eng
Выпуск #8/2021
К. Джуринский
СОЕДИНИТЕЛИ SMP С ПОВЫШЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ВИБРАЦИОННЫМ И УДАРНЫМ НАГРУЗКАМ
СОЕДИНИТЕЛИ SMP С ПОВЫШЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ВИБРАЦИОННЫМ И УДАРНЫМ НАГРУЗКАМ
Просмотры: 1252
DOI: 10.22184/1992-4178.2021.209.8.88.100
Рассматриваются зарубежные соединители SMP с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам. Основное применение соединителей SMP – сложные многофункциональные СВЧ-модули с высокой плотностью компоновки для систем аэронавигационного и аэрокосмического назначения, активных фазированных решеток, радаров и других изделий специального назначения.
Рассматриваются зарубежные соединители SMP с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам. Основное применение соединителей SMP – сложные многофункциональные СВЧ-модули с высокой плотностью компоновки для систем аэронавигационного и аэрокосмического назначения, активных фазированных решеток, радаров и других изделий специального назначения.
Теги: quarterback smp / smpm secure-lok™ smp smp connectors smp-l smp-lock smpm-t smp-sl соединители smp
Соединители SMP с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам
К. Джуринский, к. т. н.
Основное применение соединителей SMP – сложные многофункциональные
СВЧ-модули с высокой плотностью компоновки для систем аэронавигационного и аэрокосмического назначения, активных фазированных решеток, радаров и других изделий специального назначения. Наряду с высоким уровнем параметров соединители SMP должны обеспечивать надежное соединение вилки и розетки при воздействии повышенных вибрационных и ударных нагрузок. Зарубежным соединителям SMP с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам посвящена данная статья.
Соединители SMP
Номенклатура радиочастотных соединителей, применяемых в космической технике, весьма ограничена. Самый распространенный соединитель – SMA. Для более высоких рабочих частот – до 40 ГГц – обычно используют соединитель SMA 2.9 (K-соединитель), а для приложений с высокой пропускаемой мощностью выбирают соединители TNC. Приблизительно с 2005 года стали популярными соединители SMP благодаря широкому рабочему диапазону частот (0–40 ГГц), небольшим размерам и простоте использования.
Номенклатура соединителей SMP и их внешний вид представлены на рис. 1.
Интерфейс соединителей SMP (рис. 2) соответствует военному стандарту MIL-STD‑348A, а их параметры – стандарту MIL-PRF‑39012 [1].
Законченное соединение состоит из вилки и розетки. Большинство производителей называют вилкой соединитель со штыревым центральным проводником, а розеткой – с гнездовым проводником, хотя по своему применению приборные соединители со штыревым центральным проводником являются розетками, а кабельные соединители с гнездовым проводником – вилками [1]. В данной статье использованы обозначения производителей соединителей.
Разработаны приборные вилки (рис. 1) следующих конструктивных исполнений: с полным или ограниченным защелкиванием в них кабельных соединителей розетка, а также со скользящим соединением. Наиболее широко применяют герметичные приборные вилки в металлических корпусах с внутренним металлостеклянным спаем центрального и наружного проводников.
Параметры соединителей SMP приведены в табл. 1 – в спецификациях DSCC 94007 / 08 (Defense Supply Center, Columbus [1]. Реальные электрические параметры соединителей SMP зависят от многих факторов: типа соединителей (кабельные, приборные, для установки на платы, прямые или угловые), применяемого кабеля и способа его заделки в соединитель, способа установки соединителя в корпус или на плату.
Для сравнения в табл. 1 включены параметры соединителя SMP-L компании CarlisleIT.
Однако, несмотря на высокий уровень параметров соединителей SMP, разработчики ответственных бортовых систем высказывают озабоченность по поводу того, что соединение защелкиванием может выдержать повышенные вибрационные и ударные нагрузки, а также натяжение кабеля, на который заделан соединитель в кабельной сборке. Чтобы повысить надежность соединителей SMP, зарубежные компании Huber+Suhner, Radiall, CarlisleIT, Rosenberger, SV Microwave разработали свои фирменные соединители, в которых соединение вилки и розетки происходит за счет усиления защелкивания другими способами соединения.
Соединители SMPM-T компании Astrolab / Huber+Suhner
По надежности при воздействии вибрационных и ударных нагрузок соединение защелкиванием уступает резьбовому соединению. Поэтому напрашивалось решение объединить оба эти соединения в соединителях SMP. И такое решение предложила американская компания Astrolab (в настоящее время она в составе компании Huber+Suhner, Швейцария) для соединителей SMPM, более миниатюрных, чем соединители SMP. В соединителях, названных SMPM-T, традиционное соединение защелкиванием сочетается с дополнительным резьбовым соединением при помощи миниатюрной подвижной гайки, надетой на кабель – рис. 3 [2].
