การทำความเข้าใจและการเลือกตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียลช่วง GHz และส่วนประกอบสายเคเบิล

ขั้วต่อความถี่วิทยุ (RF) และชุดสายเคเบิลโคแอกเซียล (โคแอกเซียล) ที่เสร็จสมบูรณ์ให้เส้นทางสัญญาณที่จำเป็นระหว่างแผงวงจร ส่วนประกอบย่อย และ chassis ตัวเชื่อมต่อที่เหมาะสมอย่างน้อยจะให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าขั้นต่ำที่จำเป็นและความทนทานทางกล อย่างไรก็ตาม ตระกูลตัวเชื่อมต่อ RF ซึ่งใช้งานมาหลายปี รวมถึงตัวเชื่อมต่อ BNC ที่ต่อด้วยดาบปลายปืนนั้นไม่เพียงพออีกต่อไปเนื่องจากปริมาณทางกายภาพและข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ

เพื่อตอบสนองความท้าทายมากมายของการออกแบบในปัจจุบัน วิศวกรสามารถเลือกประเภทเฉพาะที่มีอยู่ในกลุ่มผลิตภัณฑ์หลักหลายตระกูล โดยแต่ละประเภทมีแบนด์วิดธ์ที่สูงกว่า เทกองน้อยกว่า และการใช้สายโคแอกเซียลที่บางกว่า คอนเน็กเตอร์เหล่านี้มีให้ในหลากหลายรูปแบบการสิ้นสุดของบอร์ดพีซี เช่นเดียวกับประเภทการสิ้นสุดสายเคเบิล เพื่อให้ตรงตามลำดับความสำคัญในการติดตั้งทางกายภาพหลายคลาส ดังนั้น นักออกแบบจึงต้องเลือกกลุ่มตัวเชื่อมต่อที่เหมาะสมก่อนเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ และเลือกสไตล์ภายในตระกูลนั้นก่อน

บทความนี้จะกล่าวถึงห้าช่วงกิกะเฮิรตซ์ (GHz) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ตระกูลตัวเชื่อมต่อ RF นอกจากนี้ยังจะพิจารณาปัญหาที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดของการประกอบสายเคเบิลที่สมบูรณ์ซึ่งสิ้นสุดด้วยขั้วต่อที่เลือก โดยใช้ส่วนประกอบจากกลุมผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ จากWürth Elektronik

พื้นฐานของตัวเชื่อมต่อ RF

สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงคำศัพท์เกี่ยวกับตัวเชื่อมต่อ “คอนเนคเตอร์” คือการปลายสายที่เป็นโลหะซึ่งสามารถจับคู่และไม่จับคู่ได้ตามต้องการ ในขณะที่ “สายเคเบิล” คือลวดโคแอกเซียลที่ประกอบด้วยตัวนำทองแดงด้านใน ไดอิเล็กตริกระยะห่าง ชิลด์ด้านนอก และฉนวนที่ต่อกับคอนเน็กเตอร์ “การประกอบสายเคเบิล” คือการรวมกันของสายเคเบิลที่มีขั้วต่อที่ปลายด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้าน อย่างไรก็ตาม คำว่า "สายเคเบิล" มักใช้แทน "การประกอบสายเคเบิล" ในการสนทนาทั่วไป และความหมายที่แท้จริงมักจะชัดเจนจากบริบท เราจะใช้ข้อกำหนดเหล่านี้ในความหมายที่เข้มงวดในบทความนี้

แม้ว่าตัวเชื่อมต่อจะเป็นส่วนประกอบแบบพาสซีฟและไม่ได้ให้การประมวลผลหรือเพิ่มประสิทธิภาพสัญญาณ แต่เป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบผลิตภัณฑ์เกือบทุกชนิด ตัวเชื่อมต่อ "ในอุดมคติ" มีคุณสมบัติทางกลที่สำคัญ เช่น การผสมพันธุ์และการไม่จับคู่ที่สะดวก ความสมบูรณ์ทางกลและทางไฟฟ้า และควรมองไม่เห็นด้วยไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทาน DC โอห์มหรือความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ RF ความท้าทายในการออกแบบ การผลิต และการใช้ตัวเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นตามความถี่ในการทำงาน เนื่องจากความถี่ในการทำงานที่ต้องการขยายไปยังโดเมน RF จนถึงช่วงกิกะเฮิรตซ์ (GHz) โครงสร้างทางกลตามความจำเป็นจะมีความแม่นยำมากขึ้น โดยมีคุณลักษณะและพารามิเตอร์ด้านประสิทธิภาพที่สำคัญมากมาย

