Conectores de RF y Microondas V2.11

5/27/2018 Conectores de RF y Microondas V2.11

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ConectoresCoaxialesdeRFyMicroondas

parausoenlaboratorio

Ing.AlejandroHenze

Lab.MetrologaRF&Microondas,INTI

http://www.inti.gov.ar/electronicaeinformatica/metrologiarf

[email protected]

Junio2011,1Edicin

Enero2012,Revisin


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Conectores Coaxiales para RF y Microondas Pgina 2 de 39

ndice

1. Introduccin Parmetros de un conector

2. Conectores de uso general Impedancia caracterstica Frecuencia mxima de trabajo Prdida de insercin Blindaje

3. Conector BNC

4. Conector TNC

5. Conector UHF

6. Conector F

7. Conectores de precisin Interfaz de conexin Repetibilidad de la prdida de insercin

Repetibilidad de la prdida de retorno Ciclos de conexin / desconexin Plano de referencia

Discontinuidad o gap en el conductor interno

8. Conector SMA

9. Conector N

10. Conector DIN 7/16

11. Conector 14 mm (GR 900)

12. Conector 7 mm (APC-7)

13. Conector 3.5 mm (APC-3.5)

14 .Conector 2.92 mm (K)

15. Conector 2.4 mm (Q)

16 .Conector 1.85 mm (V)

17 Conector 1.0 mm (W)

18. Conectores discontinuados

Conector GR 874 Conector Dezifix B

19. Usos y cuidados en los conectores Conexin y desconexin Medicin de la discontinuidad entre conductores Limpieza

20. Normas y especificaciones


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Conectores Coaxiales para RF y Microondaspara uso en Laboratorio

1. Introduccin

El uso de conectores coaxiales como interfaz de conexin ha aumentado en gran proporcin en las ltimasdcadas existiendo actualmente una gran variedad de modelos y tamaos, dependiendo de las diferentesaplicaciones (audio, video, sistemas analgicos y digitales, transmisin de potencia, uso satelital o militar,metrologa, etc.) y pudiendo usarse actualmente desde corriente continua hasta 110 GHz. Cuando seutiliza un conector en baja frecuencia hasta 3 MHz, el requerimiento principal que debe cumplir dichoconector es el de poseer un buen contacto elctrico y, a veces, un buen blindaje o aislacin ya quebsicamente acta como un punto de unin elctrico. Entre los 3 y 30 MHz el conector se comporta comoun capacitor de algunos pF en paralelo con el circuito con una pequea inductancia en serie. Por encimade los 300 MHz el conector empieza a actuar como parte de la lnea de transmisin que conecta unsistema generador de seales con un sistema medidor o carga. En este ultimo caso el conector setransforma muchas veces en el eslabn mas dbil del sistema, por lo tanto para la correcta eleccin de unconector coaxial ser necesario conocer su geometra, dimensiones fsicas y especificaciones elctrico /

mecnicas, y as evitar una incorrecta medicin o un mal desempeo de todo el sistema.

En este documento se describirn las diferentes caractersticas que posee un conector del tipo coaxialaplicado al campo de RF y microondas. Si bien existen numerosos modelos y variantes de conectorescoaxiales en la actualidad, solamente se har mencin de los modelos ms comunes de uso comercial yde laboratorio, en especial aquellos considerados como conectores de precisin.

Especificaciones de un conector:

Las especificaciones elctrico / mecnicas que caracterizan a un conector se pueden dividir en 3 grupos:

Especificaciones impuestas por el sistema:

Impedancia caracterstica Frecuencia mxima de trabajo ROE mxima

Son los parmetros bsicos de cualquier conector y deben satisfacer las condiciones que impone el propiosistema de medicin.

Especificaciones de calidad del conector:

Interfaz de conexin Repetibilidad Prdida de insercin Ciclos de conexin / desconexin Plano de referencia

Blindaje

Son parmetros que reflejan la calidad de un conector frente a otro. En base a estos parmetros se puedereconocer si un conector es de uso general o de precisin.

Especificaciones de potencia:

Tamao Robustez mecnica Potencia mxima de trabajo PIM.


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Son parmetros a considerar cuando el conector forma parte de un sistema que maneja potenciasmayores a 1 W.

Impedancia caracterstica:

La impedancia caracterstica Zo de un conector coaxial se define por su geometra, materiales ydimensiones segn la siguiente ecuacin:

d

Dln

59,9586

d

Dln

2

1Zo

r

== [] (1)

donde

D dimetro interno del conductor externo (mm)d dimetro externo del conductor interno (mm)r constante dielctrica de la lnea de transmisin

(aire = 1,00059 / tefln = 2,02)

Los valores tpicos de Zo son 50 o 75 ohm. En una lnea de transmisin (cable y conectores) debe haber lamisma Zo para evitar que se produzcan desadaptaciones en el sistema con una consecuente disminucinde la potencia transferida entre el generador de seales y la carga. El parmetro elctrico vinculado coneste efecto es la llamada ROE o relacin de ondas estacionarias. Partiendo de un valor ideal de 1, cuantomayor es este valor, mayor ser la desadaptacin y menor ser la transferencia de potencia.

Como el conector es siempre la parte que mas uso se le da por las continuas conexiones y desconexionesa lo largo del tiempo, es muy importante la correcta eleccin del mismo, segn en cul aplicacin seemplear, y adems el buen uso y cuidado mecnico para evitar su degradacin y, en consecuencia, unaumento de las prdidas y ROE del mismo.

Frecuencia mxima de trabajo:

El rango de frecuencia de cualquier conector coaxial est limitado por la frecuencia de corte inferior delprimer modo de propagacin de la gua circular (modo TE11) [2]. En base a los mismos parmetrosdescriptos anteriormente, se define la frecuencia de corte fc:

D)(d

194,8

.D)(d2

cf

rrr

c+

+

= [GHz] (2)

Si disminuye el dimetro del conductor externo, se incrementa la mxima frecuencia utilizable. Si se colocaun dielctrico en vez de usar aire, se disminuye la mxima frecuencia utilizable y se incrementan lasprdidas. En el caso de conectores coaxiales se establecen las frecuencias mximas en base al dimetrodel conductor externo. Para el caso de Zo = 50 ohm:

Dimetro interno delconductor externo [mm]

16,0 14,29 7,00 3,50 2,92 2,40 1,85 1,00

Frec. mxima establecida[GHz]

7,5 8,5 18,0 33,0 40,0 50,0 65,0 110,0

Frec. de corte del modoTE11circular

- 9,5 19,4 38,8 46,5 56,5 73,3 135,7

Tabla 1: Frecuencias mximas de trabajo en funcin del dimetro del conductor externo

Si bien es lgico creer que la impedancia caracterstica de un conector coaxial es independiente de lafrecuencia y que en baja frecuencia su comportamiento mejora, a medida que la frecuencia disminuye pordebajo de 1 GHz ocurren dos cosas:

Figura 1: Corte transversal de

un conector coaxial

Dd

r


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Aumenta la impedancia caracterstica Zo (el mdulo) debido al aumento de la profundidad de

penetracin, o efecto skin. Este efecto produce que el dimetro efectivo de D aumente y el de ddisminuya.

El valor de Zo deja de ser puramente resistivo ya que su fase empieza a tomar valores negativos, es

decir, Zo se transforma en un nmero complejo.

