Ve světě, který je stále více závislý na bezdrátovém připojení, je nutné zajistit vysokou spolehlivost i v extrémních podmínkách. To znamená zajistit odolnost vůči vibracím, prachu, vlhkosti, vodě nebo jiným tekutinám a solné mlze. Klíčovým problémem místo, kde dochází k připojení antény. Tento článek stručně pojednává o návrhu zařízení pro extrémní prostředí a představíme si konektory a kabelové sestavy od Amphenol RF. Ukážeme si jak tyto komponenty pomáhají chránit nepříznivými podmínkami a zároveň poskytují vynikající RF přenos v kompaktních pouzdrech.

Extrémní prostředí

Průmyslový internet věcí je příkladem aplikace, která využívá RF zařízení v prostředí, kde se může vyskytovat vysoká vlhkost, pára, stříkající kapaliny, prach nebo korozivní chemikálie jako je slaná voda (Obrázek 1).

Obrázek 1: Koncepční schéma systému průmyslového internetu věcí se vzdálenými bezdrátovými a drátovými senzory komunikujícími s Edge bránou. Všude jsou použity odolné RF konektory. (Zdroj obrázku: Art Pini)

Průmyslový internet věcí využívá chytré senzory, akční členy, roboty a podobná zařízení ke zlepšení výrobního procesu. Tyto komponenty jsou připojeny do sítě a zajišťují sběr, výměnu, analýzu a kontrolu dat. Koaxiální konektory pro antény nebo signálové kabely musí být utěsněny pomocí krytů a těsnění, které odpovídají stupni ochrany IP definované v průmyslové normě IEC 60529. Stupeň ochrany IP se skládá z písmen IP následovaných dvoumístným číslem. První číslice označuje stupeň ochrany proti vnikání prachu a pevných částic. Druhá číslice označuje stupeň ochrany proti vniknutí vody. Ochrana IP se definuje od žádné ochrany po úplnou ochranu, přičemž vyšší čísla vždy znamenají vyšší ochranu (obrázek 2).

Obrázek 2: Ochrany proti vniknutí prachu a vody podle IEC 60529. (Zdroj obrázku: Amphenol RF)

Konektory vhodné do extrémního prostředí by měly mít krytí nejméně IP 67 nebo IP 68. Stupeň krytí IP67 označuje prachotěsné utěsnění a ochranu proti vodě (úplné ponoření na 30 minut do hloubky 1 metru).

Koaxiální konektory s krytím IP67

Amphenol RF nabízí širokou škálu prachotěsných a vodotěsných koaxiálních konektorů typu SMA, BNC a TNC s krytím IP 67. Model 901-10746-EE je příkladem konektoru SMA pro kabel RG-58 určený pro montáž na přepážku a má krytí IP67 (obrázek 3).

Obrázek 3: Přepážkový konektor RF 901-10746-EE má stupeň krytí IP67. To znamená, že je vodotěsný, prachotěsný a odolný proti korozi slané vody. (Zdroj obrázku: Amphenol RF)

Tento konektor vykazuje nominální impedanci 50 Ω, která je vhodná pro koaxiální kabel RG-58. Konektor je určený pro přenos signálu s frekvenčním rozsahem od stejnosměrného do 6 GHz s maximálním poměrem stojatých vln napětí (VSWR) 1,30:1. To odpovídá útlumu odrazu -18 dB. Odolnost vůči statickému elektrickému průrazu ESD je na hodnotě 1000 Vrms. Konektor je vhodný do prostředí s rozsahem provozních teplot od -65 °C až po +165 °C. Montáž začíná připájením vodiče ke kolíku konektoru. Kolík a kabel se zasunou do konektoru s opletením přes vroubkování. Objímka se pak navlékne přes oplet. Těsnění O-kroužku utěsňuje tělo konektoru k montážnímu panelu. Tělo konektoru je mosazné, objímka je měděná a oba mají korozivzdorné pokovení slitinou cínu a niklu.

Pokovení splňuje standard MIL-STD-202 a metodu 101, kde je definována zkouška 5 % solným sprejem po dobu 720 hodin. Po expozici slané mlze je ověřena integrita pokovení a znovu jsou otestovány výkonové vlastnosti RF konektoru, včetně přechodového odporu a útlumu odrazu. Kontakt středního vodiče je ze slitiny beryliua mědi, který je pozlacen a ten je vsazen do dielektrika z teflonu. Po sestavení s kabelem a koncovkou splňuje požadavky IP67. Konektor je možné namontovat na panel a silikonový pryžový kroužek vše dokonale utěsní, aby byla zaručena jeho fyzická integrita a krytí IP67.

