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Forum: HF, Funk und Felder Konnektor für 26 GHz


Autor: Marten Mcgonahy (mcgonahy148)
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Hallo zusammen,

Ich bin auf der Suche nach einem Konnektor/Buchse fuer bis zu 26 GHz. 
Das ganze sollte einen SMD footprint haben um ihn auf eine pcb 
bestuecken zu koennen.

Bekannt ist mir SMP oder Pc3.5. Gibts weiter Standards die hier in Frage 
kommen?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ja. oder "2.4", oder "K"

Autor: Wolfgang M. (womai)
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SMAs guter Qualitaet sind spezifiziert  bis 26.5 GHz (modenfrei in 
Wirklichkeit bis ca. 28 GHz). Und die sind viel billiger als 3.5mm o.ae. 
Wenn's Dich aber interessiert:

3.5 mm bis 35 GHz
2.92 mm bis 40 GHz ("K")
2.4 mm bis 50 GHz ("V")
1.85mm bis 60 GHz
1mm bis 110 GHz

3.5mm und 2.92mm sind mechanisch kompatibel zu SMA (d.h. man kann sie m 
miteinander verbinden. Aber auf empfohlene Drehmomente beim Festziehen 
achten - hoeher fuer 3.5mm und 2.92mm!). 2.4mm und 1.85mm sind 
zueinander kompatibel, aber nicht zu SMA. Je hoehere Maximalfrequenz, 
desto zerbrechlicher (ueber SMA haben die Dinger z.B. nur noch minimale 
Distanzhalter statt eines vollen Dielektrikums).

Die echte Herausforderung ist aber, die 26 GHz sauber vom Board in den 
Konnektor zu bekommen. Das ist NICHT trivial. Besonders, wenn es nicht 
"edge launch" ist (d.h. Konnektor-Achse in einer Linie mit der 
Mikrostrip-Leitung, sondern vertikal. Wenn das nicht gekonnt und sauber 
(= minimale parasitaere Elemente) ausgefuehrt ist, hilft Dir der beste 
Konnektor nix.

Wolfgang

Autor: Marten Mcgonahy (mcgonahy148)
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Hallo zusammen,

danke für die Antworten.

Wolfgang - freu mich über die ausführliche Antwort.

Du sagst dass SMA bis 26GHz spezifiziert ist, jedoch geben hier viele 
Hersteller viel niedrigere Frequenzen an. Ich selbst habe es auch noch 
nicht messtechnisch erfasst, ob da was dran ist oder nicht.

Zu gerne wüsste ich wie es sich in diesem Frequenzbereich auswirkt, 
würde ich hier SMA statt SMP, 3.5 etc. verwenden. Hast du hier Erfahrung 
Wolfgang?

Das mit den 26GHz auf den Stecker, das ist ein anderes Thema. Bezüglich 
Boarddesign bin ich leider ziemlich unwissend, interessieren würde es 
mich schon, was hier Probleme gibt oder zu beachten ist. Ich hab hier 
schon eine Applikation im Kopf, dort sind z.B. SMP nicht edge mounted, 
sondern eben "normal" von der Oberweite bestückt. Was ist hier das 
Problem? Parasitäre Efefkte der Anschlüsse, Bins...???


Gruß,
Markus

Autor: Wolfgang M. (womai)
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Ich arbeite beruflich mit Digitalsignalen bis 12 Gbps und hoeher, um das 
sauber zu uebertragen braucht man durchaus ca. 25 GHz Bandbreite (5. 
Oberwelle). Da verwende ich sehr erfolgreich (messtechnisch bestaetigt) 
SMA fuer die meisten Anwendungen. Allerdings nehme ich da lieber Edge 
Launch - viel einfacher gut hinzukriegen. Vertikal nur fuer geringere 
Frequenzen (bis ein paar GHz). Fuer besonders kritische Anwendungen 
2.92mm, aber das ist eine Groessenordnung teurer und zahlt sich nur aus, 
wenn Du dann auch entsprechende (und entsprechen teure) Kabel 
verwendest, sowie sicher bist, dass Dein Boardlayout inkl. Launch 
mindestens eben so gut ist.