Como ejemplo en un conector de 7 mm si la frecuencia disminuye a 10 MHz, respecto a la ecuacin (1) y aun valor de Zo nominal de 50 , el valor |Zo| aumentar en 0,8 (ROE = 1,02) y la Zo cambiar de 0a-0,7. Si ahora la frecuencia disminuye a 1 MHz, |Zo| aumentar en 2,7 (ROE = 1,05) y Zo ser de-2,1[16].

ROE mxima:

Es uno de los parmetros ms importantes a la hora de calcular las prdidas de potencia ydesadaptaciones que introduce el conector en la lnea de transmisin. En general se lo especifica para lamxima frecuencia de trabajo. Cuanto mayor sea su valor, mayor ser la potencia reflejada hacia elgenerador o transmisor segn la siguiente ecuacin:

+

=

Pi

Pr1

Pi

Pr1

ROE [ - ] (3)

Ntese que en el caso de un conector ideal perfectamente adaptado, Pr0 y ROE1independientemente de la potencia incidente. En el otro extremo, si el conector presentara unadesadaptacin total, PrPi y ROE. En el caso real de un conector con ROE = 1,5 las prdidas depotencia sern del 4 %.

Interfaz de conexin:

Existen dos tipos de conectores segn la interfaz de conexin entre ambos:

- Conectores macho / hembra: se necesita un conector macho y un conector hembra para realizar unaconexin. Pueden ser coplanares o no coplanares, por lo que la transicin o plano de referencia, no sueleser el mismo entre diferentes tipos de conectores.

- Conectores hermafrodita: Ambos conectores son idnticos (coplanares). Esto es caracterstico dealgunos conectores de precisin.

Prdida de insercin:

Es la atenuacin que introduce el propio conector debido a sus propias prdidas (resistencia superficial delos conductores, prdida del dielctrico, etc.) y tambin incluye el efecto por las desadaptaciones respectoal sistema. Este parmetro se expresa en dB y generalmente se especifica a la frecuencia mxima.

Blindaje:

El blindaje se asocia al nivel de la seal que se pierde a travs del conductor externo (se irradia) o en lainterfaz de conexin respecto al nivel de la seal que circula por el conductor. Este parmetro se expresaen dB y para un conector de uso general, un valor tpico es de -55 dB. En caso de usarse conectores concables coaxiales, este parmetro suele despreciarse ya que la prdida en el cable suele ser de variosrdenes mayor.

donde:

Pi: potencia incidente en el conector (W)Pr: potencia reflejada en el conector (W)


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Tamao:

El tamao de un conector coaxial est vinculado en forma directa con la potencia que pueda manejar y en

forma inversa con la frecuencia mxima de trabajo. Es decir, a medida que se aumenta el tamao de losdimetros de los conductores se pueden manejar potencias mayores pero se reduce la fmax.

No debe asociarse el tamao de un conector con su impedancia caracterstica, ya que segn la ecuacin(1) el valor de Zo depende de la relacin entre los dimetros D y d y no de sus valores absolutos.

Potencia mxima de trabajo:

Cuando un conector coaxial opera en un sistema que maneja potencia (salida de amplificadores de RF,transmisores o antenas) es importante diferenciar entre la potencia pico respecto a la potencia media quepueda manejar. La potencia pico mxima que puede soportar un conector es proporcional a la tensin deruptura del mismo, mientras que la mxima potencia media se determina por la habilidad del conector demanejar altas temperaturas. Este valor se degrada con la frecuencia, altitud, ROE de la carga y

temperatura del medio. En algunos casos se puede aumentar el valor mximo de manejo de potencia deun conector, utilizando dielctricos especiales de PTFE y hasta se puede redisear un conector aadiendoun disipador para que disipe el calor del conductor central.

Como el tamao de un conector determina la potencia mxima que puede manejar, en el mercado actualexisten distintos modelos de conectores, y a su vez cada modelo presenta diferentes variantes. De losmodelos comerciales mas comunes se puede decir que el conector SMA es el conector ms usado enproyectos de baja potencia, el tipo N para potencias medias y en casos de manejar potencias superiores a1 kW se recurren a conectores especiales como el DIN 7/16, 7/8, etc.

Los fabricantes especifican los valores de potencias mximas a partir de 1 MHz generalmente, decayendosu valor con la raz de la frecuencia. A continuacin se muestra un grfico de la capacidad de manejo depotencia de algunos modelos de adaptadores marca Maury:

Tabla 2: Capacidad de Manejo de Potencia de algunos conectores


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Intermodulacin Pasiva (PIM):

El efecto de intermodulacin ocurre en sistemas no lineales y activos en su gran mayora. En principiocomo se supone que un conector coaxial se comporta como un elemento netamente pasivo y lineal, es

muy comn que no se tenga en cuenta este fenmeno. Sin embargo, cuando el conector forma parte deun sistema de transmisin de potencia con 2 o ms canales (2 o mas tonos de alta potencia), estos tonosproducirn productos de intermodulacin por los siguientes motivos:

Zonas no lineales del conector como uniones ocontactos de distintos metales o con xido.

Conector mal armado. Conexin floja. En conectores con conductores de metales ferro

magnticos como el nquel [10]. Excesiva cantidad de ciclos de conexin /

desconexin. Conector con corrosin y/o en ambientes

hmedos, y con circulacin de altas corrientes porlos conductores.

Por lo tanto, el valor de PIM deber tenerse en cuenta cuando se est seleccionando el tipo de conectorque formar parte del sistema de transmisin de potencia. Un modelo muy utilizado actualmente enEuropa y EEUU es el DIN 7/16 con valores de PIM de 3er. orden menores a -150 dBc en la banda de PCSde 1,9 GHz para 2 tonos de 20 W de potencia.

2. Conectores de uso generalEn la actualidad existen numerosos tipos de conectores de uso general variando segn su aplicacin, sison roscado o insertables (push-on), soldables a un panel, una placa o a un cable. La mayora de estos seencuentran definidos en la norma MIL-C-39012 o MIL-STD-348A. En este informe se describirn soloalgunos modelos para aplicaciones de laboratorio.

3. Conector BNC

El BNC (Bayonet Neil-Concelman) es quizs el conector coaxial ms difundido en la historia desde sucreacin en los laboratorios Bell en 1944. Fue inicialmente diseado para propsitos militares yposteriormente tuvo gran aceptacin en aplicaciones de video y RF hasta 4 GHz debido a su fcil tcnicade conexin / desconexin tipo bayoneta de vuelta de giro. En el macho el conductor externo es

ranurado para una mejor compatibilidad mecnica pero debido a esto, por encima de los 4 GHz, lasranuras del conductor empiezan a irradiar seal. El valor mximo de la ROE es de 1,3.

Existen versiones de 50 y 75 ohm y se diferencian bsicamente en que el conector de 50 ohm poseedielctrico plstico y el de 75 ohm tiene dielctrico de aire. Como la Zo est definida en este caso por lautilizacin o no de dielctrico, los dimetros externos e internos son los mismos en ambas versiones de 50y 75 ohm. Por lo tanto son compatibles mecnicamente entre s.

Figura 2: Espectro de 2 tonos con intermodulacin de3er. orden


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El valor de offset del plano de referencia es de 5,3 mm con una tolerancia de 0,07 mm para la versin de

instrumental y de 0,5 mm para la versin de propsitos generales.