ตัวเชื่อมต่อแบบคลาสสิก เช่น BNC (Bayonet Neil-Concelman) ซึ่งมีให้ในรุ่น 50 Ω และ 75 Ω (รุ่นหลังสำหรับวิดีโอและทีวี) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่ช่วงปี 1950 และยังคงใช้งานอยู่ (รูปที่ 1) ขั้วต่อล็อคนี้มีการดำเนินการเชื่อมต่อ/ตัดการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็วหนึ่งในสามผ่านระบบ "ดาบปลายปืน" แม้ว่าการตอบสนองความถี่จะได้รับการจัดอันดับอย่างเป็นทางการที่ 4 GHz ความสูญเสียของตัวเชื่อมต่อก็เพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่มักจะยอมรับไม่ได้ในความถี่ที่สูงขึ้น ทางกายภาพ มันไม่เหมาะกับการออกแบบที่มีขนาดกะทัดรัดและแน่นหนาในปัจจุบัน เนื่องจากมีขนาดค่อนข้างใหญ่และรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำที่ใหญ่ของการประกอบสายเคเบิลทั้งหมด

รูปที่ 1: ขั้วต่อ BNC ประกอบด้วยตัวล็อคตัวล็อคแบบดาบปลายปืนและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่มีการพัฒนาในช่วงต้นทศวรรษ 1950 แต่ก็ไม่เหมาะกับการใช้งานทางไฟฟ้าหรือทางกลที่ดีกับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัดและความถี่สูงในปัจจุบัน ปลั๊กตัวผู้มักใช้กับสายประกอบ (ซ้าย); แจ็คตัวเมีย (ขวา) สำหรับใช้กับแผงหน้าปัด (ที่มาของภาพ: Wikipedia; Pinterest)

ครอบครัวใหม่สำหรับการใช้งานใหม่ for

ตระกูลคอนเนคเตอร์มาตรฐานอุตสาหกรรมจำนวนมากมีจำหน่ายซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูงและกะทัดรัดยิ่งขึ้น กลุ่มที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ ตระกูล SMA, SMB, SMP, MMX และ MMCX ทั้งหมดมีความต้านทาน RF 50 Ω มาตรฐาน แต่ละแบบมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลที่แตกต่างกัน ตรงกันข้ามกับเส้นผ่านศูนย์กลาง 17 มม. (มม.) ของขั้วต่อ BNC ขั้วต่อเหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่ามากในช่วง 5 มม.

บทความนี้จะกล่าวถึงสมาชิกตัวเชื่อมต่อเดียวในแต่ละครอบครัวเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ในแต่ละตระกูล มีสมาชิกจำนวนมากที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเกือบเหมือนกัน แต่มีการกำหนดค่าและการจัดการทางกลที่แตกต่างกันมาก ซึ่งรวมถึงรุ่นแผงวงจรพิมพ์ (บอร์ดพีซี) ที่มีตัวเครื่องมุมฉากหรือตัวเครื่องแบบตรง และแบบมีการติดตั้งบนพื้นผิว รูทะลุ หรือปลายเปิด ชนิดกั้นด้านหลัง และรุ่นติดตั้งบนแผงพร้อมถ้วยบัดกรี แถบแบน หรือการเชื่อมต่อแบบเสากลม นอกจากนี้ยังมีการจัดเรียงที่แตกต่างกันสำหรับขั้วต่อการผสมพันธุ์ที่ต่ออยู่ที่ปลายสาย เช่น มุมตรงและมุมฉาก

