ВЧ-разъемы: классификация, применение, особенности
Для передачи сигналов высокой и сверхвысокой частоты используются коаксиальные кабели, являющиеся основой антенно-фидерных трактов и подобных им систем
Для передачи сигналов высокой и сверхвысокой частоты используются коаксиальные кабели, являющиеся основой антенно-фидерных трактов и подобных им систем. Для подключения кабеля к оборудованию, соединения его отрезков нужно использовать соответствующие ВЧ-разъемы. Они представлены множеством классов, от правильности выбора зависит стабильность работы всей коммуникационной линии.
Конструктивные особенности
Классическая конструкция высокочастотного разъема состоит из двух элементов:
- штекер;
- гнездо.
На первом можно обнаружить штыревой контакт, соединяемый с ответной гнездовой контактной группой. Дополнительно могут использоваться вспомогательные элементы, позволяющие максимально надежно закрепить деталь на кабеле или коммутационной панели, исключить ослабление фиксации, вызванное физическими нагрузками, вибрациями.
Общая классификация
Вне зависимости от конкретной серийной принадлежности, все высокочастотные разъемы можно разделить по следующим признакам:
- Тип. Штекерные или гнездовые. Первые в американской классификации обозначаются как “male”, вторые – как “female”.
- Полярность. Прямая полярность предполагает, что “male” – это штыревой разъем, а “female” – гнездовой, но на некоторых элементах действует обратный принцип. В таком случае принято говорить о реверсивной полярности.
- Конфигурация корпуса. Он может быть прямым либо угловым. Этот показатель влияет, в первую очередь, на удобство подключения, позволяет рационально использовать все доступное пространство на коммутационной панели, добиться высокой плотности коммутации. Например, для плотной компоновки лучше подойдут прямые разъемы, а для выраженной защиты кабеля от перегибов – угловые.
- Технология фиксации центрального контакта. Деталь крепится на главной кабельной жиле методом пайки, либо обжимом. Первый метод считается технически более сложным, однако, сложность компенсируется прочностью крепления, элемент оказывается максимально устойчивым к внешним механическим нагрузкам.
- Спецификация. Элементы могут применяться для подключения кабеля к оборудованию, взаимного соединения двух устройств и выполнения других задач. К специализированной группе относятся миниатюрные элементы, располагаемые не на коммутационных панелях, а непосредственно на печатных платах.
- Материал. В основном при изготовлении используются латунные сплавы и полимеры, выполняющие функции изоляторов. На модифицированных разъемах, ориентированных на наиболее ответственные соединения, жесткие эксплуатационные условия, однако, можно увидеть специальные напыления, улучшающие электрическую проводимость и обеспечивающие коррозионную стойкость.
Важный момент – способ закрепления разъема на кабеле. Существует два основных метода:
- Прижим. На зоне, контактирующей с проводом, располагается резьбовая втулка из металла. При вкручивании в корпус она создает давление, обеспечивающее надежность крепления. Основной плюс такого метода – простота, нет необходимости в дополнительном инструменте, все манипуляции осуществимы вручную, без лишних затрат времени. Главный минус – нехватка прочности, прижимные разъемы лучше использовать на кабельных линиях, не подверженных механическим воздействиям, статичным и стабильным.
- Обжим. На втулке-фиксаторе нет резьбы, для ее закрепления на проводе придется воспользоваться кримпером, специальным инструментом, напоминающим клещи. Такой алгоритм чуть сложнее, однако, сложность компенсируется надежностью – даже при постоянных колебаниях, смещениях, вибрациях провода можно не опасаться его отсоединения от разъема.
При классификации учитываются и основные технические параметры соединительных элементов, поддерживаемые диапазоны частот, волновое сопротивление, КСВН. При их подборе нужно руководствоваться особенностями дальнейшей эксплуатации детали, для стандартных бытовых и коммерческих линий связи подойдут детали с усредненными характеристиками, для специализированных, измерительных лабораторных – исключительно наиболее качественные.