Especificacin Fabricante MIL-C-39012

Rango de frecuencia 0 4 GHz 0 4 GHz

ROE 1,12 + 0,007.F(GHz) 1,3

Blindaje -(60 F(GHz)) (dB) -55 dB

Prdida de insercin 0,1.F(GHZ) (dB) 0,2 dB

Tabla 3: Caractersticas del conector BNC de 50 ohm

El conector BNC no es recomendable usarlo en sistemas de alta tensin debido a que su tensin deruptura es de solamente 500 V. Para esos casos existe una variante llamada comnmente BNC de AltaTensin o modelo MHV. Este puede soportar hasta 5kV ya que como el dielctrico sobresale mucho ms

que en el BNC comn, aumenta considerablemente la aislacin. La desventaja es que est especificadosolamente hasta 50 MHz y no es 100 % compatible mecnicamente con el BNC. En caso de intentar unaconexin entre BNC y MHV, mecnicamente y con cierta fuerza, se puede lograr dicha conexin aunqueen teora no debera haber contacto elctrico.

4. Conector TNC

Surgi en 1956 como una variante del BNC donde se reemplaza el sistema de conexin tipo bayoneta porun acoplamiento roscado externo para aumentar el blindaje y darle mayor firmeza a la conexin. Estoprovocaba un aumento de la frecuencia mxima a 12 GHz. Se utiliza tpicamente en telefona celular y enantenas.

Figura 3: BNC macho y hembra de 50 ohm

Figura 4: Corte transversal del un conector BNC


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El valor de offset del plano de referencia y tolerancias es idntico al del conector BNC. Tambin existenversiones de 75 ohm con una frecuencia mxima de 1 GHz.

Especificacin Fabricante MIL-C-39012


ROE 1,03 + 0,005.F(GHz) 1,3

Blindaje -(90 F(GHz)) (dB) -55 dB

Prdida de insercin 0,05.F(GHZ) (dB) 0,2 dB

Tabla 4: Caractersticas del conector TNC

La norma que rige a este modelo es la MIL-C-39012. Sin embargo existen versiones de TNC en laactualidad con algunas diferencias mecnicas. Esto se debe mayormente a que existen varias normasamericanas o europeas (MIL, IEC, etc.) que no son 100% compatibles entre s [14]. Una de estasversiones de TNC es la de frecuencia extendida hasta los 18 GHz (Fig. 4).

5. Conector UHF

El conector UHF fue el primer conector coaxial que se us para RF y apareci a fines de la dcada de1930 cuando la tecnologa llegaba a frecuencias de UHF. Fue desarrollado por Amphenol y actualmentese lo sigue utilizando en Ham Radio o en aplicaciones donde la ROE no es un factor trascendente ya quedebido a su geometra, no se puede asegurar un valor estable o repetible. Sin embargo, es un conectorbarato y robusto. La frecuencia mxima de operacin es de unos 200 MHz, extendindose hasta unos 500MHz en algunos casos.

Figura 4: Conector TNC de 50 ohm Izquierda versin ranurada / Derecha versin frecuencia extendida

Figura 5: Conector UHF macho y hembra


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A este conector tambin se lo conoce como tipo SO-239 (conector hembra o socket) y tipo PL-259 (macho plug).

6. Conector F

Es un conector netamente de video para aplicaciones de TV y CATV pudindose usar hasta 1 GHz ynormalmente tiene una impedancia caracterstica de 75 ohm. En las versiones hogareas, el conectormacho utiliza directamente el alambre del cable coaxial como pin central.

7. Conectores de precisin

El uso de conectores de precisin se justifica a la hora de realizar mediciones que tengan bajasincertidumbres y trazabilidad a patrones metrolgicos. En este caso se deben considerar especificacionesadicionales como repetibilidad, plano de referencia y el valor del gap (medicin de la recesin o protrusinentre los conductores centrales durante una conexin). Adems para estos conectores se especificanvalores de coeficiente de reflexin (en dB) en vez de ROE. Todos los conectores de precisin estndetallados en la norma IEEE 287.

Para lograr este tipo de conectores se debe primero poder construirlos sin el uso de dielctrico plsticoalguno, es decir, deben tener dielctrico de aire [7]. Adems debern poseer tolerancias mecnicas muchomenores que aquellos de uso general.

Para que los conductores se consideren sin prdidas, se utiliza sobre el conductor de Cu-Be unaterminacin superficial de algunos micrones de oro (a veces sobre una capa intermedia de plata), para quesu alta conductividad evite que aumente la impedancia por efecto skin en las frecuencias ms altas.

Dependiendo del grado de exigencias mecnicas y elctricas que se requieran en un conector deprecisin, estos se clasifican en:

GPC (General Precision Connector): posee un soporte dielctrico (bead) de baja reflexin.LPC (Laboratory Precision Connector): posee dielctrico de aire.

Figura 6: Conector F macho y hembra

Cuerpo: acero inoxidable

Conductores interno / externo:

Interior: Cobre-BerilioSuperficie: Plata / Oro

Figura 7: Materiales en un conector de precisin


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Repetibilidad de la prdida de insercin:

Cuando se realiza una medicin, los conectores junto con el cable, introducen una prdida de insercinque formar parte de la atenuacin que presenta el sistema. En una medicin de precisin es necesario

que este valor de atenuacin se mantenga lo ms constante posible durante los ciclos de conexin ydesconexin de los conectores. Esto exige que los propios conectores tengan una repetibilidad adecuaday especificada.

Para conectores hasta 18 GHz este valor nunca debe superar los 0,010 dB.

Conector Repetibilidad de la prdida de insercin [dB]

GR 900 0,001(DC a 0,5 GHz) 0,002(0,5 a 8,5 GHz)APC-7 0,001(DC a 2 GHz) 0,004(2 a 8 GHz) 0,006(8 a 18 GHz)

N 0,001(DC a 1 GHz) 0,004(1 a 12 GHz) 0,008(12 a 18 GHz)APC-3.5 0,002(DC a 1 GHz) 0,006(1 a 12 GHz)

SMA 0,002(DC a 1 GHz) 0,006(1 a 12 GHz) 0,020(12 a 18 GHz)

Tabla 5: Valores tpicos de repetibilidad en la prdida de insercin para diferentes conectores

Repetibilidad de la prdida de retorno:

Esta repetibilidad en un conector es la variacin en el valor del coeficiente de reflexin entre sucesivasconexiones y desconexiones, segn la siguiente ecuacin:

Repetibilidad = 20.log10|| [dB] (4)

donde

|| = | m1- m2|

Se define || como la diferencia entre 2 mediciones del del mismo conector antes y despus de un ciclo deconexin / desconexin.

Los conectores de uso general tienen una repetibilidad pobre y esta se degrada notablemente a lasfrecuencias ms altas. En el caso un conector de precisin este valor es notablemente ms pequeo y elfabricante especifica valores tpicos de repetibilidad que regirn durante la vida til del mismo. Pero sidurante este perodo se detecta un aumento considerable en este valor significa una posible degradacindel conector debido a:

Suciedad en las superficies de contacto.

Deformaciones en el conductor central por un exceso de torque en las conexiones o existencia deprotrusin entre los conductores internos.

Rayones en las superficies internas debido a rotaciones del cuerpo del conector durante laconexin.

Desalineacin del conductor central.

Almacenamiento inadecuado del conector (ataque de factores ambientales).

Ciclos de conexin / desconexin:

En metrologa en RF y microondas es importante considerar el nmero de conexiones y desconexionesque debe realizar un conector ya que afecta a la performance y vida til del mismo. Existen conectores


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que no toleran ms que algunos cientos de veces y otros que pueden funcionar correctamente por ms de5.000 ciclos. Pasado este lmite, empiezan a aumentar uno o varios parmetros como la ROE,repetibilidad o prdida de insercin.

