Отечественная и зарубежная техническая информация о радиочастотных соединениях. Терминология и не только

Автор данных заметок более 40 лет занимается изучением отечественной и зарубежной литературы о радиочастотных соединениях. За это время у него накопился ряд соображений  о необходимости совершенствования терминологии этой области и по некоторым другим вопросам.

Соединитель или разъём?

В любой радиоэлектронной аппаратуре используется большое количество соединений между элементами печатной платы, между радиочастотным кабелем и выводом энергии, между выводами энергии. За рубежом поступают просто: всё, что является средством соединения, обозначают словом connector – соединитель. 

В отечественной литературе не только менеджеры (им простительно), но и специалисты применяют слово разъём. Термин «соединитель» определяется ГОСТ 21962-76 «Соединители электрические. Термины и определения»: «Соединитель – электромеханическое устройство для осуществления соединения электрических проводников». Обычно он состоит из вилки и соответствующей ей розетки. Часто вилку и розетку называют соответственно словами «папа» и «мама». Эти названия не являются официально признанными терминами, поэтому такое словоупотребление ненормативно, и их применение в технической литературе неприемлемо [1]. 

Рассмотрим соединители на примере широко применяемых соединителей типа SMA – рис. 1.

Рис. 1. Соединители SMA: кабельный (а), приборный коаксиально-микрополосковый соединитель (б), соединитель для поверхностного монтажа на печатную плату (в)

На рис. 1 показана часть соединителя, которую можно считать разъёмом. Остальная часть соединителя служит для установки радиочастотного кабеля или для соединения с печатной платой.

Вилка или розетка?

И в отечественной, и в зарубежной литературе вилка и розетка – это обозначения мужского или женского «пола» (gender) соединителя. Отсюда и зарубежные: вилка – mail, plug, розетка – femaile, jack, socket. Cоединение вилки и розетки – (plug and jack connection.

Законченная конструкция соединителя представляет собой сочетание пары «вилка и розетка». Принято считать, что вилка – это часть пары, которая имеет штыревой центральный контакт (pin, mail), а розетка – гнездовой контакт (female, socket). Это не вызывает сомнений в случае соединителей, выполненных с резьбой на корпусе. Существует и другое определение «пола» соединителя. «Пол» определяется не видом центрального контакта: штырь или гнездо, а исключительно видом резьбы на корпусе соединителя. Согласно этому все резьбовые радиочастотные соединители с внутренней резьбой на корпусе являются соединителями «вилка», а с резьбой на внешней части корпуса – соединителями «розетка», независимо от их полярности [2]. 

Однако с появлением микроминиатюрных соединителей SMB и SSMB, MCX, MCX, MMCX, SMP и др., в которых вместо резьбового соединения вилки и розетки выполнено соединение защёлкиванием (snap-on), понять, какая часть вилка, а какая – розетка, стало непросто. Вилкой обычно называют подвижную часть соединения пары вилка – розетка, и поэтому вилка может иметь гнездовой контакт, а розетка – штыревой центральный контакт. В качестве примера на рис. 2 показан соединитель компании AEP №2002-1541-009: «SMВ / Female plug straight for cable 0,085″» – SMB прямая вилка с гнездовым центральным контактом, предназначенная для работы с полужёстким кабелем 0,085 [2].

Рис. 2. Соединители SMB – вилка с гнездовым контактом и розетка со штыревым контактом

Однако другие компании, например Rosenberger, Telegartner, придерживаются традиционного определения вилки как соединителя со штыревым контактом.

Внутренний проводник коаксиальной линии соединителя

Внутренний проводник коаксиальной линии соединителя представляет собой либо гнездовой контакт с упругими ламелями (socket contact with lamellas), либо штыревой контакт (pin contact). Однако первые измерительные соединители, например, 14 mm (GR900), 7 mm (APC-7) были разработаны с одинаковыми внутренними подпружиненными контактами вилки и розетки, поэтому «пол» соединителей вилки и розетки был одинаков. 

За рубежом такие соединители назвали hermaphrodite (гермафродиты), sexless (бесполые). Но нельзя это применять в отечественной технической литературе. У нас есть своё правильное название таких соединителей – униполярные соединители.

