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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Elektromechanik

Elektromechanik HF-Koaxialsteckverbinder und Kabel in der Anwendung Es gibt eine Vielzahl von Koaxialstecker- Typen sowie Kabeln für den Gebrauch im HF- und Mikrowellen- Spektrum. Häufig werden diese Komponenten eher stiefmütterlich behandelt, obwohl sich durch eine Fehlentscheidung bei der Auswahl unerwünschte Veränderungen der Geräte- oder Systemeigenschaften ergeben können. Da typische HF-Anlagen meist aus einer Reihe von Geräten, wie zum Beispiel HF-Generatoren, Verstärkern, Abschwächer, Leistungsmessinstrumente, Signalkopplern, Antennen, usw. bestehen, ist es nicht selten, dass viele Überlegungen zu diesen Geräten angestellt werden, während Bereiche wie Stecker und Kabel zur Nebensache werden. HF-Koaxialstecker HF-Koaxialstecker sorgen für die grundlegend wichtigen HF- Verbindungen in der Nachrichtenübermittlung, beim EMC- Test, im kommerziellen und im militärischen Bereich sowie im Prüf- und im Messbereich. Obwohl es eine Vielzahl von HF-Steckern gibt, werden alle durch einige gemeinsame Schlüsselparameter gekennzeichnet. Die offensichtlichste Eigenschaft eines Steckers ist seine körperliche Größe. Andere Überlegungen betreffen die Leistungs-Belastbarkeit und den Michael J. Hannon Product Applications Engineer Pat Malloy Sr. Applications Engineer Rf/microwave instrumentation www.ar-worldwide.com Frequenzbereich. Für maximale Leistungsübertragung sollte die charakteristische Impedanz des Steckers mit der Impedanz der Quelle und der Last übereinstimmen. Alle diese Eigenschaften zusammen mit der Haltbarkeit des Steckers und seinen Kosten müssen im Licht der jeweiligen spezifischen Anwendung betrachtet werden. Beginnen wir daher mit der Vorstellung der in HF-Applikationen meist verbreiteten Stecker. Diese überall vorhandenen „traditionellen“ Stecker gibt es sowohl in Steckals auch in Kupplungsausführungen, in Standard- und Präzisionsgraden, in Hochfrequenzund in einigen Fällen auch in Hochleistungsversionen. BNC Der BNC-Stecker ist möglicherweise einer der meistbenutzten Stecker im Prüf- und Messbereich. Er wurde von Bell Labs in den frühen fünfziger Jahren entwickelt. Die zugehörigen Buchsen finden sich am häufigsten an Oszillographen, Empfängern, Analysatoren und ähnlichen Labor-Testgeräten. Sie wird gewöhnlich für Low-Power-Verbindungen von HF-Test-Ausrüstung, wie Audio- und Signalgeneratoren, Oszillographen und Verstärker, verwendet. Der preiswerte BNC-Stecker verwendet einen Bajonett-Rückhaltering, um schnelles Verbinden und Trennen zu ermöglichen bzw. eine unbeabsichtigte Trennung zu verhindern. Der BNC-Stecker gibt es für eine charakteristische Impedanz von 50 oder 75 Ohm, abhängig von der Anwendung. BNC-Stecker sind im Allgemeinen für den Gebrauch im Frequenzbereich von DC- 4 GHz konzipiert, werden jedoch selten über 500 MHz benutzt. Obwohl sie bis 1 GHz mit 80 – 100 W durchschnittlicher Leistung belastbar sind, haben sie gewöhnlich keine spezifizierte maximale Nennleistung, ihre maximale Spannungsverträglichkeit ist mit ungefähr 500 V festgelegt. 