Octubre de 2010 Octubre de 2010

Octubre de 2010

Marcela Montalvo Villarreal

Marcela Montalvo Villarreal

Marcela Montalvo Villarreal

Cristian Torres Salamanca

Octubre de 2010

USO Y APLICACIÓN DE CONECTORES Y ADAPTADORES RF

MEDIOS DE TRANSMISIÓN

CONECTORES Y ADAPTADORES RF

A lo largo del curso hemos visto conectores de todo tipo, analizado sus características, ventajas y desventajas y también su funcionamiento, entre otros. Ahora bien, con este trabajo, nuestro enfoque va a estar dirigido hacia los conectores y adaptadores RF (radio frecuencia). Comenzamos entonces, definiendo cada uno de estos, para una mejor comprensión del tema y de ésta manera establecer sus diferencias, decisión para elegirlos, los tipos existentes y sus aplicaciones entre otros. El conector RF, consiste en un dispositivo eléctrico o electrónico pasivo, diseñado para operar a frecuencias que están dentro del rango de los Multi-Megahertz. Este tipo de conectores, son comúnmente usados con cables coaxiales y son construidos para mantener la protección que el cable coaxial ofrece y la integridad de la conexión como tal. Básicamente por medio de los conectores RF, podemos unir un cable ya sea a otro cable o a un componente compatible con RF. De igual manera, los adaptadores RF son usados para conectar diferentes tipos de cables coaxiales e incluso diferentes tipos de guías de onda. Son dispositivos pasivos que dirigen las señales de radio frecuencia (RF) con unas pérdidas de retorno mínimas.

Figura 1: Conectores RF Figura 2: Adaptadores RF

La diferencia entre estos dos dispositivos, radica en la tarea que lleva a cabo cada uno dentro del sistema de transmisión de datos, o dicho de otra forma, la función específica para la cual fueron creados. Los conectores RF proveen una forma viable y sencilla de conectar los cables coaxiales entre sí o con otros dispositivos. Además de esto, son muy buenos para mantener el blindaje de los cables y proteger la conexión. Es decir, que ayudan a minimizar la varianza de la transmisión en el punto de conexión, manteniendo así la calidad de los datos que llegan al punto de recepción. Existe una amplia variedad de tamaños que dependen del tipo de mecanismo utilizado y del tipo de conector, o sea que es posible encontrar conectores RF relativamente pequeños o grandes. Los adaptadores RF por su parte, consisten en un dispositivo de hardware o un componente que convierte datos transmitidos de un formato a otro. Son los encargados de la conexión entre los diferentes componentes activos asegurando la transmisión de las señales o modificando su nivel y necesitan una fuente de energía para su funcionamiento.

