原创深度:避免毫米波应用中的连接器反射

作者:Robert Huntley 贸泽电子

5G开创新局面

随着新一代蜂窝通信5G的发展势头日渐增强,部署5G通信基础设施的竞争也开始如火如荼地进行。移动运营商们正忙于部署基础设施,并启动营销计划,以吸引大家升级自己的智能手机服务合同与手机配置,从而充分利用5G显著提高的数据速率。与上一代3G向4G的转变不同,5G的通信架构不是一次迭代升级。5G首次使用了24至40GHz毫米波(mmWave)频谱中的频率,另外还与已许可和未许可sub-6GHz频段中的多射频通信网络共存。

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将毫米波用于5G

要让5G的数据传输速度实现大幅提升(预计至少比4G快4倍),需要使用高带宽的毫米波频谱。但使用这么高的频率会给设计人员带来一些技术和操作挑战。一个主要的问题是,信号覆盖的范围因传播损耗⽽减⼩。这就是部署毫米波5G需要的基站比4G更多的原因之一。我们要用最佳数量的毫米波基站让5G毫米波在商业上可行,同时还要利用毫米波信号的波束成形,确保手机接收到足够强的信号。在设计大规模多入多出(MIMO)天线时,较高的频率意味着发射/接收元件的尺寸远小于4G,从而使得波束成形阵列所需的多个毫米波天线元件的物理尺寸较小。波束成形(也称波束控制),组合使用模拟移相器与数字控制技术,将输出功率动态集中到单个波瓣中,可为任何信号路径优化信噪比和误码率。

毫米波互连挑战

在设计基础设施时,毫米波射频开发面临的一个问题是,对于30GHz及以上的频率,用于产品PCB基板的材料会带来信号损耗以及负面的传播影响。理想情况下,需要较低的基板介电常数(Dk)。因此业界开始采用更薄的PCB尺寸和不同的基板材料,如聚四氟乙烯(PTFE)层压板。在带状线板和天线之间建立同轴连接传统上是使用无焊压缩连接器。但随着频率的升高,基板会变得越来越薄,越来越软,PCB上的的基板会被压缩,产生电容效应,从而引起反射,进而对电压驻波比(VSWR)产生负面影响,使链路性能和发射器效率降低。

Amphenol SV解决方案

Amphenol SV Microwave LiteTouch系列无焊PCB连接器不是使用实心插配连接器接口,而是使用圆珠接触弹簧顶针组件以尽量减少插配扭矩向主组件的传导(图1)。

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图1:左边是传统的无焊压缩连接器,显示了PCB基板的挠度。右边是Amphenol SV Microwave LiteTouch无焊连接器,它不会对PCB组件产生偏转力或压缩力。(资料来源:Amphenol SV Microwave)

螺丝安装的LiteTouch系列设计用于2.92mm、2.4mm和1.85mm连接器。另外也提供SMA版本。2.92mm连接器设计用于50Ω阻抗,额定频率高达40GHz,2.4mm连接器的额定频率高达50GHz,1.85mm连接器的则高达67GHz。SMA连接器适用于频率高达26.5GHz的应用。除了板上安装的版本外,还提供了一个PCB边沿安装系列。

图2显示了使用频率可以超过30GHz的标准压缩连接器对驻波比(VSWR)反射的影响,见红色曲线。相比之下,通过蓝色曲线可以看出,在使用Amphenol SV Microwave LiteTouch连接器时,反射的增加幅度最小。

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图2:在0GHz至40GHz频率区间内,标准压缩连接器与 Amphenol SV Microwave LiteTouch连接器的VSWR比较。(资料来源:Amphenol SV Microwave)

除了用于天线、前端模块和波束形成器等5G基础设施,设计师还可以将Amphenol SV Microwave LiteTouch连接器系列用于各种射频设备以及高速数字测试与测量设备、射频托盘以及开发板和原型设计板。

欲详细了解LiteTouch连接器系列,敬请访问:

https://www.mouser.cn/new/sv-microwave/amphenol-sv-microwave-litetouch/

作者简介

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Robert Huntley是一位具有HND资格认证的工程师和技术作家。他拥有电信、导航系统和嵌入式应用工程等专业背景,代表贸泽电子撰写了各种技术和实践文章。

原文链接:
https://www.mouser.cn/blog/blog/avoiding-connector-reflections-mmwave-applications

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