poslední úprava těchto stránek
30.červen 2023



Vysokofrekvenční konektory



vf konektory
Úvod

Tento článek popisuje různé vf konektory a jejich vlastnosti při frekvencích nad 1 GHz. Informace zde shromážděné byly získány zčásti měřením, ale především z firemní literatury Hewlett Packard, Rohde Schwarz, General Radio, Wiltron, a jiných.

V průběhu let byly postupně různými výrobci vyvíjeny a vyráběny nejrůznější vf konektory se zaměřením na mikrovlnné aplikace, měřící přístroje, způsoby použití (laboratoře nebo v terénu), předpokládaný počet cyklů (spojení - rozpojení). Některé konektory se prosadily více, jiné upadly v zapomenutí, nebo jsou používány velmi vzácně.

Častá otázka je, proč mají konektory různé rozměry a tvary. Velikost konektoru je spjatá s velikostí kabelu a velikost kabelu souvisí s předpokládanou frekvencí na které bude konektor používán. Tvar a způsob provedení konektoru ovlivňují impedanci konektoru. Je dosti podstatný rozdíl, má-li konektor impedanci 50 Ohm nebo 75 Ohm. Obecně platí, že se zmenšováním vnějšího průměru koaxiálního vodiče roste horní mezní frekvence. Avšak nahražením vzduchu dielektrikem v koaxiálním vodiči způsobí snížení této horní mezní frekvence a také ztráty. Jak velké snížení horní mezní frekvence bude a jaké ztráty vzniknou, závisí na druhu dielektrika.

Většina konektorů je sexistických a rozlišují se na "male" (sameček) a "female" (samička). Avšak existují konektory, které nejsou sexistické , tedy jsou "bezpohlavní". Například HP/Amphenol typ APC-7 nebo General Radio typ GR874. Většina konektorů female má vodící sloty, které usnadňují použití, avšak tyto sloty způsobují malé indukčnosti a vlivem opotřebení mají omezenou životnost. Naproti tomu konektory bez slotů (existují řídce) jsou velmi náchylné na poškození a obtížně se čistí.

vf konektory
kmitočtová omezení konektorů

Graf vlevo ukazuje použitelnost různých typů konektorů. Tak například konektory typu UHF jsou použitelné do 200 MHz, konektory BNC a SMB do 4 GHz. Konektory MCX a MMCX do 6 GHz.

vf konektory
BNC konektory

Název BNC pochází z anglického "Bayonet Neil-Concelman" nebo "Bayonet Navy Connector" nebo "Baby Neil Connector". Tyto tři anglická označení závisí podle zdroje, odkud jsou převzata. V anglické literatuře se vyskytují všechny tři. Má se ta to, že autorem tohoto konektoru byl Karl W. Concelman.

BNC konektor byl původně navržen pro vojenské použití a nalezl široké uplatnění ve video a vf aplikacích až do 2 GHz. BNC konektor používá vnější vodící slot a plastové dielektrikum na male konektoru. Toto plastové dielektrikum způsobuje nárůst ztrát na vyšších frekvencích. Při frekvencích nad 4 GHz mohou sloty vyzařovat signál. Konektor je sice použitelný, ale ne mechanicky stabilní a to až do frekvencí 10 GHz.

BNC konektor existuje ve verzích jak 50 Ohm, tak 75 Ohm.

vf konektory
N konektory

N konektor s impedancí 50 Ohm byl navržen v roce 1940 pro vojenské aplikace pracující v pásmech do 5 GHz. Má se za to, že název "N" pochází od "Navy". Jiné literární zdroje přiřazují označení "N" jeho tvůrci, vf inženýrovi Paulu Neilovi z Bell laboratoří.

Uvnitř N konektoru je měkký pásek, zakrývající vnitřek konektoru. Mezi středovým vodičem a vnějším vodičem je vzduchová mezera. N konektory na obrázku mají čtyři sloty a to jak male, tak i female konektor.

V roce 1960 došlo ke zlepšení konstrukce tohoto konektoru, takže se horní mezní frekvence posunula do 12 GHz a výše. Existují modely pracující až do 18 GHz. Výrobci Hewlett Packard, Kings, Amphenol, nabízejí konektory bez vodících slotů až do 18 GHz. Takovéto N konektory pak odpovídají vojenské specifikaci MIL-C-39012. Avšak i tyto nejlepší modely N konektorů, pracujících až do 20 GHz dávají těžko předem odhadnutelné výsledky, pokud se použijí pro vyšší frekvence než 20 GHz.