Соединители SMPM-T имеют высокий уровень параметров в условиях жестких механических воздействий в соответствии с военным стандартом MIL-STD‑202, методы 204 (вибрация с ускорением 28g) и 213 (удары с ускорением 120 00g). Типичная величина КСВН на частотах до 26,5 ГГц – 1,1, а в диапазоне частот (26,5–65) ГГц – 1,3. Величина прямых потерь равна 0,05 + 0,04√–f дБ для негерметичных соединителей и 0,12√–f дБ для герметичных соединителей (где f – частота, ГГц).
Однако размеры вилки и розетки соединителей SMPM-T увеличились, их изготовление стало сложнее и возросла стоимость. Минимальное расстояние между осями соединителей при установке в ряд увеличилось до 5,08 мм против 3,56 мм для стандартных соединителей SMPM [1]. К тому же, применение предложенного решения не универсально, оно возможно только для прямых кабельных соединителей и неосуществимо для угловых соединителей. Правда, применение в соединителях SMPM-T радиочастотного кабеля с малым радиусом изгиба позволяет в ряде случаев использовать прямые соединители в качестве угловых.
Основная область применения соединителей SMPM-T – аэрокосмическая техника.
Соединители Secure-Lok™ SMP
компании CarlisleIT
Американская компания Carlisle Interconnect Technologies Inc. (CarlisleIT) запатентовала (патент США № 8579659B2, ноябрь 2013 года) конструкцию соединителей SMP-L, в которых механизм блокировки вилки и розетки Secure-Lok™ встроен в стандартный интерфейс соединителей SMP [3, 4]. Фирменное название серии этих соединителей – Secure-Lok™SMP или SMP-L. Блокировка происходит за счет дополнительного байонетного соединения, позволяющего быстро соединять и разъединять вилку и розетку. В соединителях SMP-L, после стандартного соединения вилки и розетки защелкиванием, выступы на розетке входят в прорези вилки, и окончательное соединение происходит после поворота розетки относительно вилки – рис. 4 [3–5].
Механизм Secure-Lok увеличивает удерживающее усилие соединения вилки и розетки SMP после защелкивания, что позволяет применять соединители SMP-L для военных и коммерческих приложений с повышенными механическими нагрузками.
Параметры соединителей SMP-L приведены в табл. 1. Эти соединители испытывают согласно стандарту MIL-STD‑202, метод 204, условия испытаний D. По этому методу воздействуют вибрацией на частотах 10–500, 10–2 000 или 10–3 000 Гц на изделия, применяемые в самолетах и ракетах. Кроме того, проводятся жесткие испытания таких изделий на воздействие ударных нагрузок согласно стандарту MIL-STD‑202, метод 213, условия испытаний 1.
Компания CarlisleIT разработала серию соединителей SMP-L (рис. 5). В номенклатуру продукции соединителей SMP-L входят:
QuarterBack SMP Connectors
компании Amphenol / SV Microwave
Соединители QuarterBack SMP / SMPM американской компании SV Microwave (ныне входит в состав компании Amphenol) обеспечивают возможность дополнительной байонетной блокировки на четверть оборота в соединителях с интерфейсами SMP и SMPM. В отличие от рассмотренных ранее соединителей SMP-L компании CarlisleIT в соединителях QuarterBack прорези выполнены на дополнительной стяжной байонетной гайке, установленной на кабельной розетке, а двумя штырями снабжены приборная или концевая вилки – рис. 6 [6, 7].
Усилия соединения и рассоединения соответственно равны 9Н и 2,25Н, допустимое количество циклов соединений 1 000, что характерно для скользящего соединения SMP. Такие низкие усилия обеспечивают меньший крутящий момент отрыва от платы паяного соединителя.
Соединители QuarterBack SMP имеют следующие параметры [6, 7]:
Компания SV Microwave / Amphenol разработала следующие соединители QuarterBack SMP:
Эта компания также создала в исполнении QuarterBack соединители SMPM таких же типов с предельной частотой 65 ГГц, с максимальным КСВН, равным 1,1, в диапазоне частот 0–18 ГГц (для кабельных соединителей) и допустимым количеством соединений и рассоединений 500.
Соединители QuarterBack SMP / SMPM применяют в устройствах военного и гражданского назначения, работающих в условиях высокой вибрации, а также при необходимости большого количества соединений и рассоединений.
Соединители SMP-SL
компании Huber+Suhner
Важным инновационным решением компании Huber+Suhner для повышения надежности соединения вилки и розетки соединителей SMP является создание соединителя SMP-SL (Sub-Miniature Push-On-Self-Lock) [8–11]. Впервые компания сообщила об этом 13–15 марта 2018 года на аэрокосмической конференции SATELLITE в Вашингтоне (США) [9].
