Сравнение SMA разъемов радиочастотного и микроволнового диапазонов.

На протяжении многих лет разъемы SMA-типа применяются в производстве усилителей, переключателей, смесителей, осцилляторов, разнообразной измерительной аппаратуры, антенн и других устройств. Механические характеристики, применяемых в данных изделиях разъемов, обычно согласуются со стандартом MIL-C-39012, а интерфейсные с MIL-STD-348. В большинстве случаев, для стандартного пользователя, соответствие изделия указанным выше типам стандартов было бы достаточно, с точки зрения общих качественных характеристик продукта. Однако в последнее время, военные выставляют особые требования, «на порядок выше». Требования сводятся к дополнительной проверке изделий на влияние факторов окружающей среды. В первую очередь, на температурное воздействие. Подобные тесты выявляют «слабые стороны» готового изделия. Не редко такой «слабой стороной» бывают разъемы. Обычно, проблема характеризуется конструктивной недоработкой самого разъема. Это, в свою очередь, могло стать результатом плохой избирательности производителя готовой продукции при закупке разъемов.

Обычно за выбор комплектующих, при создании новых СВЧ-изделий, отвечает инженер-разработчик. В свою очередь, дизайнер-механик определяет типы корпусов закладываемых в изделие компонент. На данном этапе, определяется необходимость применения разъемов SMA-типа. Уже на протяжении многих лет, SMA разъемы остаются самыми востребованными на рынке электронной техники. Соответственно дизайнер привык закладывать в новые проекты ранее проверенный им тип разъема, популярность которых уже много лет не уменьшается. При этом электрические характеристики коннекторов все реже попадают в сферу его внимания. Следуем дальше. Отдел снабжения получает заявку и реализует поиски, в основном ориентируясь на рыночную цену комплектующих деталей. Вот так, практически на ровном месте, может получиться проблема. Готовое изделие попадает к техникам, которые занимаются настройкой и тестированием конечного продукта. Наступает время проверить дарвиновскую теорию «естественного отбора». Только в данном случае, это относится к «отбору» среди техников, по типу: кто из них сможет претендовать на звание профессионала (соответственно, остальные попадут в разряд «любителей»)! Смысл отбора, в конечном итоге, сведется к одному моменту: сможет ли техник настроить устройство. Сможет ли он локализовать проблемный разъем, и соответственно забраковать его?

Уже давно существует производство высокопроизводительных разъемов SMA-типа. Новое исполнение было разработано инженерами, специализирующимися в СВЧ области. Стандартный SMA разъем, в свое время, был тоже создан «инженерами-СВЧистами». Но за время, когда «каждый, кому не лень» производитель, делал копию популярного коннектора, и при этом старался максимально удешевить его производство, характеристики оригинальной разработки были практически утеряны. Главной «характеристикой» стала цена. При этом электрические показатели больше соответствовали радиочастотному диапазону. Некоторое время назад, в продаже даже были тестовые наборы для отборки коннекторов. В настоящее время, они больше не продаются, а SMA разъемы «старого образца», благодаря массовому копированию, были отнесены к семейству радиочастотных, «нового образца» - к семейству СВЧ.

«Радиочастотный» SMA-разъем, эксплуатирует лишь свои механические свойства. Он прост и дешев в производстве, и отличается следующими конструктивными характеристиками: внутренняя стенка корпуса – прямая, форма PTFE-диэлектрика – прямая, центральный контакт – в виде «тюльпана» (что подразумевает поддержание давления на диэлектрик!). Далее, отверстия фланца (во фланцевом исполнении) пробивные, что деформирует фланец. А деформированный фланец, при объемах заводской штамповки, выливается в побочное явление в виде воздушных полостей, нарушающих проводимость внешнего проводника, что сказывается на уменьшении уровня сигнала.

СВЧ SMA-разъем производят с высокой точностью, чтобы максимально улучшить производительность СВЧ компонента в целом. Внутренняя стенка корпуса – ступенчатая, соответствующая ступенчатой форме центрального проводника. Форма PTFE-диэлектрика также ступенчатая, соответствующая форме внутреннего строения корпуса и форме центрального проводника одновременно. Центральный проводник усаживается на эпоксидный клей, что не приводит к излишнему давлению на диэлектрик в процессе сборки и эксплуатации. Итак, в конечном итоге, новая форма дизайна, позволяет минимизировать изменения физических характеристик при неадекватном температурном воздействии окружающей среды. Идеально ровная поверхность фланца (во фланцевом исполнении) дает максимальный контакт с поверхностью корпуса и обеспечивает герметичность соединения. Как результат, минимальные потери отражения и минимальная потеря уровня сигнала вообще.