Vyrábějí se také varianty N konektorů s impedancí 75 Ohm, se zmenšeným středovým vodičem. Tyto 75 Ohm verze nacházejí široké použití v průmyslu kabelové televize.

vf konektory
SMA konektory

SMA konektor (Subminiature A) byl navržen ve společnostech Bendix Scintilla a Omni-Spectra pod označením OSM konektor. SMA konektor je nejpoužívanějším konektorem ve vysokofrekvenční a mikrovlnné technice. Jeho použití je předpokládáno ve spojení s polotuhými, neohebnými kabely a s nepříliš častým rozpojováním. Klasickým příkladem jsou vnitřní propojení uvnitř vysokofrekvenčních a mikrovlnných měřících přístrojů. SMA konektor používá dielektrikum kabelu namísto vzduchové mezery. Závit konektoru je 0.250 x 36 a male konektor má šestihranné tělo 0.312", na které je vhodné použít klíč 5/16".

SMA konektor má životnost mnoha stovek spojení a rozpojení, pokud se s ním zachází opatrně. Je třeba dbát na spojování v ose. Předtím než spojíte konektory, je vhodné prohlédnou female konektor, zda je v pořádku, zda nejsou ohnuty vnitřní sloty.

Standardní SMA konektor má horní mezní frekvenci 12.4 GHz, ale většina dobrých SMA konektorů pracuje s většinou kabelů až do 18 GHz. Na frekvencích od 18 GHz do 24 GHz vykazují SMA konektory již větší ztráty. Naneštěstí, většina SMA konektorů má vyšší koeficient odrazu než jiné konektory použitelné do 24 GHz. Tento zvýšený koeficient odrazu je způsoben uchycením dielektrika.

Někteří výrobci však nabízejí speciální verze SMA konektorů, které splňují SMA normu a pracují i přes 26.5 GHz. Pro frekvence přes 27 GHz se nabízejí specielní tzv. "precizní SMA" konektory, které jsou zpětně kompatibilní se standardními SMA konektory. Jestliže se však spojí precizní SMA konektor se standardním SMA konektorem, pak kvalita spojení odpovídá většinou kvalitě standardního SMA konektoru, popřípadě se dosáhne malého zlepšení než při spojení dvou standardních SMA konektorů.

vf konektory
TNC konektory

TNC konektor je de facto BNC konektor opatřený závitem. Zlepšení spočívá v lepší geometrické stabilitě, což dovoluje použití konektoru až do frekvencí 12 GHz. Specifikaci TNC konektoru (stejně tak i BNC a N konektorů) určuje norma MIL-C-39012.

Existuje ještě norma IEC 169-17, která popisuje TNC konektory s rozšířeným frekvenčním pásmem. Konektory vyhovující normě IEC 169-17 pracují až do frekvencí 11 GHz nebo 16 GHz. A v případě normy IEC 169-26 lze konektory používat až do frekvencí 18 GHz, i když s výraznými ztrátami.

TNC konektory mají rozsáhlé použití v mobilních komunikacích, používají se především pro připojování antén.

vf konektory
MCX a MMCX konektory

MCX a MMCX konektory mají impedanci 50 Ohm a podobají se SMB konektorům, ale jsou menší a vyhovují evropské normě CECC 22220. Konektor MCX je cca o 30% menší než SMB konektor a MMCX je poloviční vzhledem k SMB konektoru. Konektor MMCX zhruba velikostí odpovídá konektoru SSMB, ale není s ním kompatibilní.

Oba konektory, tedy MCX a MMCX jsou navrženy pro použití až do frekvencí okolo 6 GHz. Norma CECC 22220 dále předepisuje mezní napětí 250 Volt pro MCX konektor a 170 Volt pro MMCX konektor.

Oba konektory MCX a MMCX mají omezenou životnost, obvykle ne více než 500 cyklů rozpojení-spojení.

vf konektory
APC-7 konektory

APC-7 konektor vyvinul Hewlett Packard v 60-tých letech minulého století a Amphenol jej zdokonalil a zahájil výrobu. Odtud vznikl jeho název Amphenol Precisious Connector. čislo "7" označuje že je pro 7 mm kabel. Konektor je tzv. "sexless" to znamená, že oba protějšky jsou stejné. Konektor se vyznačuje vysokou přesností a malým koeficientem VSWR. Velmi kvalitní APC-7 konektory mají do 3 GHz prakticky nulové ztráty a při 18 GHz mají VSWR 1.04.

Konektor APC-7 je velmi drahý a používá se především pro přesné měřící přístroje v GHz pásmech. Existují adaptéry APC-7 na N a SMA konektor.

Vedle APC-7 konektoru vyvinul Amphenol ještě menší verzi, APC-3.5.