Connaître les différences entre les connecteurs coaxiaux qui semblent compatibles et ceux qui le sont vraiment pour éviter des erreurs coûteuses

Un instrument de mesure utilise un connecteur de 3,5 millimètres (mm), tandis que vos câbles coaxiaux utilisent des connecteurs de 2,92 mm : ils semblent compatibles. Quel effet cela aura-t-il sur vos mesures ? Pouvez-vous vous connecter à l'instrument avec des connecteurs SMA ou cela endommagera-t-il les connecteurs d'entrée ? Bienvenue dans le monde étrange du raccordement des connecteurs, où une simple erreur peut détruire un connecteur d'entrée sur un instrument coûteux nécessitant une réparation onéreuse. Comment éviter de faire une telle erreur ?

La compatibilité des connecteurs est généralement le résultat d'une réflexion préalable dans la conception d'une famille de connecteurs. Il s'agit souvent d'un processus où un nouveau connecteur est conçu sur la base d'une conception existante plus ancienne et performante dans l'intention d'augmenter la bande passante du connecteur et ses performances électriques. Même si la compatibilité est prévue, des précautions sont requises pour éviter des dommages inutiles. L'attention portée à certaines procédures simples peut vous éviter des réparations coûteuses.

Grades de qualité des connecteurs

Les connecteurs coaxiaux sont généralement conçus et fabriqués pour fonctionner dans des grades ou des classes de qualité spécifiques. Il existe trois grades de connecteurs : métrologie, instrument et production.

Les connecteurs de grade métrologie sont fabriqués selon les normes de précision et de qualité les plus élevées. Ce grade de connecteur est destiné à être utilisé dans les normes d'étalonnage de mesure, qui requièrent les plus hauts niveaux de précision et permettent une traçabilité quant aux normes nationales. Dans ce grade de connecteur, l'interface de raccordement est étroitement contrôlée, et le dégagement, la planéité et la profondeur des broches sont maintenus aux niveaux de tolérance les plus élevés. Cette classe de connecteurs est la plus coûteuse.

Le connecteur de grade instrument offre un niveau de qualité intermédiaire. Ce grade est destiné à être utilisé dans les instruments et se caractérise par de bonnes performances reproductibles et par la capacité d'effectuer des mesures précises avec une bonne intégrité des signaux. Ces connecteurs sont fréquemment utilisés dans les équipements de test et de mesure destinés à un usage en laboratoire. Les connecteurs de grade instrument offrent généralement la plus longue durée de vie avec le plus grand nombre spécifié d'opérations de raccordement.

Les connecteurs de grade commercial ou production offrent le niveau de qualité le plus bas. Les connecteurs de cette classe sont généralement utilisés dans la production et la fabrication. Ils sont destinés à des applications de terrain à usage général où la simplicité d'assemblage et le faible coût sont les principales préoccupations. Les tolérances mécaniques sont beaucoup moins strictes que dans les autres grades de qualité. Généralement, ces connecteurs offrent un nombre d'opérations de raccordement plus limité et sont les moins coûteux.

Types de connecteurs interchangeables

Les connecteurs coaxiaux de 50 Ω courants que l'on trouve dans les instruments sont répertoriés dans le Tableau 1. La colonne des remarques (Notes) indique leur compatibilité.

Tableau 1 : Caractéristiques et compatibilité des connecteurs coaxiaux couramment utilisés dans les instruments. (Source du tableau : Art Pini)

Il existe deux grands domaines de compatibilité. Le premier est mécanique : les connecteurs s'adaptent-ils les uns aux autres ? Le second est électrique : les connecteurs ont-ils la bande passante et l'adaptation d'impédance nécessaires pour garantir l'intégrité des signaux ?

Les connecteurs spécifiés par la norme IEEE Std 287 sont des connecteurs de grade métrologie ou instrument. Les connecteurs SMA spécifiés par la norme MlL-STD-348 sont des connecteurs de grade production, bien que certains fabricants fournissent des versions « de précision » des connecteurs avec des tolérances mécaniques plus strictes et une bande passante étendue.

Le tableau souligne que le raccordement de connecteurs issus de différentes classes de qualité doit être effectué avec précaution.

