Подложка ИС - исследование коаксиального соединителя нового типа D диапазона 0.8 мм

Постоянное развитие электронных технологий приводит к непрерывному увеличению скорости передачи данных, а это означает, что требуется большая пропускная способность. Чтобы получить большую пропускную способность, система связи должна развиваться в направлении высоких частот, а переход на высокие частоты предъявляет повышенные требования к характеристикам радиочастотного соединителя.

В последние несколько лет широкое применение получил W-диапазон, а именно 75~110 ГГц, в таких областях, как радар для автомобилей с автономным управлением, беспроводная связь и т.д. Для того чтобы удовлетворить текущие и будущие потребности в разработке продукции, необходимо проектировать и разрабатывать широкополосные устройства, работающие на частотах свыше 110 ГГц, т.е. в D-диапазоне. Компания Anritsu внимательно следила за тенденцией развития и впервые представила ВЧ-соединитель диаметром 0,8 мм.

Для нового диапазона частот соответствующий радиочастотный разъем всегда разрабатывался раньше или синхронно с контрольно-измерительным оборудованием, используемым в новом частотном диапазоне. Например, разъемы типа K, V и W1 были использованы в новом контрольно-измерительном оборудовании. Иногда соответствующее оборудование разрабатывается только через несколько лет после появления радиочастотного разъема, как, например, радиочастотный разъем 1,0 мм, расширяющий коаксиальную измерительную систему до частоты 110 ГГц.

Обычно для внутренних соединений в высокочастотных системах используются волноводы. Хотя вносимые потери волновода при передаче сигналов очень малы, тем не менее, это не лучший выбор. Являясь устройством с ограниченной полосой пропускания, волновод не обладает возможностями широкополосного охвата и односкановых измерений. Для любой широкополосной системы, охватывающей высокочастотные миллиметровые волны от низких частот до 110 ГГц, применение в ней волноводов увеличивает сложность системы.

Коаксиальные разъемы являются более удачным выбором, особенно при внутренних соединениях контрольно-измерительных систем. Поскольку они имеют возможность однократного сканирования, их также очень просто использовать при тестировании и измерении устройств и частот. Взаимосвязь между коаксиальными разъемами уменьшает изменение импеданса. Если ее заменить структурой "коаксиал - волновод", то это внесет неопределенность в измерения.

Принцип конструкции

Для того чтобы более просто понять принцип построения 0,8-мм разъема, необходимо сначала разобраться в электрических и механических структурных характеристиках разъема. Стандарт IEEE P287 описывает стандарт на прецизионные коаксиальные разъемы от постоянного тока до 110 ГГц, в частности, электрические и механические структурные характеристики всех разъемов до 1 мм. В этом стандарте нет соответствующих норм для 0,8-мм разъемов, однако, поскольку в будущем все большее значение приобретают приложения с частотами выше 110 ГГц, 0,8-мм разъемы, очевидно, также будут включены в этот стандарт. Электрические характеристики разъема описывают его частотный охват и импедансные характеристики; характеристики механической структуры описывают способы достижения многократного использования и функции соединения. Одним словом, характеристики изделия, указанные в паспорте, являются важными параметрами, которые необходимо учитывать при проектировании. Соединитель

Верхний предел частоты использования соединителя рассчитывается по следующей формуле:

Среди них fc - частота среза передачи в воздушной среде, c - скорость света (300000 км/с), ϵr - относительная диэлектрическая проницаемость, μr - относительная проницаемость, λc - длина линии [1]. Для разъема 0,8 мм, в предположении, что в идеальной воздушной среде, fc составляет почти 166 ГГц. Конечно, эта максимальная частота труднодостижима; реальная полезная частота составляет примерно восемьдесят-девяносто процентов от идеальной. В основном это связано с тем, что компоненты передачи между воздухом и различными материалами разъема будут создавать резонанс. Это приведет к снижению частоты среза передачи. Хотя 0,8-миллиметровый разъем не может достичь теоретически максимальной частоты, после расчетов фактическая полезная частота 145 ГГц все же имеет большее значение. В табл. 1 [2] приведены некоторые параметры широко используемых ВЧ-разъемов, в том числе и 0,8-мм разъемов.

Характеристика импеданса является важным электрическим показателем, поскольку система связи в основном строится с учетом того, как уменьшить рассогласование импедансов. Для таких разъемов стандартным значением импеданса является 50 Ом; при проектировании необходимо обеспечить максимальную близость импеданса разъема и его внутренних соединительных элементов к этому стандартному значению. Особенно для разъемов, используемых на частотах свыше 110 ГГц, импеданс должен хорошо контролироваться. Для того чтобы импеданс находился в приемлемом диапазоне, особое значение имеют центральный проводник и периферийные опорные шарики изолятора соединителя.

Большинство характеристик механической структуры определены в спецификации протокола разъема. Например, в стандарте IEEE P287 описаны такие характеристики механической структуры, как допуск на резьбу, диаметр провода и размер разъема. Подобная спецификация протокола обеспечивает возможность универсального использования разъемов различных производителей. Несмотря на то что эти структурные элементы указаны, для обеспечения хороших эксплуатационных характеристик определяются и более детальные параметры разъема, например, наличие или отсутствие пазов, поддержка глухого сопряжения, а также экологические характеристики конечного продукта печатной платы.

0,8-мм соединитель

После выхода за пределы W-диапазона к новому разъему были выдвинуты новые требования, такие как малые вносимые потери на уровне измерений и отсутствие моды высокого порядка на требуемой верхней частоте. Выполнение этих требований не так просто и требует многократного подтверждения конструкции. Разъемы 1,0 мм и 0,8 мм в чем-то похожи: они имеют схожие конструктивные размеры, да и внешний вид их несколько схож. Однако, как показано на рис. 1, их внутреннее устройство существенно отличается. Хотя технология 1,0-мм разъемов может быть использована в качестве эталонной, 0,8-мм разъемы все еще нуждаются в некоторых новых разработках для достижения лучших характеристик.