Как только не называют зарубежные разработчики созданные ими контакты соединителей. Билл Олдфилд для соединителей с предельной частотой 145 ГГц предложил сделать гнездо с наружным диаметром 0,35 мм без прорезей и с очень тонкой стенкой, а штырь увеличенного диаметра сделать разрезным (с ламелями) с шириной прорезей 0,05 мм – рис. 3 [3, 4]. Этот контакт он назвал the lobster claw («коготь омара»).

Рис. 3. Центральные проводники соединителя 0,8 мм

А другой свой оригинальный контакт для соединителей мм-диапазона длин волн (с предельной частотой 60 ГГц) Билл Олдфилд назвал (a watermelon seed contact) - «арбузное семечко». Ему простительно, так как он был выдающимся создателем радиочастотных соединителей.

«Пол» и полярность радиочастотного соединителя

Правильная идентификация радиочастотного соединителя включает в себя определение двух независимых друг от друга понятий: «пол» и «полярность». После определения «пола» соединителя можно установить его полярность. Подчеркнём, что для соединителей понятия прямая и обратная полярность относятся только к интерфейсу их центрального проводника, но не к полярности сигнала. Более того, нет никакой разницы в электрических параметрах стандартных соединителей и их аналогов обратной полярности. Термин «обратная полярность» (reverse polatity – RP), по сути, означает только смену «пола». Из-за этого нередко возникает путаница, так как обычно подразумевается, что это электрическая полярность.

Для определения полярности надо посмотреть на центральный проводник соединителя. Если центральный проводник штыревой, то соединитель – вилка. Если центральный проводник гнездовой, то это розетка. При совпадении «пола» соединителя, определённого по виду резьбы на корпусе, и по виду центрального проводника соединитель имеет стандартную полярность, если совпадения нет – обратную полярность. 

Подведём итоги: 

• стандартный соединитель вилка прямой полярности имеет корпус с внутренней резьбой и штыревой центральный проводник;
• соединитель вилка обратной полярности имеет корпус вилки и гнездовой центральный проводник;
• стандартный соединитель розетка прямой полярности имеет корпус c наружной резьбой и центральный гнездовой проводник;
• соединитель розетка обратной полярности имеет корпус розетки и штыревой центральный проводник.

Таким образом, резьбовые соединители обратной полярности и стандартные соединители имеют одинаковые корпуса, но центральный проводник в них изменяется на противоположный: штыревой контакт в розетке обратной полярности и гнездовой контакт в вилке обратной полярности. 

Соединители обратной полярности имеют и второе название – реверсивные соединители (RP connectors – reverse polarity connectors).

В качестве примера на рис. 4 показаны соединители SMA вилка и розетка стандартные (прямой полярности) и реверсивные (обратной полярности) [4]. 

Рис. 4. Соединители SMA прямой и обратной полярности

Адаптер или переход?

Переходное устройство с различным сочетанием соединителей розетка и вилка для одного или разных сечений коаксиального канала называют в зарубежной технической литературе адаптером (adaptеr), в отечественной литературе – переходом, переходником. Адаптеры применяют для электрической связи радиотехнических устройств, имеющих на выходе соединители в случаях, когда эти соединители отличаются друг от друга: 

• размерами коаксиального канала; 
• типом разъёма: розетка или вилка; 
• способом соединения с ответной частью: резьбовое, байонетное, защёлкиванием или униполярное; 
• видом резьбы на корпусе: метрическая или дюймовая; 

Кроме того, адаптеры применяют для предохранения выходных соединителей от износа и поломки в процессе настройки радиотехнического устройства, если требуются многократные соединения и рассоединения устройства [6].
Набор адаптеров одного сечения канала называют одноканальными (in-series adapters), разных сечений – межканальными (between-series adapters). 

Переходы, переходники применяют в вышеперечисленных случаях, но они могут выполнять и другие функции: коаксиально-полосковые переходы, коаксиально-микрополосковые переходы, коаксиально-волноводные переходы, которые конструктивно и по назначению отличаются от адаптеров. Поэтому целесообразно было бы называть переходные устройства для измерений адаптерами, а все остальные переходные устройства – переходами. 