การมีตัวเลือกมากมายภายในประเภทตัวเชื่อมต่อที่กำหนดนั้นดีสำหรับนักออกแบบ เนื่องจากจะเพิ่มโอกาสที่อุปกรณ์มีจำหน่ายทั่วไปจะมีรูปแบบเฉพาะที่เหมาะสมกับการออกแบบผลิตภัณฑ์และข้อจำกัดต่าง ๆ ซึ่งหมายความว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยตามลำดับความสำคัญในการออกแบบทางกลของผลิตภัณฑ์ มาดูห้าครอบครัวนี้อย่างละเอียดยิ่งขึ้น:

•SMA: คอนเนคเตอร์โคแอกเซียลรุ่นย่อย SMA ได้รับการออกแบบด้วยเทคโนโลยีคัปปลิ้งแบบเกลียวเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเสถียรทางกลสูงเมื่อเผชิญกับการสั่นสะเทือนที่รุนแรง (รูปที่ 2) หน้าสัมผัสตรงกลางและฉนวนที่ดึงดูดใจของตัวเชื่อมต่อช่วยเพิ่มแรงในแนวแกนและแรงบิด การชุบทองอย่างหนาบนหน้าสัมผัสตรงกลางช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและรอบการผสมพันธุ์สูงสุด 500 รอบ

รูปที่ 2: ตัวเชื่อมต่อ Subminiature SMA series ใช้คัปปลิ้งแบบเกลียวเพื่อเพิ่มความสมบูรณ์ทางกลเมื่อเผชิญกับการสั่นสะเทือนที่รุนแรง (ที่มาของภาพ: Würth Elektronik)

ตัวอย่างที่ดีของตัวเชื่อมต่อประเภทนี้คือ 60312242114510จาก Würth Elektronik แจ็คขั้วต่อ SMA DC ถึง 10 GHz พร้อมซ็อกเก็ตตัวเมีย (รูปที่ 3) มันถูกออกแบบมาสำหรับการใช้งานขอบบอร์ดและการวางแนวการเปิดตัว ขั้วต่อบัดกรีแบบยึดแผงนี้ยังมาพร้อมกับน็อตด้านหน้าและแหวนรองล็อคเพื่ออำนวยความสะดวกในการยึดแผงกั้น (แผง) เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

รูปที่ 3: แจ็คตัวเชื่อมต่อ SMA 60312242114510 DC ถึง 10 GHz พร้อมซ็อกเก็ตตัวเมียประกอบด้วยน็อตด้านหน้าและแหวนรองล็อคที่เกี่ยวข้องเพื่อความสมบูรณ์ทางกลเพิ่มเติมเมื่อติดตั้งผ่านแผงหรือกำแพงกั้น (ขนาดทั้งหมดเป็นมิลลิเมตร) (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

ข้อกำหนด RF ที่สำคัญประกอบด้วยอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟ (VSWR) ที่ต่ำกว่า 1.2 และการสูญเสียการแทรก (IL) ที่น้อยกว่า 0.14 เดซิเบล (dB) จาก DC ถึง 12.4 GHz โดยมี VSWR และหมายเลข IL ที่สอดคล้องกันที่ 1.4 และ 0.2 dB จาก 12.4 ถึง 18 GHz

•SMB: ตัวเชื่อมต่อในซีรีส์ SMB ได้รับการออกแบบสำหรับการเชื่อมต่อแบบ snap-on พร้อมความสามารถบรอดแบนด์จาก DC สูงถึง 4 GHz มีขนาดเล็กกว่าขั้วต่อ SMA series และเหมาะสำหรับการย่อขนาดวงจร ในบรรดาตัวเชื่อมต่อ SMB ที่มีอยู่ ได้แก่ เต้ารับพีซีบอร์ดสำหรับรูเจาะและตัวยึดบนพื้นผิว เช่นเดียวกับการ์ดขอบและตัวเชื่อมต่อสายเคเบิลสำหรับปลั๊กและแจ็ค (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: ตัวเชื่อมต่อ SMB เป็นอุปกรณ์สแน็ปอินที่มีขนาดเล็กกว่าตัวเชื่อมต่อ SMA และไม่มีเธรด พวกมันยังมีอยู่ในการกำหนดค่าต่าง ๆ (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