Plano de referencia:

El plano de referencia es otro parmetro importante en un conector de precisin. Es el plano transversalen donde se define la transicin entre ambos conectores cuando estn conectados. Idealmente deberaser coplanar entre el conductor central y externo, como es en el caso de los conectores hermafrodita (Ej. 7mm), pero la mayora tiene un offset entre ambas transiciones.

Cuando se conectan dos conectores es muy importante que la geometra coaxial que forman ambos en suconexin se mantenga inalterable como si fueran dos piezas perfectas de un rompecabezas. En lamayora de los conectores, las transiciones entre conductores externos y entre conductores internos seproducen en diferentes planos transversales. En la prctica esto significa que, al conectar un par deconectores, siempre una de las transiciones hace tope antes que la otra. Esto produce una discontinuidado gap entre conductores.

Por norma se establece que el plano de referencia coincide con el plano de transicin de los conductores

externos y se establece una distancia u offset para la transicin de los conductores internos. Este valorest normalizado para cada conector. Por ejemplo, en el caso de un conector tipo N de precisin, el offsetes de 0,207 (5,26 mm) tanto para el conector macho como para la hembra. Si se trata de un conectorhermafrodita, el valor de offset suele ser igual a 0 (coinciden ambos planos de transicin).

Discontinuidad o gap en el conductor interno:

En la prctica, el valor de offset respecto al plano de referencia en un conector macho o hembra no va aser exactamente igual al valor nominal, por lo que se produce una discontinuidad o gap cuando se conectael par de conectores. Existen dos posibles casos:

Si el gap es positivo significa que los conductores externos hacen tope primero. En este caso la geometradel conductor interno tendr una discontinuidad en su dimetro en la zona de la interfaz (corte A-A de la

fig. 5). Este efecto se lo conoce como recesin. Un excesivo valor de recesin produce valores dereflexin cada vez ms altos.

Si el gap es negativo significa que los conductores internos hacen tope primero. En este caso ambosconductores internos no solo estn haciendo un contacto elctrico entre s sino tambin tendrn unaexcesiva fuerza axial en el momento del torque final entre ellos que tiende a deformarlos mecnicamente.Este efecto se lo conoce como protrusin. Un excesivo valor de protrusin puede provocar un daopermanente en ambos conectores al momento de ser conectados y ajustados mecnicamente.

Figura 8: Discontinuidad en la conexin de un par de conectores macho / hembra

Conductor interno machoConductor interno hembra


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Figura 9: Plano de referencia Corte transversal

Existen diferentes estudios realizados en lneas de transmisin coaxiales en los cuales se modeliz elefecto del gap en la geometra y el consecuente aumento del coeficiente de reflexin. Este efectodepender principalmente de cun grande sea la discontinuidad en el conductor central como as tambinlas dimensiones, cantidad de ranuras en el pin hembra, etc.

Uno de los modelos que ms se adeca a la mayora de los conectores es el desarrollado por MacKenziey Sanderson [5] donde se define:

+=

N.w.d

N.w.d.ln0,0252.f.g1ROE

g

[-] (5)

Donde, en base a la figura 8, se define:

PLANO DE REFERENCIA

GAP

PARCONECTADO

HEMBRA

MACHO

Valor nominal:

A = B = offset

Condicin para recesin:

A > offsetB < offset

Gap = A B

casos:

Si Gap = 0 caso idealSi Gap > 0 recesinSi Gap < 0 protrusin

A

B

Transicin entre

conductores internos.

Zona ampliada


1


f frecuencia [GHz]g gap [mm]dg dimetro interno del conductor en la zona del gap [mm]d dimetro del conductor central [mm]N nmero de ranuras del conductor central (hembra)w ancho de la ranura [mm]

Si se grafica el coeficiente de reflexin de un conector en funcin de los diferentes valores de gap quepueda tener, se puede ver que la influencia del gap se manifiesta en forma lineal con la frecuencia.

Variacin del |gamma| con el gap

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Frecuencia [GHz]

|gamma|[U]

0. 003 " Gap 0.0 06" Gap 0.0 10" Ga p 0 .01 5" Ga p

Grfico 1: Variacin del coeficiente de reflexin con el gap

8. Conector SMA

El SMA (Subminiature A) fue diseado por la Corporacin Bendix Scintilla en 1958 al cual lo llam BRM.

Posteriormente fue modificado por Omni Spectra en 1962, llamndolo en ese entonces OSM. Recin en1968 se estandariz dentro de la norma MIL-C-39012 bajo el nombre de Subminiature A. Es uno de losconectores de RF y microondas ms usados en diseos por su bajo costo y tamao. Como posee undielctrico de PTFE (politetrafluoroetileno) entre el conductor central y externo, no se lo puede considerarcomo un conector de precisin.

Figura 10: Conectores SMA hembra y macho

El SMA se lo suele utilizar en:

Cables semi-rgidos de pequeo dimetro.

Dentro de equipos para interconectar los distintos mdulos de RF.

En componentes que no son frecuentemente conectados y desconectados.


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En aplicaciones con lneas microstrip (por una cuestin de peso, precio y tamao).

En la versin de laboratorio, los conectores SMA son de acero inoxidable (cuerpo y sistema de acople),con contactos de Cu-Be plateados con, al menos, 1 micrn de oro. Este conector tiene la particularidadque posee un ciclo de conexin / desconexin menor a 500 veces. Esto es debido a que posee una serie

de problemas como la rotura del pin macho por una desalineacin al conectarlo con su par hembra yadems la salida del dielctrico por afuera del plano de conexin debido a efectos del tiempo o de latemperatura, etc. El conector hembra generalmente posee 4 uas.

Existe otra versin comercial de bajo costo, donde el conector es enteramente de latn (brass) convariantes de niquelado o plateado con oro en algunos casos. Esto reduce al menos un 30% su costo perosu vida til se reduce a unas 250 conexiones / desconexiones, o menos. El conector hembra posee 2 uasque generalmente estn levemente deformadas.

La mayora de los SMA tienen un coeficiente de reflexin ms alto que los dems conectores hasta 26,5GHz debido a la dificultad de sujetar el soporte dielctrico pudiendo llegar a valores de ROE de 1,25 enalgunos modelos. Actualmente estn controlados bajo la norma MIL-C-39012 y existen diferentesversiones en el que vara la frecuencia mxima de trabajo desde los 12 GHz hasta los 24 GHzdependiendo del fabricante.

Figura 11: Corte transversal de un conector SMA macho y hembra

Cuando se deben conectar y desconectar repetidamente dos conectores SMA es suficiente ajustarsimplemente con la mano. En el caso en que una vez ajustado a mano, se note un mal funcionamiento,ser indicio de un dao mecnico o suciedad en alguno de los dos conectores.

Si se trata de una conexin definitiva o al realizar una medicin o ensayo, se recomienda el uso de unallave torquimtrica de 5/16. Los torques recomendados son:

5 lb.in para la versin de latn (brass).

8 lb.in para la versin de acero inoxidable.

Un excesivo torque durante la conexin (> 15 lb.in) puede quebrar o deformar la parte tubular del pincentral.

Prdida de insercin: 0,03 dB (DC a 1 GHz)0,10 dB (1 a 12 GHz)

El valor de offset del plano de referencia es de 0 mm con una tolerancia de 0,08 mm para la versin deinstrumental y de 0,25 mm para la versin de propsitos generales.


