IC基板 - 43.5 GHz測定用追跡可能なK型コネクタ

なぜ43.5 GHzを選んだのか。

多くの最初の5 G配備では6 GHz未満の周波数帯が使用されていたが、ミリ波（すなわち24 GHz以上）はより大きな帯域幅を持つ利点があった。多くの国では、5 Gミリ波通信に37〜43.5 GHzの範囲のスペクトルを割り当てている（図1参照）。2018年6月、米連邦通信委員会（FCC）は42〜42.5 GHz帯をブロードバンドまたは固定無線サービスに利用することを提案したが、ブラジルとメキシコも同様の提案を行い、37〜43.5 GHz帯をモバイルブロードバンドサービスに利用することを提案した。日本とEUも同様のモバイルブロードバンドサービスを40.5〜43.5 GHz帯に適用することを提案している。中国は周波数が43.5 GHzに達するミリ波アプリケーションを使用する最大の推進者かもしれない。中国工業・情報化部は5 Gの研究開発とテストの最前線にある。5 Gスペクトルを計画するほか、中国は研究開発試験を行い、2018年末からこのようなPCB製品の検証を開始した。

図1：5 Gミリ波スペクトル計画及び各国での応用1

過去数年間、この周波数拡張は多くのテストや測定会社によって密かに採用されており、この周波数オプションを既存および新製品に追加しています。43.5 GHz測定を提供する多くの態様の1つは、コネクタインタフェースであり、ユーザ装置とテスト装置との間のインタフェースである。現在、ユーザーが43.5 GHzを使用できるようにするには、次の2つの方法があります。

試験装置に2.4 mmコネクタを使用する方法は二重の利点がある。まず、コネクタは50 GHzの動作性能を満たし、次に、トレーサビリティを確立する。しかし、この方法が直面している問題の1つは、ユーザーが2.4 mmコネクタインタフェースを使用してすべてのケーブル、アダプタ、キャリブレーションツール、その他のコンポーネントを交換しなければならないことです。2.4 mmコネクタは通常2.92 mmコネクタよりも高いため、コストが非常に高い。もう1つの問題は、多くのDUTが2.92 mm（K）コネクタを使用していることであり、これは、ユーザが試験装置上の2.4 mmコネクタを2.92 mm DUTに接続するために追加のアダプタを追加する必要があることを意味している。2.4 mmコネクタを使用しているメーカーの多くは2.92 mmアダプタを提供していますが、アダプタが2.92 mm端で43.5 GHzまでのアダプタを使用できることを示していない限り、43.5 GHz性能はコネクタに発生する過剰出力によって制限されます。過度な修正は限られており、保証することはできません。これは後述する。

試験デバイスに2.92 mmコネクタを使用する2つ目の方法は、デバイスに29.2 mmコネクタを使用することですが、40 GHzから43.5 GHzまでは遡ることができず、その公称性能は「測定された」ことに注意する必要があります。この方法の欠点は、コネクタが単独でテストできない可能性があり、DUTの一部として「全体」測定にしか使用できないことです。

にじせいけい

コネクタの電気的性能の2つの最も重要な指標は、その周波数拡張性と43.5 GHz周波数に必要な性能を満たすかどうかである。最適なパフォーマンスを得るためには、コネクタに何らかのパターンが伝播するのを防ぐ必要があります。2.92 mm（K）コネクタでは、理論的には横方向電磁（TEM）波のみが約46 GHzに伝播することができる。実際、遮断周波数はより低くなる：誘電体支持ビーズはコネクタの機械的安定性を考慮する必要があり、誘電体中の波長は空気中の波長より短いため、他のモードの電磁波も46 GHz以下で伝播することができる。これは、K型コネクタが通常、定格動作周波数が最大40 GHzである理由である。

カットオフ周波数以上では、1つの追加モード、TE 11モードも伝播されます。これは横方向ではなく、波2の他のモードのようにより高い周波数で伝播します。これは、入力信号のエネルギーを異なるモード間で変換することができるためであり、この変換は、図2に示すように、支持ビーズ表面の微小な欠陥に起因する。測定中にコネクタにおける被覆成形現象を発見することができる。コネクタの伝送測定の過程で、図3に示すように、大きな減衰ピークが狭帯域に現れることが明らかになった。周波数共振を逃すと、モード間のエネルギー結合は有効ではなく、エネルギーは元の伝送路に反射される。

誘電体支持ビーズの周長を小さくし、支持ビーズのインピーダンスを最適化し、エネルギーが伝送モードに結合する機会を減らすために公差を小さくすることにより、オーバーモードの発生を防止することができる。メーカーがすべての障害を克服したと仮定して、43.5 GHzで型通過しない2.9 mmコネクタを設計しましたが、これは測定に十分な自信を提供できますか。答えはアプリケーションによって異なり、テスト仕様の厳しさによって異なります。これらの情報はデータテーブルで説明されます。

なぜトレーサビリティが重要なのか。

周波数範囲が40〜43.5 GHzの測定器の電気仕様で使用される用語は「測定指数」である。測定指数または特性指数は、一定の信頼度で量子化し、すべてのデバイスを特徴づけるために使用できるデータのセットを提供することができる測定結果である。この電気指標を測定する方法は珍しくなく、ますます一般的になっているが、40 GHz以下の測定指標と40 GHz以上の測定指標の違いはトレーサビリティにある。40 GHz以下では、不確実性予算は完全に遡及可能な方法で明確に定義されている。40〜43.5 GHzの間の測定結果は通常、同じ信頼性を有さない。メーカーにとっては、製品の測定結果がテスト仕様に合格できるかどうかを決定するため、不確実性が重要になる可能性があります。

トレーサビリティは信頼性の高い不確実性予算を構築する方法であるが、それはより重要である：国家標準・技術研究所（NIST）やスイス連邦計量研究所（METAS）保証システムなど、公認された国家計量機関に関連する品質。SMAコネクタなど、すべてのコネクタが追跡可能ではありません。コネクタは広く使用されているが、その誘電体材料の不規則性と劣る再現性のため、追跡不可能と考えられることが多い。これがSMAコネクタが正確な測定結果を提供できない理由である。

幸いなことに、K型コネクタの基本的な特性はそのトレーサビリティを確保し、入念な設計を経て、合理的で記録可能な不確実性の周波数範囲は43.5 GHzに増加することができる。コネクタのトレーサビリティの最も基本的な側面はインピーダンスであり、これはコネクタを測定する航空会社の寸法評価と制御に依存する。寸法測定は、レーザ距離測定器、座標測定装置、空気計などのトレーサビリティツールを使用します。これらの測定が完了すると、次のステップは、較正ツールおよび他のコンポーネントを介して空気管路性能を単一のコネクタ（図4に示す）に移すことです。IEEE P 287同軸コネクタ規格は、評価のためのコネクタtraceable K-connectorをリストしている。追跡可能な43.5 GHzコネクタを設計するために、安立はExtended-K塣¢（Extended-K塣）と呼ばれる新しいコネクタ機能を設計した。2.92 mmコネクタを備えた拡張K型コンポーネントは二次成形されず、43.5 GHzの追跡可能なインジケータを提供し、測定システムを2.4 mmコネクタに移行するための高価な投資を回避します。安立は完全な43.5 GHz Kコネクタ測定システムを提供し、テストポートケーブル、2.4 mmアダプタ、携帯型TOSLキャリブレーションツール（雄型と雌型を含む）と安立のShockLine塣¢ベクトルネットワークアナライザ（拡張されたK型機能を持つ）を含む。アンリツのアダプタも追跡可能で、ユーザーは彼らの不確実性予算を定量化することができます。