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 0.8мм 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.

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.