电子技术的发展正在推动通信数据传输速率,这意味着更大的带宽。为了获得更大的带宽,系统必须提高频率,而提高频率以获得更多带宽需要更高性能的连接器。

W-频段应用,即从75 GHz到110 GHz,在过去几年中有了显着增长,例如汽车雷达和无线通信回程。为了支持这些和未来系统的开发和生产,需要扩展到110 GHz以上的宽带设备特性,即进入d波段。为了满足这一需求,安立公司开发了第一个0.8毫米连接器。

对于一个新的频段,连接器历来是在支持应用的测试和测量设备之前或并行创建的。像K、V和W1这样的连接器已经启用了新的测试设备功能。在某些情况下,连接器是首先开发的,设备是在几年之后开发的,比如1毫米连接器,它将同轴测量扩展到110 GHz。

通常,波导已被用于频谱高端的互连。波导以低损耗完成通过器件发送信号的任务;然而,这并不是最优的解决方案。波导作为一种频带元件,缺乏宽带频率覆盖和单扫测量的优势。波导增加了任何测量的复杂性,以表征从低频到超过110 GHz的毫米波频率的宽带性能。

同轴连接器是互连的首选,特别是在测试和测量中。它们具有单次扫描能力,易于测量和测试设备以及频率可扩展性等优点。同轴连接器避免了接口之间的阻抗变化,如同轴到波导,这会带来不确定性。

设计注意事项

要了解0.8 mm连接器的设计,请考虑连接器的电气和机械特性。IEEE P287是涵盖DC至110ghz的精密同轴连接器的标准,概述了小至1mm的连接器的电气和机械性能。IEEE P287目前没有定义0.8 mm连接器;然而,由于110 GHz以上的频率在未来将变得很重要,因此规格最终将包括0.8 mm。连接器的电气特性定义了频率覆盖范围和阻抗,而机械特性则解决了连接器设计如何支持可重复性和配合。综合起来,这些通常列在技术数据表中的特性是重要的设计考虑因素。

连接器的最高频率由公式确定

fc是空气的截止频率,c是光速(3 × 108m / s),ϵr为相对介电常数,μr为相对磁导率,λc是线长。1对于0.8 mm连接器,fc约为166千兆赫,假设有完美的空气介质。这个最大频率很难实现;实际可用频率是理想频率的一个百分比,因为连接器的内部组件在空气和各种材料之间引入过渡,产生共振,降低了较高的频率。虽然0.8 mm连接器没有定义的最大频率,这仍有待指定,但商用连接器的工作频率为145 GHz。RF连接器类型的总结,包括0.8 mm,提供在表1。2

图1

图11mm (a)和0.8 mm (b)连接器。

阻抗是主要的电气要求,因为系统性能是基于防止或设计阻抗不匹配的能力。对于该频率范围内的连接器,50 Ω是标准阻抗;设计必须确保连接器和所有内部部件尽可能接近这个阻抗。对于从直流到110 GHz以上的连接器,阻抗必须得到很好的控制。中心导体和介电支撑珠起着至关重要的作用,使阻抗保持在可接受的公差范围内。

大多数机械特性是由连接器标准定义的,如IEEE P287,它概述了机械性能,如连接螺母公差,线尺寸和尺寸。该标准保证了连接器制造商之间的机械兼容性。虽然概述了一般的机械装配,但需要额外的连接器细节以确保良好的性能:无槽或有槽,配合前预对准以及基于最终产品的环境分类。

0.8 mm连接器

在超过w波段的频率上移动,首先要求新连接器必须提供低插入损耗,具有计量级和无模式性能,达到所需的高频率。这并不容易,需要许多设计决策。1毫米和0.8毫米连接器是相似的——它们在机械尺寸上非常接近,并且有许多外部物理上的相似之处——然而,有许多内部差异(参见图1)。虽然可以利用一些1毫米的技术,但0.8毫米的连接器需要几个新的设计元素来优化性能。

在频域,一个好的接口应该最小化插入损耗,从而最小化系统的损耗预算。互连之间未知的阻抗会引起反射,甚至在信号到达被测设备之前就会影响插入损耗。接口之间应该保留信号。阻抗变化在时域上也是一个问题,因此接口的眼图应该有一个最佳的开口,以确保清晰和不失真的信号。眼图是设计人员创建工作在毫米波频率上的数字电路的优点图。无论是射频还是高速数字,连接器的设计和制造都应该提供性能,使连接器在测量环境中透明。

如何使连接器的上频率超过110 GHz,并具有良好的阻抗匹配,计量级性能和使其耐用且性能良好的机械设计?它需要确定影响110 GHz以上性能的机械问题,量化和关联与制造连接器的模拟,并探索新型组件的材料。由于设计的范围很广,本文的重点是机械问题和新组件。