高达110 GHz!1.0mm射频连接器详解
2023-06-01
1.0mm连接器已经诞生32年了!1989年,精密连接器标准委员会IEEE287定义了1.0mm连接器的界面。
1.0mm连接器具有DC-110GHz超宽带特性,使得测试更简单了;以前需要多次连接系统,现在一次连接就可以完成多次测试了。
EEE标准里定义了两种等级的1.0mm连接器,实验室精密级LPC和普通精密级GPC。
普通精密级主要用于接头和电缆组件。
两种等级的主要差别是连接器的界面:净度、平整度、界面深度尺寸等要求严苛程度。
因为频率高达110GHz,1.0mm连接器的要求很严苛,不论是是普通精密级GPC,还是实验室计量级LPC,都没有什么公差空间可留。
1.0mm连接器的名字来源跟2.92mm、1.85mm等类似,是它的外导体内径的尺寸。
1.0mm界面定义为1.0mm外导体内径,空气介质,50欧姆阻抗和0.434mm中心导体外径。母头的中心针外径0.25mm,对于LPC和GPC母头针都有开槽设计,母头壁厚只能有大约0.09mm,对材料及机械加工的要求非常之高。
准确测量1.0mm连接器需要高质量高精度的校准件。
一般来说,矢网使用OPEN,SHORT,LOAD做为校准件。
然而低反射,VSWR<1.03(-30dB回损)的宽带固定负载非常难实现,需要使用滑动负载。
但对于1.0mm的连接器尺寸来说,做出滑动负载是不切实际的,要么太昂贵,要么做出来的产品太脆弱,滑动次数多了还会容易损坏或改变参数。
在高频段(高于50GHz)高精度的测量只能通过使用offset短路器。
利用现代精加工技术,offset短路器的尺寸,平整度,表面光洁度等均可精确控制。
可以使用多个offset短路器来覆盖50-110GHz频率范围。低于50GHz的部分,可以使用传统OPEN,SHORT,LOAD校准件。
110GHz的时候,空气里的波长只有2.72mm。
因此,在offset短路校准中要获得好的准确度,offset的长度和pin针的深度的精准控制是必要的。
这个offset 长度控制精度需要达到±0.005mm,对于传统测试方法而言确实很难。
准确测量pin针深度需要一套新的方法,近年使用的光学方法被证明是行之有效的。
这个offset 长度控制精度需要达到±0.005mm,对于传统测试方法而言确实很难。
校准件溯源最终回到尺寸标准上来。
测量中心导体的外径比较直接,相应的规也能实现。
然而商用1.0mm规在精度上还有欠缺,所以专门的计量级规产生需求。
但这种规的尺寸也是相当挑战,它的尺寸精度公差必须控制到LPC接头精度的1/5以内,而LPC精度为±0.003 mm ,所以大家可以想象一下难度。同时,本文提到的这些精度的测量,还需依赖更高精度的测量工具,否则无法测量也是没有意义的。
那么DC-110GHz的校准最终被分成哪几个频段了呢?
首先,低于50GHz的频段,使用了传统的OPEN,SHORT,LOAD方式;50-110GHz使用了offset短路器的方式,实施的时候又被分为两个频段:三段offset短路器(长度1.30,2.45和3.00mm)用于50-75GHz,另外三段长度(1.30,1.825和2.45mm)用于75-110GHz。
最初1.0mm的连接器应用比较少。第一个1.0mm接口产品诞生于1993年:一套电缆盒波导同轴转换器用来测试晶片的探针系统。德国罗森伯格,一家IEEE287成员单位,在1995年发布了他们的首款1.0mm连接器和转接器。随着1996年HP公司首款特别的85GHz测试系统以及Cascade Microtech的探针系统诞生,1.0mm产品发展步伐开始加速。HP发布8510XF矢量网络分析仪后,1.0mm相关产品及附件就如雨后春笋般成长起来。
几个案例:Microtech的ACP110晶片探针,GGB公司的探针,Rosenberger的接0.047英寸的1.0mm电缆组件及校准件
到2000年左右,1.0mm连接器已经广泛被毫米波测量领域接受。
借助当时HP 85059A校准和校验件,以及HP 8510XF矢量网络分析仪,已经可以获得精确的、重复性好的110GHz各类产品,如连接器和各类附件。
1.0mm的外导体部分,设计上都加强加固设计,但为了实现好的测试结构,工程师们在连接1.0mm连接器的时候得格外小心,因为它的心脏太脆弱。
2000年之后,美国欧洲在毫米波及太赫兹技术上的持续研究,催生出大量的1.0mm产品,应用于各行各业,当前的产品已经跟2000年不可同日而语,但最基础的东西没有改变。
中国近来毫米波应用也逐步热门起来,1.0mm的产品会越来越为广大业界人士所熟悉。
110GHz 的1.0mm连接器产品,主要应用于半导体测试,卫星通信以及仪器仪表;
90GHz的1.35mm产品主要应用于无人驾驶以及卫星通信领域;
毫米波连接器3.5mm,2.92mm,2.4mm以及1.85mm产品广泛用于光通信,物联网仪器仪表及雷达系统;
18GHz高频BNC产品应用于广电系统,4K,8K高清以及远程视讯通信;
SMP,SMPM,SMPS系列超小型化盲插产品,主要应用于卫星通讯,半导体通信,光通信以及安防系统;
低损稳相电缆组件广泛应用于雷达通信及传输系统;
整体铠装电缆组件应用于恶劣环境及远距离传输系统;
半钢半柔电缆组件用于5G通信设备,量子通信及仪器仪表等。