В 2019 году соединитель SMP-SL был продемонстрирован на Международном симпозиуме по микроволновой технике в Бостоне (США) [10]. SMP-SL – это компактный защелкиваемый соединитель с блокировкой, который обеспечивает такое же надежное соединение, как резьбовые соединители. Соединители SMP-SL сертифицированы для использования в системах космического и военного применения.
Внешний вид этих соединителей показан на рис. 7 [10].
Соединители SMP-SL имеют следующие характеристики:
Компания Huber+Suhner не раскрывает механизм самоблокировки разработанных соединителей. На демонстрационном показе работы cоединителей SMP-SL [12] видны достаточно сложный пружинный механизм для рассоединения вилки и розетки и слышны резкие щелчки при соединении и «отстреливании» розетки от вилки с помощью этого механизма.
В номенклатуру продукции компании Huber+Suhner входят 15 соединителей SMP-SL:
прямые панельные фланцевые выводы энергии «вилка серии 13 SMPSL» – 7 типов.
Размеры прямоугольного фланца с двумя крепежными отверстиями 16 × 6,6 мм.
Размеры квадратного фланца с четырьмя крепежными отверстиями 9,53 × 9,53 мм, предельная частота 31 и 40 ГГц, вес 2,2–2,3 г;
две прямые кабельные розетки серии 21 SMPSL.
Предельная частота 40 ГГц, вес розетки 0,8 г;
вилка для поверхностного монтажа с предельной частотой 26,5 ГГц, вес 0,9 г.
Изолятор вилки изготовлен из PEEK (Polyether-etherketone);
концевая вилка с полным защелкиванием 91SMPSL‑50-0-F1C;
четыре адаптера SMPSL-SK с разным сочетанием вилки и розетки;
инструмент для работы с соединителями SMP-SL.
Соединители SMP-LOCK компании Radiall
Интерфейс SMP широко используется в фазированных антенных решетках, поскольку он позволяет увеличивать плотность радиочастотных каналов. Поэтому в 2000‑х годах несколько зарубежных компаний выполнили разработки соединителей SMP с усиленным соединением вилки и розетки, прежде всего, для космических приложений. Известная французская компания Radiall в 2010 году также анонсировала соединитель SMP-LOCK с системой быстрой фиксации для применения в космической программе Iridium [13–16].
LOCK означает уникальную систему быстрой блокировки, встроенную в соединитель с интерфейсом SMP. На рис. 8 показан внешний вид соединителей: прямой кабельной розетки R222.L80.010 и приборной вилки R222.L00.010 [14]. На корпусе розетки установлена подвижная стопорная втулка с упругими ламелями, изготовленная из термоупрочненной бериллиевой бронзы с покрытием никелем толщиной 2 мкм. Корпус соединителя розетки также изготовлен из термоупрочненной бериллиевой бронзы с покрытием тонким слоем золота по подслою химического никеля для повышения износостойкости покрытия. В области соединения с вилкой на корпусе выполнены ламели, которые при соединении защелкиваются в канавке на корпусе приборной вилки.
В отличие от соединителей SMP в соединителях SMP-LOCK соединение розетки и вилки выполняется в два этапа. Сначала осуществляется стандартное SMP-соединение, а затем происходит блокировка соединения в результате защелкивания стопорной втулки в канавке вилки (при этом слышится щелчок). Компания Radiall рекомендует использовать специальный инструмент для выполнения операций соединения и рассоединения. Процесс соединения розетки и вилки иллюстрирует рис. 9 [14]. Чтобы рассоединить вилку и розетку, надо сдвинуть стопорную втулку назад. Это разблокирует соединение и позволит отсоединить розетку. Допустимое количество соединений и рассоединений 500.
Минимальное аксиальное усилие соединения и рассоединения – 6,7 Н. Рабочее напряжение соединителей 335 В, напряжение пробоя 500 В, сопротивление изоляции не менее 5 000 МОм. Для применения в космических объектах в корпусе соединителей предусмотрено вентиляционное отверстие диаметром 0,3 мм (для устранения возможности газового разряда). Для обеспечения требуемого экранного затухания в соединителях применены уплотнительные прокладки из токопроводящей резины (наполненной серебром).
Типы соединителей SMP-LOCK, разработанные компанией Radiall, приведены в табл. 2 [13, 16].
Соединители SMP-LOCK предназначены для применения в бортовых радарах, системах авионики, спутников, ракет, летательных аппаратов (БПЛА).
В дальнейшем компания Radiall создала с использованием этого механизма блокировки самые миниатюрные соединители SMPM-LOCK с предельной частотой 65 ГГц, обеспечивающие надежное соединение при воздействии ударов и повышенной вибрации. Размеры соединителя SMPM-LOCK меньше на 40% по сравнению с соединителем SMP-LOCK [16].
