Рассмотрены конструкция и параметры соединителей FMC с предельной частотой 10 ГГц, предназначенных для поверхностного монтажа на микрополосковые печатные платы и соединения печатных плат между собой в ограниченном пространстве при минимальном расстоянии между ними 6,05 мм. Описан новый способ соединения внутренних проводников вилки и розетки взамен традиционного соединения штырь – гнездо с ламелями, обеспечивающий повышение надёжности соединителей.
Необходимость миниатюризации и повышения плотности компоновки компонентов модулей СВЧ для телекоммуникаций, авиации и военного применения приобретает всё бо́льшую актуальность. Все компоненты, устанавливаемые на печатные платы, должны иметь минимально возможные размеры и быть пригодными для сборки по технологии поверхностного монтажа. Многие классические радиочастотные соединители уже не удовлетворяют этим требованиям и стали сдерживающим фактором для систем с высокой скоростью передачи сигналов и широкополосной связи.
Для решения этой проблемы были разработаны коаксиальные соединители для соединения плат между собой, наиболее известными из которых являются миниатюрные защёлкиваемые (push-on, snap-on) соединители SMP и Mini-SMP (рис. 1) [1].
Предельная рабочая частота соединителей SMP и Mini-SMP соответственно 40 и 50 ГГц. Соединители обеспечивают необходимое согласование параметров в сочетании с возможностью поверхностного монтажа на платы. Соединение наружных проводников вилки и розетки может быть трёх видов: полное защёлкивание, ограниченное защёлкивание и скользящее соединение, при этом соединение внутренних проводников стандартное: штырь – гнездо с ламелями.
Диаметры гнездового проводника розетки соединителей SMP и Mini-SMP равны 0,85 мм и 0,75 мм соответственно. Диаметр штыря ответной вилки – всего 0,40 мм для соединителя SMP и 0,32 мм для соединителя Mini SMP. Поэтому, чтобы не допустить повреждения миниатюрных центральных контактов при соединении вилки и розетки, необходимо обеспечить жёсткие требования к допускам и соосности их размеров.
Велика вероятность повреждения и в случае несоосного вхождения штыря вилки в гнездо розетки, если не соблюдены жёсткие допуски на позиционирование при сопряжении. Естественно, что очень жёсткие допуски на размеры повышают стоимость этих соединителей.
Ещё одно соображение, которое необходимо учитывать, – ограниченный допуск на осевую несоосность соединителей, установленных на каждой из соединяемых плат (соединение «плата–плата»). Платы соединяются при помощи адаптера «вилка–вилка» (bullet) (рис. 2) [1].
На одной из печатных плат устанавливают соединитель-вилку со скользящим соединением, а на противоположной плате – соединитель-вилку с полным или ограниченным защёлкиванием. Такое простое и экономичное соединение позволяет выравнивать смещение плат в осевом направлении до 0,25 мм. При этом максимальное радиальное отклонение X = L × sin α, мм, где α – максимальный угол отклонения, равный 4°, L – длина «bullet», мм [2].
При угловом и радиальном смещениях плат на ламели гнездового контакта розетки воздействует высокая механическая нагрузка. Поскольку толщина стенок этих ламелей не превышает 0,20 мм, слишком большое смещение может привести к разрушению ламелей гнезда или изгибу и поломке ответного штыря вилки соединителей.
Серьёзным недостатком такого соединения является изменение импеданса в интерфейсе «bullet» – соединители SMP на платах в зависимости от расстояния между платами [3]. На более высоких частотах это оказывает влияние на повторяемость параметров соединения.
Основная идея при создании этих соединителей заключалась в устранении цангового контакта штырь-вилка – гнездо розетки со всеми его механическими и электрическими ограничениями. Другая идея – использование подпружиненного контакта розетки для компенсации осевого смещения при соединении вилки и розетки. Схема соединения и основные размеры соединителей FMC приведены на рис. 3 [4].