ตัวอย่างของตัวเชื่อมต่อ SMB คือ 61611002121501พินตัวผู้, มุมฉาก, รูทะลุ, แจ็คตัวเชื่อมต่อแบบบัดกรีที่มี VSWR 1.5 และการสูญเสียการแทรกต่ำกว่า 0.2 dB (รูปที่ 5) เช่นเดียวกับอุปกรณ์ SMA จะได้รับการจัดอันดับที่ 500 รอบการผสมพันธุ์

รูปที่ 5: คอนเน็กเตอร์ SMB 61611002121501 เป็นยูนิตมุมขวาแบบ snap-on ที่ออกแบบมาสำหรับการต่อและการบัดกรีของบอร์ดรูทะลุ ซึ่งมีขนาดเล็กกว่ายูนิต SMA แต่มีคุณสมบัติที่เทียบเคียงได้ (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

•SMP ซีรีส์: คอนเน็กเตอร์ขนาดเล็กเหล่านี้มีทั้งแบบสไลด์อินและแบบสแน็ปออน สามารถใช้ได้กับแอปพลิเคชันต่างๆ ที่มีความเร็วสูงสุด 40 GHz ใช้ได้กับอินเทอร์เฟซสามประเภท: "บุ๋ม" เต็มพร้อมการยึดเกาะสูงสุดสำหรับความต้านทานที่สดใส (100 รอบ); บุ๋มจำกัดที่มีการยึดเกาะปานกลางถึงต่ำ (500 รอบ) และการเจาะที่ราบรื่น (1000 รอบ) โดยมีการยึดต่ำสุดที่ทำได้ผ่านหน้าสัมผัสแบบเลื่อนสำหรับระบบโมดูลาร์และการใช้งาน (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: ตัวเชื่อมต่อในซีรีย์ SMP นำเสนอการให้คะแนนการยึดที่หลากหลาย รวมถึงการบุ๋มจำกัดสำหรับการยึดเกาะปานกลางถึงต่ำ (ซ้าย) และอัตรารอบ 500; และเจาะเรียบ (ขวา) โดยมีการยึดต่ำสุด แต่เพิ่มจำนวนรอบเป็นสองเท่า (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

ตัวเชื่อมต่อหนึ่งในซีรีส์นี้คือ 60114202122305, ตัวยึดพื้นผิว, ขั้วต่อการ์ดขอบพร้อมขาบัดกรีแบบขยายสำหรับแผงวงจรที่มีความหนาสูงสุด 1.2 มม. (รูปที่ 7) มีการระบุให้มี VSWR 1.5 และการสูญเสียการแทรก 0.42 dB จาก DC เป็น 12 GHz

รูปที่ 7: 60114202122305 เป็นคอนเน็กเตอร์ edge card แบบเจาะเรียบในซีรีส์ SMP ที่อัตรา 12 GHz (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

•MCX ซีรีส์: ตัวเชื่อมต่อในซีรีส์ MCX (Micro Coaxial) มีกลไกการเชื่อมต่อแบบ snap-on เพื่อการเชื่อมต่อที่รวดเร็วและสะดวก และมีไว้สำหรับการทำงานจาก DC ถึง 6 GHz (รูปที่ 8) ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้เข้ากันได้กับ IEC 61169-36, “ขั้วต่อความถี่วิทยุ - ส่วนที่ 36: ขั้วต่อ RF ขนาดเล็กพร้อมคัปปลิ้งแบบสแน็ปอิน - อิมพีแดนซ์ลักษณะ 50 Ω (ประเภท MCX)”

รูปที่ 8: ซีรีย์ตัวเชื่อมต่อ MCX เป็นตัวเชื่อมต่อในตระกูล snap-on ที่เล็กกว่าที่เข้ากันได้กับ IEC 61169-36 (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