SMP Infinity компании Rosenberger
Компания Rosenberger выполнила разработку соединителей SMP Infinity с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам, по-видимому, в 2015–2016 годах. Презентация этой компании относится к июню 2016 года [17]. Английское слово Infinity в переводе на русский язык означает бесконечность, безграничность.
Конструкция и внешний вид кабельной розетки и приборной вилки этих соединителей показаны на рис. 10 [17–19].
Соединители SMP Infinity – это инновационные компактные соединители с одноступенным механизмом защелкивания и блокировки (рис. 11).
Соединители SMP Infinity стандартной полярности с волновым сопротивлением 50 Ом имеют следующие основные характеристики:
Несмотря на большое усилие удержания стопорной втулкой, рассоединение вилки и розетки происходит легко и быстро. Для этого компания Rosenberger разработала инструменты для горизонтального и вертикального рассоединения. Вертикальное рассоединение показано на рис. 11б.
Следует подчеркнуть, что соединители SMP Infinity и SMP не совместимы между собой, для совмещения необходимы соответствующие адаптеры. В номенклатуру выпускаемой компанией Rosenberger серии соединителей SMP Infinity входят кабельные соединители для разных радиочастотных кабелей, вилки для поверхностного монтажа и монтажа в отверстия печатной платы, приборные вилки для резьбового крепления в стенке корпуса устройства (выводы энергии), проходные соединители, адаптеры и кабельные сборки с этими соединителями [19].
Область применения соединителей SMP Infinity – космические системы, ракеты, авионика и другие военные приложения [17–19].
* * *
Повышение надежности работы соединителей SMP для работы в условиях воздействия высоких вибрационных и ударных нагрузок все компании осуществляли за счет введения в интерфейс SMP дополнительной блокировки с помощью резьбового, байонетного соединения или второго защелкивания (двухэтапного или одноэтапного). Но во всех случаях это привело к увеличению габаритных размеров и массы соединителей SMP и значительному повышению их стоимости. В результате этого соединитель SMP в значительной степени утрачивает свое основное привлекательное достоинство – миниатюрность и повышение компактности устройств, в которых он применяется. Но такова судьба всех эволюционных преобразований: выигрывая в одном, проигрываешь в другом.
В заключение автор выражает благодарность П. И. Бабаку и М. В. Чебунину за полезные замечания при обсуждении материалов данной статьи.
Литература
Джуринский К. Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ.
М.: ТЕХНОСФЕРА, 2006. 216 с.
www.hubersuhner.com.
SMP-L Secure-Lok™ Interconnect Series.
www.carlisleit.com.
Locking Push-On RF Connector for Harsh Environments. http://www.microwavejournal.com.
interconnect – Carlisle Interconnect Technologies – StudyLib. https://studylib.net.
Secure Locking SMP / SMPM Connectors.
https://www.svmicrowave.com.
QuarterBack SMP / SMPM Connectors – Amphenol / SV.Microwave. https://www.mouser.com.
Huber+Suhner. Space – Light weight and high reliability. Edition2021.pdf.directindustry.com.
Huber+Suhner set to showcase industry-leading Radio Frequency connectivity portfolio at SATELLITE 2018.
Huber+Suhner. Unveils Smallest Space-Qualified 40 GHz Self-Locking Push-On Connector. May 13, 2019.
everythingrf.com / huber-suhner…smp-sl.
RF and Microwave Cables and Connectors for Space Industry. https://www.fclane.com.
Huber + Suhner’s SMP SL Demo – YouTube.
SMP / SMP-LOCK Space Coaxial Connector | Radiall.
www.radiall.ru.
Berenfeld O. SMP-LOCK®: The ultimate secure connection. https://escies.org.
Radiall detail specification for SHF coaxial connectors. April 9th, 19. https://docplayer.net.
SMPM–LOCK by Radiall™. www.radiall.com.
SMP Infinity for military and aerospace applications.Anne Barbet. 02.05.2016. www.rosenberger.com.
SMP Infinity Connectors – Rosenberger.
www.rosenberger.com.
Rosenberger SMP Infinity Connectors | RODAN Technologies. https://rodantech.com.
К. Джуринский, к. т. н.
Основное применение соединителей SMP – сложные многофункциональные
СВЧ-модули с высокой плотностью компоновки для систем аэронавигационного и аэрокосмического назначения, активных фазированных решеток, радаров и других изделий специального назначения. Наряду с высоким уровнем параметров соединители SMP должны обеспечивать надежное соединение вилки и розетки при воздействии повышенных вибрационных и ударных нагрузок. Зарубежным соединителям SMP с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам посвящена данная статья.
