ГЕРМЕТИЧНЫЙ АДАПТЕР В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 0-40 ГГЦ

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к конструкции соединителей для герметичного внутри блочного и межблочного соединения радиотехнических устройств в диапазоне сверхвысоких частот.
Известен соединитель типа GPO в диапазоне частот 0-40 ГГц, созданный компанией Coming Gilbert Inc., США в 1980-х годах, в котором соединение «вилки» и «розетки» осуществляется защелкиванием (snap-on, push-on) [1]. Соединитель отвечает требованиям стандарта MIL STD 348, фиг.326 и спецификаций DESC 94007 и 94008.
Известен коаксиальный герметичный соединитель, в котором наружный и центральный проводники, изготовленные из отличающихся по коэффициенту термического расширения металлов, спаяны со стеклянным изолятором по соприкасающимся поверхностям [2]. Соединитель является низкочастотным вводом в расширенном диапазоне температур (+250…-60°С). Однако он не может быть использован для работы в диапазоне сверхвысоких частот, так как его волновое сопротивление не рассчитано на требуемую в микроэлектронной технике стандартную величину 50 Ом. Величины КСВН и высокочастотных потерь не являются предметом рассмотрения данного патента.
Известно герметичное соединение плат в диапазоне частот 0-40 ГГц, в котором металлостеклянные вводы (Glass seal, №920-157), впаянные в каждый из блоков, расположены в центре металлических фланцевых деталей (shrouds, №5280-1502-000) с внутренней геометрией, обеспечивающей защелкивание, которые прикручены винтами к корпусам радиотехнических блоков. Соединение блоков осуществляют при помощи адаптера «розетка - розетка» (bullet adapter, №5280-1502-000). [3].
Недостатками такого соединения являются сложность изготовления: использование трех элементов со строго соосным расположением, необходимость большой толщины стенки платы для установки винтов, а также большой занимаемый объем: соединения.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является герметичный адаптер №0119-783-1 компании Coming Gilbert Inc. для внутриблочного и межблочного соединения в диапазоне частот 0-40 ГГц.
Основным недостатком этой конструкции является сложность изготовления, так как адаптер состоит из отдельного металлического корпуса с наружной резьбой и впаянного в него герметичного соединителя «вилка» с интерфейсом (внутренней геометрией), обеспечивающим защелкивание «розетки».
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции адаптера, его миниатюризации и в улучшении удобства применения.
Технический результат достигается тем, что герметичный адаптер с коаксиальной линией передачи в диапазоне частот 0-40 ГГц содержит спаянные со стеклянным изолятором металлический корпус, внутренняя поверхность которого является наружным проводником линии, и который является центральным проводником линии, имеющий на концах штыри, отличающийся тем, что корпус и проводник выполнены из сплава 29НК и покрыты износостойким сплавом, а в области спая диаметр наружного D и диаметр центрального проводника d определяют из соотношения:
где ε - диэлектрическая проницаемость стекла. Центральный проводник на одном или обоих концах может иметь гнезда. Интерфейс (область присоединения) герметичного адаптера позволяет осуществить защелкивание с ответным кабельным соединителем.
Конструкция коаксиальной линии, имеющая наружный и центральный проводники, спаянные с изолятором из стекла С52-1, диаметры которых определены из указанного соотношения, обеспечивает не только герметизацию адаптера, но и достижение его оптимальных параметров согласования в диапазоне частот 0-40 ГГц.
Наружный и центральный проводники изготовлены из сплава 29НК для получения надежного согласованного спая с этим стеклом
Предлагаемая конструкция герметичного адаптера поясняется чертежом На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого адаптера «вилка - вилка», где:
корпус - 1,
изолятор - 2,
центральный проводник - 3.
Пример
Корпус 1 и центральный проводник 3 выполнены из сплава 29НК и покрыты износостойким сплавом золото-кобальт Н3.Зл-Ко(99,7)3, толщиной 2-3 мкм. Внутренний диаметр корпуса 1, а следовательно диаметр D наружного проводника равен 1,95 мм, а диаметр d центрального проводника 0,3 мм. Корпус 1 и проводник 3 спаяны изолятором 2, выполненным из стекла С52-1 с диэлектрической проницаемостью ε 5,1.