Por muchas razones y teniendo en cuenta las necesidades que van surgiendo como consecuencia del desarrollo tecnológico, los fabricantes de equipos emplean aquellos que consideran los más convenientes, lo que conlleva a la existencia de una gran variedad de alternativas cuando debemos tomar la decisión de cuál es el tipo que se acomoda más a nuestras necesidades y recursos según sea el caso, por ejemplo para conectar nuestro equipo a su antena. Los conectores y adaptadores RF tienen una gran cantidad de aplicaciones, pueden ser usados para casi todo tipo de medio de comunicación en electrónica. Dentro de las aplicaciones más comunes están: la instalación y conexión de servicios de televisión por cable, telecomunicaciones, las transmisiones de radio (antenas),Wi-Fi, los módems de cable para la conexión a Internet, redes de ordenadores, algunas aplicaciones en aviación y en el campo militar y en general, para cualquier equipo de prueba electrónico. De esta forma los conectores RF están disponibles como tipos estándar, miniatura, miniatura-subtipo y de precisión. Un ejemplo está en el campo de las redes inalámbricas Wi-Fi, en el cual es común encontrarnos con varias versiones: macho, hembra, volantes o de panel y en algunos casos unos conocidos como “reverse” o invertidos. Cada uno de ellos, exhibe características que los hacen adecuados para ser usados en ciertas aplicaciones. De ahí, la necesidad de conocer muy bien los tipos de conectores y adaptadores que existen, pues de esa elección va a depender que se cumplan todos los requerimientos de nuestro sistema de transmisión. Como se ha mencionado, debido a la gran variedad de aplicaciones de estos dispositivos, existen diversos aspectos que varían entre un conector a otro. Básicamente las características que se deben considerar son dos; las mecánicas y las eléctricas. Dentro de las características mecánicas de un conector se encuentran, las condiciones ambientales que puede soportar, el material de construcción y de recubrimiento, su rigidez mecánica y su tamaño. Mientras que desde el punto de vista eléctrico, se consideran, su impedancia y las pérdidas de inserción principalmente, siendo esta última de suma importancia frente a los demás aspectos. Desde el punto de vista de la ingeniería, elegir un conector RF que satisfaga completamente tanto las condiciones mecánicas como las eléctricas según la situación, sería la elección más beneficiosa, sin embargo, como podríamos haber supuesto, como ingenieros no siempre vamos a disponer del conector que satisfaga totalmente nuestras exigencias, ya sea por la disponibilidad o por el precio, y por lo tanto nos veremos obligados a sacrificar una o varias de ellas, o incluso recurrir a soluciones alternativas como por ejemplo, usar en exteriores un conector que ha sido diseñado para interiores, protegiéndolo adecuadamente para enfrentar las condiciones ambientales. No obstante, en muchos países del primer mundo decisiones como estas, son inaceptables, por considerar, que su diseño ha sido para una especificación en particular y no para otra. Entonces, para la elección del conector apropiado debemos seguir los siguientes pasos: Primero, tener en cuenta el género, ya que la mayoría de los conectores poseen un género bien preciso, que consiste en una clavija en el extremo que se asocia al macho o una toma en el extremo que se une a la hembra. Casi siempre, los cables tienen conectores macho en sus dos extremos y los dispositivos de RF, (transmisores y antenas) conectores hembra. Los acopladores direccionales y dispositivos de medición de línea, pueden tener conectores macho y hembra. Se debe estar seguro que cada conector macho en un sistema coincida con uno hembra.

El segundo aspecto a considerar, es la cantidad. Para nosotros como ingenieros electrónicos, optimizar es una palabra clave. Es decir, que para estos casos nuestro objetivo va a ser, minimizar el número de conectores y adaptadores en la cadena de RF, debido a que cada conector introduce pérdidas adicionales, que consisten en hasta unos pocos dB por cada conexión, dependiendo del tipo de conector. El tercer aspecto a considerar, es la elaboración de la conexión. Para estos casos siempre es mejor comprar los cables que ya estén terminados con los conectores que se van a necesitar. Ya que soldar los conectores no es nada fácil, y cuando se trata de conectores pequeños, hacerlo bien, es una tarea casi imposible. Para los conectores de microondas hay que tener en cuenta varias recomendaciones, puesto que son componentes de precisión y se pueden averiar fácilmente si se manipulan de una forma incorrecta. Como regla general, se debe rotar la manga exterior para apretar el conector, dejando el resto del conector y el cable quietos. Si se tuercen otras partes de conector mientras estamos ajustándolo o aflojándolo, es muy probable que las mismas se rompan. Para el cuidado de las conexiones debemos seguir las siguientes recomendaciones: nunca pisarlos y no dejarlos caer cuando se desconecten los cables. Un último aspecto a considerar, es que nunca se deben utilizar herramientas como pinzas para apretar los conectores. La manera correcta de hacerlo es con las manos. Cuando se trabaja en exteriores se debe tener en cuenta que los metales se expanden a altas temperaturas y reducen su tamaño a bajas temperaturas, lo que significa que un conector muy apretado puede dilatarse en el verano o quebrarse en el invierno. Por lo mencionado anteriormente, calificar un conector como bueno, malo o que no debe utilizarse, no es recomendable, dado que le estaríamos dando una característica que básicamente no posee. Lo ideal, sería distinguirlo como adecuado o no adecuado para una estipulada situación o aplicación. Después de analizar lo anterior, nos surge una inquietud muy obvia que es: ¿Qué información encontraremos en la hoja del fabricante de un conector o adaptador RF? Básicamente en las páginas de los fabricantes de conectores RF, encontraremos una completa información sobre sus especificaciones y observaremos que, comparativamente, los distintos tipos de conectores tienen pérdidas equivalentes a fracciones de decibel, por lo que este parámetro no será el más importante dentro de sus características. A continuación, analizaremos los tipos de conectores RF. Para comenzar, se introduce el conector BNC que fue desarrollado a fines de los años 40. La sigla BNC significa Bayoneta, Neill- Concelman, por los apellidos de quienes participaron en su invención, que fueron Paul Neill y Carl Concelman. Este es un tipo de conector miniatura que presenta una rápida velocidad de conexión y desconexión y cumplen la norma 1978, IEC 169-8. El conector hembra tiene dos postes de bayoneta y la unión se logra con sólo un cuarto de vuelta de la tuerca de acoplamiento. Los conectores BNC son ideales para la terminación de cables coaxiales miniatura o subminiatura. Son los que se encuentran con más frecuencia en lo equipamientos de prueba, en la cables coaxiales