Соединители SMP
Номенклатура радиочастотных соединителей, применяемых в космической технике, весьма ограничена. Самый распространенный соединитель – SMA. Для более высоких рабочих частот – до 40 ГГц – обычно используют соединитель SMA 2.9 (K-соединитель), а для приложений с высокой пропускаемой мощностью выбирают соединители TNC. Приблизительно с 2005 года стали популярными соединители SMP благодаря широкому рабочему диапазону частот (0–40 ГГц), небольшим размерам и простоте использования.
Номенклатура соединителей SMP и их внешний вид представлены на рис. 1.
Интерфейс соединителей SMP (рис. 2) соответствует военному стандарту MIL-STD‑348A, а их параметры – стандарту MIL-PRF‑39012 [1].
Законченное соединение состоит из вилки и розетки. Большинство производителей называют вилкой соединитель со штыревым центральным проводником, а розеткой – с гнездовым проводником, хотя по своему применению приборные соединители со штыревым центральным проводником являются розетками, а кабельные соединители с гнездовым проводником – вилками [1]. В данной статье использованы обозначения производителей соединителей.
Разработаны приборные вилки (рис. 1) следующих конструктивных исполнений: с полным или ограниченным защелкиванием в них кабельных соединителей розетка, а также со скользящим соединением. Наиболее широко применяют герметичные приборные вилки в металлических корпусах с внутренним металлостеклянным спаем центрального и наружного проводников.
Параметры соединителей SMP приведены в табл. 1 – в спецификациях DSCC 94007 / 08 (Defense Supply Center, Columbus [1]. Реальные электрические параметры соединителей SMP зависят от многих факторов: типа соединителей (кабельные, приборные, для установки на платы, прямые или угловые), применяемого кабеля и способа его заделки в соединитель, способа установки соединителя в корпус или на плату.
Для сравнения в табл. 1 включены параметры соединителя SMP-L компании CarlisleIT.
Однако, несмотря на высокий уровень параметров соединителей SMP, разработчики ответственных бортовых систем высказывают озабоченность по поводу того, что соединение защелкиванием может выдержать повышенные вибрационные и ударные нагрузки, а также натяжение кабеля, на который заделан соединитель в кабельной сборке. Чтобы повысить надежность соединителей SMP, зарубежные компании Huber+Suhner, Radiall, CarlisleIT, Rosenberger, SV Microwave разработали свои фирменные соединители, в которых соединение вилки и розетки происходит за счет усиления защелкивания другими способами соединения.
Соединители SMPM-T компании Astrolab / Huber+Suhner
По надежности при воздействии вибрационных и ударных нагрузок соединение защелкиванием уступает резьбовому соединению. Поэтому напрашивалось решение объединить оба эти соединения в соединителях SMP. И такое решение предложила американская компания Astrolab (в настоящее время она в составе компании Huber+Suhner, Швейцария) для соединителей SMPM, более миниатюрных, чем соединители SMP. В соединителях, названных SMPM-T, традиционное соединение защелкиванием сочетается с дополнительным резьбовым соединением при помощи миниатюрной подвижной гайки, надетой на кабель – рис. 3 [2].
Соединители SMPM-T имеют высокий уровень параметров в условиях жестких механических воздействий в соответствии с военным стандартом MIL-STD‑202, методы 204 (вибрация с ускорением 28g) и 213 (удары с ускорением 120 00g). Типичная величина КСВН на частотах до 26,5 ГГц – 1,1, а в диапазоне частот (26,5–65) ГГц – 1,3. Величина прямых потерь равна 0,05 + 0,04√–f дБ для негерметичных соединителей и 0,12√–f дБ для герметичных соединителей (где f – частота, ГГц).
Однако размеры вилки и розетки соединителей SMPM-T увеличились, их изготовление стало сложнее и возросла стоимость. Минимальное расстояние между осями соединителей при установке в ряд увеличилось до 5,08 мм против 3,56 мм для стандартных соединителей SMPM [1]. К тому же, применение предложенного решения не универсально, оно возможно только для прямых кабельных соединителей и неосуществимо для угловых соединителей. Правда, применение в соединителях SMPM-T радиочастотного кабеля с малым радиусом изгиба позволяет в ряде случаев использовать прямые соединители в качестве угловых.
Основная область применения соединителей SMPM-T – аэрокосмическая техника.
Соединители Secure-Lok™ SMP
компании CarlisleIT
Американская компания Carlisle Interconnect Technologies Inc. (CarlisleIT) запатентовала (патент США № 8579659B2, ноябрь 2013 года) конструкцию соединителей SMP-L, в которых механизм блокировки вилки и розетки Secure-Lok™ встроен в стандартный интерфейс соединителей SMP [3, 4]. Фирменное название серии этих соединителей – Secure-Lok™SMP или SMP-L. Блокировка происходит за счет дополнительного байонетного соединения, позволяющего быстро соединять и разъединять вилку и розетку. В соединителях SMP-L, после стандартного соединения вилки и розетки защелкиванием, выступы на розетке входят в прорези вилки, и окончательное соединение происходит после поворота розетки относительно вилки – рис. 4 [3–5].
