Designüberlegungen, Tipps und Techniken für 5G-Verbindungslösungen

Die Einführung von 5G-Netzen und den damit verbundenen Geräten wird höhere Anforderungen an die aktuellen Steckverbinderarchitekturen stellen. Für die Großserienfertigung müssen Investitionen in die Steckverbindertechnologie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Größe und Kosten herstellen, um auf dem Markt erfolgreich zu sein. Bei Gigahertz-Anwendungen stellt die Notwendigkeit, interne und externe Quellen elektromagnetischer Störungen (EMI) zu isolieren, eine einzigartige Herausforderung für 5G-Anwendungen dar. Nehmen wir zum Beispiel ein 5G-Mobiltelefon. Es enthält mehrere Subsysteme (GPS, Wi-Fi, Mobilfunk unter 6 GHz und mmWave 5G), die zusammenarbeiten müssen, um Antennenverluste und Induktivitätsprobleme auf ein viel niedrigeres Niveau zu reduzieren und die Interoperabilität zwischen den Subsystemen zu gewährleisten.Die Millimeterwellen-Subsysteme eines 5G-Mobiltelefons, die für eine effiziente Millimeterwellen-Strahlung ausgelegt sind, müssen sich auch in unmittelbarer Nähe zu empfindlichen CPU-Kernen und passiven Antennen befinden. Dies kann zu Problemen mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) führen. Es gibt viele Lösungen, um diese Probleme zu entschärfen. Dabei handelt es sich jedoch in der Regel um CNC-gefräste Lösungen mit größeren und schwereren hoch abgeschirmten Koaxialstrukturen. 5G-Geräte für Endverbraucher müssen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Größe und Kosten bieten. 5G-UE-Geräte müssen die Grenzen der Miniaturisierung ausreizen und gleichzeitig eine höhere Leistung erzielen, um diese Geräte der nächsten Generation zu unterstützen. Dieser Trend scheint sich nicht zu verlangsamen, und auch das EMV-Problem wird nicht einfacher werden. Kleine HF-Koaxialsteckverbinder auf Mikrostreifen- und Flachbandkabelbasis in Kombination mit Lösungen für die Kabelerdung und das Kabelbaummanagement stellen eine Reihe fortschrittlicher EMI-Lösungen dar. Diese kleinen, abgeschirmten und preiswerten Komponenten spielen eine Schlüsselrolle in der EMI-Konformitätsstrategie des erfolgreichen Produktentwicklers. Das branchenübliche Verfahren für die Konstruktion ist das Erreichen von Leistungszielen; erst wenn die Leistungsziele erreicht sind, kann das Gleichgewicht zwischen Komponentengröße und Kostenbeschränkungen optimiert werden. Da die Frequenzen jedoch unweigerlich weiter ansteigen, wird die EMI-Unterdrückung und -Isolierung zu einer wichtigen ersten Überlegung" zu Beginn eines Projekts. Glücklicherweise gibt es schrittweise wirksame Lösungen, die dazu beitragen können, die EMI-Emissionen des Systems auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Eine Komponentenoption ist eine kostengünstige Mikrostreifenversion der Board-to-Wire-Lösung (siehe Abbildung 1). Sie bietet grundlegende HF-Koax-Verbindungen zur PCB-Mikrostreifenstruktur. Einige HF-Designs können die Mikrostreifenleistung akzeptieren und benötigen nur 2 Metallschichten auf der Leiterplatte, was die Kosten und die Dicke der Leiterplatte reduziert. Bei höheren Frequenzen sind sie jedoch möglicherweise nicht in der Lage, EMI-Emissionen ausreichend zu unterdrücken, um die Anforderungen zu erfüllen. In Fällen, in denen Mikrostreifenübertragungsleitungen nicht ausreichen, um die EMI-Leistungsanforderungen zu erfüllen, kann eine dreilagige Streifenleitungsübertragungsstruktur erforderlich sein. In diesen Fällen sind Low-Back-Hochleistungs-HF-Bandleitungsverbinder (siehe Abbildung 6) die Lösung. In Hochleistungsumgebungen, in denen zusätzliche EMI-Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen, kann das Anbringen einer SMT-Erdungsklemme (siehe Abbildung 3) hilfreich sein. Dies ist ein großartiges, kostengünstiges Hilfsmittel, das EMI-Emissionen erheblich unterdrücken kann, wodurch der Aufwand für die Neugestaltung des Leiterplattenlayouts noch weiter reduziert wird. Die Verbesserung der Abschirmwirkung durch die SMT-Erdungsklemme lässt sich leicht erkennen, wenn man Abbildung 4 mit Abbildung 7 vergleicht. Wir haben die 3D-EM-Simulation Ansys® HFS™ S verwendet, um die Abschirmungsleistung für die folgenden vier Fälle genauer zu untersuchen:

1:Fall 1 - Vorgabe der gewünschten EMI-Leistung, Mikrostreifen-Übertragungsleitung:

Mit Hilfe von Mikrostreifen-HF-Steckverbindern wurde ein Mikrostreifen-Leitungsgehäuse gebaut und in HFSS simuliert. Die Mikrostreifenstruktur ermöglicht es der Strahlung, der geführten Wellenstruktur zu entkommen, wie in Abb. 2 gezeigt.

