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

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).

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:

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.

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).

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.

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

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

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

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:

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):

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):

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):

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).

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).

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

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