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GHz 범위 동축 커넥터 및 케이블 조립품 이해 및 선택

작성자: Bill Schweber

DigiKey 북미 편집자 제공

2021-04-14

무선 주파수(RF) 커넥터와 동축(coax) 케이블 조립품은 회로 기판, 하위 조립품 및 섀시 간에 필수 신호 경로를 제공합니다. 적절한 커넥터는 최소한 요구되는 최소 전기적 성능과 기계적 견고성을 제공합니다. 그러나 수년 동안 사용되어 온 RF ​​커넥터 제품군, 특히 베이요넷 장착 BNC 커넥터는 물리적 크기와 성능 제한으로 인해 이제는 적합하지 않습니다.

오늘날 설계의 많은 과제를 해결하기 위해 엔지니어는 여러 주요 제품군에서 사용할 수 있는 다양한 특정 유형 중에서 선택할 수 있으며, 각 유형은 더 높은 대역폭과 작은 부피 및 더 얇은 동축 케이블 사용을 지원합니다. 이러한 커넥터는 다양한 물리적 설치 우선 순위를 충족하기 위해 광범위한 PC 기판 종단 유형과 케이블 종단 유형으로 제공됩니다. 따라서 설계자는 먼저 설계 요구 사항을 충족하는 적절한 커넥터 제품군을 선택한 다음 해당 제품군 내의 유형을 선택해야 합니다.

이 기사에서는 기가헤르츠(GHz) 범위에서 널리 사용되는 5가지 RF 커넥터 제품군을 살펴봅니다. 또한 다양한 Würth Elektronik제품군의 구성 요소를 사용하여 선택한 커넥터로 종단 처리된 완전한 케이블 조립품의 밀접한 관련 문제를 알아봅니다.

RF 커넥터 기본 사항

커넥터와 관련한 용어를 명확히 하는 것이 중요합니다.

'커넥터'는 필요에 따라 결합 및 분리할 수 있는 금속 종단이며, '케이블'은 커넥터가 부착된 내부 구리 도체, 스페이서 유전체, 외부 차폐 및 절연체로 구성된 동축 케이블입니다.

'케이블 조립품'은 케이블과 한쪽 또는 양쪽 끝 커넥터의 조합입니다.

그러나 '케이블'이라는 용어는 일상적인 대화에서 '케이블 조립품' 대신 사용되는 경우가 많으며 실제 의미는 일반적으로 문맥상 명확합니다.

이 기사에서는 이러한 용어를 엄격한 의미로 사용합니다.

커넥터는 수동 부품이며 신호 처리 또는 향상된 기능을 제공하지 않지만 거의 모든 제품 설계에 필수적인 요소입니다.

'이상적인' 커넥터는 결합 및 분리의 용이성, 기계적 및 전기적 무결성과 같은 필수적인 기계적 특성을 나타내며 DC 옴 저항 또는 RF 임피던스 불연속성 없이 전기적으로 보이지 않아야 합니다.

커넥터의 설계, 제조 및 사용 문제는 작동 빈도에 따라 증가합니다.

커넥터에 필요한 작동 주파수가 기가헤르츠(GHz) 범위 이상의 RF 도메인 영역으로 확장됨에 따라, 커넥터의 기계 구조는 많은 중요한 성능 속성 및 파라미터로 인해 정확도가 점점 개선되고 있습니다.

50Ω 및 75Ω 버전(비디오 및 TV용)으로 제공되는 BNC(베이요넷 Neil-Concelman)와 같은 클래식 커넥터는 1950년대부터 널리 사용되어 왔으며 지금까지 계속 사용되고 있습니다(그림 1).

이 잠금 커넥터는 '베이요넷' 시스템을 통한 1/3 회전, 빠른 연결/분리 작업을 제공합니다.

주파수 응답은 형식적으로 4GHz로 정격되었지만 커넥터 손실은 고주파수에서 허용되지 않는 수준으로 증가합니다.

물리적으로,

비교적 크기가 크고 완전한 케이블 조립품의 최소 곡률 반경이 커서 오늘날의 콤팩트하고 조밀한 설계에는 적합하지 않습니다.

그림 1: BNC 커넥터에는 베이요넷 본체 잠금 기능이 포함되어 있으며 1950년대 초에 개발된 이래 널리 사용되었지만 오늘날의 다양한 고주파, 공간 집약적 응용 제품에 적합한 전기적 또는 기계적 제품에는 적합하지 않습니다. 수 플러그는 일반적으로 계기판에서 사용하기 위한 케이블 조립품(왼쪽), 암 잭(오른쪽)과 함께 사용됩니다. (이미지 출처: Wikipedia; Pinterest)

새 응용 제품을 위한 최신 제품군

고주파 응용 제품에 더 효율적이고 더욱 콤팩트한 다양한 산업 표준 커넥터 제품군이 있습니다.

