Conoscere le differenze tra connettori coassiali compatibili e "compatibili" per evitare costosi errori

Uno strumento di misurazione utilizza un connettore da 3,5 mm, mentre i vostri cavi coassiali utilizzano connettori da 2,92 mm e sembrano compatibili. Che effetto avrà sulla misurazione? È possibile collegarsi allo strumento con connettori SMA o si danneggiano i connettori di ingresso? Benvenuti nello strano mondo dell'accoppiamento dei connettori, dove un errore può distruggere un connettore di ingresso di uno strumento e rendere necessaria una costosa riparazione. Come evitare di commettere un simile errore?

La compatibilità dei connettori è di solito il risultato di un'attenta progettazione di una famiglia di connettori. Si tratta spesso di un processo ambiguo, in cui un nuovo connettore viene progettato sulla base di un vecchio progetto di successo, con l'intento di aumentarne la larghezza di banda e le prestazioni elettriche. Anche se si presuppone la compatibilità, è necessario prestare attenzione per evitare danni inutili. L'attenzione ad alcune semplici procedure può salvarvi da costose riparazioni.

Gradi di qualità dei connettori

I connettori coassiali sono generalmente progettati e realizzati per funzionare all'interno di specifici gradi o classi di qualità. Esistono tre tipi di connettori: metrologici, strumentali e di produzione.

I connettori di livello metrologico sono prodotti concepiti secondo i più alti standard di precisione e qualità. Questo tipo di connettore è destinato all'uso negli standard di calibrazione delle misurazioni, che richiedono la massima accuratezza e precisione e consentono la tracciabilità rispetto agli standard nazionali. In questo tipo di connettore, l'interfaccia di accoppiamento è strettamente controllata e il gioco, la planarità e la profondità dei pin sono soggetti alle tolleranze più rigorose. Questa classe di connettori è la più costosa.

Il livello di qualità medio è quello dei connettori per strumenti. Questo tipo di connettore è destinato all'uso negli strumenti ed è caratterizzato da prestazioni buone e ripetibili e dalla capacità di effettuare misurazioni accurate con una buona integrità del segnale. Si trovano comunemente nelle apparecchiature di test e misurazione destinate all'uso in laboratorio. I connettori di tipo strumentale offrono generalmente la durata massima e garantiscono il maggior numero di operazioni di accoppiamento.

I connettori di qualità inferiore sono quelli di produzione o commerciali. I connettori di questa classe sono comunemente utilizzati nella produzione e nel settore manifatturiero. Sono destinati ad applicazioni generiche sul campo, in cui la semplicità di montaggio e il basso costo sono fattori determinanti. Le tolleranze meccaniche sono molto meno rigorose rispetto agli altri gradi di qualità. Il numero di operazioni di accoppiamento per questi connettori è generalmente più limitato e il loro costo è normalmente il più basso.

Tipi di connettori intercambiabili

I comuni connettori coassiali da 50 Ω presenti sugli strumenti sono elencati nella Tabella 1. La colonna delle note elenca la loro compatibilità.

Tabella 1: Caratteristiche e compatibilità dei connettori coassiali comunemente utilizzati per gli strumenti. (Tabella per gentile concessione di Art Pini)

Esistono due grandi aree di compatibilità. La prima è di tipo meccanico: i connettori sono reciprocamente adattabili? La seconda è di tipo elettrico: i connettori hanno la larghezza di banda e la corrispondenza di impedenza necessarie per garantire l'integrità del segnale?

I connettori specificati dallo standard IEEE 287 sono di tipo metrologico o strumentale. I connettori SMA specificati da MlL-STD-348 sono di tipo produttivo, sebbene alcuni costruttori forniscano versioni "di precisione" con tolleranze meccaniche più strette e larghezza di banda estesa.

La tabella evidenzia che l'accoppiamento di connettori di classi di qualità diverse deve essere effettuato con attenzione.

I connettori da 2,4 mm e 1,85 mm sono entrambi di tipo strumentale e possono quindi essere accoppiati. Si noti che la larghezza di banda di questo accoppiamento scende a quella del connettore a larghezza di banda inferiore, da 2,4 mm: 50 GHz.

