[cismoll 13]

Здравствуйте, коллеги.

Я задался вопросом выбора разъёмов для работы на мощности 1,5 кВт в диапазоне частот до 4 ГГц. Я, к сожалению, не могу сообщить, где это будет применяться, но это, как мне кажется в этом обсуждении будет не важно: просто предположим, что такое устройство есть (или должно быть).

Итак, у меня есть каталог фирмы Huber&Suhner, несколько даташитов фирм Rosenberger и Ampheon, всё для разъёмов типа N и 7/16 -- и вот тут начинается моё непонимание. Есть два вида параметров, указанных в этих документах, причём они никогда не встречаются вместе: это DWV (dielectric withstanding voltage) и Power Handling в виде графиков или чисел. Значения для этих параметров отличаются на 1-2 порядка (если пересчитать напряжение в мощность).

Первый параметр мне понятен -- это скорее всего напряжение диэлектрического пробоя для того диэлектрика, которым заполнен разъём и оно действительно может быть достаточно велико (указаны числа от 1000 до 3000 Vrms).

Но вот со вторым параметром, значения которого представляются мне более близкими к правде, у меня трудность и непонимание (сразу прошу простить за возможно наивные вопросы):

• почему мощность падает с увеличением частоты?
• почему, например, для разъёма типа N предельный уровень мощности на частоте 1000 МГц составляет около 750 Вт (при согласовании с линией до КСВН 1,0), хотя мой опыт показывает, что они используются на гораздо больших (импульсных мощностях)?
• это ограничение по мощности связано с тепловыми потерями в разъёме?
• на что ориентироваться при указании мощностных ограничений при использовании моего гипотетического устройства в диапазоне частот от 0 до 4 ГГц?

В качестве иллюстрации привожу график из каталога H&S:

 

Spoiler

 

Буду очень признателен за ответные реплики!

[Freesom 19]

3 hours ago, cismoll said:

Итак, у меня есть каталог фирмы Huber&Suhner

В принципе, у них же написано и про потери, если хорошо полистать. Суть в том, что с ростом частоты потери в металле растут как квадратный корень от частоты. А для диэлектрика линейно с частотой. Если конкретный коннектор может рассеивать скажем 5 Вт на частоте 1 ГГц, то с ростом частоты в 10 раз мощность придется снизить в 3 раза, чтобы выйти те же 5 Вт. Это если ещё не брать в расчёт такие вещи, как корона или вторичноэлектронный разряд, если оно будет работать в вакууме.

Spoiler

 

[yurik82 20]

https://en.wikipedia.org/wiki/N_connector#Power_rating

 

The peak power rating of an N connector is determined by voltage breakdown/ionisation of the air near the center pin.

The average power rating is determined by overheating of the centre contact due to resistive insertion loss, and thus is a function of frequency.

Typical makers' curves for a new clean connector with a perfect load (VSWR=1.0) give limits of 5000 W at 20 MHz and 500 W at 2 GHz.

This square root frequency derating law is expected from the skin depth decreasing with frequency. At lower frequencies the same maker recommends an upper bound of 1000 V RMS.

To achieve reliable operation in practice over an extended period, a safety factor of 5 or more is not uncommon, particularly when generic parts may be substituted, or the operating environment is likely to lead to eventual tarnishing of the contacts.

 

https://www.radiall.com/media/Guide%20POWER.pdf

The maximum power conveyed through a coax connector is limited by two factors:

• heat
• dielectric strength

https://mpd.southwestmicrowave.com/wp-content/uploads/2020/09/Southwest-Microwave-Power-Rating.pdf

The following graph summarizes industry acceptable average power rating for a variety of coaxial connector types. The key characteristic that determines average power handling capabilities for mated coaxial connectors is its ability to pass high current and keep heat-rise to a moderate temperature. This heating directly relates to contact resistance. Contact resistance is a function of contact surface area. 

https://www.richardsonrfpd.com/docs/rfpd/Radiall_Technology_guide.pdf

The maximum power conveyed through a coaxial switch is limited by two factors: heat and dielectric strength.  Such temperatures must remain lower than the acceptable limit for each material in the switch. This determines the maximum permissible heat power. 

The surface  temperature is the controlling parameter. From this temperature and from conduction, convection and radiating emission, the temperature of each part of the switch is calculated knowing that the energy dissipated inside the switch must equal, at steady state, the energy lost outside the switch. A coaxial switch is defined as having layers of different materials (metal, air, polymers) which simulate the construction of the product. Heat dissipation is calculated using two dissipation modes: Joule effect in the conducting layers and dielectric losses in the insulator. The skin effect  and the different surface plating and their thickness are considered.
 

EXPERIMENTAL APPROACH 
An experimental approach is usually carried out by the final user. The actual switch arrangement or DUT (Device Under Test) is fixed on a base plate in a thermal chamber. 

[merkader 4]

Думаю у Вас выбор не большой, на 1,5 кВт подойдут только разъёмы  серии 7-16 (DIN) если нет на это ограничений заказчика. Разъёмы широко представлены на рынке. Или отечественный раазъём 16/7 (тип II, гост 13317-89), не рекомендован при новом конструировании устройств.  Но есть проблемы - производить придётся самостоятельно, или модифицировать остатки советского роизводства, потребуется замена полистирола на фторопласт.

Хотя возможно найдутся заводы под заказ типа neywa.ru, где предлагают перходники 16/7 на 24/10,3. Но последний разъём произведен по ТУ на основе разъёма тип VIII (75 ом) и позиционируется до 3 ГГц, но это надо проверять. Переход СР-50-462ФВ ВР0.364.044 ТУ.

