Галимуллин Айрат Ринатович инженер 2 категории
ДИИС\Отделение НИОКР\Отдел ЭСТ
Соединители SMA
Коаксиальные соединители SMA (Subminiature Grade A) широко используются в СВЧ-микроэлектронике и измерительной технике. Данный тип соединителей применяется в генераторных, усилительных и преобразовательных модулях, радиотехнических блоках и устройствах радиоэлектронной СВЧ-аппаратуры. Доля соединителей SMA в общем объеме выпуска всех коаксиальных соединителей превышает 60%. Их конструкция не менялась с 1968-го года, когда они начали выпускаться по стандарту MIL-C-39012 для использования в военной аппаратуре. И хотя по совокупному набору свойств и параметров соединители SMA до сих пор сохраняют преимущество, в некоторых областях применения их использование сопряжено с трудностями.
Сложности при применении соединителей SMA
Подавляющее большинство проблем с соединителями SMA можно разделить на три основные группы: ограничение рабочего частотного диапазона, громоздкость и неудобство конструкции.
Сложности, связанные с ограниченным рабочим диапазоном частот и громоздкостью конструкции, решаются при помощи модификаций SMA разъемов, например, SMP, SMPM, SMP100. Решить проблему неудобства конструкции сложнее, поэтому рассмотрим её подробнее. К основным проблемам относят:
1. Значительные затраты времени и усилий при соединении. Это особенно заметно, когда необходимо сделать большое количество соединений. Для сочленения пары разъемов необходимо закрутить гайку вилки на резьбу розетки. Процесс усугубляется необходимостью использовать тарированный ключ при затягивании гайки.
2. Пространственные ограничения. При проектировании устройств с соединителем SMA должно быть предусмотрено необходимое пространство вокруг и между соседними разъемами, чтобы была возможность выполнить прикручивание гайки тарированным ключом. Отсюда вытекает низкая плотность компоновки для SMA.
3. Невозможность одновременного соединения нескольких разъемов. Каждое соединение приходится выполнять отдельно.
4. Необходимость использования кабельных сборок в межблочных соединениях. За десятилетия это стало стандартом проектирования — отдельные модули имеют выводы SMA-розетки и объединяются кабельными перемычками вилка-вилка, как правило, с полужестким кабелем. Электрические параметры соединения через кабельную сборку хуже, чем могли бы быть при прямом соединении блоков. Кабели занимают много места, повышают стоимость конструкции конечного изделия и усложняют монтаж.
Принцип конструкции разъема BMA
Сложности, описанные пунктом выше, можно решить, используя конструкцию коаксиального соединителя типа BMA (Blind Mate A).
Тип соединителей BMA изначально был разработан для рынка вооружения. Его главной особенностью стал механизм соединения скольжением (slide-on), при котором вилка удерживается в розетке посредством упругого гнезда, обхватывающего корпус внешнего проводника вилки. Такой способ обеспечивает быстрое многократное соединение вилки и розетки.
Рисунок 1 — Упругое гнездо для розетки и образцы соединителей BMA.
Так как BMA разрабатывались как альтернатива традиционным SMA, они имеют одинаковую коаксиальную линию и используют один и те же кабели для кабельных сборок.
Ниже приведен список преимуществ соединителей BMA перед соединителями SMA:
1. Быстрое и простое сочленение устройств. Соединители ВМА можно сочленять одним движением без использования тарированного ключа. Это проще, легче и быстрее.
2. Высокая плотность компоновки. При проектировании блоков с разъемами BMA не нужно предусматривать дополнительное пространство под закручивание гайки и под габариты тарированного ключа. Единственное ограничение на плотность компоновки — это габариты самого соединителя. К тому же, можно разместить разъемы в 3 и более ряда на плоскости панели, что для SMA разъемов в принципе невозможно. Благодаря этому факту появляется возможность выполнить сочленение в труднодоступных местах конструкции.
3. Возможность одновременного соединения нескольких пар разъемов является главным преимуществом соединителей BMA. Разъемы можно объединить на одной панели и соединить части устройств одним движением. При этом конструкция предусматривает обеспечение соосности разъемов, жестко зафиксированных на одной панели.
4. Возможность сочленения «разъем в разъем». При таком подходе можно не использовать кабельные сборки, что удешевляет конструкцию, уменьшает внешние габариты и упрощает сборку.