6061220211308 เป็นเมาท์พื้นผิว แจ็คเปิดขอบ ในซีรีส์ MCX เหมาะสำหรับบอร์ดที่มีความหนาสูงสุด 1.6 มม. มี VSWR 1.3 และการสูญเสียการแทรก 0.25 dB ในช่วงนั้นและได้รับการจัดอันดับสำหรับ 500 รอบ

รูปที่ 9: ชุดติดตั้งบนพื้นผิว MCX ซีรีส์ 6061220211308 แจ็คเปิดขอบมีการสูญเสียการแทรกเพียง 0.25 dB ถึง 6 GHz (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

• MMCX ซีรีส์: ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าประมาณ 30% เมื่อเทียบกับตัวเชื่อมต่อ MCX และเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการการออกแบบที่เล็กมาก (รูปที่ 10) พวกเขามีกลไกการเชื่อมต่อแบบ snap-on เพื่อการเชื่อมต่อที่รวดเร็วและง่ายดาย และยังเป็นไปตาม IEC 61169-36

รูปที่ 10: ตัวเชื่อมต่อในซีรีย์ MMCX มีขนาดเล็กกว่าในซีรีย์ MCX ประมาณ 30% และแสดงประสิทธิภาพ RF ที่เทียบเคียงได้ (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

ตัวอย่างเช่น 66046011210320 ปลั๊ก MMCX เป็นพินตัวผู้ "แขวนอิสระ" (ในสาย) ขั้วต่อจีบในตระกูล MMCX (รูปที่ 11) ขั้วต่อ 6 GHz นี้ใช้งานได้กับสายโคแอกเชียล RG174, RG316 และ RG188 และมี VSWR 1.3 และการสูญเสียการแทรก 0.3 dB

รูปที่ 11: ปลั๊ก 66046011210320 MMCX ได้รับการออกแบบมาให้ใช้กับสายเคเบิล เช่น RG174, RG316 และ RG188 ชนิดโคแอกเซียล (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

คอนเนคเตอร์พิเศษ อะแด็ปเตอร์ที่ตอบโจทย์ทุก

เนื่องจากมีการใช้ตัวเชื่อมต่อที่หลากหลาย จึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะต้องมีการใช้อะแดปเตอร์เพื่อเปิดใช้งานการเชื่อมต่อระหว่างครอบครัวหนึ่งกับอีกครอบครัวหนึ่ง Würth Elektronik มีชุดอะแดปเตอร์ที่สมบูรณ์หลายชุดที่สนับสนุนการเปลี่ยนจากประเภทตัวเชื่อมต่อและเพศเป็นอีกประเภทหนึ่ง เช่น จากปลั๊กและแจ็ค SMA ไปเป็นซีรีส์ปลั๊กและแจ็คของตัวเชื่อมต่ออื่น ๆ (รูปที่ 12)

รูปที่ 12: แสดงให้เห็นว่ามีอะแดปเตอร์ปลั๊กและแจ็ค SMA ที่มีอยู่มากมายซึ่งให้การเปลี่ยนผ่านไปยังตัวเชื่อมต่อตระกูล SMB, MCX และ MMCX ประเภทต่าง ๆ ได้อย่างราบรื่น (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

มีตัวเชื่อมต่อพิเศษอีกประเภทหนึ่งที่อาจสร้างความสับสนให้กับนักออกแบบในตอนแรก: ตัวเชื่อมต่อแบบขั้วย้อนกลับ (RP) การกำหนดค่าคอนเนคเตอร์มาตรฐานจะต้องมีหน้าสัมผัสตรงกลาง (พิน) ตัวผู้ในปลั๊ก และตัวเมีย (เต้ารับ) ที่สอดคล้องกันในแจ็ค แต่ในสหรัฐอเมริกา ข้อบังคับของ Federal Communications Commission (FCC) กำหนดให้ "ขั้ว" ของเพศย้อนกลับในบางกรณีที่ไม่ซ้ำกัน