Механизм Secure-Lok увеличивает удерживающее усилие соединения вилки и розетки SMP после защелкивания, что позволяет применять соединители SMP-L для военных и коммерческих приложений с повышенными механическими нагрузками.
Параметры соединителей SMP-L приведены в табл. 1. Эти соединители испытывают согласно стандарту MIL-STD‑202, метод 204, условия испытаний D. По этому методу воздействуют вибрацией на частотах 10–500, 10–2 000 или 10–3 000 Гц на изделия, применяемые в самолетах и ракетах. Кроме того, проводятся жесткие испытания таких изделий на воздействие ударных нагрузок согласно стандарту MIL-STD‑202, метод 213, условия испытаний 1.
Компания CarlisleIT разработала серию соединителей SMP-L (рис. 5). В номенклатуру продукции соединителей SMP-L входят:
- прямые кабельные соединители розетка серии P657 для гибкого радиочастотного кабеля марок TLL18-807, TLL26-5047, TLL40-1111А этой компании;
- кабельные сборки на основе этих кабелей;
- концевая вилка MP602-1CC для поверхностного монтажа на печатные платы,
приборные вилки: P674SL‑1CCSF, резьбовая и P675SL‑1, запрессовываемая в корпус изделия;
- приборная вилка MP602-2CC;
- фланцевый (прямоугольный фланец с двумя крепежными отверстиями) вывод энергии P678SL‑1CCSF.
QuarterBack SMP Connectors
компании Amphenol / SV Microwave
Соединители QuarterBack SMP / SMPM американской компании SV Microwave (ныне входит в состав компании Amphenol) обеспечивают возможность дополнительной байонетной блокировки на четверть оборота в соединителях с интерфейсами SMP и SMPM. В отличие от рассмотренных ранее соединителей SMP-L компании CarlisleIT в соединителях QuarterBack прорези выполнены на дополнительной стяжной байонетной гайке, установленной на кабельной розетке, а двумя штырями снабжены приборная или концевая вилки – рис. 6 [6, 7].
Усилия соединения и рассоединения соответственно равны 9Н и 2,25Н, допустимое количество циклов соединений 1 000, что характерно для скользящего соединения SMP. Такие низкие усилия обеспечивают меньший крутящий момент отрыва от платы паяного соединителя.
Соединители QuarterBack SMP имеют следующие параметры [6, 7]:
- рабочий диапазон частот: 0–40 ГГц;
- максимальный КСВН в диапазоне частот 0–18 ГГц (для кабельных соединителей): 1,22;
- рабочий диапазон температур: –65…165 °C.
Компания SV Microwave / Amphenol разработала следующие соединители QuarterBack SMP:
- кабельные розетки № 1221-40049 для кабеля ∅0,086" и № 1221-40051 для кабеля ∅0,047";
- концевую вилку № 1211-66195;
- вилку № 1211-40032 для поверхностного монтажа на печатную плату;
- фланцевый вывод энергии вилка для поверхностного монтажа SF1211-66214;
- адаптеры «2,92 mm розетка – QuarterBack SMP вилка»;
- разные кабельные сборки с соединителем SMA на одном конце.
Эта компания также создала в исполнении QuarterBack соединители SMPM таких же типов с предельной частотой 65 ГГц, с максимальным КСВН, равным 1,1, в диапазоне частот 0–18 ГГц (для кабельных соединителей) и допустимым количеством соединений и рассоединений 500.
Соединители QuarterBack SMP / SMPM применяют в устройствах военного и гражданского назначения, работающих в условиях высокой вибрации, а также при необходимости большого количества соединений и рассоединений.
Соединители SMP-SL
компании Huber+Suhner
Важным инновационным решением компании Huber+Suhner для повышения надежности соединения вилки и розетки соединителей SMP является создание соединителя SMP-SL (Sub-Miniature Push-On-Self-Lock) [8–11]. Впервые компания сообщила об этом 13–15 марта 2018 года на аэрокосмической конференции SATELLITE в Вашингтоне (США) [9].
В 2019 году соединитель SMP-SL был продемонстрирован на Международном симпозиуме по микроволновой технике в Бостоне (США) [10]. SMP-SL – это компактный защелкиваемый соединитель с блокировкой, который обеспечивает такое же надежное соединение, как резьбовые соединители. Соединители SMP-SL сертифицированы для использования в системах космического и военного применения.
Внешний вид этих соединителей показан на рис. 7 [10].
Соединители SMP-SL имеют следующие характеристики:
- рабочий диапазон частот DC: 40 ГГц;
- устойчивость к ударам и вибрации;
- допустимое количество соединений и рассоединений: 100;
- рабочий диапазон температур: –55…125 °C;
- наличие функции визуального осмотра для проверки полноты сопряжения вилки и розетки;
- по своим размерам аналогичны соединителям SMP, по весу – на 50% меньше, чем другие самоблокирующиеся соединители;
- рассоединение вилки и розетки производится только с использованием специально разработанного инструмента.