Wenn es unbedingt vertikal sein muss: Durchkontaktierte Signalpins kann 
man vergessen - das waere eine riesige parasitaere Kapazitaet. Die 
Ground-Pins sollten hingegen schon durchkontaktiert sein - reine 
surface-mount-SMAs haften bloss mit ein bisschen Kupferfolie am Board 
und haben die Tendenz, schon beim normalen Festschrauben des Kabels 
loszureissen. Jetzt frag nicht, woher ich das so genau weiss :-)

Das Problem mit 26-GHz-Layout ist, dass jede kleine Inhomogenitaet in 
der Leitung wie eine kleine zusaetzliche Kapazitaet oder Induktivitaet 
wirkt. Zusammen mit der Leitungsimpedanz ergibt das einen Tiefpass. Z.B. 
1pF zuviel, mit 25 Ohm Impedanz (jeweils 50 Ohm zu & von der Kapazitaet 
in parallel) ergibt

Tc = 1pF * 25 Ohm = 25 ps

oder Anstiegszeit

T10/90 = 2.2 * Tc = 55ps

oder Bandbreite

BW(-3dB) = 0.33/T10_90 = 6 GHz.

Damit kann man 26 GHz schon vergessen. Muss also alles unter ca. 0.1pF 
sein - NICHT TRIVIAL!

Und 1pF faengt man sich schnell ein, wenn man nicht aufpasst. Jedes 
metallische Objekt in der Naehe der Leiterbahn (naeher als ca. 3-6x 
Leiterbanhbreite) macht sich als zusaetzliche Kapazitaet bemerkbar. Denk 
z.B. an die Stelle, wo die Leiterbahn unter den vertikalen Konnektor 
laeuft. Dazu kommt Streukapazitaet beim Knick von Leiterbahn in den 
vertikalen Konnektor (einer der Gruende, warum edge launch einfacher 
hinzukriegen ist). Usw. usf. Unerwuenschte Induktivitaet faengt man sich 
leicht ein, wenn die Rueckleitung nicht stimmt und man irgendwo eine 
"Leitungsschleife" hat - das ist wieder der Konnektor-Footprint ein 
guter Kandidat.

Natuerlich kann man vieles davon kompensieren - z.B. Leiterbahn unter 
dem Konnektor verjuengen. Aber damit das gut genug wird, muss man sich 
schon ein "bisschen" mit Simulationstools (HFSS, CST) auskennen und/oder 
ein, zwei Prototypen bauen, sowie die noetige Messtechnik 
(Netzwerkanalysator und/oder Reflektometer) zur Verfuegung haben.

Normales FR-4 kannst Du als Leiterplattenmaterial bei diesen Frequenzen 
auch vergessen. Da muss schon Rogers 4003 oder 4350 oder aehnliches her. 
Teuer und gut. Welches dann aber wieder Probleme mit der Haftung der 
Kupferschicht hat.

Was ist den eigentlich die Anwendung?

Wolfgang

P.S.: Wenn's kommerziell ist - ich nehme durchaus derartige 
Auftragsarbeiten an, und kann solche Strukturen auch ausmessen.

Autor: Marten Mcgonahy (mcgonahy148)
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Wolfgang M. schrieb:
> Ich arbeite beruflich mit Digitalsignalen bis 12 Gbps und hoeher, um das
> sauber zu uebertragen braucht man durchaus ca. 25 GHz Bandbreite (5.
> Oberwelle). Da verwende ich sehr erfolgreich (messtechnisch bestaetigt)
> SMA fuer die meisten Anwendungen. Allerdings nehme ich da lieber Edge
> Launch - viel einfacher gut hinzukriegen. Vertikal nur fuer geringere
> Frequenzen (bis ein paar GHz). Fuer besonders kritische Anwendungen
> 2.92mm, aber das ist eine Groessenordnung teurer und zahlt sich nur aus,
> wenn Du dann auch entsprechende (und entsprechen teure) Kabel
> verwendest, sowie sicher bist, dass Dein Boardlayout inkl. Launch
> mindestens eben so gut ist.

