Tipos de conectores RF explicados: SMA, tipo N, BNC, TNC, guía de 1,0 mm a 2,4 mm

Si está construyendo una celda pequeña 5G, un bastidor de prueba de banco o un terminal de tierra satelital, el conector al final del cable coaxial suele ser el último elemento especificado y el primero en causar problemas. Un enchufe de 2,4 mm no se acoplará a un puerto de 1,0 mm, un BNC de 75 ohmios no conservará una ruta de 50 ohmios y una interfaz nominal de 4GHz convertirá un enlace de 6 GHz en un problema de reflexión en lugar de una conexión.

La respuesta corta: la mayoría de los trabajos de RF actuales utilizan una de las cinco familias de interfaces. AME y sus parientes subminiatura (PYME, SMP, SMPM), tipo N, TNC, BNC y los tipos planos de precisión (3,5 mm, 2,92 mm, 2,4 mm, 1,85 mm y 1,0 mm). Lo que los separa es el techo de frecuencia, la impedancia, el mecanismo de acoplamiento, la durabilidad del acoplamiento y el sellado ambiental. Todo lo que aparece a continuación recorre esos cinco puntos con el nivel de detalle necesario para una hoja de especificaciones o una orden de compra.

Atajo del lector

El límite de frecuencia reduce primero la lista, el diámetro del cable y la serie de conectores deben coincidir, y el entorno decide si se requiere una interfaz sellada o hermética. Si aciertas con esas tres opciones, las opciones restantes tendrán que ver principalmente con el torque, los ciclos de acoplamiento y el precio.

El techo de frecuencia es lo primero

Cada familia de interfaces tiene una frecuencia superior definida donde su geometría deja de comportarse como una línea limpia de 50 ohmios. Por encima de ese punto, los modos de orden superior comienzan a propagarse dentro del cuerpo del conector y VSWR aumenta rápidamente, incluso cuando el cable en sí todavía está en perfecto estado. La geometría de acoplamiento de las familias comunes está estandarizada, razón por la cual un conector de 3,5 mm de un proveedor se acopla con un conector de 3,5 mm de otro; Las dimensiones de la interfaz para AME, tipo N, BNC y TNC se definen en MIL-STD-348 y la serie IEC 61169.

Los techos que los ingenieros citan con mayor frecuencia son: BNC de aproximadamente 4GHz, TNC y tipo N de aproximadamente 11GHz, AME de 26,5 GHz, 2,92 mm de 40GHz, 2,4 mm de 50GHz, 1,85 mm de 67GHz y 1,0 mm de 110GHz.

Figura 1. Límite de frecuencia superior por tipo de conector RF (GHz)

1,0 milímetros 110

1,85 milímetros 67

2,4 milímetros 50

2,92 milímetros 40

SMA 26.5

tipo N 11

TNC 11

BNC 4

Los valores siguen las frecuencias límite comúnmente publicadas para estas interfaces en las hojas de datos de conectores y estándares de interfaces RF.

Coloque la frecuencia de trabajo del diseño en esta lista y elija la primera interfaz que la borre con margen. A un SMA de 26,5 GHz que transporta una señal de 24 GHz no le queda casi nada para el aumento de impedancia de una junta de soldadura fría o un cable de prueba desgastado.

SMA y la familia subminiatura

SMA es la interfaz roscada predeterminada de 50 ohmios para instrumentación, antenas y radios de hasta 26,5 GHz. Utiliza un acoplamiento roscado de 1/4-36, un dieléctrico de PTFE y un pasador central de aproximadamente 0,9 mm. Sus debilidades son más mecánicas que eléctricas: la tuerca de acoplamiento es pequeña, el par recomendado es de alrededor de 0,8 a 1,1 N-m (7 a 10 in-lb) y una llave utilizada con demasiado entusiasmo deformará el hexágono y desplazará el plano de referencia. Ese único hábito representa una gran parte de los informes de "este conector repentinamente tiene una gran pérdida de retorno".

SMB es la versión acoplable a la misma escala, con una potencia nominal de aproximadamente 4 GHz y se utiliza cuando el acoplamiento rápido es más importante que el ancho de banda. SMP y SMPM son interfaces de acoplamiento ciego placa a placa que se utilizan en módulos de RF densos y arreglos en fase. SMP opera a aproximadamente 40 GHz y SMPM a aproximadamente 65 GHz, con un lado macho cargado por resorte que absorbe la tolerancia axial que un compañero ciego no puede controlar. Cuando SMA no es suficiente pero es difícil justificar un conector de precisión total, las versiones de 3,5 mm y 2,92 mm se combinan con SMA y amplían el techo a aproximadamente 33 GHz y 40 GHz.