26 hf-praxis 7/2016 TNC Der TNC-Stecker ist eine Variante des BNC-Steckers. Er sorgt für einen sicheren, stabilen Anschluss und verringert dadurch die Vibrationseffekte, die beim BNC festgestellt wurden. Der TNC ist auch bei höheren Frequenzen verwendbar, zusätzlich gibt es auch High- Power-TNC-Versionen. SMA Der Subminiatur-Typ-A-Stecker wurde in den sechziger Jahren entwickelt und ist eine sehr populäre Wahl in HF- Anwendungen mit niedriger Leistung. Er war ursprünglich für die Verwendung an semirigiden Kabeln vom Typ 141 bestimmt, bei denen der Mittelleiter des Kabels gleichzeitig als Center-Pin des Steckers diente. Sein Einsatz wurde später hin zum flexiblen Koaxkabel mit aufgelöteten Center-Pins ausgedehnt. Er besteht aus einem inneren Kontaktring und einer Sechskant-Mutter, die über einen Sicherungsring angebracht werden. Spezielle Sechskant- Schlüssel werden bei der Montage benutzt, um das korrekte Anziehdrehmoment zu erzielen. Es gibt verschiedene Versionen, z.B. für Hochfrequenz, selbstsichernde und Präzisionsausführungen. Der SMA-Verbinder, der bis 18 GHz einsetzbar ist, wird allgemein für Interboard- Verbindungen sowie für Mikrowellenfilter und Abschwächer verwendet. Präzisionsversionen erweitern seine obere Frequenzbegrenzung bis auf 26,5 GHz. Obgleich die SMA-Buchse mit den 2,92-mm- und 3,5-mm-Steckern zusammenpasst, wird die Verwendung von APC-3.5- und k-Steckern nicht empfohlen, da geringfügige Maßunterschiede zu Beschädigungen der Stecker führen können. 3,5 mm Der „3,5 mm“ ist ein Präzisionsstecker, der primär von Hewlett Packard entwickelt wurde (jetzt Keysight Technologies). Er ist in der Auslegung dem SMA ähnlich, hat aber ein Luft-Dielektrikum für höhere Leistung. Diese Stecker sind prinzipiell bis 34 GHz gut einsetzbar, im größeren Umfang findet man sie bei 26,5 GHz. Ein 3,5-mm-Stecker kann Leistungspegel handhaben, die mit seinem SMA-Gegenstück vergleichbar sind. Da der 3,5- mm ein Präzisionsstecker ist, ist er teurer als ähnliche Ausführungen und wird folglich häufiger in Kalibrierungssätzen und in Metrologie-Anwendungen eingesetzt. 2,4 mm Entwickelt Mitte der 80iger Jahre durch Hewlett Packard (jetzt Keysight Technologies), verwendet dieser 50-GHz-Stecker einen äußeren 4,7-mm- Leiter, der um einen 2,4-mm- Mittelleiter angeordnet wird. Der 2,4-mm-Steckverbinder

Elektromechanik wird in drei Graden angeboten: für universelle Verwendung, Instrumente und Metrologie. Da diese Stecker nicht direkt mit der SMA-Familie kompatibel sind, müssen Präzisionsadapter verwendet werden, um einen 2,4-mm-Stecker mit einem SMA zusammenzufügen. 2,92 mm/K-Typ Dieser Stecker wurde von Wiltron entwickelt (jetzt Anritsu Corporation). Seine Leistung ist vergleichbar mit dem “2,4“, obwohl seine maximale Frequenz auf 40 GHz beschränkt ist. Die Bezeichnung „K-Typ“ deutet auf seine Einsatzmöglichkeit auf allen K-Band-Frequenzen hin. N-Typ Dies ist einer der am häufigsten verwendeten HF-Stecker weltweit. Der Hochleistungstecker wurde von Bell Labs in den vierziger Jahren entwickelt und mit einer internen Dichtung ausgestattet, um Umwelteinflüsse abzuhalten. Der N-Stecker ist robust und verhältnismäßig preiswert, die Standardversion ist bis zu 11 GHz einsetzbar. Präzisionsversionen