Для реализации этих идей центральный контакт соединителя «FMC–розетка» был выполнен в виде упругой изогнутой металлической пластинки, закреплённой в латунном корпусе с помощью изолятора из LCP (Liquid Cristal Polymer). Нижняя сторона пластинки соединяется низкотемпературной пайкой с микрополосковой линией печатной платы, образуя надёжный переход от коаксиальной к микрополосковой линии с контролируемым импедансом (рис. 4) [4, 5]. Другой конец металлической пластинки, изготовленной из термоупрочнённой бериллиевой бронзы, соединяется со скруглённым на концах центральным проводником адаптера «bullet» (рис. 5) [4, 6]. В области соединения на поверхности металлической пластинки выполнено углубление, обеспечивающее многоточечный переход с низким сопротивлением. Благодаря сферической форме центрального проводника адаптера «bullet» соединение может без повреждения смещаться в угловом и радиальном направлениях. Смещение в осевом направлении выравнивается за счёт перемещения металлической пластинки соединителя «розетка», в то время как центральный проводник соединителя «вилка», закреплённый во фторопластовом изоляторе, имеет ограниченное смещение. В результате центральные проводники находятся при постоянном давлении, создаваемом подпружиненной металлической пластинкой.
Гибкую пластинку соединителя «розетка» изготавливают прецизионным формованием и штамповкой. Это гарантирует высокий уровень точности и низкие производственные затраты при серийном производстве. Корпус адаптера изготавливают из упрочнённой бериллиевой бронзы, центральный проводник – из латуни, изолятор – из фторопласта. Покрытие металлических деталей: AuroDur (золото толщиной 2…3,5 мкм по подслою химического никеля).
Вероятно, по этой же причине допустимая пропускаемая мощность соединителей FMC всего 50 Вт на частоте 2,2 ГГц. Этот показатель для соединителей SMP приблизительно в 3 раза, а для соединителей P-SMP – в 4 раза больше.
Соединители FMC превосходят все другие соединители для поверхностного монтажа на микрополосковые платы только по возможности соединять платы, отстоящие друг от друга на расстоянии всего 6,05 мм. Поэтому, если позволяет диапазон рабочих частот, соединители FMC наилучшим способом подходят для применения в устройствах с ограниченным пространством. Не менее важным является низкая стоимость этих соединителей, наименьшая по сравнению с соединителями, представленными в табл. 2.
Однако, несмотря на это, соединение двух плат с применением адаптера «bullet» оказалось настолько технологичным и привлекательным, что зарубежные компании продолжали разрабатывать всё новые соединители специально для печатных плат, сохранив незыблемым принцип соединения защёлкиванием. Размеры коаксиальной линии соединителей пришлось увеличить, что повлекло за собой увеличение допустимой пропускаемой мощности, но привело к значительному уменьшению диапазона рабочих частот. Это и есть «путь назад: от высоких к низким частотам», как указано в подзаголовке этой статьи.
