Пока что автор не встречал вживую воздушные типы переходов другого типа. Сейчас я веду переговоры насчёт опять же закрытого тестирования для Амитрона вот таких разъёмов (рис 14). Надеюсь, смогу сделать апдейт. Такого типа разъёмы есть у SWMW, например (обычно такая конструкция называется waveguide probe).

15 КПП SWMW
15 КПП SWMW

Ещё необычный вариант структуры КПП предлагает уже упомянутый SWMW: вместо гермоввода используется коаксиальная линия с фторопластом. Кстати, такие наборы "трубка из фторопласта и штырь" мы использовали для починки сломанных пинов у SWMW (и это оригинальное их применение, то есть так можно делать).

немного экзотических вариантов сомнительных конструкций
16 Rosenberger
16 Rosenberger
17 Rosenberger
17 Rosenberger
18 Amphenol
18 Amphenol
19 Pasternack
19 Pasternack
20 Huang Liang с рычагом для прижима
20 Huang Liang с рычагом для прижима

Спасибо за внимание! Читайте мои прошлый статьи, ищите меня в соцсетях

Tags:
Hubs:
Total votes 17: ↑16 and ↓1+21
Comments4

Articles