สถานการณ์นี้ย้อนกลับไปหลายทศวรรษเมื่อมีการเปิดตัวเราเตอร์ Wi-Fi ไร้สายสำหรับผู้บริโภค พวกเขาได้รับการออกแบบสำหรับช่วงที่จำกัดโดยใช้เสาอากาศขนาดเล็กที่มีขั้วต่อที่ฐานซึ่งขันเข้ากับการเชื่อมต่อเสาอากาศของหน่วย Wi-Fi โดยตรง ดังนั้นจึงไม่สามารถย้ายตำแหน่งได้ อย่างไรก็ตาม FCC กังวลว่าผู้ใช้ปลายทางจะพยายามเพิ่มช่วงของอุปกรณ์ด้วยแอมพลิฟายเออร์เสริมและ/หรือเสาอากาศภายนอก ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนย่านความถี่ Wi-Fi “วิธีแก้ไข” ของพวกเขาคือพยายามป้องกันการเชื่อมต่อที่ง่ายดายของส่วนเสริมดังกล่าว โดยกำหนดให้ใช้ตัวเชื่อมต่อ RP บนอุปกรณ์ไร้สายเหล่านี้ (ซึ่งมักใช้ตัวเชื่อมต่อ SMA) เพื่อให้เข้ากันไม่ได้กับส่วนเสริมมาตรฐาน (รูปที่ 13)

รูปที่ 13: ขั้วต่อปลั๊กและแจ็ค RP SMA มีเพศของตัวนำศูนย์ตรงข้ามเมื่อเทียบกับขั้วต่อ SMA ทั่วไป (ซ้ายไปขวา) ขั้วต่อ SMA ตัวผู้มาตรฐาน, ขั้วต่อตัวเมียมาตรฐาน SMA, ขั้วต่อตัวเมีย RP-SMA, ขั้วต่อตัวผู้ RP-SMA (แหล่งรูปภาพ: Wikipedia)

อย่างไรก็ตาม ภายในเวลาอันสั้น การประกอบสายเคเบิลที่สิ้นสุดด้วยคู่ตัวเชื่อมต่อ RP ก็พร้อมใช้งานอย่างกว้างขวาง และเป็นส่วนเสริมมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เสาอากาศ Wi-Fi ภายนอกที่เคลื่อนย้ายได้ (รูปที่ 14)

รูปที่ 14: เสาอากาศ Wi-Fi ภายนอกนี้สามารถเคลื่อนย้ายไปรอบๆ เพื่อหาตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด และขั้วต่อเข้ากันได้กับอินเทอร์เฟซเสาอากาศบนเราเตอร์ Wi-Fi เนื่องจากขั้วต่อ RP-SMA (แหล่งรูปภาพ: Wikipedia)

รูปที่ 15: คอนเน็กเตอร์แบบขั้วย้อนกลับ (RP) มีให้เลือกใช้ในรูปแบบแผงวงจรตลอดจนการกำหนดค่าการต่อสายเคเบิล (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

ขั้วต่อแจ็ค RP-SMA หนึ่งตัวที่มีจำหน่ายคือที่ยึดแผงตั วประสานแบบ thru-hole 63012042124504 (รูปที่ 16) ตัวเชื่อมต่อนี้มี VSWR ที่ 1.2 จาก DC ถึง 12.4 GHz และ 1.4 จาก 12.4 ถึง 18 GHz ในขณะที่การสูญเสียการแทรกในทั้งสองช่วงคือ 0.14 dB และ 0.2 dB ตามลำดับ

รูปที่ 16: 63012042124504 เป็นขั้วต่อ SMA แบบขั้วย้อนกลับที่ออกแบบมาสำหรับการติดตั้งและการบัดกรีผ่านรู (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

สายเคเบิลและชุดประกอบทำให้การเชื่อมต่อเสร็จสมบูรณ์

ตัวเชื่อมต่อเพียงอย่างเดียวเป็นเพียงส่วนหนึ่งของสถานการณ์เส้นทางสัญญาณ RF เท่านั้น ปลั๊กมักจะติดตั้งกับสายโคแอกเชียลมาตรฐาน เช่น RG174, RG316 และ RG188 เป็นต้น แม้ว่าสายเคเบิลทั้งหมดจะเป็นสาย 50 Ω สำหรับงาน RF (สายเคเบิลและตัวเชื่อมต่อ 75 Ω มีให้สำหรับระบบวิดีโอ) พวกมันมีช่วงความถี่ การลดทอน เส้นผ่านศูนย์กลาง ประเภทไดอิเล็กตริก ลักษณะเฟส การจัดการพลังงาน รัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ การหุ้มภายนอก และอื่นๆ คุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า (รูปที่ 17)