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Tipo N, TNC y BNC: tipos de bayoneta y rosca más grandes

Los conectores tipo N utilizan una rosca de 5/8-24 y un dieléctrico mucho más grande, por lo que manejan mucha más energía que SMA y se mantienen estables en exteriores. El techo estándar es de 11 GHz, aunque las versiones de precisión alcanzan los 18 GHz. Un par tipo N, debidamente acoplado y resistente a la intemperie, es la opción normal para alimentadores de antena de estaciones base, cables de puente y unidades de radio exteriores, y tolera el movimiento del cable que destruiría una interfaz subminiatura.

El TNC es esencialmente un BNC roscado: el mismo tamaño de cuerpo, pero un acoplamiento de tornillo que se mantiene bajo vibración, razón por la cual aparece en equipos de radio móviles y equipos de prueba portátiles con capacidad nominal de aproximadamente 11 GHz. BNC mantiene su bayoneta de un cuarto de vuelta para una conexión rápida y se detiene en aproximadamente 4 GHz en forma de 50 ohmios. El BNC de 75 ohmios utilizado para vídeo parece casi idéntico; mezclar las dos impedancias en una ruta de RF crea una falta de coincidencia que ninguna calidad del cable solucionará.

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Tipos de precisión para trabajos en ondas milimétricas

Por encima de aproximadamente 26,5 GHz, la interfaz tiene que ser dieléctrica de aire y mecanizada con tolerancias estrictas. Las familias de 1,0 mm, 1,85 mm, 2,4 mm y 2,92 mm comparten la misma idea: sin polímero alrededor del conductor central, una geometría del cordón estrechamente controlada y un plano de referencia definido en la cara de acoplamiento en lugar de en algún lugar dentro de la tuerca de acoplamiento.

2,4 milímetros a 50 GHz

1,85 milímetros a 67 GHz

1,0 milímetros a 110 GHz

La compatibilidad es donde el dinero se pierde silenciosamente. SMA, 3,5 mm y 2,92 mm son interacoplables. 2,4 mm y 1,85 mm coinciden entre sí. 1,0 mm se acopla sólo con 1,0 mm. Forzar un SMA desgastado y fuera de tolerancia en un puerto de prueba de 2,92 mm o 2,4 mm puede dañar esa interfaz de precisión de forma permanente, y un puerto de prueba dañado invalida silenciosamente todas las mediciones tomadas a través de él posteriormente.

Sellados herméticamente y otros tipos especializados

Algunas rutas de RF no pueden tener fugas. Los conectores herméticamente sellados reemplazan la perla de polímero con un sello de vidrio a metal, de modo que el dieléctrico se fusiona con la carcasa de metal y el pasador central en lugar de presionarlo. Las especificaciones típicas de tasa de fuga de helio para dichas piezas se sitúan en el rango de 10 ^-9 rango atm-cc/s, y la resistencia mecánica proviene del sello mismo y no de un elastómero que envejecerá.

Estas piezas aparecen en cámaras de vacío, transmisores de presión, sistemas criogénicos, cargas útiles aeroespaciales y cualquier recinto donde la condensación cambiaría la constante dieléctrica y por lo tanto la impedancia de la línea. Las variantes herméticas SMP y SMPM son comunes en conjuntos de microondas densos donde un único mamparo sellado tiene que pasar por varias líneas coaxiales a la vez.

Figura 2. Vista isométrica de un conector coaxial sellado herméticamente

Referencia esquemática en corte para un paso coaxial sellado con vidrio; las proporciones son ilustrativas.

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Tipos de conectores RF comparados uno al lado del otro

Tabla 1. Comparación de funcionamiento de tipos comunes de conectores RF de 50 ohmios; Los límites de frecuencia reflejan los valores normalmente publicados en los estándares de interfaz y en las hojas de datos de los conectores.
Interfaz	Acoplamiento	Frecuencia máxima típica	donde se usa
SMA	hilo 1/4-36	26,5 GHz	Equipos de prueba, antenas, frontales de radio.
SMB	A presión	4 GHz	Bastidores densos, puertos para instrumentos de conexión rápida
SMP/SMPM	compañero ciego	40GHz / 65GHz	Módulos placa a placa, arreglos en fase
tipo N	hilo 5/8-24	11 GHz (precisión de 18 GHz)	Comederos exteriores, radio de alta potencia.
TNC	hilo 7/16-28	11 GHz	Radio móvil, equipos propensos a vibraciones.
BNC	bayoneta	4 GHz	Parcheo de laboratorio, vídeo e instrumentación
2,92 milímetros	hilo 1/4-36	40 GHz	Puertos de prueba de precisión, bancos mmWave
2,4 milímetros	hilo m8	50 GHz	Puertos VNA de alta gama, módulos de radar
1,85 milímetros	hilo M7	67 GHz	Radar automotriz, enlaces de 60 GHz
1,0 milímetros	rosca M5.5	110 GHz	Investigación sub-THz, transiciones de guías de ondas

Lo que realmente decide la elección de un proyecto

La frecuencia reduce la lista a dos o tres candidatos. Cinco limitaciones prácticas suelen elegir la parte final.