Lo stesso vale per l'accoppiamento di connettori da 3,5 mm e 2,92 mm, con conseguente riduzione della larghezza di banda a 33 GHz.

Connettori di accoppiamento per tutti i gradi di qualità

Quello SMA è un connettore di classe di produzione e le tolleranze meccaniche non sono così rigorose come quelle dei connettori di classe strumentale. Un problema comune è che il diametro o la lunghezza del pin centrale di una spina SMA può differire dai valori delle specifiche da 3,5 mm o 2,92 mm, il che può danneggiare la femmina. Gli elementi di accoppiamento che non si adattano correttamente influiscono sull'integrità elettrica dell'interfaccia, causando un cattivo accoppiamento e riflessioni del segnale. Altri problemi derivano dalla concentricità fuori specifica e dalla scarsa finitura superficiale.

La concentricità è la centratura del pin nel corpo del connettore. Un pin fuori tolleranza e decentrato può piegare i contatti femmina, rendendoli inutilizzabili per i successivi accoppiamenti.

La finitura superficiale degli elementi di accoppiamento deve essere liscia, senza ammaccature, rilievi, bave o sporcizia. Le imperfezioni della superficie possono causare uno scarso abbinamento elettronico e riflessioni del segnale.

Semplici regole per evitare danni

Seguendo queste semplici regole, si possono evitare costosi errori:

1. Utilizzare un salva-connettore per proteggere il connettore dello strumento. Un salva-connettore è un adattatore coassiale da spina a femmina che viene aggiunto tra il connettore dello strumento e l'esterno. Se il salva-connettore è danneggiato, può essere facilmente sostituito a un costo relativamente basso.

Per i connettori da 3,5 mm, utilizzare un adattatore coassiale come TMA-5MS-5FS-00 di Carlisle Interconnect Technologies da 3,5 mm (maschio) all'adattatore coassiale femmina da 3,5 mm (Figura 1).

Figura 1: TMA-5MS-5FS-00 è un adattatore coassiale da 3,5 mm che può essere utilizzato come salva-connettore per proteggere i connettori degli strumenti. (Immagine per gentile concessione di Carlisle Interconnect Technologies)

Per i connettori da 2,92 mm, utilizzare un adattatore coassiale come la spina P1AD-29MF di P1dB Inc. da 2,9 mm all'adattatore coassiale femmina da 2,92 mm (Figura 2).

Figura 2: L'adattatore P1AD-29MF può essere utilizzato come salva-connettore per le connessioni coassiali da 2,92 mm. (Immagine per gentile concessione di P1dB Inc.)

2. Esaminare il connettore SMA per verificare la presenza di sporcizia, la rettilineità del pin centrale e il suo allineamento concentrico.

3. Pulire accuratamente entrambi i connettori con alcol e un panno privo di lanugine.

4. Allineare il pin centrale e il connettore femmina, quindi accoppiarli delicatamente fino a quando non sono ben innestati.

5. Ruotare manualmente il dado del connettore per fissare il connettore accoppiato, facendo attenzione a non ruotare i corpi del connettore l'uno rispetto all'altro. Serrare a mano il dado.

6. Utilizzare una chiave dinamometrica come CMT TW-S di Copper Mountain Technologies (Figura 3) per garantire la coppia di serraggio corretta. Se i connettori hanno specifiche di coppia diverse, applicare il valore minore tra i due. Assicurarsi che i corpi dei connettori non ruotino durante il serraggio.

Figura 3: Per garantire un collegamento corretto, è possibile utilizzare una chiave dinamometrica come CMT TW-S. Se i connettori hanno specifiche di coppia diverse, applicare il valore minore tra i due. (Immagine per gentile concessione di Copper Mountain Technologies)

Conclusione

Anche se i connettori coassiali possono sembrare compatibili, non è sempre così, poiché esistono di diversi gradi e di dimensioni leggermente diverse. Seguendo le semplici regole descritte qui, si proteggono i connettori dello strumento e si garantisce una buona qualità della misurazione.