Предлагаемый герметичный адаптер работает следующим образом.
Герметичный адаптер вкручивают в стенку корпуса блока и герметизируют в корпусе пайкой припоем ПОС-61 при температуре 210-230°С. Во впаянный герметичный адаптер вставляют и защелкивают в нем соединитель кабельной сборки внутри корпуса блока. Для подключения второго блока в герметичный адаптер снаружи корпуса блока, вставляют и защелкивают в нем соединитель межблочной кабельной сборки.
Известно, что предельная частота  адаптера, как и любого коаксиального соединителя, определяется диаметрами наружного D и внутреннего d проводников его коаксиальной линии и диэлектрической проницаемостью е стеклянного изолятора:  [4, стр.21].
Отсюда следует, что для расширения частотного диапазона необходимо уменьшать размеры коаксиальной линии и применять стеклянный изолятор с минимально возможной диэлектрической проницаемостью. За рубежом для частотного диапазона 0-65 ГГц используют боросиликатное стекло Coming 7070 с ε=4,1, на меньших частотах применяют стекло Coming 7052 с ε=4,9. В нашей стране эти стекла не производят, и поэтому из выпускаемых отечественных стекол возможно применение только стекла С52-1 с ε=5,1 на частоте 40 ГГц.
Кроме того для уменьшения отражений в коаксиальной линии и получения КСВН адаптера, близким к единице, необходимо, чтобы волновое сопротивление в каждом сечении линии было равно 50 Ом. Волновое сопротивление Z также определяется диаметрами проводников D и d коаксиальной линии и диэлектрической проницаемостью стеклянного изолятора ε [4, с.25]:
При ε=5,1 из этой формулы следует, что
За пределами спая центральный проводник имеет стандартный диаметр 0,4 мм, установленный международными стандартами для аналогичных соединителей типа GPO и SMP с предельной частотой 40 ГГц.
Изолятор впаян непосредственно в корпус адаптера без применения промежуточных деталей. Центральный проводник выполнен ступенчатым и также впаян в изолятор и может заканчиваться с обоих концов штырем (адаптер «вилка-вилка»), гнездом («розетка-розетка») или штырем с одного конца и гнездом с противоположного конца («вилка-розетка»). Металлические поверхности адаптера покрыты износостойким сплавом золото-кобальт по подслою никеля.
Предлагаемый адаптер в 1,6 раз короче зарубежного аналога, что позволяет уменьшить толщину стенки корпуса радиотехнического блока, в котором он будет применен, и снизить массу блока.
Экспериментальное исследование основных параметров предлагаемого адаптера, выполненное с использованием векторного анализатора цепей 0.01-40 ГГц Anritsu MS4640A, показало, что в диапазоне частот 0-40 ГГц его максимальный КСВН не более 1,60, а величина высокочастотных потерь - менее 0,50 дБ, что соответствует требованиям международного стандарта DSCC 94008.
№п.п.
Диапазон частот, ГГц
0-18
18-26,5
26-31
40
DSCC 94008
1
Максимальный КСВН
1,30
1,31
1,45
1,6
1,7
2
Максимальная величина высокочастотных потерь, дБ
0,26
0,30
0,40
0,48
0,55
Предлагаемый адаптер в 1,6 раз короче зарубежного аналога, что позволяет уменьшить толщину стенки корпуса радиотехнического блока, в котором он будет применен, и снизить массу блока.
Источники информации
1. Microwave Catalog Coming Gilbert №0-1400-598,2001.
2. Герметичный соединитель. Патент РФ 2171523 С1, приоритет от 19.04.2000
3. SMP Series Microminiature Coaxial Connectors. Applied Engineering Products. Catalog №127-6. v1.0 10-1-04.
4. К.Джуринский. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. Издание второе. М.: Техносфера, 2006.