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Al tener un dimetro del conductor externo de 3,5 mm, es compatible mecnicamente con su versinmetrolgica, el conector 3.5 mm. Cuando se utilizan sistemas con SMA y se necesita tener coeficientes dereflexin ms bajos, se recomienda conectarlos con la versin APC-3.5 (3.5 mm) en vez de SMA / SMAdebido a tener un mejor desempeo [13] segn el siguiente grfico:

Figura 12: Variacin de la ROE para distintos tipos de conexin con SMA y 3.5 mm

Los valores de blindaje son similares a los del conector tipo N.

9. Conector N

El conector N (Navy o Neil) de 50 ohm fue diseado en 1942 para ser utilizado en sistemas militares enradio y radar durante la Segunda Guerra Mundial y reemplaz al conector UHF ya que para aplicacionespor encima de los 300 MHz este ltimo conector no mantena la Zo constante.

Pertenece a la familia de conectores de 7 mm ya que utiliza un conductor externo de 7 mm de dimetroigual que el APC-7, pero a diferencia de este ltimo, el conector N puede ser macho o hembra. Esteconector es robusto, es considerado ms fcil de usar que otros tipos, posee dielctrico de aire einicialmente se dise para aplicaciones hasta 4 GHz. El conductor externo era ranurado (dem al BNC)por una cuestin de tolerancias mecnicas de la poca.

Figura 13a: Conductor externoranurado (slotted)

Figura 13b: Conductor externo sinranuras (slotless)


1


En 1962 el fabricante Maury cre una versin mejorada del conector al que llam punto azul (blue dot). En1965 diversos fabricantes aportaron mejoras que se incluyeron en las normas MIL de ese entonces,pudiendo elevar su desempeo hasta los 18 GHz con una ROE tpica de hasta 1,08 para las versiones delaboratorio o no ranuradas (fig. 13b).

La versin ranurada hoy en da sigue siendo una opcin mas barata y para aplicaciones generales y estcontemplada en la normal MIL-STD-348A. La versin no ranurada, contemplada en la normal IEEE 287, seusa exclusivamente en laboratorios de medicin o ensayos. En la actualidad existen versiones N de altaprecisin (grado LPC) con el sistema de acople hexagonal (fig. 14) que permite el uso de llavestorquimtricas de 3/4 con un torque recomendado de 12 lb.in. El valor de la ROE es de 1,04 hasta los 18GHz.

Figura 15: Corte transversal de un conector N hembra y macho

Plano de referencia:

El valor de offset en este conector es de 0,207 (5,258 mm). El valor del gap no debe superar los 0,006 para los conectores N grado LPC y de 0,007 para los conectores N grado GPC. Estos valores varansegn la norma utilizada por el fabricante (IEE 287, MIL-STD-348A, MIL-C-71B).

Figura 14: Conector N para uso metrolgico


1


NOffset = 0,207

Desvo [ ]Gap mximo total [ ]

Grado Macho Hembra

LPC +0,003 / -0,000 +0,000 / -0,003 0,006GPC +0,004 / -0,000 +0,000 / -0,003 0,007

Tabla 6: Tolerancias mximas del gap conector N IEEE 287

Efecto del gap en par N

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Frec [GHz]

|gamma|[U]

0.007" Gap 0.006" Gap

Grfico 2: Variacin del coeficiente de reflexin con el gap conector N

Conector hembra:

El pin hembra posee una cavidad en su interior para guiar al pin macho durante la conexin y

generalmente es ranurado en forma de uas (slotted fingers) para que estas se flexionen mecnicamentecuando se inserta el pin macho.

Existen distintas versiones:

- 2 ranuras: es la versin de ms baja calidad de terminacin y tolerancias mecnicas, pero tambin la demenor costo. El contacto de 2 uas limita su uso en frecuencias por encima de algunos GHz.

- 4 ranuras: es una versin mejorada de la anterior, con un sistema de 4 uas que poseen una elasticidadmecnica para adaptarse al pin macho en el momento de la conexin. Pero con el tiempo esa elasticidadva degradndose y el conector empieza a tener valores de desadaptacin mayores.

La gran desventaja de estos tipos de pin ranurado es que la cantidad de conexiones / desconexiones nosuperan a veces las 1.000 antes de romperse alguna de las uas, o vare la geometra del pin hembra

produciendo que el valor de repetibilidad y ROE aumenten considerablemente.

- 4 y 6 ranuras de precisin: el grosor de las uas es mucho mayor y, como las tolerancias mecnicas sonmucho menores, esto permite que las uas de la hembra casi no se muevan en el momento de laconexin con el macho. Esto permite un mejor grado de precisin, ya que disminuye el efecto inductivo ymejora la repetibilidad en las conexiones. La terminacin superficial del conductor central es de oro. Estole da adems una resistividad superficial mucho menor.


1


Figura 16: Diferentes tipos de conectores N hembra ranurados (slotted)

La versin sin ranura (slotless) solo se emplea en metrologa.Son mucho ms frgiles y ms caras que su equivalenteranurado.

Figura 17: Conector N hembra sin ranuras (slotless) para uso metrolgico

2 ranuras 4 ranuras

4 ranuras(precisin)

6 ranuras(precisin)

Vista ampliada interfaz hembra de 6ranuras (precisin)

Vista ampliada interfaz hembra sin ranuras


2


2


DIN 7/16Offset = 0,0697 (1,77 mm)


Grado Macho Hembra

GPC +0,010 / -0,000 +0,000 / -0,012 0,022LPC +0,0015 / -0,0000 +0,0000 / -0,0015 0,003

Tabla 8: Tolerancias mximas del gap conector DIN 7/16 IEC 169-4

11. Conector 14 mm (GR 900)

Fue el primer conector hermafrodita de precisin comercial. Fue creado por General Radio en 1962. Eldimetro del conductor externo es de 14,29 mm (9/16). Posee excelentes caractersticas de reflexin,prdida de insercin y repetibilidad hasta 8,5 GHz (hasta 3 GHz en la versin de 75 ohm).

Figura 20: Conector 14 mm

Efecto del gap en par 14 mm

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frec [GHz]

|gamma|[U]

0.015 gap 0.005 gap

Grfico 3: Variacin del coeficiente de reflexin con el gap conector 14 mm


2


Descripcin Fabricante GPC LPC

Rango de frecuencia 0 8,5 GHz 0 8,5 GHz 0 8,5 GHz

Prdidas de retorno ROE = 1,001 + 0,001.F(GHz) 39 dB 63 dB

Prdidas de insercin 0,0025 dB 0,009 dB 0,009 dBBlindaje -130 dB -130 dB -130 dB

Vida til 5.000 ciclos

Rango de torque 4,0 N.m

Tabla 9: Especificaciones bsicas segn norma IEEE 287

Al tratarse de un conector hermafrodita de gran precisin, los valores de repetibilidad son extremadamentebajos (< 0,002 dB). El blindaje de este conector es muy bueno con valores menores que -130 dB pordebajo de la seal. Esto se debe a la accin del triple blindaje en el plano de contacto de los conectoresexternos y por la calidad de los materiales empleados:

Los conductores interno y externo, y el contacto tipo resorte estn hecho de aleacin de plata slidaenchapada en oro.

El soporte del conductor interno es de Tefln. El acople externo de tipo rueda dentada es de acero inoxidable.