Выставка ExpoElectronica 2024 и проблемы импортозамещения. Альтернативы китайским поставщикам
С 16 по 18 апреля 2024 года в МВЦ «Крокус Экспо» в Москве проходила крупнейшая по количеству участников и посетителей в России и ЕАЭС международная выставка электроники ExpoElectronica. Более 760 российских и международных участников имели возможность продемонстрировать свою продукцию и рассказать о своих достижениях. Впервые были представлены секции «Робототехника» и «Цифровые решения». Выставка привлекла компании основных партнёров РФ в области современной электроники, среди которых КНР, Беларусь, ОАЭ, Киргизия. В то же время развивается непростая ситуация с поставками компонентов РЭА из Китая в Россию. Наш корреспондент проанализировал проблему и сделал некоторые выводы, которые могут быть полезны для налаживания поставок от зарубежных партнёров, переориентирования внимания с КНР на страны Индокитая и Африканского континента, а также совершенствования системы платежей по альтернативным цепочкам. 28.05.2024 СЭ №5/2024 310 0 0Открытие квантовых точек и разработка технологии их массового производства. Часть 3. Технология синтеза коллоидных квантовых точек
Данная статья посвящена конкретному вкладу каждого из трёх лауреатов Нобелевской премии по химии в 2023 году. В первой части рассмотрены общие аспекты нанокристаллов как заключительной триады полупроводников с квантово-размерным эффектом и описано открытие квантовых точек в стеклянных матрицах, сделанное Алексеем Екимовым в 1981 году в ГОИ им. Вавилова. Вторая часть посвящена коллоидным квантовым точкам, впервые полученным в виде сухого порошка Луисом Брюсом. В третьей части статьи подробно рассмотрена технология синтеза коллоидных квантовых точек, разработанная Мунги Бавенди. Эта технология позволила организовать бурно развивающееся в настоящее время массовое производство квантовых точек для различных приложений, начиная с медицины, электронных компонентов и заканчивая катализом в промышленных масштабах. 27.05.2024 СЭ №5/2024 263 0 0Сверхпроводимость при высоких температурах: реальность и фальсификации. Часть 1. От низкотемпературной до высокотемпературной сверхпроводимости
В начале апреля 2024 года был опубликован 124-страничный отчёт о судебном процессе Университета Рочестера против Ранга Диаса, в котором подробно описаны факты плагиата и научных фальсификаций этого преподавателя физики, ставшего на три года научной суперзвездой жёлтой прессы. В течение нескольких последних лет Диас публиковал статьи об очередном прорывном достижении, неумолимо приближавшем его к открытию сверхпроводимости при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Поскольку сверхпроводимость при нормальных условиях (НУ) способна практически полностью изменить всю существующую науку и технику, то на протяжении уже более сотни лет эта цель является путеводной звездой для многочисленных лабораторий, занимающихся данной проблемой. Однако никому в мире не удалось повторить достижения Диаса. Поскольку основным критерием истинности того или иного открытия в физике является получение одинаковых результатов по одной и той же методике в нескольких независимых лабораториях, то ведущие учёные в разных странах стали сомневаться в результатах экспериментов Диаса. Вывод независимой комиссии о том, что эта история оказалась просто фейком, произвёл эффект разорвавшейся бомбы. Многие учёные и особенно научные чиновники стали сомневаться в том, возможна ли вообще высокотемпературная сверхпроводимость и каковы перспективы развития этого направления. Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно представлять, что такое сверхпроводимость при высоких температурах и каковы неоспоримые достижения в этой области на данный момент. Этому посвящена первая часть статьи. Во второй части будут рассмотрены примеры нескольких нашумевших фальсификаций результатов измерений сверхпроводимости при «комнатных температурах». 27.05.2024 СЭ №5/2024 289 0 0Поле атмосфериков на фоне сейсмической активности при различной геофизической обстановке (экспериментальные данные)
В статье приводятся экспериментальные данные АЧХ поля атмосфериков (п. а.), зарегистрированных на авроральных обсерваториях ПГИ Ловозеро (Мурманская обл.) и Баренцбург (арх. Шпицберген), и характеристики явлений, включая сейсмические данные, которые характеризуют геофизическую активность: солнечные вспышки X-Ray Flux (GOES), магнитограммы магнитного поля Земли, показания нейтронного монитора (космические лучи) и сейсмические данные норвежской сети NORSAR. В качестве приёмно-регистрирующей аппаратуры поля атмосфериков на обсерваториях использовался приёмник ОНЧ-диапазона (400÷7500 Гц) с рамочной антенной на входе и последовательный анализатор спектра. Используемая аппаратура была разработана в ПГИ на основе программируемых аналоговых (AN221E04) и цифровых (PIC18F452) интегральных микросхем, что дало возможность получать высокую точность обработки аналоговых сигналов (не хуже 1%) и позволило сопоставлять результаты регистрации, выполненные в разных точках наблюдений, с численным моделированием процессов в нижней ионосфере Земли. 24.05.2024 СЭ №5/2024 258 0 0