Złącza antenowe

Konstrukcja złącza zastosowanego w danym urządzeniu nierozerwalnie wiąże się z rodzajem przesyłanych sygnałów, środowiskiem pracy i szeregiem innych czynników, które determinują liczbę i rozmiar styków, sposób montażu, czy nawet… wymagany poziom uszczelnień. Szczególną pozycję zajmują wszelkiej maści wtyki i złącza antenowe oraz inne elementy o budowie koncentrycznej – w tym przypadku bowiem istotne okazują się nie tylko ich parametry mechaniczne, ale także zjawiska natury falowej, występujące w nich podczas transmisji sygnałów o częstotliwości radiowej. Co więcej, okazuje się, że nieodpowiedni dobór charakterystyki złącza do wymogów danej aplikacji może nie tylko znacznie pogorszyć jej osiągi, ale wręcz uniemożliwić poprawną pracę, np. wydatnie redukując rzeczywisty zasięg transmisji.

Złącze koncentryczne – budowa i zasada działania

Złącze RF , określane też mianem złącza koncentrycznego – jak sama nazwa wskazuje – oparte jest na zastosowaniu współśrodkowych (koncentrycznych) struktur przewodzących, najczęściej w postaci środkowego pinu , służącego do przesyłania właściwego sygnału i otoczonego przez metalowy korpus w kształcie wydrążonego walca. Symetryczne ułożenie obydwu elementów (środek pinu idealnie pokrywa się z osią korpusu złącza), w połączeniu z odpowiednio dobranym materiałem izolacyjnym oraz stosunkami wymiarowymi poszczególnych elementów, umożliwia uzyskanie ściśle określonej impedancji falowej. Pojęcie to odnosi się do teorii propagacji szybkich sygnałów w obwodach elektrycznych i wiąże się bezpośrednio z modelem tzw. linii długiej, stosowanej do opisu zachowania przewodników (np. ścieżek na płytce drukowanej, okablowania, etc.) przy częstotliwościach na poziomie mega-, giga- i teraherców.

Dopasowanie impedancji

Aparat matematyczny stosowany do opisu linii długiej jest mocno rozbudowany, ale w praktyce najważniejszą konkluzją teorii pozostaje konieczność zachowania stałej impedancji falowej na całej „trasie”, którą przesyłany jest sygnał. Dlatego też w codziennej pracy używamy określenia „dopasowanie impedancji” co oznacza, że zarówno impedancja złącza (lub złączy), jak i przewodu oraz stopni wejściowych i wyjściowych współpracujących z nimi układów, musi być równa określonej wartości, z możliwie niewielką tolerancją. Najczęściej spotykane kable, gniazda i wtyki antenowe mają impedancje falowe równe 50 Ω lub 75 Ω. Dobrym przykładem zastosowania zasady dopasowania impedancji może być moduł lub router WiFi – zwykle w tego typu aplikacjach stosowane są tory radiowe (RF) o impedancji 50 Ω, dlatego też zarówno przewód antenowy, jak i antena oraz współpracująca z nią złączka antenowa muszą mieć impedancję falową na poziomie 50 Ω. Niezastosowanie się do tej reguły spowoduje powstanie w obwodzie anteny silnych, wewnętrznych odbić sygnału, które uniemożliwią uzyskanie odpowiedniej czułości odbiornika i mocy emitowanej przez nadajnik .

Podstawowe rodzaje złączy RF

W sprzęcie RTV najczęściej spotykane są złącza koncentryczne typu F oraz klasyczne gniazda i wtyczki antenowe . Te pierwsze należą do grupy złączy skręcanych, w których połączenie mechaniczne i elektryczne pomiędzy gniazdem a wtykiem jest realizowane za pośrednictwem gwintów, znajdujących się na korpusach obydwu elementów. Rozwiązanie takie umożliwia niezawodne i zarazem proste zamocowanie dwóch współpracujących ze sobą komponentów stykowych, bez ryzyka przypadkowego odłączenia. Często spotykana bywa także prostsza złączka do kabla antenowego o konstrukcji wtykowej, nieco zbliżona konstrukcyjnie do gniazd i wtyków typu RCA ( chinch ), szeroko rozpowszechnionych w torach audio sprzętu RTV, urządzeń estradowych i studyjnych. Typowa złączka antenowa TV może współpracować nie tylko bezpośrednio z gniazdem antenowym odbiornika telewizyjnego, ale także z dedykowanymi trójnikami (rozgałęźnikami), umożliwiającymi jednoczesne podłączenie kilku urządzeń do wspólnego przewodu antenowego. Dość często można także spotkać proste łączniki w postaci dwustronnego wtyku lub gniazda – takie złącze antenowe może być wykorzystane do przedłużenia kabla antenowego poprzez połączenie dwóch przewodów zakończonych złączkami tego samego typu. W zastosowaniach motoryzacyjnych można natomiast spotkać specjalnie do tego celu przeznaczone złącza antenowe, współpracujące z radioodbiornikami samochodowymi i antenami mocowanymi na dachu pojazdu.

Złącza koncentryczne do różnych zastosowań

Oprócz opisanych wcześniej wtyków i gniazd antenowych, we współczesnej elektronice szeroko rozpowszechnione są także różnego rodzaju skręcane złącza koncentryczne, które spotkać można zarówno w aparaturze pomiarowej, jak i sprzęcie teleinformatycznym. Złotym standardem stało się gniazdo koncentryczne typu BNC, od wielu lat stosowane w oscyloskopach, generatorach laboratoryjnych (funkcyjnych i arbitralnych), czy też systemach DAQ, służących do akwizycji danych w wielokanałowych systemach pomiarowych . W nowoczesnych systemach telekomunikacyjnych, m.in. w routerach WiFi, urządzeniach Bluetooth czy też transceiverach GSM/LTE, stosowane są mniejsze, pozłacane złącza SMA – współpracują one zwykle z cieńszymi przewodami koncentrycznymi i pozwalają na przenoszenie sygnałów w wyższych partiach pasma mikrofalowego. Choć wtyk SMA jest na co dzień najczęściej spotykany jako złączka kabla antenowego , to warto wiedzieć, że standard ten upowszechnił się także w różnego rodzaju zestawach ewaluacyjnych , w których konieczne jest wyprowadzenie sygnałów o częstotliwości rzędu mega- lub gigaherców – np. w płytach FPGA (do podłączenia sygnałów zegarowych), zestawach opartych na scalonych generatorach DDS bądź szybkich przetwornikach ADC/DAC.