Компания Huber+Suhner не раскрывает механизм самоблокировки разработанных соединителей. На демонстрационном показе работы cоединителей SMP-SL [12] видны достаточно сложный пружинный механизм для рассоединения вилки и розетки и слышны резкие щелчки при соединении и «отстреливании» розетки от вилки с помощью этого механизма.
В номенклатуру продукции компании Huber+Suhner входят 15 соединителей SMP-SL:
прямые панельные фланцевые выводы энергии «вилка серии 13 SMPSL» – 7 типов.
Размеры прямоугольного фланца с двумя крепежными отверстиями 16 × 6,6 мм.
Размеры квадратного фланца с четырьмя крепежными отверстиями 9,53 × 9,53 мм, предельная частота 31 и 40 ГГц, вес 2,2–2,3 г;
две прямые кабельные розетки серии 21 SMPSL.
Предельная частота 40 ГГц, вес розетки 0,8 г;
вилка для поверхностного монтажа с предельной частотой 26,5 ГГц, вес 0,9 г.
Изолятор вилки изготовлен из PEEK (Polyether-etherketone);
концевая вилка с полным защелкиванием 91SMPSL‑50-0-F1C;
четыре адаптера SMPSL-SK с разным сочетанием вилки и розетки;
инструмент для работы с соединителями SMP-SL.
Соединители SMP-LOCK компании Radiall
Интерфейс SMP широко используется в фазированных антенных решетках, поскольку он позволяет увеличивать плотность радиочастотных каналов. Поэтому в 2000‑х годах несколько зарубежных компаний выполнили разработки соединителей SMP с усиленным соединением вилки и розетки, прежде всего, для космических приложений. Известная французская компания Radiall в 2010 году также анонсировала соединитель SMP-LOCK с системой быстрой фиксации для применения в космической программе Iridium [13–16].
LOCK означает уникальную систему быстрой блокировки, встроенную в соединитель с интерфейсом SMP. На рис. 8 показан внешний вид соединителей: прямой кабельной розетки R222.L80.010 и приборной вилки R222.L00.010 [14]. На корпусе розетки установлена подвижная стопорная втулка с упругими ламелями, изготовленная из термоупрочненной бериллиевой бронзы с покрытием никелем толщиной 2 мкм. Корпус соединителя розетки также изготовлен из термоупрочненной бериллиевой бронзы с покрытием тонким слоем золота по подслою химического никеля для повышения износостойкости покрытия. В области соединения с вилкой на корпусе выполнены ламели, которые при соединении защелкиваются в канавке на корпусе приборной вилки.
В отличие от соединителей SMP в соединителях SMP-LOCK соединение розетки и вилки выполняется в два этапа. Сначала осуществляется стандартное SMP-соединение, а затем происходит блокировка соединения в результате защелкивания стопорной втулки в канавке вилки (при этом слышится щелчок). Компания Radiall рекомендует использовать специальный инструмент для выполнения операций соединения и рассоединения. Процесс соединения розетки и вилки иллюстрирует рис. 9 [14]. Чтобы рассоединить вилку и розетку, надо сдвинуть стопорную втулку назад. Это разблокирует соединение и позволит отсоединить розетку. Допустимое количество соединений и рассоединений 500.
Минимальное аксиальное усилие соединения и рассоединения – 6,7 Н. Рабочее напряжение соединителей 335 В, напряжение пробоя 500 В, сопротивление изоляции не менее 5 000 МОм. Для применения в космических объектах в корпусе соединителей предусмотрено вентиляционное отверстие диаметром 0,3 мм (для устранения возможности газового разряда). Для обеспечения требуемого экранного затухания в соединителях применены уплотнительные прокладки из токопроводящей резины (наполненной серебром).
Типы соединителей SMP-LOCK, разработанные компанией Radiall, приведены в табл. 2 [13, 16].
Соединители SMP-LOCK предназначены для применения в бортовых радарах, системах авионики, спутников, ракет, летательных аппаратов (БПЛА).
В дальнейшем компания Radiall создала с использованием этого механизма блокировки самые миниатюрные соединители SMPM-LOCK с предельной частотой 65 ГГц, обеспечивающие надежное соединение при воздействии ударов и повышенной вибрации. Размеры соединителя SMPM-LOCK меньше на 40% по сравнению с соединителем SMP-LOCK [16].
SMP Infinity компании Rosenberger
Компания Rosenberger выполнила разработку соединителей SMP Infinity с повышенной устойчивостью к вибрационным и ударным нагрузкам, по-видимому, в 2015–2016 годах. Презентация этой компании относится к июню 2016 года [17]. Английское слово Infinity в переводе на русский язык означает бесконечность, безграничность.