Les connecteurs de 2,4 mm et 1,85 mm sont tous les deux de grade instrument et peuvent donc être raccordés. Notez que la bande passante de ce couplage chute au niveau de celle du connecteur de 2,4 mm qui a une bande passante inférieure : 50 gigahertz (GHz).

Il en va de même pour le couplage des connecteurs de 3,5 mm et 2,92 mm, réduisant ainsi la bande passante à 33 GHz.

Raccordement des connecteurs de différents grades de qualité

Le connecteur SMA est un connecteur de classe production, et les tolérances mécaniques ne sont pas aussi strictes que pour les connecteurs de classe instrument. Un problème courant est que le diamètre ou la longueur de la broche centrale sur une fiche SMA peuvent être différents de ceux de la spécification 3,5 mm ou 2,92 mm, ce qui peut endommager la prise. Les éléments de raccordement qui ne s'ajustent pas correctement auront un impact sur l'intégrité électrique de l'interface, ce qui entraînera une mauvaise adaptation et des problèmes de réflexion. D'autres problèmes incluent la concentricité hors spécification et une mauvaise finition de surface.

La concentricité désigne le centrage de la broche dans le corps du connecteur. Une broche décentrée hors tolérance peut tordre les contacts de la prise, la rendant ainsi inutilisable pour les raccordements suivants.

La finition de surface des éléments de raccordement doit être lisse, sans bosses, surépaisseurs, bavures ni saletés. Les imperfections de la surface peuvent entraîner une mauvaise adaptation électronique et des réflexions des signaux.

Des règles simples pour éviter les dommages

En suivant ces règles simples, vous pouvez éviter des erreurs coûteuses :

1. Utilisez un protège-connecteur pour protéger le connecteur de l'instrument. Un protège-connecteur est un adaptateur coaxial fiche-à-jack qui est ajouté entre le connecteur de l'instrument et le monde extérieur. Si le protège-connecteur est endommagé, il peut facilement être remplacé à un coût relativement faible.

Pour les connecteurs de 3,5 mm, utilisez un adaptateur coaxial comme l'adaptateur coaxial TMA-5MS-5FS-00 de 3,5 mm (mâle) à 3,5 mm (femelle) de Carlisle Interconnect Technologies (Figure 1).

Figure 1 : Le TMA-5MS-5FS-00 est un adaptateur coaxial de 3,5 mm qui peut être utilisé comme protège-connecteur pour protéger les connecteurs d'instruments. (Source de l'image : Carlisle Interconnect Technologies)

Pour les connecteurs de 2,92 mm, utilisez un adaptateur coaxial comme l'adaptateur coaxial fiche (2,9 mm) à jack (2,92 mm) P1AD-29MF de P1dB Inc. (Figure 2).

Figure 2 : L'adaptateur P1AD-29MF peut être utilisé comme protège-connecteur pour les connexions coaxiales de 2,92 mm. (Source de l'image : P1dB Inc.)

2. Inspectez le connecteur SMA pour contrôler la saleté, la rectitude de la broche centrale et l'alignement des broches concentriques.

3. Nettoyez soigneusement les deux connecteurs avec de l'alcool à l'aide d'un écouvillon non pelucheux.

4. Alignez la broche centrale et la prise, puis raccordez-les doucement jusqu'à ce qu'elles soient bien en place.

5. Tournez l'écrou du connecteur à la main pour bloquer le connecteur raccordé, en veillant à ne pas faire pivoter les corps des connecteurs l'un par rapport à l'autre. Serrez l'écrou à la main.

6. Utilisez une clé dynamométrique comme la clé CMT TW-S de Copper Mountain Technologies (Figure 3) pour respecter le couple de serrage spécifié. Si les connecteurs ont des spécifications de couple différentes, utilisez la plus faible des deux. Assurez-vous que les corps des connecteurs ne tournent pas pendant le serrage.

Figure 3 : Une clé dynamométrique comme la clé CMT TW-S peut être utilisée pour garantir une connexion correcte. Si les connecteurs ont des spécifications de couple différentes, utilisez la plus faible des deux. (Source de l'image : Copper Mountain Technologies)

Conclusion

Même si des connecteurs coaxiaux semblent compatibles, ce n'est pas toujours le cas, car il existe différents grades et des tailles légèrement différentes. Le respect des règles simples décrites ci-dessus protégera les connecteurs de l'instrument et garantira une bonne qualité de mesure.