รูปที่ 17: นักออกแบบสามารถเลือกสายโคแอกเชียลขนาด 50 Ω ได้หลากหลาย ซึ่งมีลักษณะทางไฟฟ้าและทางกลแตกต่างกัน แสดงให้เห็นคือการลดทอนกับความถี่ ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับสายโคแอกเซียลมาตรฐานทั่วไปบางสาย (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

นักออกแบบยังต้องตัดสินใจว่าจะทำการประกอบสายโคแอกเชียลของตนเองหรือซื้อแบบประดิษฐ์ขึ้นแล้ว ซึ่งเป็นคำถามคลาสสิกที่ "ทำกับซื้อ" เป็นไปได้ที่จะยุติสายโคแอกเซียลเหล่านี้ด้วยตัวเชื่อมต่อที่เลือกได้ตามต้องการ—ตัวเลือก "สร้าง"—แต่การทำเช่นนั้นเป็นความท้าทายที่ต้องใช้ทักษะ ฝึกฝน เวลา เครื่องมือย้ำที่เหมาะสม และเครื่องมืออื่นๆ ในหลายกรณี

นอกจากนี้ สายเคเบิลที่ประกอบเสร็จสมบูรณ์เหล่านี้ต้องการมากกว่าการทดสอบความต่อเนื่องอย่างง่าย นอกจากนี้ยังต้องตรวจสอบปัจจัยด้านประสิทธิภาพของคลื่นความถี่วิทยุ เช่น แบนด์วิดท์และความเรียบ ความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ การสูญเสีย และการเปลี่ยนเฟส เพื่ออ้างอิงเพียงไม่กี่ปัจจัย การทดสอบทางไฟฟ้าเหล่านี้ต้องใช้เวลาและต้องใช้อุปกรณ์วัดที่ซับซ้อน และชุดประกอบต้องการความทนทานทางกลที่เพิ่มผ่านการคลายความเครียด

โชคดีที่ชุดสายเคเบิลมีความยาวหลายขนาดตามมาตรฐาน และมีสินค้าในคลังสำหรับประเภทสายเคเบิลและขั้วต่อทั่วไป พวกเขายังมาในความยาวที่กำหนดเองและการจับคู่ตัวเชื่อมต่อที่มีเวลาการส่งมอบค่อนข้างสั้น พิจารณา ตัวอย่างเช่น Würth 65503503530505ชุดสายเคเบิลขนาด 12 นิ้ว/305 มม. พร้อมปลั๊ก SMA ตัวผู้แบบตรงที่ปลายแต่ละด้าน โดยใช้สายโคแอกเชียล RG-316 (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 0.102 นิ้ว/2.59 มม.) โดยเพิ่มท่อหดด้วยความร้อนเหนือคอนเน็กเตอร์/จุดต่อสายเคเบิลเพื่อบรรเทาความเครียดและ ความทนทาน (รูปที่ 18)

รูปที่ 18: 65503503530505 เป็นสายเคเบิลโคแอกเซียลขนาด 12 นิ้วมาตรฐานโดยใช้สายเคเบิล RG-316 พร้อมปลั๊ก SMA ตัวผู้ตรงปลายแต่ละด้าน สังเกตการคลายความเครียดระหว่างขั้วต่อและสายเคเบิล (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

เอกสารข้อมูลสำหรับการประกอบสายเคเบิลนี้มีรายละเอียดและขนาดทางกลและวัสดุที่ครอบคลุม รวมถึงข้อกำหนดที่รับประกันสำหรับ VSWR (1.3) และการสูญเสียการแทรก (1.2 dB) จาก DC ถึง 6 GHz นอกจากนี้ยังมีแผนภูมิแสดงการลดทอนเทียบกับความถี่ต่อ 100 ฟุต เพื่อให้ผู้ใช้สามารถกำหนดการลดทอนได้อย่างรวดเร็วสำหรับรูปแบบการประกอบสายเคเบิลนี้หรือความยาวใด ๆ ที่เลือกไว้ (รูปที่ 19)

