Высокомощные радиочастотные разъемы: выбор, температурные ограничения и руководство по установке

При постоянной мощности 1 кВт мощный радиочастотный разъем представляет собой термический и механический компонент, а не пассивный аксессуар. Первое решение заключается не в том, какая оболочка выглядит сильнее; это то, какую среднюю мощность, пиковую мощность, частоту, КСВ, температуру окружающей среды и кабельный интерфейс фактически представляет система. Разъем, рассчитанный на 500 Вт при 25°C, может быть ограничен вдвое мощностью внутри герметичного наружного корпуса при 70°C. Начните с пониженного энергопотребления, затем выберите интерфейс.

Начните с пониженного бюджета мощности

Полезный рейтинг — это средняя мощность, которую разъем может передать при наихудшей температуре окружающей среды, а не номер заголовка в кратком техническом описании. Средняя мощность нагревает центральный контакт, диэлектрик и внешний проводник. Пиковая мощность создает нагрузку на воздушный зазор и диэлектрик перед пробоем, особенно на высоте или при высоком КСВ. КСВ 2,0:1 отражает 11,1% прямой мощности, рассчитываемой как ((КСВН - 1)/(КСВН 1))^2; при 1 кВт, то есть 111 Вт возвращается через те же поверхности.

Прежде чем сравнивать семейства, проверьте четыре входа снижения номинальных характеристик: температуру окружающей среды внутри корпуса, высоту над уровнем моря, непрерывный и импульсный режим работы, а также размер интерфейса кабеля/разъема. Для импульсных систем используйте ширину импульса и рабочий цикл для расчета средней мощности, а затем сравните пиковое напряжение с запасом по пробою интерфейса. Разъем, который удобен при средней мощности 100 Вт, может выйти из строя при пиковой мощности 1 кВт, если диэлектрик и воздушный зазор не рассчитаны на него.

Для 50-омных систем средней мощности обычно используется интерфейс N-типа, но кривая снижения номинальных характеристик по-прежнему имеет решающее значение.

Серия коаксиальных радиочастотных разъемов N-типа Резьбовые разъемы N-типа 50 Ом и 75 Ом для радиочастотных систем средней мощности; Типы с сопротивлением 50 Ом охватывают диапазон частот постоянного тока до 18 ГГц и поддерживают множество кабельных интерфейсов. Посмотреть продукт →

Семейства разъемов, обеспечивающие высокую мощность

Мощность определяется геометрией, материалами и тепловым путем. Размеры интерфейса и методы испытаний стандартизированы в соответствии с IEC 61169 и MIL-STD-348, но номинальная мощность остается зависящей от производителя. Таблица ниже является вспомогательным средством для составления короткого списка, а не заменой рейтинга для вашей частоты и окружающей среды.

7-16 DIN часто выбирают, когда средняя мощность и пассивная интермодуляция имеют большее значение, чем размер. Тип N остается популярным, поскольку он подходит ко многим 50-омным системам и размерам кабелей. Не думайте, что меньший прецизионный интерфейс может передавать ту же мощность, что и больший, просто потому, что в обоих используются посеребренные контакты; масса центра контакта и диэлектрический объем различны.

Тепловой подъем, КСВН и ловушка снижения номинальных характеристик

КСВН — это не просто показатель обратных потерь. Отраженная мощность увеличивает потери и может повысить температуру разъема. На диаграмме показана рассчитанная доля отраженной мощности для обычных значений КСВ; это физика, а не кривая продукта.

При КСВ 3,0:1 отражается четверть прямой мощности. Эта отраженная волна может удвоить напряжение напряжения в некоторых точках и увеличить нагрев разъема и кабеля. Если система должна пережить наихудшее несоответствие, выбирайте размер разъема с учетом запаса отраженной мощности и напряжения, а не только номинальной номинальной нагрузки.

Интерфейс кабеля и качество сборки также влияют на тепловой результат. Кабельная сборка с низкими потерями и хорошо контролируемым припоем или компрессионным соединением отводит тепло от центрального контакта; плохой сустав концентрирует его.