Compatibilidad de cables. Las series de conectores siguen el diámetro del cable, no la preferencia. RG-316 y cables flexibles similares se adaptan a SMA; RG-58 y RG-213 se adaptan a BNC, TNC y tipo N; El cable corrugado de bajas pérdidas casi siempre termina en tipo N o 7/16.
Consistencia de impedancia a lo largo de toda la cadena. Una parte de 75 ohmios en una ruta de 50 ohmios produce una falta de coincidencia que se muestra como una pérdida de retorno exactamente en la frecuencia que le interesa.
Ciclos de acoplamiento y torque. Las interfaces estándar SMA y tipo N generalmente se cotizan en alrededor de 500 ciclos de acoplamiento; Las interfaces de ondas milimétricas de precisión se desgastan más rápidamente y su reemplazo cuesta mucho más.
Ambiente. Las unidades exteriores necesitan una interfaz que selle cuando se acoplan, además de una funda o cinta adhesiva adecuada. Los límites de vacío y presión necesitan un sello de vidrio a metal.
Protección del puerto de prueba. Mantenga un adaptador de sacrificio en los instrumentos de mesa e inspeccione las interfaces de precisión con lupa antes de cada mate.

Figura 3. Compensaciones cualitativas entre interfaces SMA, tipo N y de onda milimétrica de precisión

SMA tipo N

Comparación de ingeniería cualitativa basada en características de interfaz estándar, no en datos de laboratorio medidos.

La atenuación, la pérdida de retorno y el desgaste mecánico están más estrechamente vinculados de lo que sugieren la mayoría de las especificaciones; Las causas prácticas de pérdida en una ruta coaxial se tratan en esta nota sobre Atenuación de la señal del conector RF . Para proyectos que necesitan una interfaz, un revestimiento o una terminación de cable específicos, trabajar con un fabricante que mecaniza sus propias piezas generalmente acorta el ciclo entre el dibujo y el primer artículo. Comunicación Hanson, una Fabricante de conectores coaxiales RF Con sede en Ningbo, produce interfaces SMA, tipo N, TNC, BNC, de precisión y herméticamente selladas, así como adaptadores y conjuntos de cables de baja pérdida.

Preguntas frecuentes sobre los tipos de conectores RF

P1. ¿Cuáles son los tipos de conectores RF más comunes?

SMA, tipo N, BNC y TNC cubren la mayoría del trabajo general, y se utilizan 2,92 mm, 2,4 mm, 1,85 mm y 1,0 mm para trayectorias de ondas milimétricas. SMA funciona a 26,5 GHz, tipo N y TNC a aproximadamente 11 GHz y BNC a aproximadamente 4 GHz.

P2. ¿Cuál es la diferencia entre un conector SMA y un conector tipo N?

SMA es una interfaz subminiatura con rosca de 1/4-36 y capacidad de 26,5 GHz. El tipo N es una interfaz más grande de 5/8-24 con una potencia nominal de aproximadamente 11 GHz con un manejo de potencia mucho mayor y un rendimiento mucho mejor en exteriores.

P3. ¿Son compatibles los conectores de 1,85 mm y 2,4 mm?

Sí, 1,85 mm y 2,4 mm comparten la misma geometría de acoplamiento y se pueden acoplar entre sí. 1,0 mm es compatible solo con 1,0 mm y nunca se debe forzar un SMA en ninguno de ellos.

P4. ¿Cuál es la frecuencia máxima de un conector BNC?

Un BNC de 50 ohmios normalmente tiene una potencia nominal de aproximadamente 4 GHz. El BNC de 75 ohmios utilizado para vídeo generalmente está limitado a aproximadamente 1 GHz y no es intercambiable con la versión de 50 ohmios.

P5. ¿Los conectores RF siempre tienen que ser de 50 ohmios?

La mayoría de los sistemas de prueba, radio y antena son de 50 ohmios. Existen interfaces de 75 ohmios para video y transmisión, y mezclar las dos en una sola ruta crea una falta de coincidencia que se manifiesta como un VSWR alto y una pérdida adicional de señal.

P6. ¿Cuándo debo especificar un conector RF herméticamente sellado?

Cuando la ruta de RF cruza un límite de vacío, una carcasa de presión o un recinto donde el ingreso de humedad cambiaría el dieléctrico y la impedancia, como cámaras de vacío, transmisores de presión y cargas útiles aeroespaciales.