Кабельная сборка или кабель?

Термин «cable assembly» пришёл к нам из зарубежной технической литературы, где уже давно используется в стандарте МЭК (Международной электротехнической комиссии) [7]. В этом стандарте приведено следующее определение кабельной сборки: «Кабельная сборка – сочетание кабеля и соединителя(ей) с дополнительной защитой и маркировкой либо без них, имеющее установленные технические характеристики». Однако в отечественном классификаторе ЕСКД термин «кабельная сборка» отсутствует. Поэтому в конструкторской документации приходится использовать разрешённый классификатором термин «кабель» (код классификационной характеристики 685671). Это приводит к смысловой несуразице – кабель, изготовленный из кабеля – рис. 5.

Рис. 5. Кабельная сборка и кабель

Вполне очевидно, что уже давно назрела необходимость введения в классификатор ЕСКД термина «кабельная сборка».

Отечественные стандарты в области радиочастотных соединителей

Их всего три: ГОСТ 20465–85 «Соединители радиочастотные коаксиальные. Общие технические условия», ГОСТ РВ51914–2002 «Элементы соединения СВЧ трактов электронных измерительных приборов. Присоединительные размеры» и ГОСТ 13317–89 «Элементы соединения СВЧ трактов радиоизмерительных приборов. Присоединительные размеры». Эти ГОСТы давно уже не соответствуют международным стандартам как по параметрам соединителей, так и по методикам их измерения. В частности, за рубежом, а теперь уже и в нашей стране, КСВН и потери соединителей измеряют методом Back-to-Back – рис. 6 [8]. 

Рис. 6. Иллюстрация метода Back-to-Back измерения параметров соединителей. Этот метод не приведён в отечественном стандарте

Были проблемы с введением в ГОСТ РВ51914–2002 коаксиального тракта 2,92/1,27 мм с диапазоном рабочих частот 0–40 ГГц, В нашей стране велись разработки модулей СВЧ в Ка-диапазоне частот. Ранее широко применявшиеся соединители типа SMA (тип IX по ГОСТ РВ51914–2002) с предельной частотой 18 ГГц и тип 3.5 мм с предельной частотой 33 ГГц уже не обеспечивали работу в Ка-диапазоне частот (0–40 ГГц). Для работы в этом диапазоне частот необходимы были зарубежные Ка-соединители, но их применение не было разрешено отечественным стандартом. И только благодаря совместным усилиям АО «Микран» и АО «НПП «Исток» им. Шокина» не так давно удалось добиться внесения этого канала в ГОСТ РВ51914–2002. 

Заключение

Нет сомнения, что наши опытные разработчики изделий СВЧ-техники могли бы высказать и ряд своих замечаний. И это было бы на пользу делу. Может быть, последуют изменения 
в лучшую сторону.

Литература

1. Электрический соединитель – Википедия // URL: https://clck.ru/WctdT. 
2. Джуринский К.Б. Радиочастотные соединители, адаптеры и кабельные сборки.  М.: ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2018. 400 с.
3. Charles Tumbaga, Anritsu Co. 0.8 mm Connectors Enable D-Band Coaxial Measurements. Microwave Journal, 2019, № 3 (March).
4. Кищинский А.А., Джуринский К.Б. Твердотельные усилители СВЧ-диапазона. Новые радиочастотные соединители.  М.: ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2022. 432 с.
5. Oldfield В. Backside Connections. Microwave Journal, 1997, March. 
6. Джуринский К. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. Соединители, коаксиально-микрополосковые переходы, адаптеры, СВЧ-вводы, низкочастотные вводы, изоляционные стойки, фильтры помех. М.: «Техносфера», 2006.–216 с.
7. IEC 60966-1 ed.2.0 (1999). International standard. Radio frequency and coaxial cable assemblies. Part 1: Generic specification – General requirements and test methods.
8. Microwave Products Division – Southwest Microwave. southwestmicrowave.com.