Конструкция и внешний вид кабельной розетки и приборной вилки этих соединителей показаны на рис. 10 [17–19].
Соединители SMP Infinity – это инновационные компактные соединители с одноступенным механизмом защелкивания и блокировки (рис. 11).
Соединители SMP Infinity стандартной полярности с волновым сопротивлением 50 Ом имеют следующие основные характеристики:
- рабочий диапазон частот: 0–40 ГГц;
- КСВН менее 1,12 на частотах 0–15 ГГц и менее 1,29 в диапазоне частот 15–40 ГГц;
- потери: 0,05√–f дБ;
- экранное затухание: –92 дБ на частоте 18 ГГц;
- допустимая пропускаемая мощность при температуре 25 °C, на частоте 2,2 ГГц – 100 Вт;
- количество соединений и рассоединений: не менее 500;
- усилие соединения вилки и розетки: менее 45 Н (такое же, как для стандартных соединителей SMP с ограниченным соединением);
- усилие удержания соединения стопорной втулкой: до 400 Н;
- возможность соединения при осевом смещении вилки и розетки ±1 мм, при радиальном смещении до 4 град;
- рабочий диапазон температур: –65…155 °C.
Несмотря на большое усилие удержания стопорной втулкой, рассоединение вилки и розетки происходит легко и быстро. Для этого компания Rosenberger разработала инструменты для горизонтального и вертикального рассоединения. Вертикальное рассоединение показано на рис. 11б.
Следует подчеркнуть, что соединители SMP Infinity и SMP не совместимы между собой, для совмещения необходимы соответствующие адаптеры. В номенклатуру выпускаемой компанией Rosenberger серии соединителей SMP Infinity входят кабельные соединители для разных радиочастотных кабелей, вилки для поверхностного монтажа и монтажа в отверстия печатной платы, приборные вилки для резьбового крепления в стенке корпуса устройства (выводы энергии), проходные соединители, адаптеры и кабельные сборки с этими соединителями [19].
Область применения соединителей SMP Infinity – космические системы, ракеты, авионика и другие военные приложения [17–19].
* * *
Повышение надежности работы соединителей SMP для работы в условиях воздействия высоких вибрационных и ударных нагрузок все компании осуществляли за счет введения в интерфейс SMP дополнительной блокировки с помощью резьбового, байонетного соединения или второго защелкивания (двухэтапного или одноэтапного). Но во всех случаях это привело к увеличению габаритных размеров и массы соединителей SMP и значительному повышению их стоимости. В результате этого соединитель SMP в значительной степени утрачивает свое основное привлекательное достоинство – миниатюрность и повышение компактности устройств, в которых он применяется. Но такова судьба всех эволюционных преобразований: выигрывая в одном, проигрываешь в другом.
В заключение автор выражает благодарность П. И. Бабаку и М. В. Чебунину за полезные замечания при обсуждении материалов данной статьи.
Литература
Джуринский К. Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ.
М.: ТЕХНОСФЕРА, 2006. 216 с.
www.hubersuhner.com.
SMP-L Secure-Lok™ Interconnect Series.
www.carlisleit.com.
Locking Push-On RF Connector for Harsh Environments. http://www.microwavejournal.com.
interconnect – Carlisle Interconnect Technologies – StudyLib. https://studylib.net.
Secure Locking SMP / SMPM Connectors.
https://www.svmicrowave.com.
QuarterBack SMP / SMPM Connectors – Amphenol / SV.Microwave. https://www.mouser.com.
Huber+Suhner. Space – Light weight and high reliability. Edition2021.pdf.directindustry.com.
Huber+Suhner set to showcase industry-leading Radio Frequency connectivity portfolio at SATELLITE 2018.
Huber+Suhner. Unveils Smallest Space-Qualified 40 GHz Self-Locking Push-On Connector. May 13, 2019.
everythingrf.com / huber-suhner…smp-sl.
RF and Microwave Cables and Connectors for Space Industry. https://www.fclane.com.
Huber + Suhner’s SMP SL Demo – YouTube.
SMP / SMP-LOCK Space Coaxial Connector | Radiall.
www.radiall.ru.
Berenfeld O. SMP-LOCK®: The ultimate secure connection. https://escies.org.
Radiall detail specification for SHF coaxial connectors. April 9th, 19. https://docplayer.net.
SMPM–LOCK by Radiall™. www.radiall.com.
SMP Infinity for military and aerospace applications.Anne Barbet. 02.05.2016. www.rosenberger.com.
SMP Infinity Connectors – Rosenberger.
www.rosenberger.com.
Rosenberger SMP Infinity Connectors | RODAN Technologies. https://rodantech.com.
Отзывы читателей
