Классификация высокочастотных кабелей и разъемов

Для подключения антенн к радиоустройствам используется широкое разнообразие кабельной продукции. В данном обзоре будут рассмотрены основные разновидности кабелей и разъемов.

Антенные кабели/кабельные сборки и пигтейлы

Готовые кабели для подключения антенн обычно подразделяют на кабельные сборки и пигтейлы. Оба типа используют коаксиальный кабель (подобный телевизионному) с центральной жилой и оплеткой, разделенных изолятором и полностью аналогичны по назначению. Разница, как правило, заключается в области применения.

Готовые кабели/кабельные сборки используются для подключения внешних антенн к «комплектному» радиоустройству (например, антенны серии Ubiquiti airMAX к радио-модулю Rocket M) и имеют разъемы с резьбовой фиксацией (N-type, SMA, RP-SMA). Большинство кабельных сборок сделаны с использованием погодоустойчивого коаксиального кабеля большого диаметра и погодоустойчивых разъемов. При необходимости, кабельная сборка может быть изготовлена самостоятельно с использованием простого обжимного инструмента и (желательно) пайки из куска коаксиального кабеля нужной длины и типа, а также двух антенных разъемов. Кабельная сборка может иметь достаточно большую длину, хотя необходимо принимать во внимание потерю мощности сигнала при увеличении длины.

Пигтейлы, как правило, используются для вывода антенного кабеля от материнской платы беспроводного устройства или карты расширения (например, MikroTik R11e-2HPnD или Compex WLE600VX-7BA) наружу корпуса при создании «комплектного» радио-модуля. Для использования внутри тесного пространства корпуса устройства, пигтейлы имеют небольшую длину и используют тонкий коаксиальный кабель. Один из разъемов, как правило, имеет стандартный разъем с резьбовым соединением, тогда как другой использует компактный коннектор к плате с креплением-защелкой (MMCX, U.FL). Самостоятельная сборка пигтейла без использования специального оборудования практически невозможна.

Все пигтейлы и кабельные сборки используют один принцип работы и могут быть соединены в общую цепь при соответствии разъемов или использовании переходников с одного типа разъема на другой.

Разъемы с резьбовым креплением

Поскольку разъемное соединение состоит из двух частей, все разъемы (соединители с резьбовым механизмом) бывают двух видов, парных друг другу: «вилки» (штыревая часть) и «розетки» (гнездовая часть). Для обозначения вилки также используют термин plug или male ("папа"), а для обозначения розетки — jack или female ("мама"). Для соединения вилка (plug) накручивается на розетку (jack). Также существуют переходники между различными типами разъемов.

Наиболее прочными разъемами являются коннекторы с резьбовым креплением. Они рассчитаны на высокие нагрузки и поддерживают до нескольких сотен циклов крепления и отключения разъема.

Самый старый из широко используемых в настоящее время коннекторов это N-Type, один из первых типов разъёмов для передачи СВЧ-сигналов. Он был разработан в 1940 году Полом Нейлом (Paul Neill) из Bell Labs для использования в военной аппаратуре связи. «N» в наименовании разъёма — первая буква его фамилии. Изначально разъёмы поддерживали частоты до 1 ГГц но последние варианты позволяют использовать частоты до 18 ГГц.

Для серии N-Type разъемы бывают двух видов: N-Type (male), то есть со штыревой частью:

N-Type (female), то есть с гнездовой частью:

Разъемы SMA были разработаны в 60-х годах в качестве наименьшего по размеру коннектора с резьбовым соединением для промышленного и военного беспроводного оборудования. Изначально они поддерживали частоты до 12.4 ГГц, но последние, наиболее качественные варианты, могут работать на частотах до 24 ГГц.

Разъемы серии SMA бывают следующих видов: SMA (male), SMA (female), RP-SMA (male) и RP-SMA (female).

В SMA вилка и розетка могут иметь либо штыревой, либо гнездовой контакт. Разъемы SMA бывают двух видов: SMA (male), то есть со штыревой частью:

SMA (female), то есть с гнездовой частью:

SMA разъемы с обратной полярностью

Существуют также SMA с обратной полярностью (инверсные разъемы) — RP-SMA (Reverse polarity SMA). Изначально они предназначались для «домашних» устройств, чтобы исключить использование в них мощных «промышленных» антенн, нарушающих установленные государствами правила регулирования по усилению.

В них всё наоборот: вилка имеет гнездовой контакт, а розетка — штыревой. Также в них изменена конфигурация центрального контакта с гнезда на штырь (или наоборот). «Обратная полярность» касается только интерфейса центрального коннектора, но не полярности сигнала.

Разъемы RP-SMA бывают 2-х видов: RP-SMA (male), то есть с гнездовой частью:

RP-SMA (female), то есть со штыревой частью:

Таким образом, устройству, оборудованному розеткой SMA (female), нужна антенна с вилкой SMA (male).

Разъемы с креплением-защелкой

Для крепления антенного кабеля к материнской плате радиоустройства или карте расширения используются предельно компактные разъемы с креплением-защелкой. Они не рассчитаны на большие нагрузки и частое подключение и отсоединение разъема и не являются влагоустойчивыми.

Серия MMCX (уменьшенный вариант MCX) называется также С2.5 или MicroMate™. Это линейка одних из самых маленьких ВЧ-коннекторов, разработанных фирмой «Амфенол» в 1990-е гг. Они представляют собой микроминиатюрные соединители с механизмом защелкивания, позволяющим вращение на 360°, что обеспечивает гибкость при использовании с печатными платами.

Все разъемы серий N, SMA, RP-SMA и MMCX могут быть повернуты относительно кабеля на 90 градусов. Такой вид соединения называется Right Angle (правый угол) и обозначается аббревиатурой RA. Например, RP-SMA-Male-RA – SMA с обратной полярностью (внутренняя резьба, гнездовой центральный контакт).

Самые маленькие высокочастотные соединения, применяемые в беспроводных устройствах, обозначаются аббревиатурой U.FL. U.FL представляет собой миниатюрный разъем RF для высокочастотных сигналов до 6 ГГц, разработанный японской компанией Hirose Electric Group.

U.FL-разъемы обычно используются в устройствах, где пространство ограничено, чаще всего это карты mini-PCI для портативных компьютеров и встроенных систем для подключения Wi-Fi-антенн.

Применяемые в пигтейлах разъемы U.FL, как правило, имеют центральный контакт с гнездовой частью (female).

Male-разъемы применяются для поверхностного монтажа и пайки непосредственно на печатной плате. Они рассчитаны на сопротивление 50 Ом. Высота контакта на плате составляет 2,5 мм, он занимает всего 3 мм² площади платы.