Серийная типология
От серии высокочастотного разъема зависит его конструкция, технические параметры, область эксплуатации. Наиболее распространенными являются следующие группы:
- BNC. Элемент с соединением типа “байонет”, фиксация достигается небольшим поворотом. BNC – разработка, успешно используемая уже несколько десятилетий, подходящая даже для коммуникационных линий, подверженных внешним воздействиям, байонет исключает ослабление, гарантирует надежность, плотность электрического и физического контакта. При 50-омном сопротивлении, однако, такие разъемы поддерживают только сигналы частотой до 4 ГГц, что уже не слишком соответствует актуальным стандартам связи.
- TNC. Развитие предыдущего разъема, байонет уступил место резьбе, что несколько усложняет манипуляции, однако, увеличивает прочность крепления. Поддерживаемая частота сигнала при приеме или передаче – до 11 гигагерц.
- F. Разъемы, широко распространенные в быту, используемые, например, для подключения к телевизору или телевизионной приставке антенного кабеля. Конструктивно они очень просты, для фиксации на кабеле предусмотрена гайка, а основная жила выполняет функцию штекера. Такое решение упрощает подключение и уменьшает цену, однако, совершенно не подходит для ответственных линий, даже небольшого внешнего воздействия достаточно для потери плотности соединения, проблем с приемом и передачей сигнала.
- FME. Развитие предыдущего разъема, ориентированное на компактное оборудование. Как и F, FME может использоваться для приема и передачи сигналов, частота которых не превышает 2 гигагерц. Важная отличительная особенность FME – подвижность гнезда, возможность его вращения на 360 градусов и окончательной фиксации накидной гайкой. Это позволяет добиться идеальной конфигурации соединительной области, сэкономить место, увеличить плотность коммутации, исключить опасные перегибы кабеля.
- UHF. Разработка, датированная еще 30-ми годами минувшего столетия. В последнее время встречаются редко, основная причина – серьезные частотные ограничения, а также непостоянство сопротивления, из-за чего сигнал может искажаться. Их применение возможно только в нетребовательных системах, рабочая частота которых не превышает 300-400 мегагерц. Их развитие – Mini-UHF, более компактные разъемы, поддерживающие частоты вплоть до 2 гигагерц. Проблема “плавающего” импеданса, впрочем, не решена и в них.
- MCX и MMCX. Микроминиатюрные разъемы, предназначенные для размещения на печатной плате. Несмотря на малые габариты, они вполне надежны, укомплектованы защелками-фиксаторами, плотно удерживающими подключенный кабель, что исключает трудности с приемом и передачей. Обе разработки принадлежат к числу новейших, появились только в 90-е годы минувшего столетия.
- N. Очень популярные разъемы, надежные, простые в эксплуатации. Монтаж возможен различными способами, от простого прижима до пайки. На 100% соответствуют требованиям, предъявляемым к современным коммутационным линиям, поддерживают частоты вплоть до 18 гигагерц, что соответствует сотовым сетям, поддерживающим высокоскоростную передачу сигнала.
- SMA и RP-SMA. Миниатюрные разъемы. Для первого характерна прямая полярность, для второго – обратная. Несмотря на малые габариты, они поддерживают сигналы частотой до 18 гигагерц, могут использоваться на наиболее ответственных линиях.
- SMB. Развитие SMA. Фиксация обеспечивается не вращением гайки, а специальным механизмом типа “snap-on”. Он характеризуется простейшим принципом подключения “plug-and-play”, не требует дополнительных манипуляций, идеально подходит для работы в условиях ограниченного пространства и на панелях с высокой плотностью коммутации.
- SMC. В отличие от SMB, имеет расширенный диапазон рабочих частот, используется для передачи сигнала в 11 гигагерц. Лимит SMB – 4 гигагерца.
К группе наиболее габаритных относятся разъемы класса 7/16. Первая цифра в данном случае указывает на диаметр центральной жилы, 7 миллиметров, вторая – оплетки. Столь массивные кабели применяются в системах, к надежности которых предъявляются особо жесткие требования, позволяют подключать высокопроизводительное оборудование, вплоть до базовых станций сотовой связи.
Также можно отметить высокочастотные разъемы типа FAKRA, разработанные для нужд автомобилестроения, машиностроения, станкостроения, областей, где требуется максимальная защита от физических воздействий и вибраций. Они базируются на стандарте SMB, так что частота передаваемого сигнала ограничена 6 гигагерцами, однако, укомплектованы крупным корпусом из технологичного полимера, что и обеспечивает требуемую прочность.