IC-Substrat - Ein rückführbarer Typ K Stecker für 43,5GHz Messung

Warum 43,5GHz wählen?

Obwohl viele anfängliche 5G-Bereitstellungen das Sub-6GHz-Frequenzband verwenden, millimeter waves (ie, 24GHz and above) have the advantage of greater bandwidth. Viele Länder weisen Frequenzen in den 37-43 zu.5GHz range to 5G millimeter wave communications (see Figure 1). Im Juni 2018, the US Federal Communications Commission (FCC) proposed the use of the 42~42.5GHz Frequenzband für Breitband- oder Festnetzdienste, Während Brasilien und Mexiko ebenfalls ähnliche Vorschläge zur Nutzung der 37-43 unterbreiteten.5GHz Frequenzband für mobile Breitbanddienste. Japan und die Europäische Union haben auch vorgeschlagen, ähnliche mobile Breitbanddienste in den 40er Jahren anzuwenden.5-43.5GHz Frequenzband. China könnte der größte Förderer von Millimeterwellenanwendungen mit Frequenzen bis 43 sein.5 GHz. The Ministry of Industry and Information Technology of China has been at the forefront of 5G R&D and testing. Neben der Planung für 5G-Frequenzen, China hat auch Forschungs- und Entwicklungsversuche durchgeführt, und begann, solche Leiterplattenprodukte Ende 2018.

Abbildung 1: Planung und Anwendung des 5G-Millimeter-Wellenspektrums in verschiedenen Ländern1

In den letzten Jahren wurde diese Frequenzerweiterung von vielen Prüf- und Messunternehmen leise übernommen und erweitert bestehende und neue Produkte um diese Frequenzoption. Einer der vielen Aspekte, die 43.5GHz Messungen liefern, ist die Steckverbinderschnittstelle, die die Schnittstelle zwischen dem Benutzergerät und dem Testgerät ist. Derzeit gibt es zwei Möglichkeiten, den Benutzern die Nutzung von 43,5 GHz zu ermöglichen:

Verwenden Sie 2,4mm Steckverbinder auf dem Prüfgerät – diese Methode hat einen doppelten Vorteil. Erstens erfüllt der Stecker die Arbeitsleistung von 50GHz, und zweitens wird Rückverfolgbarkeit etabliert. Ein Problem bei dieser Methode ist jedoch, dass der Benutzer alle Kabel, Adapter, Kalibrierwerkzeuge und andere Komponenten durch 2,4mm Steckverbinderschnittstellen ersetzen muss. Die Kosten dafür sind sehr teuer, da 2,4mm Steckverbinder in der Regel teurer sind als 2,92mm Steckverbinder. Ein weiteres Problem ist, dass viele Prüflinge 2,92-mm-Stecker (K) verwenden, was bedeutet, dass Benutzer zusätzliche Adapter hinzufügen müssen, um den 2,4-mm-Stecker des Prüfgeräts mit dem 2,92-mm-Prüfling zu verbinden. Obwohl die meisten Hersteller, die 2,4mm-Stecker verwenden, 2,92-mm-Adapter zur Verfügung stellen, sofern der Adapter nicht anzeigt, dass er bis zu 43,5 GHz am 2,92mm-Ende verwendet werden kann, wird die Leistung von 43,5 GHz durch den überschüssigen Ausgang begrenzt, der auf dem Stecker erzeugt wird. Übermoding ist begrenzt und kann nicht garantiert werden. Dies wird weiter unten diskutiert.

Verwenden Sie 2.92-mm-Steckverbinder auf dem Testgerät-die zweite Methode besteht darin, 2.92-mm-Steckverbinder auf dem Gerät zu verwenden, aber es sollte beachtet werden, dass von 40GHz bis 43.5GHz diese Art von Steckverbinder nicht zurückverfolgt werden kann, und seine Nennleistung Es wird "gemessen". Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Stecker nicht einzeln getestet werden darf und nur als Teil des Prüflings für "ganze" Messungen verwendet werden kann.

Overmold

Die beiden wichtigsten Indikatoren für die elektrische Leistung eines Steckers sind seine Frequenzskalierbarkeit und ob er die für die 43,5GHz-Frequenz erforderliche Leistung erfüllt. Um die beste Leistung zu erzielen, sollten einige Modi daran gehindert werden, sich im Anschluss auszubreiten. Für 2,92mm(K)-Steckverbinder können sich theoretisch nur transversale elektromagnetische (TEM)-Wellen bis etwa 46GHz ausbreiten. Tatsächlich wird die Trennfrequenz niedriger sein: Die dielektrischen Stützperlen müssen die mechanische Stabilität des Steckers berücksichtigen, und weil die Wellenlänge im Medium kürzer ist als die in der Luft, können sich die elektromagnetischen Wellen der anderen Modi auch unter 46GHz ausbreiten. Aus diesem Grund sind Steckverbinder vom Typ K in der Regel auf maximal 40 GHz ausgelegt.

