Переходы коаксиальные серии ADP1A

Если вы пытались в короткие сроки приобрести переходы, то, вероятно, сталкивались с проблемой длительной поставки или отсутствием необходимой номенклатуры. Компания НПК ТАИР разработала линейку наиболее распространенных переходов измерительного класса и наладила их серийный выпуск. При разработке было уделено особое внимание унификации основных частей, что привело к сокращению времени производства каждого перехода и стабильности получаемых характеристик. Непрерывная работа на складе готовой продукции позволяет выполнить отгрузку в день оплаты заказа.

В статье представлено описание коаксиальных переходов серии ADP1A (далее по тексту — переходы), включая особенности их конструкции, технические характеристики, выполняемые функции и способы применения. Понимание того, какие из характеристик отвечают за качество соединения, какой перечень параметров обеспечит оптимальное решение поставленной задачи, как снизить риск поломки и повреждений совместно используемых устройств позволит правильно выбрать переходы, укомплектовать рабочие места и спрогнозировать покупку новых изделий.

Технические характеристики и особенности конструкции

Переходы предназначены для соединения устройств в коаксиальных волноводах с диаметрами поперечных сечений 7,0/3,04 мм и 3,5/1,52 мм и типом соединителей N, III, 3,5 мм и IX с верхней границей диапазона рабочих частот до 32 ГГц. Внешний вид переходов показан на рис. 1.

Рис. 1. Переходы серии ADP1A

Наименование, типы соединителей, обозначение приведены в табл. 1. Переходы рассчитаны на постоянное ежедневное применение при разработке, производстве и проверке различных радиотехнических устройств и систем, включая обеспечение их работоспособности во время эксплуатации, в условиях промышленного производства, лабораторий и в полевых условиях.

Таблица 1. Переходы серии ADP1A

Переходы в тракте 7,0/3,04 мм				Переходы в тракте 3,5/1,52 мм
1		ADP1A-NM-N; N, вилка – N, вилка; РНДМ.468562.001		11	ADP1A-35M-35M; 3,5 мм, вилка – 3,5 мм, вилка; РНДМ.468562.011
2		ADP1A-NM-NF; N, вилка – N, розетка; РНДМ.468562.007		12	ADP1A-35M-35F; 3,5 мм, вилка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.017
3		ADP1A-NF-NF; N, розетка – N, розетка; РНДМ.468562.004		13	ADP1A-35F-35F; 3,5 мм, розетка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.014
4		ADP1A-IIIM-IIIM; III, вилка – III, вилка; РНДМ.468562.002		14	ADP1A-IXM-IXM; IX, вилка – IX, вилка; РНДМ.468562.012
5		ADP1A-IIIM-IIIF; III, вилка – III, розетка; РНДМ.468562.008		15	ADP1A-IXM-IXF; IX, вилка – IX, розетка; РНДМ.468562.018
6		ADP1A-IIIF-IIIF; III, розетка – III, розетка; РНДМ.468562.005		16	ADP1A-IXF-IXF; IX, розетка – IX, розетка; РНДМ.468562.015
7		ADP1A-NM-IIIM; N, вилка – III, вилка; РНДМ.468562.003		17	ADP1A-35M-IXM; 3,5 мм, вилка – IX, вилка; РНДМ.468562.013
8		ADP1A-NM-IIIF; N, вилка – III, розетка; РНДМ.468562.009		18	ADP1A-35M-IXF; 3,5 мм, вилка – IX, розетка; РНДМ.468562.019
9		ADP1A-IIIM-NF; III, вилка – N, розетка; РНДМ.468562.010		19	ADP1A-IXM-35F; IX, вилка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.020
10		ADP1A-NF-IIIF; N, розетка – III, розетка; РНДМ.468562.006		20	ADP1A-35F-IXF; 3,5 мм, розетка – IX, розетка; РНДМ.468562.016
Переходы между трактами 7,0/3,04 мм и 3,5/1,52 мм
21	ADP1A-NM-35M; N, вилка – 3,5 мм, вилка; РНДМ.468562.021			29	ADP1A-NM-IXM; N, вилка – IX, вилка; РНДМ.468562.022
22	ADP1A-NM-35F; N, вилка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.029			30	ADP1A-NM-IXF; N, вилка – IX, розетка; РНДМ.468562.030
23	ADP1A-NF-35M; N, розетка – 3,5 мм, вилка; РНДМ.468562.033			31	ADP1A-NF-IXM; N, розетка – IX, вилка; РНДМ.468562.034
24	ADP1A-NF-35F; N, розетка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.025			32	ADP1A-NF-IXF; N, розетка – IX, розетка; РНДМ.468562.026
25	ADP1A-IIIM-IXM; III, вилка – IX, вилка; РНДМ.468562.024			33	ADP1A-IIIM-35M; III, вилка – 3,5 мм, вилка; РНДМ.468562.023
26	ADP1A-IIIM-IXF; III, вилка – IX, розетка; РНДМ.468562.032			34	ADP1A-IIIM-35F; III, вилка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.031
27	ADP1A-IIIF-IXM; III, розетка – IX, вилка; РНДМ.468562.036			35	ADP1A-IIIF-35M; III, розетка – 3,5 мм, вилка; РНДМ.468562.035
28	ADP1A-IIIF-IXF; III, розетка – IX, розетка; РНДМ.468562.028			36	ADP1A-IIIF-35F; III, розетка – 3,5 мм, розетка; РНДМ.468562.027