erweitern die obere Frequenzbegrenzung auf bis zu 18 GHz. Der häufig an Instrumenten wie Verstärkern, Richtkopplern, Leistungsmessern und Koaxialabschwächern verwendete, haltbare Stecker, sorgt für einen sehr sicheren Anschluss. Es gibt 50- und 75-Ohm-Versionen, wobei die letzteren allgemein in der CATV- Industrie verwendet werden. C-Stecker Der C-Stecker wurde von Amphenol für Leistungsanwendungen sowie schnelle Handhabung der Steckverbindung beim Schließen und Öffnen entwickelt. Er verwendet einen Zweifach-Dual-stud-Bajonett- Zurückhaltering, der in der Auslegung dem BNC-Stecker ähnlich ist. Die Popularität des C-Steckers hat sich in den Jahren vermindert, er ist bei den meisten Lieferanten aber noch erhältlich. Der 7-16 DIN wird in vielen Fällen wegen seiner ähnlichen Frequenz- und Leistungsspezifikation als Ersatz verwendet. Es gibt 75-Ohm-Versionen sowie eine „SC“-Version, die für einen besonders sichereren Anschluss sorgt. 7-16 DIN Der 7-16 DIN wurde durch das Deutsche Institut für Normung entwickelt. Der numerische Teil seines Namens gibt die Größe des inneren und des äußeren Leiters an; 7 mm für den inneren Leiter und 16 mm für den äußeren Leiterdurchmesser. Der 7-16 benutzt eine M29 x 1,5 mm Kupplungsmutter. Der Stecker des 7-16 DIN wurde für niedrige Intermodulation im Hinblick auf die Benutzung in Kommunikationsanwendungen ausgelegt. Weitere gebräuchliche Anwendungen sind der Antennenanschluss, Basisstationsanschlüsse, HF-Kabel, Satcom und Blitzschutzanlagen. Leistung und Frequenz werden auf ungefähr 1500 W durchschnittlich sowie 7,5 GHz bei der Standardversion begrenzt. Es gibt Versionen mit höherer Leistung, die FLH-Dielektrika verwenden. EIA-Serie Die EIA-Koaxialsteckerserie gibt es in den Ausführungen EIA 7/8“, EIA 1 5/8“, EIA 3 1/8“, in EIA 4 1/2“ und EIA 6 1/8“, die für HF-Anwendungen geeignet sind. Sie wurden entwickelt um Kabel mit Schaum- oder Luft- Dielektrikum zu unterstützen. Sie bestehen aus einem Hauptrumpf, dem Anbauflansch und gewöhnlich auswechselbaren Mittelleiter-Einsätzen. EIA-Stecker sind in Anwendungen mit hoher Leistung z.B. an Richtkopplern, Koaxialkabeln und Endverstärkerausgänge zu finden und schalten auf Fernsehtürmen Antennen zusammen. Die geläufigsten Größen, die bei allgemeinen Prüfungs- und Maßanwendungen eingesetzt werden, sind der 1 5/8 und der 7/8 EIA. Es gibt eine Vielzahl von Adaptern um die EIA-Serie an einige der größeren HF-Stecker anzupassen, wie z.B. den 7-16- und den N-Stecker. Alles zusammenfügen Nachdem wir uns zuvor noch einmal die populärsten HF-Koaxial-Steckverbinder angesehen haben, befassen wir uns nun mit den Überlegungen, die für eine intelligente Steckerauswahl erforderlich sind. Zunächst legt die spezifische Anwendung den Frequenzbereich und die Leistungsbelastbarkeit des Steckers fest. Das zusammenfassende Diagramm „Stecker-Leistungsbelastbarkeit vs. Frequenz“ gibt Hilfe bei der Auswahl eines passenden Steckertyps, der die Digital Digital Digital einstellbare einstellbare einstellbare Bandpassfilter Bandpassfilter Bandpassfilter auch als digital einstellbare Bandpassfilter erhältlich! hf-praxis 7/2016 27

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