Смещение при смыкании BMA
При необходимости одновременного сочленения соединителей важно, чтобы конструкция и монтаж соединителей поддерживали определенную степень их смещения относительно друг друга , так как набор соединителей размещен на одной жесткой плоскости. Различают две разновидности смещений:
- РАДИАЛЬНОЕ СМЕЩЕНИЕ, при котором оси коаксиалов ответных соединителей смещены. Это обусловленно допусками на установочные отверстия под разъемы в панели и неточностью монтажа.
- АКСИАЛЬНОЕ СМЕЩЕНИЕ, при котором контактные плоскости соединителей распложены на разной глубине относительно друг друга. Это обусловлено деформацией панели при сочленени, плохой плоскостностью панели и допусками на детали соединителей.
При жесткой конструкции розетки BMA допустимо радиальное смещение 0,2 мм и аксиальное смещение 0,38 мм между сочленяемыми соединителями.
Рисунок 2 — Допустимые смещения вилки и розетки при жесткой конструкции.
Для увеличения допустимых смещений используется модифицированная конструкция BMA с подпружиненной плавающей розеткой. Такая конструкция увеличивает допустимое радиальное смещение до 0,51 мм и допустимое аксиальное смещение до 1,52 мм. Это позволяет увеличить количество одновременно сочленяемых разъемов и снизить требования к конструкции установочных панелей и установочных отверстий. Кроме того, подпружиненная головка улучшает электрический контакт по внешнему проводнику.
Рисунок 3 — Допустимые смещения вилки и розетки при плавающей головке.
Примеры использования разъемов BMA
Рассмотрим примеры использования разъемов для различных конструкционных приложений.
Объединение модулей.
На Рисунке 4 представлено сравнение соединителей BMA и SMA при интеграции СВЧ-модулей в единую систему.
Рисунок 4 — Объединение модулей с помощью BMA
На основании приведенных схем можно утверждать, что при использовании BMA:
- нет необходимости использовать дополнительные кабельные сборки
- не приходится закручивать каждую гайку индивидуально
- конструкция получается более компактной по габаритам
- для монтажа не требуется инструмент
Такие преимущества особенно важны для выполнения монтажа «в поле» либо при размещении системы модулей в глухом корпусе, где нет пространства, чтобы «подлезть» и открутить/закрутить гайки рожковым ключом.
Установка в стеллаж.
На рисунке 5 показано, как СВЧ-модуль устанавливается в основание выдвижного ящика. Коннекторы-вилки на заднем торце должны одновременно соединиться с розетками на задней стенке стеллажа, при этом вся работа выполняется вслепую. Далее ящик просто задвигается по направляющим в общий стеллаж, происходит сочленение пар BMA разъемов СВЧ-модуля и общего стеллажа (Рисунок 6). Коаксиальные кабели от задней стенки стеллажа ведут к другим частям микроволновой системы.
Рисунок 5 — Установка СВЧ-модуля в основание выдвижного ящика
Рисунок 6 — Установка в стеллаж
Быстрое подключение к панели.
Рисунок 7
На рисунке 7 показаны панели для сочленения нескольких разъемов. Центрирующие штифты обеспечивают соосность соединителей и уменьшают радиальное смещение, а розетка с плавающей головкой обеспечивает допустимое осевое смещение. При необходимости панели могут быть жестко зафиксированы винтами.
Объединение печатных плат.
Рисунок 8
На рисунке представлен монтаж разъема BMA на печатную плату и реализация соединения печатных плат между собой (board-to-board connection). Расстояние между печатными платами 15 мм, максимальная плотность компоновки — один разъем на 1 см2.
Выводы
Соединители BMA уже нашли свои ниши в передаче данных и связи, телекоммуникациях, оборонной промышленности и сетевой инфраструктуре. Иногда применение BMA значительно улучшает конструкцию устройства, а порой их применение просто необходимо, например, если нужно быстро выполнить замену блока или подключение в полевых условиях. В тех случаях, где использование традиционных коаксиальных соединителей не обеспечивает технических условий на устройство необходимо использовать коаксиальные соединители BMA.
Список источников
1. К.Б. Джуринский. Радиочастотные соединители, адаптеры и кабельные сборки. Изд-во ООО «Ваш формат», Москва, 2018 г. — 400 с.
2. К.Б. Джуринский. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры. Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», С.-Петербург, 2014 г. — 428 с.
3. ВЧ-разъемы BMA для соединения вслепую. Компания Molex, www.ru.molex.com
4. Blind Mate Connectors (BMA). Компания Huber+Suhner, www.hubersuhner.com
Элемент не найден