Переходы являются прецизионными и относятся к измерительному классу (в англ. терминологии precision instrument grade adapters). При их изготовлении предъявляются повышенные требования к:

• материалам деталей, свойствам и составу покрытий;
• геометрическим и механическим параметрам всех деталей переходов;
• ресурсу соединителей, при котором изменение характеристик переходов не превышает пределы допускаемых значений;
• коэффициенту отражения, или КСВН;
• повторяемости коэффициента отражения при повторном подключении переходов;
• вносимым потерям;
• стойкости к внешним воздействующим факторам.

В табл. 2 представлено краткое описание элементов конструкции и требований, за счет которых достигаются основные характеристики переходов.

В соответствии с типом соединителя каждый переход имеет цветовую идентификацию согласно схеме, разработанной группой P287 Института инженеров электротехники и электроники (IEEE). Кроме цветовой идентификации, переходы имеют особые маркеры — в виде дополнительной проточки на корпусе или рифления на гайке — для отличия соединителей III и IX в метрическом исполнении от соединителей N и 3,5 мм в дюймовом соответственно. Наименование перехода, содержащее информацию о типах соединителей, выгравировано на его корпусе. Все виды идентификации: буквенная, цветовая и маркерная упрощают определение типа соединителей переходов при эксплуатации и делают процесс подключения наиболее безопасным.

В табл. 3 приведены значения основных характеристик переходов серии ADP1A.

Характеристики переходов подробно представлены в руководстве по эксплуатации. На рис. 2–5 показаны графики типичных зависимостей коэффициентов передачи и отражения от частоты.

Рис. 2. Типичный коэффициент передачи (вносимые потери) переходов в тракте 7,0/3,04 мм

Рис. 3. Типичный КСВН переходов в тракте 7,0/3,04 мм

Рис. 4. Типичный коэффициент передачи (вносимые потери) переходов в тракте 3,5/1,52 мм

Рис. 5. Типичный КСВН переходов в тракте 3,5/1,52 мм

Использование по назначению

Функции, выполняемые переходами измерительного класса, разнообразны. К ним относятся:

• Соединение радиотехнических устройств и кабелей. Это применение является типичным и наиболее распространенным.
• Работа в качестве защитных устройств (в англ. терминологии — savers). При подключении переходов к портам измерительных приборов, отдельных тестируемых модулей или кабелей СВЧ во время измерений или испытаний переходы предохраняют их входы/выходы от повреждений и тем самым продлевают срок службы этих устройств. Поскольку переходы относятся к измерительному классу, их использование не приводит к ухудшению характеристик приборов даже самого высокого метрологического уровня. Поскольку переходы серии ADP1A имеют специальную конструкцию соединителей с увеличенным ресурсом, они длительное время могут предохранять порты устройств, совместно с которыми используются. Это является актуальной задачей при работе с измерительными приборами, стоимость которых достаточно высока, а количество на любом предприятии, как правило, ограничено. Переходы серии ADP1A позволяют защитить порты, продлить срок службы, не исказить результат измерений.
• Улучшение параметров радиочастотных кабелей. Переходы выполняют две важные функции при использовании совместно с кабелями СВЧ: защищают, как указано выше, и повышают стабильность соединителей. Требования по соосности проводников и качеству изготовления контактных поверхностей, обычно предъявляемые к соединителям кабельных сборок, являются менее жесткими, чем аналогичные для соединителей переходов измерительного класса.

Практически любой кабель СВЧ, даже самого высокого класса, чувствителен к изгибу. В момент изгиба происходит смещение центрального проводника, которое приводит к изменению его электрических характеристик, таких как S‑параметры. Чем выше класс кабеля, тем меньше подобное смещение, тем стабильнее амплитудно- и фазочастотные характеристики кабеля в целом. В системах, к примеру, на основе векторного анализатора цепей (ВАЦ) даже незначительное изменение электрических характеристик кабеля отражается на стабильности плоскости «калибровки», т. е., другими словами, на погрешности измерений S‑параметров исследуемых устройств. Имеются и другие приложения, где качество измерений параметров сигналов или цепей напрямую зависит от стабильности параметров кабеля при изменении его положения. Следовательно, для дополнительной механической развязки центрального проводника кабеля относительно плоскости подключения к нему какого-либо устройства или прибора рекомендуется использовать переходы измерительного класса. Таким образом, можно легко и просто повысить качество измерений в системах, где кабели СВЧ являются их неотъемлемой частью и оказывают непосредственное влияние на результаты.

