Conectores de RF (I)

Los conectores coaxiales de radiofrecuencia tienen dos misiones fundamentales:

Por un lado, conseguir la conexión entre elementos de la cadena de RF, como transceptores, líneas de transmisión y antenas, entre otros.

Por otro lado, también han de cumplir la importante misión de minimizar la emisión de interferencias electromagnéticas (EMI) que puedan afectar a otros sistemas radio cercanos.

Existe una gran variedad de conectores coaxiales de RF. Normalmente, cada modelo está diseñado con un propósito específico y para aplicaciones determinadas. No todos los conectores serán apropiados para cada frecuencia de trabajo. Así, los  conectores de menor diamétro suelen ser los más aptos para frecuencias muy elevadas. Por otro lado, los conectores que tienen material dieléctrico para rellenar los huecos pueden utilizarse en bandas de frecuencias más bajas y normalmente tendrán más pérdidas.

Caracterización mecánica de conectores.

Los conectores de RF pueden caracterizarse con varios parámetros desde el punto de vista mecánico.

La firmeza y el aislamiento físico de la conexión son importantes para evitar desconexiones indeseadas y aumentar la resistencia a la intemperie.

La vida útil, determinada por el mayor o menor número de conexiones y desconexiones que el conector soporta sin degradarse.

La facilidad de integración en los sistemas de RF. Con independencia de otras características físicas y electromagnéticas, existirán conectores más apropiados que otros para cada sistema.

Robustez mecánica y resistencia a la intemperie. Existen conectores chapados en plata, con muy buena conductividad eléctrica pero escasa resistencia a la corrosión y precio elevado. Es más común encontrar conectores chapados en níquel, más resistente a la corrosión y más económico. No obstante, en determinadas aplicaciones el níquel puede ser fuente de intermodulación pasiva (PMI), por lo que a nivel profesional también se utilizan otros compuestos como el Albaloy (Zinc/cobre), el Sucoplate,el IP-23, el bronce blanco o el Tri-Alloy.

El coste es otro factor de interés: los conectores más populares se producen en series más grandes y por tanto suelen ser más económicos.

Y finalmente, el tamaño: los conectores se agrupan en cuatro grandes categorías, según su tamaño: microminiaturizados (MMCX, MCX), subminiaturizados (BMA, SMA, SMB, SMC), miniaturizados (BNC, TRB, TWBNC, MQD, MHV), de tamaño medio (C, HN, N, QDS, SC, TW34, UHF) y de tamaño grande (7/16, G874, GHV, LC, LT) .

La mayoría de los conectores tienen dos modelos o sexos, denominados macho (plug) y hembra (jack), diseñados para asegurar que los empalmes se hacen de forma óptima. En algunos casos se hacen diseños de “polaridad invertida” (RP, Reverse Polarity), concepto que no tiene que ver con la polaridad electromagnética sino con el hecho de usar una carcasa macho con un receptáculo hembra, o viceversa, algo que puede ser útil en determinadas aplicaciones.

También existen variaciones de un mismo tipo de conector. Por ejemplo, un conector puede estar disponible para montaje mural o para montaje sobre cable. Las técnicas de ensamblaje también pueden variar: soldadura (solder), abrazadera (clamp), rizado mecánico (crimp) o enroscado (twist). Cada técnica tiene sus ventajas e inconvenientes, desde conseguir mejor conductividad eléctrica minimizando el coeficiente de reflexión, hasta la rapidez de montaje, que puede ser importante en situaciones de emergencia.

En algunos casos, las especificaciones vienen definidas en normas de distinto tipo, como la MIL-STD-348 (Radio Frequency Connector Interfaces).

Caracterización electromagnética de conectores.

Por otro lado, existe otra caracterización de los conectores desde el punto de vista electromagnético, a través de varios parámetros.

El coeficiente de reflexión en el interfaz conductor y en el dieléctrico ha de ser lo más pequeño posible para evitar el desacoplo del sistema. Hay que tener en cuenta que el coeficiente de reflexión teórico puede variar en función de la calidad del montaje final.

La impedancia del conector es otro parámetro a considerar. Normalmente, se trabaja con impedancias de 50 ohmios o con 75 ohmios. Un mismo tipo de conector puede estar disponible en modelos con distintas impedancias.

El rango de frecuencias en las que el conector puede trabajar es otro factor de suma importancia, ya que todos los conectores tienen una frecuencia máxima de trabajo. Por ejemplo, no se recomienda la utilización de conectores tipo UHF para frecuencias superiores a 300 MHz.

Las pérdidas de inserción, definidas como la atenuación introducida por el conector en el circuito de RF. Son dependientes de la frecuencia y suelen oscilar entre 0,15 dB y 0,9 dB. Se tratará de minimizar el número de conectores en el circuito de RF al mínimo imprescindible.

También existen limitaciones sobre la tensión máxima que puede aplicarse al conector y sobre la tensión máxima que puede soportar su dieléctrico. Otro parámetro de interés del dieléctrico es su resistencia de aislamiento.

Es necesario considerar que no todos los conectores posibilitan la propagación de los distintos modos de una onda electromagnética. No obstante, podemos considerar que la práctica totalidad de los conectores más populares no tienen restricciones en este sentido y funcionan adecuadamente al menos con ondas transversales electromagnéticas (TEM).

Finalmente y de cara al diseño de los sistemas de RF, hay que tener en cuenta que determinados conectores son más susceptibles que otros para generar interferencias electromagnéticas (EMI) de forma pasiva, fenómeno conocido como intermodulación pasiva (PIM, Passive Intermodulation), en presencia de dos o más señales de RF de alto nivel de potencia y frecuencias distintas.

Adaptadores

Existen adaptadores prácticamente para todos los casos imaginables, desde para adaptar conectores de distinto tipo (BNC/UHF, BNC/SMA, PL/N, etc) hasta para adaptar conectores del mismo tipo y distinto sexo.

La utilización de los adaptadores no es recomendable por varios motivos, como el incremento de las pérdidas de inserción, variaciones en el coeficiente de reflexión, o el incremento de probabilidades de generar EMI. Deberán utilizarse solamente como última solución.

En próximos posts se describirán con detalle los conectores de RF más populares.

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