Über der Grenzfrequenz wird sich auch ein zusätzlicher Modus, der TE11-Modus, ausbreiten. Es ist nicht lateral und breitet sich mit einer höheren Frequenz aus wie andere Wellenmodi. Dies ist ein Problem, da die Energie des Eingangssignals zwischen verschiedenen Modi umgewandelt werden kann, und diese Umwandlung wird durch winzige Defekte auf der Oberfläche der Stützperle verursacht (wie in Abbildung 2 gezeigt). Das Umspritzphänomen im Stecker kann während des Messvorgangs aufgedeckt werden. Bei der Übertragungsmessung des Steckers, wie in Abbildung 3 gezeigt, ist deutlich zu erkennen, dass die große Dämpfungsspitze im Schmalband auftritt. Sobald die Frequenzresonanz verfehlt ist – die Energiekopplung zwischen den Modi ist nicht effizient –, wird die Energie zurück in den ursprünglichen Übertragungsweg reflektiert.

Durch die Verringerung des Umfangs der dielektrischen Stützkugel, die Optimierung der Impedanz der Stützkugel und die Verringerung der Toleranz, um die Wahrscheinlichkeit einer Energiekopplung in den Übertragungsmodus zu verringern, kann das Auftreten von Übertaktung verhindert werden. Angenommen, ein Hersteller überwindet alle Hindernisse und konstruiert einen 2,9mm Stecker, der bei 43,5GHz keinen Overmode erzeugt, kann dies ausreichendes Vertrauen in die Messung bieten? Die Antwort variiert von Anwendung zu Anwendung, je nach Strenge der Prüfspezifikation. Diese Informationen werden im Datenblatt erläutert.

Warum ist Rückverfolgbarkeit so wichtig?

Ein Begriff, der in den elektrischen Spezifikationen von Messgeräten im Frequenzbereich von 40 bis 43,5 GHz verwendet wird, ist "gemessener Index". Ein gemessener Index oder charakteristischer Index ist ein Messergebnis, das eine Reihe von Daten liefern kann, und diese Daten können mit einem gewissen Grad an Vertrauen quantifiziert und verwendet werden, um alle Geräte zu charakterisieren. Obwohl diese Methode zur Messung elektrischer Indizes nicht ungewöhnlich ist und immer häufiger wird, besteht der Unterschied zwischen Messindizes unter 40 GHz und Messindizes über 40 GHz in der Rückverfolgbarkeit. Unter 40 GHz wird das Unsicherheitsbudget durch einen vollständigen Rückverfolgbarkeitsansatz klar definiert; Messergebnisse zwischen 40 und 43,5 GHz haben in der Regel nicht das gleiche Vertrauen. Für Hersteller kann Unsicherheit wichtig sein, da die Messergebnisse des Produkts bestimmen, ob es die Anforderungen der Prüfspezifikation erfüllen kann.

Obwohl Rückverfolgbarkeit ein Weg ist, um ein verlässliches Unsicherheitsbudget zu erstellen, it is more important: the quality associated with recognized national metrology institutions wie the National Institute of Standards and Technology (NIST) or the Swiss Federal Institute of Metrology (METAS) Assurance system. Nicht alle Steckverbinder sind rückverfolgbar, such as SMA-Steckverbinder. Obwohl der Stecker weit verbreitet ist, Aufgrund der Unregelmäßigkeit und der schlechten Wiederholbarkeit seiner dielektrischen Materialien gilt es allgemein als nicht rückverfolgbar. Das ist der Grund, warum SMA-Steckverbinder kann keine genauen Messergebnisse liefern.

Glücklicherweise, die grundlegenden Merkmale der K-Stecker Gewährleistung der Rückverfolgbarkeit, und nach sorgfältigem Design, der Frequenzbereich der angemessenen und beschreibbaren Unsicherheit kann auf 43 erhöht werden.5GHz. Der grundlegendste Aspekt der Rückverfolgbarkeit von Steckern ist die Impedanz, Dies hängt von der Größenbewertung und Kontrolle der Fluggesellschaft ab, die verwendet wird, um den Stecker zu messen. Für die Dimensionsmessung werden rückverfolgbare Werkzeuge wie Laser-Entfernungsmesser verwendet, Koordinatenmessgeräte, und Luftmessgeräte. Sobald diese Messungen abgeschlossen sind, the next step is to transfer the air line performance to a single connector through calibration tools and other components (as shown in Figure 4). The IEEE P287 coaxial connector standard lists the connectors used for evaluation
Traceable K-connector
In order to design a traceable 43.5-GHz-Anschluss, Anritsu has designed a new connector function called Extended-K™ (Extended-K™). Die erweiterten K-Typ Komponenten mit 2.92mm Stecker werden nicht umspritzt und bieten rückverfolgbare Indikatoren von 43.5GHz, Dadurch wird die teure Investition in die Migration des Messsystems auf 2 vermieden.4mm Steckverbinder. Anritsu bietet eine komplette 43.5-GHz K-Stecker Messsystem, einschließlich Testportkabel, 2.4-mm-Adapter, portable TOSL calibration tools (both male and female) and Anritsu’s ShockLine™ vector network analyzer (with extended K Type function). Anritsus Adapter sind auch rückverfolgbar, Nutzer können ihr Unsicherheitsbudget quantifizieren.