В полноценно разработанном СВЧ коннекторе существует много других специфических решений, влияющих на эффективность его работы. В идеальном исполнении, качественные характеристики изделия и ценовые составляющие, должны быть в оптимальном сочетании, то есть решение проблемы «золотой середины». Цель достигается благодаря качественному внедрению инноваций, которые улучшают технические свойства изделий, и как следствие, уменьшают зависимость изделий от воздействия факторов внешней среды, и уменьшающих степень отклонения главных характеристик изделия в процессе производства, при переходе от очередной партии к последующей (то есть при запуске новой партии производства).

Визуальные методы контроля качества разъемов реально не могут обнаружить отклонения от норм в процессе производства. Если контроль основан на методах, определенных в стандартах MIL (то есть на соответствии норме физических размеров изделия), то это будет только на руку «радиочастотным разъемам», благодаря достаточно большому разбросу параметров. В производстве же СВЧ разъемов, такой разброс уже совсем не позволителен, и может привести к разбалансировке системы.

Разработчики СВЧ разъемов пытаются решить две цели. Во-первых, правильно рассчитать компенсационные характеристики диаметров «переходов». Во-вторых, создать необходимые условия для того, чтобы при воздействии внешних факторов, в процессе эксплуатации в агрессивной среде, характеристики изделия никак не ухудшались. При применении в производстве конструкции контакта типа «тюльпан» второй цели добиться будет практически не возможно.

Формирование и особая обработка поверхности контакта гнезда - еще один важный фактор, определяющий критичные параметры конечного изделия. Энергия, обычно, передается по всей поверхности гнезда, то есть неконтролируемо. Гнездо имеет коническую форму, что приведет к негативным последствиям (деформациям, разломам, стиранию золотого напыления), с одной стороны. А, с другой, делать гнездо абсолютно правильной формы, в соответствии с требованиями MIL спецификации, не есть правильно тоже.

От внимания не должны ускользать и другие нюансы. Например, задаются особые параметры для конкретного проекта, которые требуют соответствие изделия более жестким характеристикам эксплуатации, чем стандартные требования военных. Вероятнее всего, для таких программ будет определяться особый способ достижения заданных целей.

Опытные разработчики иногда сами допускают ошибку в расчете коэффициента потерь разъема. В большинстве случаев, минимизировать КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) на коаксиальном входе аппаратуры очень тяжело. В среднем, КСВН составляет 1.6:1 (потери отражения 12.75 dB). Это приводит к поспешному выводу, что 1.3:1 разъема будет более чем достаточно. Такое заключение делается при сравнении коэффициентов потерь 1.1:1 с 1.3:1.

КСВН Уменьшение уровня сигнала

1.1:1 0.010 dB

1.3:1 0.075 dB

----------------------------

Разница 0.065 dB

Показатель 0.065 dB находится в пределе допустимого колебания прецизионного анализатора спектра. Но если хоть у одного разъема цепи коэффициент обратных потерь будет 1.6:1, то «сюжет» картины поменяется полностью.

КСВН разъема КСВН цепи КСВН общее Уменьшение уровня сигнала

1.3:1 1.6:1 2.08:1 0.569 dB

1.1:1 1.6:1 1.76:1 0.343 dB

----------------------------

0.226 dB

Уменьшение уровня сигнала на 0.226 – это уже реальный повод для отказа от приемки изделия заказчиком. О последующих дополнительных затратах, связанных с заменой оборудования, говорить не приходится.

Разница в цене между ВЧ и СВЧ разъемами составляет приблизительно 20% на единице, для партии в 1000 шт. Для разработчика, улучшение характеристик изделия на 0.2 dB, при замене ВЧ разъема на СВЧ, обошлось бы в незначительную сумму. А сколько бы вы согласились заплатить за возможность улучшить параметры своего изделия на 0.2 dB? Десятки или сотни?

Если разработка вашего изделия уже завершена, и у вас уже налажено производство, сколько бы вы смогли сэкономить времени на настройке, если бы просто заменили ВЧ SMA разъем на СВЧ SMA? Опять же, десятки или сотни? А если заказчик возвращает готовое изделия только лишь по той причине, что входные потери на 0.1dB больше нормы, то о размере вашей экономии можно только догадываться.

Применение СВЧ разъемов в оборудовании, работающем в диапазоне свыше 5 ГГц, позволит без ощутимых затрат существенно улучшить характеристики оборудования. Если решение о закупке принимает отдел закупок, то вам, как разработчику, следовало бы обратить внимание ответственных лиц на разницу между ВЧ и СВЧ SMA разъемами.