Гибкая радиочастотная кабельная сборка со сверхмалыми потерями Гибкая сборка с сопротивлением 50 Ом обеспечивает целостность высокочастотного сигнала, обеспечивает низкие вносимые потери, стабильную фазу и варианты разъемов SMA, N-типа или TNC. Посмотреть продукт →

Геометрия интерфейса и контактная металлургия

Разъем высокой мощности имеет три тепловых пути: центральный контакт, диэлектрик и внешний проводник. Центральный контакт проводит ток и должен отводить тепло к ответному контакту и проводнику кабеля. Диэлектрик должен выдерживать напряжение без чрезмерных потерь. Внешний проводник проводит обратный ток и обеспечивает механическую опорную точку.

Покрытие снижает контактное сопротивление, но толщина, подложка и качество сопрягаемой поверхности имеют значение. Серебряное покрытие обычно обеспечивает низкие потери и высокую проводимость; золото обычно обеспечивает устойчивость к коррозии и множество циклов спаривания. Тонкое или пористое покрытие может повысить контактное сопротивление, создать точки перегрева и увеличить PIM. Перед сборкой проверьте сопрягаемые поверхности на наличие царапин, полировки и диэлектрических сколов.

Адаптеры добавляют два сопряженных интерфейса. Каждый интерфейс добавляет контактное сопротивление, возможное отражение и термическое соединение. Для испытательных стендов и коротких удлинителей используйте качественный адаптер, рассчитанный на ту же частоту и класс мощности; не рассматривайте его как механическую деталь без потерь.

Коаксиальный радиочастотный адаптер N-типа на N-типа Адаптер DC–18 ГГц N-типа с КСВ 1,15 и выдерживаемым напряжением 2500 В (среднеквадратичное значение); подходит для испытательных стендов и коротких радиочастотных удлинителей. Посмотреть продукт →

Детали установки, которые решают, останется ли 1 кВт 1 кВт

Большинство неисправностей разъемов высокой мощности возникают при сборке, а не при проектировании. Центральный штифт должен быть отцентрирован, диэлектрик должен быть чистым, подготовка кабеля должна соответствовать рисунку разъема, а крутящий момент должен быть приложен к правильным поверхностям. Ослабленная накидная гайка увеличивает контактное сопротивление; чрезмерно затянутая гайка может деформировать интерфейс и повредить диэлектрик.

Используйте калиброванный динамометрический ключ, соблюдайте последовательность соединений, указанную производителем, и поддерживайте кабель так, чтобы разъем не подвергался изгибающей нагрузке. Для наружных шкафов герметизируйте кабельный ввод, а не соединительную плоскость разъема, если только разъем не предназначен для такого метода герметизации. После стыковки убедитесь, что муфта полностью зацеплена и прокладка панели сжата равномерно.

• Центральная глубина контакта находится в пределах калибра.
• Никаких диэлектрических сколов, металлических заусенцев и царапин покрытия.
• Крутящий момент муфты установлен на значение, указанное в паспорте.
• Разгрузка кабеля от натяжения независимо от корпуса разъема.
• КСВН перемещается в рабочем диапазоне до полной мощности.

Пошаговую последовательность сопряжения и затяжки см. здесь. Руководство по установке радиочастотного коаксиального разъема .

Тестирование и проверка перед принятием решения

Разъем высокой мощности следует проверять на уровне системы, а не только как компонент. Выполните измерение КСВН и вносимых потерь в рабочем диапазоне, осмотрите собранное соединение с помощью тепловидения под нагрузкой и повторите измерение после термического цикла. Для герметичных или наружных блоков добавьте испытания на сопротивление изоляции и испытания на герметичность, если этого требует конструкция.

1. Измерьте КСВ и вносимые потери на рабочей частоте и на краях полосы частот.
2. Примените номинальную среднюю мощность с согласованной нагрузкой, затем повторите действия с КСВ наихудшего случая.
3. Используйте тепловидение, чтобы найти горячие точки на центральном контакте, кабельном соединении и интерфейсах адаптера.
4. Выполните проверку цикла сопряжения и осмотрите покрытие и диэлектрик после испытания.
5. Записывайте крутящий момент, температуру окружающей среды и продолжительность испытания, чтобы можно было отслеживать результат.

Если разъем проходит проверку только при 25°C и низком КСВ, это еще не конструкция высокой мощности. Критерий приемки должен соответствовать температуре корпуса, высоте над уровнем моря и несоответствию, которое будет наблюдаться в полевых условиях.

Часто задаваемые вопросы