[rloc 56]

Давно применяем в L-диапазоне Type-N на мощностях 4кВт, правда импульсных, средняя 80Вт. Разъемы холодные с любым диэлектриком.

[Boriskae 1]

22 часа назад, cismoll сказал:

Здравствуйте, коллеги.

Я задался вопросом выбора разъёмов для работы на мощности 1,5 кВт в диапазоне частот до 4 ГГц. Я, к сожалению, не могу сообщить, где это будет применяться, но это, как мне кажется в этом обсуждении будет не важно: просто предположим, что такое устройство есть (или должно быть).

Итак, у меня есть каталог фирмы Huber&Suhner, несколько даташитов фирм Rosenberger и Ampheon, всё для разъёмов типа N и 7/16 -- и вот тут начинается моё непонимание. Есть два вида параметров, указанных в этих документах, причём они никогда не встречаются вместе: это DWV (dielectric withstanding voltage) и Power Handling в виде графиков или чисел. Значения для этих параметров отличаются на 1-2 порядка (если пересчитать напряжение в мощность).

Первый параметр мне понятен -- это скорее всего напряжение диэлектрического пробоя для того диэлектрика, которым заполнен разъём и оно действительно может быть достаточно велико (указаны числа от 1000 до 3000 Vrms).

Но вот со вторым параметром, значения которого представляются мне более близкими к правде, у меня трудность и непонимание (сразу прошу простить за возможно наивные вопросы):

• почему мощность падает с увеличением частоты?
• почему, например, для разъёма типа N предельный уровень мощности на частоте 1000 МГц составляет около 750 Вт (при согласовании с линией до КСВН 1,0), хотя мой опыт показывает, что они используются на гораздо больших (импульсных мощностях)?
• это ограничение по мощности связано с тепловыми потерями в разъёме?
• на что ориентироваться при указании мощностных ограничений при использовании моего гипотетического устройства в диапазоне частот от 0 до 4 ГГц?

В качестве иллюстрации привожу график из каталога H&S:

 

  Показать содержимое

 

Буду очень признателен за ответные реплики!

1,5 кВт непрерывной мощности или средняя меньше? Разъёмы "экспертиза" (отечественный аналог N типу) держат импульсную и больше 1,5 кВт в S-диапазоне. Но вот при 200 Вт средней мощности уже ощутимо греются.

[cismoll 13]

 

Спасибо, уважаемые коллеги, за ваши ответы! Думаю, с вашей помощью я разобрался в этой проблеме.

Для меня главное, чтобы не происходил пробой или тепловое разрушение при относительно кратковременном воздействии повышенной мощности. То есть, например, если я закачаю в тип 7-16 1,5 кВт средней на частоте 4 ГГц в течении, условно говоря, 30 секунд, то ничего страшного не произойдёт? После натурных испытаний с измерением температуры нагрева разъёмов и корпуса будет ясно, сколько времени можно держать на входе.

Верно ли я рассуждаю?

4 hours ago, Boriskae said:

1,5 кВт непрерывной мощности или средняя меньше? Разъёмы "экспертиза" (отечественный аналог N типу) держат импульсную и больше 1,5 кВт в S-диапазоне. Но вот при 200 Вт средней мощности уже ощутимо греются.

Средняя у нас как раз 200 Вт и Хуберовские разъёмы особо не нагреваются, к ним можно прикасаться.

Изменено 14 декабря, 2021 пользователем cismoll

[Freesom 19]

1 hour ago, cismoll said:

1,5 кВт средней на частоте 4 ГГц в течении, условно говоря, 30 секунд, то ничего страшного не произойдёт? После натурных испытаний с измерением температуры нагрева разъёмов и корпуса будет ясно, сколько времени можно держать на входе.

Многовато конечно, рекомендуемая 800 на 4ггц при комнатной температуре. Попробуйте в термокамере его прогнать на своей мощности при максимальной рабочей температуре устройства. Но учитывайте, что сильнее всего греются лепестки цанги, плюс они теплоизолированы диэлектриком обычно, как померять их фактический нагрев непонятно

[__Sergey_ 0]

5 hours ago, cismoll said:

 

Спасибо, уважаемые коллеги, за ваши ответы! Думаю, с вашей помощью я разобрался в этой проблеме.

Для меня главное, чтобы не происходил пробой или тепловое разрушение при относительно кратковременном воздействии повышенной мощности. То есть, например, если я закачаю в тип 7-16 1,5 кВт средней на частоте 4 ГГц в течении, условно говоря, 30 секунд, то ничего страшного не произойдёт? После натурных испытаний с измерением температуры нагрева разъёмов и корпуса будет ясно, сколько времени можно держать на входе.

Верно ли я рассуждаю?

Средняя у нас как раз 200 Вт и Хуберовские разъёмы особо не нагреваются, к ним можно прикасаться.

 

Только будьте аккуратны - следите за чистотой. N-тип не пробьет 1,5 кВт, если он чист, но стоит попасть малейшей грязи - все. Достаточно отпечатка пальца.

[cismoll 13]

Всё понял, благодарю за рекомендации!

[Hale 1]

1.5 kW DIN. по возможности продувать фланцы. выше я даже не знаю как называются, у нас спецы ставят какие-то дуры по 10 см. с обязательным продувом фланца изнутри.

[cismoll 13]

7 hours ago, Hale said:

1.5 kW DIN. по возможности продувать фланцы. выше я даже не знаю как называются, у нас спецы ставят какие-то дуры по 10 см. с обязательным продувом фланца изнутри.

Спасибо!

Не, у меня не выше 1,5 кВт точно.