Ethernet 10 base 2, señales de video, antenas de radio aficionados, electrónica de aviación, equipos médicos, dispositivos LAN, equipos de difusión, etc.

Figura 3: Conector BNC

Otro tipo de conectores son los TNC que también fueron inventados por Neill y Concelman. Son básicamente una versión roscada de los BNC. Tienen una impedancia de 50 ohms, funcionan correctamente hasta unos 12GHz, ya que proveen una mejor conexión. Su nombre TNC se debe a su sigla en inglés Neill-Concelman con Rosca, es decir, Threaded Neill-Concelman.

Figura 4: Conector TNC

También son muy comunes los conectores tipo N. Fueron implementados por Neill aunque algunas veces son atribuidos a Navy y desarrollados originalmente durante la Segunda Guerra Mundial. Se usan comúnmente en aplicaciones de microondas a frecuencias superiores de 18 GHz. Son fabricados para una gran variedad de tipos de cable. Las uniones del cable al conector macho o hembra son impermeables y proporcionan un agarre efectivo. Los conectores N siguen la norma MIL-C-39012. Son utilizados en antenas de difusión, de radar, de prueba y de medición, LAN y transmisores. Especialmente indicado para la conexión de antenas en las redes de telefonía móvil

y equipos de radio.

Figura 5: Conector tipo N

De igual manera, dentro de este grupo están los conectores F, inventados por Eric Winston, mientras trabajaba en la tecnología de televisión por cable. Son un tipo de conectores muy rentables y tienen un cuerpo conector macho que se prensa o en algún momento atornilla en la malla exterior. Son usados en GPS, TV, antenas satelitales, módems de cable y Wi-Fi.

Figura 6: Conector F

Un tipo de conectores de precisión diseñados para aplicaciones de microondas son los SMA que trabajan por lo menos a 18GHz. SMA es un acrónimo de Sub Miniatura Versión y fue desarrollado en la década de 1960. Implementa una interfaz de rosca. Se caracteriza principalmente por poseer una mayor resistencia mecánica, alta durabilidad y VSWR bajo. Su calidad está basada en principios de buen diseño, una fabricación cuidadosa en cada etapa y una completa organización en los requisitos de garantía. Dentro de sus aplicaciones están las estaciones base, los conjuntos de cables, dispositivos LAN PC, etc.

Figura 7: Conector SMA

La versión más pequeña de los SMA con complemento en el acoplamiento son los SMB. El SMB se desarrolló en la década de 1960 y su nombre deriva de Sub Miniatura B conector. Fue diseñado según la norma MIL-C-39012 y la interfaz está en conformidad con la norma MIL-STD-348. EL SMB proporciona capacidad de banda ancha de la CC a 4GHz con un complemento en el diseño de conector y usa componentes de fundición en áreas no críticas para reducir considerablemente los costos.

Figura 8: Conector SMB

Por último, está el conector UHF que fue diseñado durante la Segunda Guerra Mundial, cuando 30MHz eran considerados Ultra High Frecuency. Este tipo de conector es una unidad de propósito

general desarrollada para ser usada en sistemas de bajas frecuencias. Fue originalmente diseñado como conector de video en las aplicaciones de radar pero después pasó a ser usado en aplicaciones de radio frecuencias RF. Han sido reemplazados en muchas aplicaciones por otros con diseños que proporcionan impedancias más uniformes a lo largo de la longitud del conector, como el conector tipo N y el BNC, sin embargo aún se utilizan ampliamente en video aficionado, banda de radio en la ciudad y video marino VHF. Son fabricados bajo el estándar UNEF.