El conductor interno es hueco pero posee una cua cilndrica de cabeza plana y ranurada llamada eningls collet. Esta cua o collet est adosada al interior del conductor central mediante un resorte, por loque, en su estado de reposo, se encuentra sobresalida 0,025 mm respecto al plano de referencia. Estesistema asegura que en el momento de la conexin contra otro conector idntico, ambos collets haganfuerza uno contra otro asegurndose que el gap entre conductores internos sea entre 0,001 y 0,003 (fig.20). Se evita as la aparicin de reflexiones y aumenta considerablemente la vida til del conector. Sinembargo, es un conector muy voluminoso y costoso.

El modelo GR900 fue un conector de referencia en metrologa y en uso militar por muchos aos hasta quefue desplazado por el conector N de precisin y el APC-7. Actualmente Maury Microwave Corp. los siguefabricando bajo el nombre de 14 mm, pero solamente se usan en pocos laboratorios para algunas

aplicaciones metrolgicas.

12. Conector 7 mm (APC-7)

El APC-7 (Amphenol Precision Connector - 7 mm) ofrece el coeficiente de reflexin ms bajo y la mayorrepetibilidad en mediciones de todos los conectores hasta 18 GHz. El desarrollo de este conector fue unesfuerzo en conjunto entre Hewlett Packard y Amphenol y fue introducido en 1964.

Tiene un diseo hermafrodita y es el preferido para la mayora de las aplicaciones en metrologa ycalibracin hasta 18 GHz. El plano de referencia es coplanar para ambos contactos, con las interfaseselctricas y mecnicas en la misma ubicacin.

Figura 21b:Collet de 6 ranuras

Figura 21a:Collet de 4 ranuras

Figura 22: Corte transversal de unconector APC-7


2


El conductor central es hueco y posee en su interior un sistema de cua o collet con una protrusinmxima de 0,015 mm similar al conector GR900. Este collet puede tener 4 6 ranuras (fig. 22)dependiendo del grado de precisin que se quiera tener. La versin de 4 ranuras no debe emplearse porencima de los 10 GHz.

El APC-7 posee un ciclo de conexin / desconexin de unas 5.000 veces siempre y cuando se mantenganlas superficies de contacto limpias y cuidadas.

Existen 2 versiones segn el grado de repetibilidad y precisin que se requiera. La diferencia radica encmo se sujeta el conductor central: los de uso general poseen un pequeo dielctrico en su interior y losde uso metrolgico tienen dielctrico de aire.

DescripcinFabricante IEEE 287

Amphenol GPC LPC

Rango de frecuencia 0 18 GHz 0 18 GHz 0 18 GHz

Prdida de retorno ROE = 1,003 + 0,002.F(GHz) 34 dB 63 dB

Prdida de insercin 0,007.F(GHz) (dB)0,03 dB

0,03 dB

Blindaje -120 dB -120 dB -120 dB

Potencia mxima 10 / F(MHz) (kW)

Vida til 5.000 ciclos 5.000 ciclos

Rango de torque 1,3 a 1,7 N.m

Tabla 10: Especificaciones bsicas segn fabricantes y norma IEEE 287

7 mmOffset = 0,000 (0,00 mm)

Desvo [ ]Gap mximo total

[ ]Grado

LPC -0,0002 / -0,0025 0,002

GPC -0,0002 / -0,0025 0,002

Tabla 11: Tolerancias mximas del gap conector 7 mm

Efecto del gap en par 7 mm

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Frec [GHz]

|gamma|[U]

0.003 gap 0.001 gap

Grfico 4: Variacin del coeficiente de reflexin con el gap conector 7 mm

e


2


13. Conector 3.5 mm (APC-3.5)

El APC-3.5 fue diseado en Hewlett Packard en 1976 con la fabricacin original en Amphenol para ser unconector de calidad compatible con el SMA. El dimetro del conductor externo es de 3,5 mm y posee un

dielctrico de aire y puede ser usado hasta los 26,5 GHz y en algunos casos hasta los 33 GHz.

Figura 23: Conector 3.5 mm

En forma similar al conector N, el conector hembra del modelo 3.5 mm tiene en la interfaz de conexin elconductor central ranurado si es para uso en laboratorio, o sino sin ranuras para uso netamentemetrolgico (ver fig. 23).

Figura 24: Corte transversal de un conector 3.5 mm

Conector machoVista ampliada

Conector hembra 4 ranurasVista ampliada

Conector hembra sin ranurasVista ampliada


2



Amphenol GPC LPC


Prdida de retorno ROE = 1,01 + 0,004.F(GHz)32 dB

36 dB

Prdida de insercin 0,015.F(GHz) (dB) 0,3 dB @ 33 GHz 0,3 dB @ 33 GHz

Blindaje -100 dB -100 dB

Potencia mxima 2.500 / F(MHz) (W)




Descripcin GPC LPC


Prdidas de retorno 32 dB 36 dBPrdidas de insercin 0,3 dB @ 33 GHz 0,3 dB @ 33 GHz





3.5 mmOffset = 0,000 (0,00 mm)


Grado Macho Hembra

LPC +0,0005 / -0,000 +0,0000 / -0,0005 0,001

GPC +0,002 / -0,000 +0,000 / -0,002 0,004

Tabla 14: Tolerancias mximas del gap conector 3.5 mm

Efecto del gap en par 3.5 mm

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Frec [GHz]

|gamma|[U]

GPC LPC

Grfico 5: Variacin del coeficiente de reflexin con el gap conector 3.5 mm


2


14. Conector 2.92 mm (K)

En 1974 Maury desarroll el conector 2.92 mm compatible mecnicamente con el SMA y llegaba hastafrecuencias de 40 GHz. Sin embargo, como an no existan los instrumentos adecuados para poder utilizar

este conector en forma comercial, se posterg su introduccin en el mercado hasta 1983 cuando laempresa Wiltron lo reinsert bajo el nombre de conector K conjuntamente con instrumental de medicinhasta 40 GHz.

El conector 2.92 mm est basado en una geometra similar al APC-3.5mm pero con un dimetro de 2,92mm y fue diseado para ser compatible mecnicamente tanto con SMA como con 3.5 mm, pero se deberconsiderar que existe una discontinuidad geomtrica entre ambos (distintos dimetros internos). Estopuede representarse elctricamente como un capacitor en paralelo de 8 fF en el plano de referencia [16].


El diseo en este conector incorpor mejoras en el uso respecto al SMA y 3.5 mm, como ser un pin machoms corto para reducir la fragilidad y dao en el momento de la conexin. Sin embargo, como escompatible con SMA, puede ser daado con facilidad o degradado con el uso continuo con dicho conector.


Descripcin GPC LPC


Prdida de retorno 30 dB 34 dB

Prdida de insercin 0,3 dB 0,3 dB






2


2.92 mmOffset = 0,000 (0,00 mm)


Grado Macho Hembra

LPC +0,0005 / -0,000 +0,0000 / -0,0005 0,001GPC +0,002 / -0,000 +0,000 / -0,002 0,004



0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0 2 4 6 8 10 12 14 1 6 18 2 0 22 24 2 6 28 30 3 2 34 36 3 8 40

Frec [GHz]

|gamma|[U]

0.004 " Gap 0.001 " Gap


15. Conector 2.4 mm (Q)

El conector 2.4 mm fue desarrollado por Hewlett Packard, Amphenol y M/A-COM Omni Spectra en 1986para ser usado hasta 50 GHz pudiendo reemplazar el uso de las gua de onda hasta dicha frecuencia. Selo conoce tambin como conector Q. Este diseo elimina la fragilidad de los conectores anteriores como elSMA o el 2.92 mm debido a su mayor robustez, incrementando el ancho de la pared externa y reforzandolas uas del conector hembra. El dimetro interno del conductor externo es de 2,4 mm.