가장 인기 있는 제품군으로는 SMA, SMB, SMP, MMX 및 MMCX 제품군이 있으며 모두 표준 50Ω RF 임피던스를 제공합니다. 각 제품군은 전기적 및 기계적 특성의 서로 다른 조합을 제공합니다. BNC 커넥터의 지름이 17mm(mm)인 것에 비해 이러한 커넥터의 지름은 5mm로 훨씬 더 작습니다.

이 기사에서는 이러한 각 제품군의 단일 커넥터 제품을 살펴봅니다.

그러나 각 제품군에는 전기 사양이 거의 동일하지만 기계적 구성과 배열이 매우 다른 다양한 제품군이 있습니다.

여기에는 직각 또는 일자형 본체, 표면 실장, 스루 홀 또는 종단 장착 단자, 후면 실장형 벌크 헤드 유형을 갖춘 인쇄 회로 기판(PC 기판) 버전 및 납땜 컵, 평평한 탭 또는 원형 포스트 연결을 갖춘 패널 실장형 버전이 포함됩니다.

또한 일자형 또는 직각 변형과 같이 케이블 끝에 결합되는 커넥터에 대한 다양한 배열이 있습니다.

특정 커넥터 유형에 대해 이처럼 많은 옵션이 제공되는 것은 설계자 입장에서는 매우 좋습니다.

제품의 설계 및 제약 조건에 잘 맞는 특정 폼 팩터를 가진 규격품을 찾을 수 있는 가능성이 높기 때문입니다.

이는 제품의 기계적 설계 우선 순위에 거의 또는 전혀 변경이 필요 없음을 의미합니다.

이제 이 5가지 제품군을 자세히 살펴보겠습니다.

•SMA: 서브미니어처 SMA 계열 동축 커넥터는 심한 진동에도 높은 기계적 안정성을 보장하는 나선형 결합 방식 기술로 설계되었습니다(그림 2).

커넥터의 고정된 중앙 접점 및 절연체는 축 방향력과 토크를 증가시킵니다.

중앙 접점의 두꺼운 금 도금은 전기적 성능을 향상시키고 최대 500회 결합 주기를 제공합니다.

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그림 2: 서브미니어처 SMA 계열 커넥터는 심한 진동에도 향상된 기계적 무결성을 위해 나선형 결합 방식을 사용합니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

이러한 유형의 커넥터의 좋은 예는 암 소켓이 있는 DC ~ 10GHz SMA 커넥터 잭인 Würth Elektronik의 60312242114510입니다(그림 3).

기판 가장 자리 사용 및 종단 장착 방향을 위해 설계되었습니다.

이 패널 실장 납땜 커넥터는 또한 전면에 너트와 잠금 와셔가 함께 제공되어 벌크 헤드(패널)에 쉽게 부착하여 최종 제품의 견고성을 높입니다.

그림 3: 암 소켓이 있는 60312242114510 DC ~ 10GHz SMA 커넥터 잭에는 전면 너트 및 관련 잠금 와셔가 포함되어 있어 패널 또는 벌크 헤드를 통해 실장할 때 기계적 무결성이 향상됩니다(모든 치수는 밀리미터(mm)). (이미지 출처: Würth Elektronik)

주요 RF 사양에는 1.2미만의 전압 정재파비(VSWR)와 DC ~ 12.4GHz에서 0.14dB미만의 삽입 손실(IL)이 포함되며, 해당 VSWR 및 IL 수치는 12.4GHz ~ 18GHz에서 1.4dB 및 0.2dB입니다.

•SMB: SMB 계열의 커넥터는 DC에서 최대 4GHz의 광대역 기능을 갖춘 스냅온 결합용으로 설계되었습니다.

SMA 계열 커넥터보다 작기 때문에 회로를 소형화하는 데 적합합니다.

사용 가능한 SMB 커넥터 중에는 스루홀 및 표면 실장용 PC 기판 리셉터클뿐만 아니라 플러그 및 잭 케이블용 에지 카드 및 케이블 커넥터가 있습니다(그림 4).

그림 4: SMB 커넥터는 SMA 커넥터보다 작고 나사산이 없는 스냅온 장치이며 또한 다양한 구성으로 제공됩니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

SMB 커넥터의 예로는 61611002121501, 핀(수), 직각, 스루홀, 납땜 커넥터 잭으로 VSWR이 1.5이고 삽입 손실이 0.2dB미만입니다(그림 5).

SMA 장치와 마찬가지로 500회 결합 주기에 정격화되었습니다.

그림 5: 61611002121501 SMB 커넥터는 스루홀 기판 부착 및 납땜용으로 설계된 스냅온 직각 장치로, SMA 장치보다 작지만 유사한 수준의 사양을 가지고 있습니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

•SMP 계열: 슬라이드인 및 스냅온 기능을 모두 갖춘 이 소형 커넥터는 최대 40GHz의 응용 제품에 사용할 수 있습니다.