Figura 9: Conector UHF

Centrándonos ahora en los adaptadores RF, se debe mencionar que existen tres tipos principales: coaxial, guía de onda y guía de onda/coaxial. Los adaptadores coaxiales RF enlazan dos tipos de cables diferentes o simplemente ponen fin a un puerto coaxial. Los de guía de onda se usan para conectar dos tipos diferentes de guías de onda, o para poner fin a un puerto de guía de onda. Y los guía de onda/coaxiales enlazan un cable coaxial a una guía de onda o lo contrario.

Figura 10: Adaptador coaxial RF Figura 11: Adaptador de guía de onda/coaxial

Cuando se elige un adaptador RF, se deben tener en cuenta varios aspectos tales como el rango de frecuencia, potencia máxima de entrada, relación de voltaje de onda estacionaria (ROE), pérdidas de retorno y el estilo del adaptador. Como se ha visto en la teoría, el ROE consiste en una medida de la cantidad de energía de RF, que es reflejada hacia la fuente de señal debido a desajustes de la impedancia. Entre los estilos de adaptadores se pueden encontrar: straight jack-jack, straight jack-plug, straight plug-plug, angled jack-jack, angled jack-plug, angled plug-plug, jack-jack-jack tee, plug-plug-plug tee, plug-jack-plug tee, jack-jack-plug tee, y plug-plug-jack tee. Los tipos de conectores compatibles con adaptadores RF son: BNC, BMMA, BNC, FME, Tipo C, Tipo F, FME, Tipo G, MCX, MHV, MMCX, Tipo N y la CMA.

CONECTORES

TIPOS NORMA BNC IEC 169-8, MIL-C-39012, VG95200, CECC 22

120 y MIL-STD-202

TNC IEC 169-17, MIL-C-39012, DIN EN 122200 y MIL-STD-202

Tipo N MIL-C-39012, CECC 22 210, IEC 169-16 y US MIL-STD-202

Tipo F EIA-550 y US MIL-STD-202

SMA MIL-STD-348, CECC 22 110, IEC169-15, MIL-C-39012, BS9210N0006 y MIL-STD-202

SMB CECC 22 130, IEC169-10, MIL-STD-202 y US MIL-C-39012

UHF IEC 169-12 y MIL-STD-202

Tabla 1. Normas y estándares de conectores RF

A continuación se muestra una tabla que resulta de gran utilidad, al momento de buscar qué tipo

de conector funciona para determinada frecuencia en diferentes aplicaciones. Se puede observar

el rango de los SMB, BNC, Tipo F, etc.

Tabla 2: Rango de frecuencia de los conectores

Gráficas para Identificar los Conectores (medidas en pulgadas)

Figura 12: Conector BNC

Figura 13: Conector TNC

Figura 14: Conector Tipo N

Figura 15: Conector Tipo F

Figura 16: Conector SMA

Figura 17: Conector SMB

Figura 18: Conector SMB

Referencias

[1] Computer Desktop Encyclopedia (2001), The Computer Language Inc, disponible en:

http://www.computerlanguage.com/ (consultado el 23 de octubre de 2010).

[2] RFCONNECTOR (2008), The RF Connectors, disponible en:

http://www.rfconnector.net/default.php (consultado el 23 de octubre de 2010).

[3] Tech Community (2010), Conectores RF, disponible en: http://www.tech-faq.com/es/rf-

conectores.html (consultado el 24 de octubre de 2010).

[4] GlobalSpec (2010), About RF Adapters, disponible en:

http://www.globalspec.com/learnmore/telecommunications_networking/rf_microwave_wirele

ss_components/rf_adapters (consultado el 24 de octubre de 2010).

[5] MontevideoLibre (2007), Conectores y Adaptadores, disponible en:

http://montevideolibre.org/manuales:libros:wndw:capitulo_4:conectores_y_adaptadores

(consultado el 24 de octubre de 2010).

[6] Pasternack (2010), Connector Frequency Range Chart and Connector Identifier, disponible

en: http://www.pasternack.com/pdf/catalog/ConnectorIdentifier.pdf (consultado el 24 de

octubre de 2010).

[7] Epirsa (2010), Conectores coaxiales de RF, disponible en:

http://www.epirsa.com/old/contenido/productos/pcoaxiales/coax1.htm#smb (consultado el 24

de octubre de 2010)