Spojovací zástrčka SMA 901-9876-RFX-EE je určena pro kabel, má stejné složení materiálu a pokovení jako přepážkový konektor a je určena do stejného rozsahu teplot jako výše uvedený konektor. Spojuje se pomocí závitové objímky přes závitové tělo. Stejně jako 901-10746-EE má zástrčka stupeň krytí IP67 a je navržena pro práci s kabely RG-58. Má pracovní frekvenční rozsah od stejnosměrného signálu do 12,4 GHz.

Tyto RF konektory pro extrémní prostředí jsou k dispozici také jako typy BNC a TNC. Konektor TNC je závitová verze konektoru BNC. Závitové konektory, jsou-li utaženy na stanovený moment, jsou odolné také vůči vibracím. Konektor 031-6501 -EE (obrázek 4 vlevo) je pravoúhlá zástrčka TNC, která používá stejné materiály a splňuje stejné normy IP67 a odolnosti proti korozi jako konektory SMA. Je dimenzován pro provoz v teplotním rozsahu -40 °C do 85 °C. Má charakteristickou impedanci 50 Ω a pracovní frekvenční rozsah až 6 GHz. Pravoúhlé konektory eliminují ohyb kabelu, minimalizují možnost poškození koaxiálního kabelu a zároveň šetří místo v malých krytech používaných v průmyslu. Konektor 031-6501-EE lze kombinovat s protilehlým přepážkovým konektorem AD-TNCJTNCJ-EE (obrázek 4, vpravo).

Obrázek 4: Pravoúhlá zástrčka 031-6501-EE TNC a přepážkový konektor AD-TNCJTNCJ-EE TNC umožňují těsné zatočení kabelu bez ohýbání a zároveň šetří místo v kompaktních skříních IIoT. (Zdroj obrázku: Amphenol RF)

AD-TNCJTNCJ-EE má krytí IP68, je odolný proti korozi a má rozsah provozních teplot od-65 °C do +165 °C. Jeho charakteristická impedance je 50 Ω a pracuje až do frekvence 18 GHz. Jeho VSWR je 1,2:1 (ekvivalent útlumu odrazu -21 dB) pro frekvence mezi 0 a 11 GHz a 1,3:1 (ekvivalent útlumu odrazu -18 dB) pro frekvence mezi 11 a 18 GHz.

Přepážkové konektory umožňují odpojení kabelů od montážního panelu nebo dveří, takže je lze snadno vyjmout při servisu. BNC konektory jsou podobné jako konektory TNC, jen se liší uzamykacím mechanismem. BNC konektor je určen pro rychlé připojení/odpojení, jelikož používá dva bajonetové výstupky, které zapadají do drážek a zamykají se dohromady otočením o čtvrt otáčky. Nabízejí také stupeň krytí IP67 a odolnost vůči korozi a solné mlze.

BNC zástrčka 031-6924-EE (obrázek 5, vlevo) má rozsah provozních teplot -40 °C až +85 °C. Jeho charakteristická impedance 50 Ω je kompatibilní s kabelem RG-58. Má VSWR 1,30:1 (ekvivalent útlumu odrazu -18 dB) a frekvenční rozsah od stejnosměrného signálu až po 6 GHz. Přepážkový konektor AD -BNCJBNCJ-EE (obrázek 5, vpravo) typu jack-to-jack mají také charakteristickou impedanci 50 Ω a jsou vhodné pro přenos signálu s maximální frekvencí 12 GHz. Jeho VSWR je 1,30:1 (ekvivalent útlumu odrazu -18 dB) pro stejnosměrná signál až signál s frekvencí 4 GHz a méně než 1,45:1 (ekvivalent útlumu odrazu -15 dB) pro signál s frekvencí od 4 GHz do 12 GHz. Rozsah provozních teplot je -40 °C až +85 °C.

Obrázek 5: Komponenty konektoru BNC pro extrémní prostředí se používají pro rychlé připojení/odpojení. (Zdroj obrázku: Amphenol RF)

Závěr

Při navrhování bezdrátových zařízení se musí zvážit fyzické a elektrické vlastnosti, aby byla zajištěna funkčnost a životnost produktu. Koaxiální RF konektory používané v bezdrátových systémech mají primární úkol udržovat integritu signálu bez ohledu na okolní prostředí. Proto je nutné vybrat vysoce spolehlivé konektory, které odolají vibracím, vniknutí kapalin, prachu a korozi. Konektory Amphenol RF jsou ideální pro konstrukce určené pro provoz v náročných prostředích.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com