Similarmente a los conectores anteriores, el conector 2.4 mm posee en el conector hembra el conductorcentral ranurado (4 ranuras) para uso en laboratorio y la versin sin ranuras para uso netamentemetrolgico.


2




Amphenol GPC LPC


Prdida de retornoDC - 18 GHz: > 36 dB18 26,5 GHz: > 32 dB26,5 50 GHz: > 26 dB

24 dB 28 dB

Prdida de insercin 0,06 dB 0,15 dB 0,135 dB


Potencia mxima 1.000 / F(MHz) (W)


Rango de torque 0,9 a 1,1 N.m 0,8 a 1,0 N.m


2.4 mmOffset = 0,000 (0,00 mm)


Grado Macho Hembra

LPC +0,0005 / -0,000 +0,0000 / -0,0005 0,001

GPC +0,002 / -0,000 +0,000 / -0,002 0,004


Figura 28a:Versin de 4 ranuras

Figura 28b:Versin sin ranuras


2



0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Frec [GHz]

|gamma|[U]

0.003 " Gap 0.001 " Gap


Existen tres grados de calidad en este tipo de conector dependiendo de su util izacin y costo:

Nivel de produccin o propsito general: OS-50:Es una versin econmica y simple de montar. Es ofrecido por M/A-COM Omni Spectra, para ser usado enmicrostrip, componentes y cables donde se lo conecte y desconecte una reducida cantidad de veces conuna repetibilidad media.

Nivel de instrumental: APC-2.4 mm:Ofrecido por Amphenol Products est diseado para ser usado en equipos de medicin y prueba debiendosoportar numerosos ciclos de conexin / desconexin.

Nivel metrolgico: Serie HP:Diseado para tener la mejor exactitud y trazabilidad a patrones nacionales de medicin, se utiliza en todaaplicacin relacionada con calibraciones de referencias o patrones. Su costo es elevado.

Como no es un conector compatible mecnicamente con los conectores SMA, 3.5 mm y 2.92 mm, sedeber utilizar adaptadores de precisin si se quiere adaptar con estos conectores.

16. Conector 1.85 mm (V)

Fue desarrollado originalmente por Hewlett Packard en 1986 pero insertado en el mercado por Anritsu en1989. Est diseado para funcionar hasta 65 GHz. El dimetro del conductor externo es de 1,85 mm peroes compatible mecnicamente con el conector 2.4 mm. Sin embargo se deber considerar que existe unadiscontinuidad geomtrica entre ambos (distintos dimetros internos). Esto puede representarseelctricamente como un capacitor en paralelo de 10 fF en el plano de referencia [16].



3



Descripcin GPC LPC








1.85 mmOffset = 0,000 (0,00 mm)

Desvo [ ] Gap mximo total [ ]Grado Macho Hembra

LPC +0,0005 / -0,000 +0,0000 / -0,0005 0,001

GPC +0,002 / -0,000 +0,000 / -0,002 0,004


17. Conector 1.0 mm (W)

Fue diseado por Hewlett Packard y est definido en la norma IEEE 287. El dimetro del conductorexterno es de 1 mm y est diseado para cubrir frecuencias hasta 110 GHz.



3



Descripcin GPC LPC








1.0 mmOffset = 0,000 (0,00 mm)


Grado Macho Hembra

LPC +0,0005 / -0,000 +0,0000 / -0,0005 0,001

GPC +0,002 / -0,000 +0,000 / -0,002 0,004


Conector GR 874:

El GR 874 fue diseado por General Radio en 1949. Es un conector hermafrodita de encastre (push-on) elcual tuvo gran aceptacin en sus primeros aos debido a sus caractersticas de reflexin superiores alresto de los conectores de aquella poca entre DC y 9 GHz a tal punto que muchos instrumentos delaboratorio adoptaron este conector en especial para aplicaciones con pulsos y en osciloscopios demuestreo o TDR (Time domain Reflectometry).Ambos conductores (externo e interno) son ranurados pero estn posicionados de tal forma que, cuandoson conectados a otro conector, el par forma una geometra circular en ambos conductores.

Figura 33: Conector GR 874


3


Este conector consta de dos versiones:

Versin con traba (locking) para aplicaciones de alta performance. Tiene un acople con rosca quepermite sujetar ambos conectores mecnicamente para una repetibilidad mayor, menor prdida

(blindaje -120 dB) y menor probabilidad de desconectarse por accidente.

Versin sin traba (non-locking) para aplicaciones menos exigentes y ms prcticas en la conexin ydesconexin. En este caso el blindaje se degrada a unos 40 o 50 dB.

GR 874 50 ohm

1.00

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frecuencia (GHz)

ROE

con acople sin acople

Grfico 8: Variacin de la ROE con la frecuencia conector GR 874

Existe una versin de 75 ohm cuyo rango de frecuencias llega hasta 2 GHz y la ROE tpica no supera1,02. En la actualidad casi no se utiliza este conector excepto en equipamiento de la dcada del 70 oanterior. IET Labs Inc. y Delta Electronics Mfg. Corp. son de los pocos fabricantes que aun siguenfabricando este tipo de conector.

Conector Dezifix B:

Conector desarrollado por la empresa alemana Rohde & Schwarz en la dcada de 1960. Es un conectormuy robusto y fcil de conectar y desconectar. Tiene una versin en 50, 60 y 75 ohm.

La versin de 50 ohm llega hasta 5 GHz con una ROE mxima de 1,02.La versin de 75 ohm llega hasta 3 GHz con una ROE mxima de 1,03.

Figura 34: Conector Dezifix B

En la actualidad este conector se encuentra discontinuado.


3


19. Usos y cuidados en los conectores:

La vida til de un conector depende mayoritariamente del grado de cuidado y limpieza que se le brinda a lolargo del tiempo. Un mal uso o descuido en el manejo del mismo podra daar mecnicamente al conectorcon una degradacin en sus especificaciones elctricas.

Conexin y desconexin:

Los conectores de uso general pueden tener cualquiera de los siguientes tipos de acoples:

- Insercin o push-on (conectores SMB, SMC)- Tipo bayoneta (conector BNC)- Tipo tuerca / rosca externa

Todos los conectores de precisin poseen un sistema de acople tipo tuerca / rosca externa para lograr unabuena conexin mecnica entre ambos conectores.

En el caso de conectores tipo macho / hembra, el conector macho posee una tuerca externa y la hembra

una rosca. En caso de conectores hermafrodita, el mismo conector posee ambas cosas.

Independientemente del tipo de acople, la forma correcta de conexin entre dos conectores es insertar unocontra el otro sin rotar ninguno de los dos, o en el caso de tener tuerca, roscar la tuerca del macho sobrela rosca de la hembra siempre manteniendo los cuerpos de ambos conectores quietos. Nunca debe girarel conector y el cuerpo simultneamente cuando se realice una conexin. Eso puede daar severamentela superficie interna del mismo, provocando un deterioro mecnico y la posterior degradacin de susespecificaciones. En el caso de los conectores hermafroditas, como ambos poseen tuerca y rosca, sedebe ajustar manualmente solo uno de ellos hasta hacer tope, dejando la otra tuerca suelta. No esaconsejable ajustar primero una tuerca y despus la otra a contratuerca.