•  Переходы самостоятельно выступают в качестве мер коэффициентов передачи и отражения и используются в процессе калибровки или поверки радиотехнических средств измерений, если это установлено в их документации. Прослеживаемость переходов как средств измерений или эталонов единицы величины осуществляется через первичный государственный эталон ГЭТ 75. По отдельному запросу переходы серии ADP1A могут быть дополнительно проверены и охарактеризованы при выпуске из производства на ВАЦ высокой точности. На основании проверки выдается сертификат заводской калибровки и файл описания с расширением s2p, содержащий значения комплексных коэффициентов передачи и отражения перехода в диапазоне рабочих частот.
•  Переходы входят в состав измерительных приборов, расширяя их функциональные возможности. Далее рассмотрим это применение более подробно.

Использование в составе измерительных приборов

Векторные анализаторы цепей

Для измерения S‑параметров многополюсников чаще всего используются векторные анализаторы цепей как средства с самой высокой точностью. ВАЦ представляет собой систему, состоящую из компаратора, кабелей и переходов, наборов мер коэффициентов передачи и отражения, а также управляющего программного обеспечения.

Чтобы соответствовать заявленным характеристикам, такую систему необходимо правильно сконфигурировать, применяя требуемые кабели, переходы для подключения исследуемых устройств, и выполнить «калибровку». В данном случае «калибровка» — это штатная процедура настройки ВАЦ перед использованием. В таком понимании она схожа по назначению с установкой нуля и проверкой диапазона для некоторых радиоизмерительных приборов. «Калибровку» можно считать реальным способом управления точностью проводимых измерений. К этой процедуре следует относиться с особой тщательностью и пониманием. Для проведения «калибровки» используются специальные наборы мер, состоящие из нагрузок, максимально перекрывающих комплексную плоскость S‑параметров, а также отрезков линий передачи и переходов.

Переходы в такой системе могут выполнять несколько функций (рис. 6):

• обеспечение совместимости соединителей измерительных портов и исследуемых устройств. Для расширения типов соединителей, поддерживаемых ВАЦ, в первую очередь в его состав должны быть включены прецизионные переходы класса не ниже измерительного. Используемые для этой цели переходы должны не только обеспечивать механическую совместимость портов ВАЦ и исследуемых устройств, но и не приводить к ухудшению электрических параметров портов;
• мера «перемычка» при выполнении «калибровки». Для проведения полной двухпортовой «калибровки» ВАЦ, обеспечивающей максимальную точность при одно­временном измерении коэффициентов передачи и отражения исследуемого устройства, требуется мера «перемычка»:
  • переходы могут выступать в качестве меры «неизвестная перемычка» при тестировании устройств, к примеру, с разными типами соединителей;
  • при наличии описания в виде S‑параметров переходы могут применяться в качестве меры «известная перемычка», если векторный анализатор цепей не поддерживает режим «калибровки» с «неизвестной перемычкой»;
• смещение плоскости «калибровки». В процессе измерений возникает ситуация, когда «калибровка» уже проведена и требуется подключить исследуемое устройство с другими соединителями. В этом случае измерение параметров устройства обычно проводят совместно с подключенными переходами. Для компенсации влияния переходов на результаты измерений S‑параметров осуществляется перенос плоскости «калибровки» с помощью функций:
  • «встраивания» или «исключения» электрических цепей, если известны S‑параметры перехода;
  • «удлинение порта», если S‑параметры перехода являются неизвестными. Для этого в номенклатуре технических характеристик переходов серии ADP1A дополнительно представлена электрическая длина;
• защита соединителей различных устройств и обеспечение повторяемости результатов измерений при многократном подключении. Для предотвращения поломки соединителей измерительных портов ВАЦ рекомендуется использовать переходы. Качество переходов должно быть таким, чтобы при многократном подключении к ним исследуемых устройств параметры ВАЦ оставались на должном уровне в течение длительного времени.

Рис. 6. Схема «калибровки» и измерений

Ваттметры СВЧ

Ваттметры предназначены для измерений мощности СВЧ непрерывных и модулированных колебаний в трактах. Приборы обеспечивают максимальную точность измерений в широком диапазоне частот и мощностей. По принципу действия они делятся на ваттметры поглощаемой мощности и проходного типа.