Abbildung 1: Microstrip-Querschnitt

Abbildung 2: Der I-PEX MHF®4L-Miniatur-HF-Koaxialleitungsverbinder wird an eine Mikrostreifen-Hohlleiterstruktur angeschlossen, die zwar über inhärente Strahlungseigenschaften verfügt, aber dennoch eine unzureichende EMI-Dämpfung aufweist.

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2:Fall 1b - HF-Mikrostreifensteckverbinder mit zusätzlicher SMT-Masseklemme:

Mit der zusätzlichen SMT-Erdungsklemme beschränkt sich die EMI-Strahlung auf den Bereich um den Emissionspunkt und wird über die Länge der Mikrostreifenleitung erheblich reduziert (siehe Abbildung 4). Es sollte auch beachtet werden, dass dies zwar nicht zu einer vollständigen Abschirmung führt, aber eine zusätzliche Erdungsschicht und die mit einer neuen Plattendrehung verbundenen Kosten entfallen.

Abbildung 3: EMI-Simulationsfall 1b, bei dem die I-PEX® MP-A SMT-Erdungsklemme verwendet wird, um den Störstrom von der sehr dünnen Koaxialkabelabschirmung zur Erdungsschicht der Leiterplatte abzuleiten.

Abbildung 4: EMI-Simulationsfall 1b verwendet die I-PEX® MP-A SMT-Erdungsklemme, um den Interferenzstrom von der sehr dünnen Koaxialkabelabschirmung zur Erdungsschicht der Leiterplatte abzuleiten und so die Größe des EMI-Leckagebereichs zu begrenzen.

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3:Fall 2 - Es wird ein höheres Maß an EMI-Leistung verlangt, was Flachbandkabel-Übertragungsleitungen und HF-Bandkabel-Steckverbinder erfordert:

Langlebige, wertsteigernde Designs verwenden in der Regel eine 3-lagige Banddraht-Übertragungsleitungsstruktur (siehe Abbildung 5). Aus diesem Grund wurde eine neue Lösung für gestanzte Steckverbinder entwickelt (siehe Abbildung 7). Die Signalleiter befinden sich vollständig innerhalb der durch die Masseschicht definierten Grenzen auf beiden Seiten der Signallage, was eine bessere Abschirmung im Leiterplattendesign ermöglicht (siehe Abbildung 8).

Abbildung 5: Querschnittsansicht der Streifenleitung (3 Schichten).

Abb. 6": Die extrem kleinen HF-Koaxialsteckverbinder und -kabel des I-PEX MHF®7S, die mit der Bandleitungsübertragungsstruktur verbunden sind, ermöglichen ein sehr geringes Maß an EMI-Leckagen auf der oberen Masseschicht der Leiterplatte.

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4:Fall 2b - Flachbandkabel-Übertragungskabel und RF-Flachbandkabel-Steckverbinder mit extra SMT-Erdungsklemme bieten einen höheren Grad an EMI-Unterdrückung:

Für extrem empfindliche Systeme, die eine höhere EMI-Abschirmung erfordern, kann die Leistung von HF-geschirmten Flachbandkabeln mit kleinen HF-Koaxialkabelsteckern durch den Einsatz von SMT-Erdungsklemmen weiter verbessert werden (siehe Abbildung 7).

Abbildung 7: Zusätzlich zu SMT-Erdungsklemmen ermöglichen verriegelbare Flachbandkabel-HF-Steckverbinder ein höheres Maß an EMI-Schutz.

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5:Schlussfolgerung:

Eine kontinuierliche Verbesserung der EMI-Abschirmungseffektivität kann durch die Verwendung von: 1. Mikrostreifen-Mini-HF-Koaxialkabel-Steckverbindern (siehe Abbildung 2) 2. Mikrostreifen-Mini-HF-Koaxialkabel-Steckverbindern + SMT-Kabelerdungsclips (siehe Abbildung 4) 3. Flachbandkabel-Mini-HF-Koaxialkabel-Steckverbindern (siehe Abbildung 6) 4. Flachbandkabel-Mini-HF-Koaxialkabel-Steckverbindern + SMT-Kabelerdungsclips (siehe Abbildung 7) Mit dem Aufkommen von 5G-Geräten sehen wir den steigenden Leistungsdruck auf die Steckverbindertechnologie. Die Nischenposition gestanzter Steckverbinderlösungen wird durch 5G zu einer Herausforderung: Leistung, Platz und Kosten. Die Entwicklung dieser Technologie wird neue Lösungen inspirieren, die jetzt und in absehbarer Zukunft aus 5G hervorgehen.

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6. eine kurze Beschreibung des Unternehmens und der Produkte, die es verkauft:

World Trade Electronic Products ist eine professionelle, präzise und vertikale Verkaufsplattform für die Elektronikindustrie, die sich auf das Angebot, die Nachfrage und den Verkauf von Steckern, Kabelbäumen und Kabeln konzentriert! Wir sind spezialisiert auf die Produktion/Verkauf von {Steckverbinder|Kabelbäume|Drähte und Kabel}; wenn Sie kaufen wollen oder wissen, welche Steckverbinder|Kabelbäume|Drähte und Kabel wir anbieten können, zögern Sie bitte nicht, uns über die folgenden Wege zu kontaktieren.