Figura 35: Forma correcta de conexin conector 7 mm

El ajuste final en la conexin muchas veces es suficiente realizarlo solo con la fuerza de la mano. Sinembargo, en el caso de los conectores de precisin o aquellos que tengan acople hexagonal, se deberutilizar una llave torquimtrica adecuada segn el tipo de conector. Bajo ningn concepto se debenemplear pinzas de fuerza o llaves fijas ya que el exceso de torque puede daar considerablemente aambos conectores en el momento de la conexin.


3


Los valores normalizados de torque son los siguientes:

Tipo de conector Torque tpico recomendado[lb.in] [N.m]

DIN 7/16 20 2,26

14 mm 12 1,36

N 12 1,36

7 mm 12 1,36

SMA - Acero inox. 8 0,90

SMA - Brass 5 0,56

3.5 mm 8 0,90

2.4 mm 8 0,90

1.85 mm 8 0,90

1.0 mm 3 0,34

Tabla 21: Valores recomendados de torque

Medicin de la discontinuidad (gap) entre conectores:

La forma de saber si un conector tiene recesin o protrusin es medirle la posicin del conductor centralrespecto al valor nominal del offset. Esto se realiza con un medidor (connector gauge) que acta como unmicrmetro de profundidad y est calibrado en milsimas de pulgada (0,001 ). Existe un medidor distintopara cada tipo de conector. El valor del gap ser la suma de los offsets (recesin / protrusin) de ambosconductores [4].

Figura 37: Medidor de recesin / protrusin

Figura 36a: Llave torquimtrica paraconector N

Figura 36b: Llave torquimtrica paraconector 3.5 mm


3


Inspeccin:

La inspeccin siempre es visual (se puede acompaar con una lupa o magnificador x3 mayor)comprobando el estado general del conector, que no tenga manchas, rayones y que el pin central no est

roto, deformado o descentrado.

Conectores de uso general:

En el caso de los conectores de uso general, muchas veces es suficiente con una inspeccin visual ylimpieza peridica. En casos en que por algn motivo el conector sufra algn golpe, desgaste excesivo odeformacin, se deber reemplazar este conector por otro. De lo contrario, este conector empezar adaar a todos los dems conectores a los cuales se conecte.

Figura 38: Conector BNC severamente daado

En la fig. 38 se observa un conector BNC hembra de panel con una clara deformacin en el conductorexterno. Probablemente sea un golpe debido a una cada y un posterior arreglo con una pinza u otra

herramienta de mano. Adems el dielctrico presenta rayones en su superficie. Por lo tanto, este conectores inservible para cualquier tipo de uso debido a que mecnicamente no permite su conexin a unconector BNC macho.

Conectores de precisin:

Al tratarse de conectores con tolerancias mecnicas ms exigentes y valores de reflexin ms bajos, sedebern tener especiales consideraciones a la hora de inspeccionarlos.

En los conectores machos, se debe observar la concentricidad del pin central respecto al conductorexterno:

Perfectamenteconcntrico

Levementedescentrado

Excesivamentedescentrado


3


A simple vista no se puede distinguir la posicin del pin central respecto al plano de referencia (recesin oprotrusin). Sin embargo, en casos de dao severo al conector o sobrecalentamiento del soportedielctrico, puede provocar que el conductor central se desplace varios milmetros como muestra lasiguiente figura.

En las figuras 39a y 39b se observa un conector N macho a un extremo de un cable de medicin. Despusde realizarle una inspeccin visual se encuentran las siguientes anomalas:

Conductor interno con rayones visibles en la superficie de contacto (fig. 39a). Conductor interno con una protrusin excesiva (fig. 39b) ya que el pin central sobresale del conector

varios milmetros. Conductor externo con la superficie manchada. Sistema de acople con signos de deterioro por factores ambientales (uso y/o almacenamiento en la

intemperie). Adems se nota un desgaste del acople en la zona de nervaduras de ajuste, seguramente

por el uso de alguna pinza al ajustar el conector.

De lo observado anteriormente se deduce que este conjunto cable conector presenta un desgaste ydeterioro severo provocado seguramente por un exceso de uso y bajo condiciones ambientales adversas.

En el caso de los conectores hembra, adems de la concentricidad del conductor central (de 4 o 6 uas)es importante observar la simetra y la posicin de cada ua. Una conexin forzosa puede desplazar unade las uas del conductor central, provocando una variacin de la Zo en esa zona (efecto capacitivo) conel riesgo que dicha ua se pueda quebrar en una futura conexin.

Figura 39a: Conector NDaado y desgastado

Figura 39b: Conector NConductor interno con excesiva protrusin

Uas correctamenteposicionadas

Uas levementeabiertas

(desgaste normal)

Ua desplazadaConector daado


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Si se pretende usar un conector con alguna de las irregularidades anteriores, se recomienda su inmediatoreemplazo para evitar mayor dao hacia los dems conectores. En el caso extremo de ser imposible sureemplazo, se pueden usar temporalmente adaptadores macho/hembra que estn en buenas condiciones

Limpieza:

Para la limpieza de un conector debe usarse aire a baja presin y un hisopo de algodn con alcoholisoproplico puro (99,5 %) libre de solvente para no causar dao en el dielctrico y soporte plstico delconector. Se debe limpiar suavemente sobre las superficies de ambos conductores y tambin en la roscadel acople.

Es muy importante nunca tocar con los dedos dentro de un conector. La piel de los dedos tiene un pH de5,5. Esto en conjunto con la humedad, bacterias y suciedad, produce un cido graso que, en contactorepetido con la superficie de los conductores del conector, puede causar manchas y degradar laconductividad superficial y/o la resistencia de contacto en la transicin de los conductores.

Figura 40: Limpieza de un conector

En el caso de limpiar conectores de paneles de equipos o instrumentos, es recomendable realizarlo con elequipo apagado y usando una pulsera ESD anti esttica para evitar posibles daos en el equipo.

Este procedimiento de limpieza hay que repetirlo peridicamente o cada vez que se note suciedad encualquier parte del conector. Es muy comn que las roscas de conexin se ensucien fcilmente (suciedado limaduras) y con el tiempo pueden causar que se dificulte el roscado y en casos extremos, que seproduzcan falsos topes de roscado. En estos casos el conector queda aparentemente conectado en formacorrecta pero sin embargo, como el sistema de acople no hizo tope, internamente el conector queda flojo.En consecuencia, el gap de la conexin ser mas grande y la desadaptacin mucho mayor al valoresperado.

Cuando se guardan los conectores, ya sea como parte de adaptadores, cables o conectores deinstrumentos, es aconsejable taparlos con tapitas plsticas como muestra la siguiente figura.

Esto proteger al conector de factores ambientales, polvo y con alguna suerte, en caso de cadasaccidentales contra el piso.


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[11] Ruefenacht J., Hoffmann J. (2010), 2.4 mm Slotless Connector Investigations, METAS

[12] Weinschel B. (1967), Standarization of Precision Coaxial Connectors, IEEE Vol. 55, pp. 923-932.

[13] Maury M. Jr. (1999), Improving SMA Tests with APC3.5 Hardware, Maury.

[14] White D. (1999), Will the Real TNC Connector Please Stand Up ?, Microwave Journal.

[15] Grosman M. (1976), Focus on RF Connectors, Electronic Design.

[16] Ridler N. (2005), Connectors, Air Lines and RF Impedance, IEE.

Conectores de RF y Microondas V2.11

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