高出力 RF コネクタ: 選択、温度制限、および設置ガイド

連続 1 kW の高出力 RF コネクタは、受動アクセサリではなく、熱および機械コンポーネントです。最初に決定するのは、どのシェルが最も強く見えるかということではありません。これは、システムが実際に示す平均電力、ピーク電力、周波数、VSWR、周囲温度、およびケーブル インターフェイスです。 25°C で定格 500 W のコネクタは、70°C の密閉された屋外エンクロージャ内での定格の半分未満に制限される場合があります。まず電力バジェットの軽減から始めて、インターフェイスを選択します。

電力バジェットを軽減して開始する

有用な定格は、短い形式のデータシートの見出し番号ではなく、最悪の周囲温度でコネクタが通過できる平均電力です。平均電力により、中心接点、誘電体、外部導体が加熱されます。特に高度や VSWR が高い場合、ピーク電力は絶縁破壊の前にエアギャップと誘電体にストレスを与えます。 2.0:1 VSWR は、((VSWR - 1)/(VSWR 1))^2 として計算される、順方向電力の 11.1% を反映します。 1 kW の場合、つまり 111 W が同じ表面を通って戻ってきます。

ファミリを比較する前に、エンクロージャ内の周囲温度、高度、連続デューティとパルスデューティ、ケーブル/コネクタのインターフェイス サイズの 4 つのディレーティング入力を確認してください。パルスシステムの場合は、パルス幅とデューティサイクルを使用して平均電力を計算し、インターフェイスのブレークダウンマージンに対してピーク電圧を検証します。平均 100 W で快適なコネクタでも、誘電体とエア ギャップのサイズがそれに適していないと、1 kW のピークで故障する可能性があります。

50 オームの中電力システムの場合、N タイプ インターフェイスが一般的な開始点ですが、それでもデータシートの軽減曲線が決定します。

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高電力を伝送するコネクタ ファミリ

電力処理は、形状、材料、熱経路によって設定されます。インターフェイスの寸法とテスト方法は IEC 61169 および MIL-STD-348 に基づいて標準化されていますが、電力定格はメーカー固有のままです。以下の表は候補者リストの補助であり、お使いの周波数および周囲環境での評価の代わりとなるものではありません。

7-16 DIN は、サイズよりも平均電力とパッシブ相互変調が重要な場合に選択されることがよくあります。 N タイプは、多くの 50 Ω システムやケーブル サイズに適合するため、依然として人気があります。両方とも銀メッキの接点を使用しているという理由だけで、小型の高精度インターフェースが大型のインターフェースと同じ電力を伝送できると考えないでください。中心接点の質量と誘電体の体積は異なります。

温度上昇、VSWR、およびディレーティングの罠

VSWR は単なるリターンロスの数値ではありません。電力の反射により損失が増加し、コネクタの温度が上昇する可能性があります。このグラフは、一般的な VSWR 値の計算された反射電力割合を示しています。それは物理学であり、積曲線ではありません。

3.0:1 VSWR では、順方向パワーの 4 分の 1 が反射されます。その反射波により、いくつかの点で電圧ストレスが 2 倍になり、コネクタやケーブルの発熱が増加する可能性があります。システムが最悪の場合の不整合に耐えなければならない場合は、整合負荷定格だけでなく、反射電力と電圧マージンを考慮してコネクタのサイズを決定します。

ケーブルのインターフェースとアセンブリの品質も熱結果を変化させます。適切に制御されたはんだまたは圧縮接合を備えた低損失ケーブル アセンブリにより、中心コンタクトから熱が分散されます。関節が悪いとそれが集中します。

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界面の形状と接触冶金

高電力コネクタには、中心接点、誘電体、外部導体という 3 つの熱経路があります。中心コンタクトは電流を流し、嵌合ピンとケーブル導体に熱を伝導する必要があります。誘電体は、過度の損失を生じることなく電圧ストレスを保持する必要があります。外部導体はリターン電流を流し、機械的な基準を提供します。

メッキは接触抵抗を低下させますが、厚さ、基板、および合わせ面の仕上げが重要です。銀メッキは低損失と高導電性を実現するために一般的です。金は耐食性と多くの嵌合サイクルの点で一般的です。メッキが薄いか多孔質であると、接触抵抗が上昇し、ホットスポットが発生し、PIM が増加する可能性があります。組み立てる前に、合わせ面に傷、磨き、誘電体の欠けがないか検査してください。

アダプターは 2 つの嵌合インターフェースを追加します。各インターフェースにより、接触抵抗、反射の可能性、および熱接合が追加されます。テストベンチや短い延長の場合は、同じ周波数と電力クラスの定格を持つ高品質のアダプターを使用してください。損失のない機械部品として扱わないでください。

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1 kW が 1 kW のままであるかどうかを決定する設置の詳細

高電力コネクタの故障のほとんどは、設計時ではなく組み立て時に始まります。センターピンが中心にあること、誘電体がきれいであること、ケーブルの準備がコネクタの図面と一致していること、およびトルクが正しい表面に適用されていることが必要です。緩いカップリングナットは接触抵抗を高めます。ナットを締めすぎると、界面が変形し、誘電体が損傷する可能性があります。

校正されたトルク レンチを使用し、製造元の嵌合順序に従い、コネクタに曲げ荷重がかからないようにケーブルを支えます。屋外エンクロージャの場合は、コネクタがその密閉方法用に設計されていない限り、コネクタの嵌合面ではなく、ケーブル入口を密閉してください。嵌合後、カップリングが完全に嵌合していること、およびパネルのガスケットが均一に圧縮されていることを確認してください。

• 中心接触深さはゲージ限界内です。
• 誘電体欠け、金属バリ、メッキ傷はありません。
• カップリング トルクはデータシートの値に設定されています。
• コネクタ本体から独立したケーブルの張力緩和。
• フルパワー前の動作帯域での VSWR スイープ。

段階的な嵌合とトルクのシーケンスについては、こちらを参照してください。 RF 同軸コネクタ取り付けガイド .

コミットする前のテストと検証

高電力コネクタは、コンポーネントとしてだけでなく、システム レベルで検証する必要があります。動作帯域全体で VSWR と挿入損失掃引を実行し、負荷がかかった状態で組み立てられたジョイントを熱画像で検査し、熱サイクル後に測定を繰り返します。密閉型ユニットまたは室外機の場合、設計上必要な場合は、絶縁抵抗テストと漏れテストを追加します。

1. 動作周波数および帯域端での VSWR と挿入損失を測定します。
2. 一致した負荷で定格平均電力を適用し、最悪の場合の VSWR で繰り返します。
3. サーマル イメージングを使用して、中心コンタクト、ケーブル ジョイント、アダプター インターフェイスのホット スポットを見つけます。
4. 嵌合サイクルチェックを実行し、テスト後にめっきと誘電体を検査します。
5. 結果を追跡できるように、トルク、周囲温度、試験時間を記録します。

コネクタが 25°C および低い VSWR でのみ合格する場合、それはまだ高電力設計ではありません。合格基準は、エンクロージャの温度、高度、およびフィールドで確認される不一致と一致する必要があります。

よくある質問