รูปที่ 19: แสดงเป็นการลดทอนเมื่อเทียบกับความถี่สำหรับการประกอบสายเคเบิล 65503503530505 (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

สายเคเบิลที่หลากหลายที่ผู้ขายจัดหามานั้นไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การมีตัวเชื่อมต่อชนิดเดียวกันที่ปลายแต่ละด้านเท่านั้น แต่ยังสามารถจัดการปัญหาการเชื่อมต่อระหว่างกันและการเปลี่ยนแปลงโดยตรงได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น 65530260515303 เป็นชุดสายเคเบิลแบบสั้น (6 นิ้ว/152 มม.) โดยใช้สายเคเบิล RG-174 ที่มีแจ็คตัวผู้แบบกั้น RP-SMA ที่ปลายด้านหนึ่ง และแจ็คตัวผู้ MMCX แบบตรงที่อีกด้านหนึ่ง (ภาพที่ 20)

รูปที่ 20: การประกอบสายเคเบิลยังสามารถใช้เป็นทรานซิชันระหว่างตระกูลคอนเนคเตอร์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น ชุดประกอบ 65530260515303 ใช้สายเคเบิล RG-174 และมีแจ็คตัวผู้แบบกั้น RP-SMA ที่ปลายด้านหนึ่งและแจ็คตัวผู้ MMCX แบบตรงที่ปลายอีกด้านหนึ่ง (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

มีอีกสิ่งหนึ่งที่ควรคำนึงถึงสำหรับขั้วต่อเหล่านี้และส่วนประกอบสายเคเบิล: มีขนาดเล็กและบางครั้งก็จับยากเมื่อขันหรือคลายเกลียวออก ในเวลาเดียวกัน พวกมันจะต้องถูกบิดเป็นค่าที่กำหนด: แรงบิดน้อยเกินไปและพวกมันอาจไม่สัมผัสที่เชื่อถือได้ มากเกินไปและเกลียวของพวกมันอาจถูกกดทับและบิดเบี้ยว ทำให้จำนวนรอบการผสมพันธุ์/ไม่ผสมพันธุ์ลดลง สำหรับเหตุผลนี้ Würth Elektronik เสนอ 6006330101 WR-Tool ประแจแรงบิดขนาดเล็กสำหรับขั้วต่อ WR-SMA ทั้งหมด (รูปที่ 21)

รูปที่ 21: 6006330101 WR-Tool ช่วยให้แน่ใจว่าตัวเกลียวของตัวเชื่อมต่อ SMA มีแรงบิดอย่างเหมาะสมและสม่ำเสมอ ซึ่งมักจะท้าทายด้วยขนาดที่เล็กของตัว SMA (แหล่งรูปภาพ: Würth Elektronik)

การใช้เครื่องมือนี้ช่วยให้แน่ใจว่าแรงบิดของคอนเนคเตอร์ที่ใช้นั้นอยู่ที่ระดับที่กำหนด จึงรับประกันการจับคู่หน้าสัมผัสที่เหมาะสม เพิ่มความน่าเชื่อถือสูงสุด และประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

สรุป

นักออกแบบวงจร RF และระบบที่มีความถี่ขยายไปถึงช่วงกิกะเฮิรตซ์มีทางเลือกของตัวเชื่อมต่อที่มีขนาด รูปร่าง การจัดเพศ และพารามิเตอร์ที่สำคัญอื่น ๆ ด้วยการเลือกคอนเน็กเตอร์ที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลที่เหมาะสม และแรงบิดอย่างถูกต้อง ความท้าทายในการสร้างเส้นทางสัญญาณที่เชื่อถือได้ สม่ำเสมอ และสูญเสียต่ำระหว่างวงจร วงจรย่อย และระบบต่าง ๆ จะลดลง