В целях расширения области применения ваттметров в их состав добавляются переходы измерительного класса, обеспечивающие проведение измерений с соединителями разных типов. КСВН переходов обязательно должен быть как можно ниже — это необходимое условие для согласования измерительного тракта с номинальным характеристическим импедансом линии передачи 50 Ом. За счет этого снижается основная погрешность измерений мощности СВЧ, вызванная эффектом рассогласования между источником сигнала и ваттметром.

Если переходы используются в процессе измерений мощности СВЧ с пределами допускаемой относительной погрешности более 6% (класс 6 и хуже по ГОСТ 8.569), то можно не учитывать их параметры (чтобы сделать такое допущение, рекомендуется проверить, что неисключенная систематическая погрешность, обусловленная влиянием перехода, его S‑параметрами, в реальных условиях применения ваттметра менее заданного уровня).

Для получения более точных результатов измерений все-таки необходимо учитывать S‑параметры. Программное обеспечение большинства современных ваттметров имеет автоматическую функцию компенсации S‑параметров устройств, подключенных к их входу. Достаточно просто загрузить файл описания перехода в программное обеспечение ваттметра, которое автоматически пересчитает результат измерений в зависимости от коэффициентов передачи и отражения перехода. Если в процессе измерений известен коэффициент отражения выхода источника сигнала, то производители ваттметров рекомендуют использовать функцию «гамма-коррекции», которая учитывает рассогласование в тракте, делая результат измерений мощности еще точнее. Заметим, что «гамма-коррекция» работает совместно с функцией исключения S‑параметров, если эти параметры известны и корректно загружены в программное обеспечение ваттметра.

Генераторы сигналов, частотомеры, анализаторы спектра и прочие приборы

Для этих приборов самые важные функции переходов — уже рассмотренные соединение и защита. В связи с широким использованием зарубежных радиотехнических устройств и приборов совместно с отечественной аппаратурой существует некоторая трудность соединения их между собой. Отличие отечественных соединителей от зарубежных заключается в резьбе элементов соединения внешнего проводника и в диаметре контактов центрального проводника (табл. 4).

Так, например, проблема совместимости резьбы заключается в том, что внешний диаметр метрической резьбы M6x0,75 равен 6 мм (тип соединителя IX), а у дюймовой резьбы 1/4»-36UNS — 6,35 мм (тип соединителя 3,5 мм), поэтому метрический соединитель «вилка» невозможно накрутить на дюймовый соединитель «розетка». Подобная ситуация возникает с резьбой M16x1 и 5/8»-24UNEF: внешний диаметр резьбы M16x1 равен 16 мм (тип соединителя III), а внешний диаметр резьбы 5/8»-24UNEF — 15,87 мм (тип соединителя N), поэтому дюймовый соединитель «вилка» невозможно накрутить на метрический соединитель «розетка».

Однако имеется возможность соединить метрические и дюймовые соединители в некоторых комбинациях: N, розетка с III, вилка и 3,5, вилка с IX, розетка при условии, что длина резьбы не превышает 3–4 витков. При таком соединении электрического контакта по внешнему проводнику не является качественным, что может привести к механическому повреждению центрального проводника.

При подключении не соответствующих друг другу контактов происходит соединение с повышенным усилием включения и выключения. Это может привести к преждевременному стиранию покрытия штыревого контакта, к поломке ламелей гнездового контакта, к смещению центральных проводников вдоль оси и к повреждению диэлектрических опор.

Таким образом, запрещается подключать устройства с соединителями разных типов. Подключение таких устройств между собой является одной из причин ухудшения надежности радиотехнических устройств, сокращения срока их службы или выхода из строя.

Заключение

Переход СВЧ — тот незаметный элемент в радиотехнической системе, о котором не принято задумываться. Переходы должны иметься в наличии на любом производстве, в лаборатории, в комплектах оборудования и не подводить в работе. Проанализировав эту ситуацию, компания НПК ТАИР наладила серийное производство переходов измерительного класса с самыми востребованными типами соединителей, включая метрическое и дюймовое исполнения.

Предлагаемые переходы являются прецизионными, имеют низкий КСВН и малые вносимые потери. Конструкция их соединителей обладает повышенным ресурсом, обеспечивает высокую повторяемость и воспроизводимость результатов измерений при повторном подключении. Применяемая маркировка соответствует международной системе идентификации типов соединителей и позволяет избежать ошибок при подключении. При выпуске из производства переходы могут быть охарактеризованы на векторном анализаторе цепей высокой точности с выдачей сертификата заводской калибровки и файла описания частотных зависимостей коэффициентов передачи и отражения. Область применения переходов охватывает процессы разработки и производства любых устройств в радиотехнике, в т. ч. приложения с повышенными требованиями к метрологическому обеспечению.

Переходы серии ADP1A могут быть отгружены со склада готовой продукции в течение минимального промежутка времени.