Концевые радиочастотные соединители для микроэлектроники СВЧ

В работе [1] были рассмотрены концевые соединители трех видов:

1. Соединители для установки в углубление (выборку) на конце печатной платы и пайки к ее поверхности (соединители для поверхностного монтажа).
2. Соединители, в направляющие которых входит торец печатной платы и спаянные с ней.
3. Составные соединители, закрепляемые на плате с помощью винтов.

НПФ «Микран» и ООО «НПК «Таир» разработали концевые соединители только третьего вида.

Концевые соединители НПФ «Микран»

НПФ «Микран» не выделила концевые соединители в самостоятельную категорию, а включила их в группу коаксиально-микрополосковых переходов, предназначенных для ввода/вывода сигналов на печатные платы.

Рис. 1. Коаксиально-микрополосковые переходы НПФ «Микран»

Компанией разработано пять коаксиально-микрополосковых переходов серий ПКМ1-32 и ПКМ1-50 (рис. 1):

• ПКМ1-32-03Р‑0,3П — тип IX, вариант 3 (розетка);
• ПКМ1-32-03-0,3П — тип IX, вариант 3 (вилка);
• ПКМ1-32-13Р‑0,3П — тип 3,5 мм (розетка);
• ПКМ1-32-13-0,3П — тип 3,5 мм (вилка);
• ПКМ1-50-05Р‑0,3П — тип 2,4 мм (розетка).

Конструкция разработанных коаксиально-микрополосковых переходов показана на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция коаксиально-микрополосковых переходов НПФ «Микран»:
а) ПКМ1-32-03Р-0,3П — тип IX, вариант 3,5 мм (розетка);
б) ПКМ1-32-03-0,3П — тип IX, вариант 3,5 мм (вилка);
в) ПКМ1-50-05Р-0,3П — тип 2,4 мм (розетка);
г) гермоввод МК100М

Монтаж переходов на печатную плату осуществляется с помощью двух крепежных винтов. В составе переходов используется гермоввод МК100М, предназначенный для работы в диапазоне частот 0–50 ГГц. Покрытие центрального проводника — износостойкое золото. Корпус наружного проводника коаксиального соединителя изготовлен из нержавеющей стали, корпус собственно перехода — из серебреной латуни. Примененные материалы и конструкция переходов обеспечивают малые потери и отражение, высокую стабильность параметров при не менее чем 3000 циклах соединений в диапазоне рабочих температур –60…+110 °C. По требованию заказчика переходы серии ПКМ1-32 могут быть поставлены как с метрической, так и с дюймовой резьбой [2].

НПФ «Микран» разработала подробную инструкцию по установке коаксиально-микрополосковых переходов на плату и необходимые для этого приспособления. В качестве примера приведено использование коаксиально-микрополосковых переходов для печатной платы с копланарной линией на подложке из материала Rogers 4350B толщиной 0,254 мм поверх слоя стеклотекстолита FR4 толщиной до 1,7 мм (рис. 3а) [2]. Копланарная линия имела следующие размеры: ширина линии 0,45 мм, зазор — 0,31 мм (рис. 3б) [2].

Рис. 3.
а) Материал печатной платы;
б) размеры копланарной линии;
в) частотная зависимость КСВН одного коаксиально-микрополоскового перехода «ПКМ1-32 — плата»

При такой конструкции платы КСВН одного коаксиально-микрополоскового перехода ПКМ1-32 на плату не превышает 1,25 на частотах до 32 ГГц (рис. 3в) [2]. При этом необходимо учитывать влияние зазора, образующегося на стыке торца платы и стенки корпуса перехода. Наличие зазора вносит дополнительную паразитную составляющую. Соответственно, чем он меньше, тем лучше общие характеристики переходов.

Конструкция переходов не исключает использования других подводящих линий, таких как подвешенная копланарная или микрополосковая линии.

Технические параметры коаксиально-микрополосковых переходов НПФ «Микран» приведены в таблице [2].

Значения КСВН, приведенные в таблице, вызывают некоторые сомнения. Во‑первых, некорректно указывать рабочий диапазон частот 0–32 ГГц для коаксиально-микрополосковых переходов типа IX вариант 3 и 3,5 мм. Частота 32–33 ГГц является предельной для коаксиальной линии, примененной в соединителях. На более высоких частотах в коаксиальной линии возникают нежелательные типы колебаний [3]. Правильнее говорить о верхней границе рабочего диапазона частот этих соединителей. Согласно ГОСТ РВ 5194-2002 и стандарту МЭК для соединителей с волновым сопротивлением 50 Ом и сечением коаксиального тракта 3,5/1,52 мм (соединители типов IX вариант 3 и 3,5 мм) она равна 26,5 ГГц.

Во‑вторых, конкретные значения диапазона частот, КСВН и вносимых потерь допустимо показывать только при указании методики измерения, включающей прежде всего описание измеряемого устройства DUT (Device Under Test) и точность измерения.

Концевые соединители ООО «НПК «Таир»

ООО «НПК «Таир» обозначило разработанный предприятием концевой соединитель как розетку торцевую CON2A‑29F в соответствии с РНДМ.468553.003 [4]. Отличие розетки торцевой CON2A‑29F от коаксиально-микрополосковых переходов НПФ «Микран» состоит в том, что в ней вместо гермоввода применена розетка блочная CON1A‑29F. Розетка блочная, также разработанная ООО «НПК «Таир» [4], является коаксиально-микрополосковым переходом в канале 2,92 мм со следующими основными параметрами:

• диапазон рабочих частот: 0–20 ГГц;
• КСВН: не более 1,2;
• вносимые потери: не более 0,5 дБ;
• диапазон рабочих температур: –60…+110 °C.

Корпус наружного проводника коаксиального соединителя изготовлен из нержавеющей стали, корпус собственно перехода — из посеребренной латуни. Материал центрального проводника — бериллиевая бронза, покрытая износостойким золотом. Материал диэлектрической опоры — полиэфиримид PEI 1000 (Ultem 1000). Внешний вид и конструкция розетки торцевой CON2A‑29F приведены на рис. 4 [4].

Рис. 4. а) Внешний вид розетки торцевой CON2A-29F:
1 — корпус,
2 — розетка блочная CON1A-29F,
3 — планка,
4 — винты;
б) розетка блочная CON1A-29F;
в) конструкция розетки торцевой CON2A-29F

Розетка торцевая CON2A‑29F предназначена для установки на торец многослойной печатной платы. Монтаж производится при помощи крепежных винтов и пайки корпуса к плате. Благодаря модульной конструкции замена внутренней части соединителя осуществляется без демонтажа корпуса.

Технические параметры розетки торцевой CON2A‑29F такие же, как у входящей в ее состав розетки блочной CON1A‑29F.

ООО «НПК «Таир» создало подробную инструкцию по установке розетки торцевой, включая рекомендации по установочным размерам печатной платы на подложке из материала Rogers 4350B толщиной 0,254 мм с металлизацией толщиной 0,036 мм (рис. 5) [4].

Рис. 5. Печатная плата:
а) рекомендуемые установочные размеры;
б) топология

Пайку корпуса розетки торцевой к плате рекомендуется выполнять с применением паяльной пасты Sn62Pb36Ag2‑AIM, используя предлагаемые приспособления для точной установки. Торцевая розетка, установленная на плату с копланарной линией, показана на рис. 6 [4].

Рис. 6. Торцевая розетка, установленная на плату