높은 진동 저항에 대해 최대 유지력을 가진 완전한 '덴트'(100회 주기),

중간 또는 낮은 유지력으로 제한된 덴트(500회 주기),

모듈식 시스템 및 응용 분야를 위한 슬라이딩 접점을 통해 유지력이 가장 낮은 '스무드 보어'(1000회 주기)

등 세 가지 유형의 인터페이스로 제공됩니다(그림 6).

그림 6: SMP 계열 커넥터는 중간에서 낮은 유지력 및 500회 주기 정격의 제한된 덴트(왼쪽) 및 최저 유지력이지만 주기 수는 두 배인 스무드 보어(오른쪽)를 포함하여 다양한 유지율을 제공합니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

이 계열의 커넥터 중 하나는 60114202122305로, 최대 1.2mm 두께의 회로 기판용 확장 솔더 레그가 있는 표면 실장 에지 기판 커넥터입니다(그림 7).

VSWR이 1.5이고 삽입 손실이 DC ~ 12GHz에서 0.42dB로 지정되어 있습니다.

그림 7: 60114202122305는 12GHz에 정격된 SMP 계열의 스무드 보어, 에지 카드 커넥터입니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

•MCX 계열: MCX(Micro Coaxial) 계열의 커넥터는 빠르고 편리한 연결을 위한 스냅온 결합 메커니즘이 특징이며 DC ~ 6GHz에서 작동하도록 설계되었습니다(그림 8).

이 커넥터는 IEC 61169-36, '무선 주파수 커넥터 - 부품 36: 스냅온 결합 방식을 갖춘 초소형 RF 커넥터 - 특성 임피던스 50Ω(MCX 유형)'과 호환됩니다.

그림 8: MCX 커넥터 계열은 IEC 61169-36과 호환되는 훨씬 더 작은 스냅온 커넥터 제품군입니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

60612202111308은 MCX 계열의 표면 실장, 에지 장착 잭으로 최대 1.6mm 두께의 기판에 적합합니다.

VSWR은 1.3이고 삽입 손실은 범위에 걸쳐 0.25dB이며 500회 주기에 정격되었습니다.

그림 9: MCX 계열 60612202111308 표면 실장, 에지 장착 잭은 삽입 손실이 0.25dB ~ 6GHz에 불과합니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

•MMCX 계열: 이 커넥터는 MCX 커넥터보다 약 30% 더 작으며 초소형 설계 요구 사항이 있는 응용 제품에 적합합니다(그림 10).

이 제품은 빠르고 쉬운 연결을 위한 스냅온 결합 메커니즘을 가지며 또한 IEC 61169-36을 충족합니다.

그림 10: MMCX 계열의 커넥터는 MCX 계열의 커넥터보다 약 30% 작으며 유사한 수준의 RF 성능을 나타냅니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

그 예로, 66046011210320 MMCX 플러그는 MMCX 제품군의 핀(수), '자유 장착'(인라인) 크림프 커넥터입니다(그림 11).

이 6GHz 커넥터는 RG174, RG316 및 RG188 동축 케이블과 함께 작동하며 VSWR이 1.3이고 삽입 손실이 0.3dB입니다.

그림 11: 66046011210320 MMCX 플러그는 RG174, RG316 및 RG188 동축 유형과 같은 케이블에 크림핑되도록 설계되었습니다. (이미지 출처: Würth Elektronik)

[칡 흰]

음 아니 그냥 뭐 대충 그러니깐....
일반용 비엔씨 커넥터는 무선보다 유선에 유리한 다시 말해서 저주파 소전류 탈착 범용에 내구성이 좋다고 할 수 있겠다. 그러하며, 고전류? 주장은 맞지 않다 즉 틀린다. 다시 말해서 대전류를 흘리면 센터 접점이 용융/ 탈착이 불가능하게 되며, 또한 대전류 용도의 동축선을 적용할 수 없다. 주파수에 따른 허용전력 허용 전압과 전류는 어느 정도일까? 왜냐면 가장 간편한 커넥터가 비엔씨, 적절한 무게, 적절한 부피, 무엇보다 탈착이 편안하기에. 에스엠에이 쪽은 약간 불편해. 고정연결 용도에 맞아.
추// sma 연결에서 "최악의 상황"일 때 순간최대허용전류는? pep입력값에서 물론 비제품을 포함한 경우를 가리킴. 경험상 150암페어? 도체의 단면적으로 본다면 15암페어 반사파 그리고 600암페어에서 1초? 글쎄요? 진공관의 과전력으로 단선시키기 전에는 알 수 없노라 ㅎ 모든 과전류와 열손은 서서히 진행하며 외관상 식별불가하고 절연체의 열화로 개시한다.