Hallo Wolfgang,

wow...das war mal eine ausführliche und vernünftige Antwort.

Deine Bestätigung gefällt mir, also dass du SMA bis rauf zu 25GHz 
verwendest. Aber nochmal, sind die Buchsen die du verwendest prinzipiell 
für diesen f-Bereich auf dem Datenblatt spezifiziert? Oder hast du dir 
gesagt, egal...ich probier das mal aus und messe mit meinem NWA nach? 
Ist nämlich schon eine interessante Sache das Ganze. Edge mount wurde 
bei uns hier auch schon verwendet, jedoch bin ich im Prüfbereich 
unterwegs und es handelt sich hier um eine größere Stückzahl an 
Platinen, den Platz für Edge-Mount SMA`s haben wir unter Umständen 
nicht. Preislich glaub ich dir dass 2.92 ordentlich einschlägt. Mit SMP 
hast du keine Erfahrung so wie ich das sehe?

Wolfgang M. schrieb:
> Wenn es unbedingt vertikal sein muss: Durchkontaktierte Signalpins kann
> man vergessen - das waere eine riesige parasitaere Kapazitaet. Die
> Ground-Pins sollten hingegen schon durchkontaktiert sein - reine
> surface-mount-SMAs haften bloss mit ein bisschen Kupferfolie am Board
> und haben die Tendenz, schon beim normalen Festschrauben des Kabels
> loszureissen. Jetzt frag nicht, woher ich das so genau weiss :-)

Also ich selbst entwickle das Layout nicht, ich verwende die Pcb`s nur 
anschließend und kann dem Entwickler lediglich behilflich sein oder Tips 
geben. Ich weiss jedoch nicht wie routiniert und erfahren der Layouter 
ist. Das mit den SMA`s habe ich selbst schon erfahren bzw. gesehen, hier 
reissen ruckzuck die Pads ab und vorbei ists mit der Buchse. Mehrere 
kleine Vias in den Massepads sind da wohl nicht schlecht.

Wolfgang M. schrieb:
> Das Problem mit 26-GHz-Layout ist, dass jede kleine Inhomogenitaet in
> der Leitung wie eine kleine zusaetzliche Kapazitaet oder Induktivitaet
> wirkt. Zusammen mit der Leitungsimpedanz ergibt das einen Tiefpass. Z.B.
> 1pF zuviel, mit 25 Ohm Impedanz (jeweils 50 Ohm zu & von der Kapazitaet
> in parallel) ergibt
>
> Tc = 1pF * 25 Ohm = 25 ps
>
> oder Anstiegszeit
>
> T10/90 = 2.2 * Tc = 55ps
>
> oder Bandbreite
>
> BW(-3dB) = 0.33/T10_90 = 6 GHz.
>
> Damit kann man 26 GHz schon vergessen. Muss also alles unter ca. 0.1pF
> sein - NICHT TRIVIAL!

Ja, ich kanns mir zwar grob vorstellen dass sich hier jede 
Unregelmäßigkeit schnell in C`s und L`s bemerkbar macht, in welchen 
Größenordnungen dass jedoch liegt, kann ich nicht sagen, auch aus der 
fehlenden Praxiserfahrung. In wie fern hast du das nachgewiesen dass man 
hier mal schnell 1pF sich einfängt? Oder sind dass grobe Richtwert die 
man so als Schätzung abgibt? Oder NWA raus und drauf los messen? :-)

Wolfgang M. schrieb:
> Und 1pF faengt man sich schnell ein, wenn man nicht aufpasst. Jedes
> metallische Objekt in der Naehe der Leiterbahn (naeher als ca. 3-6x
> Leiterbanhbreite) macht sich als zusaetzliche Kapazitaet bemerkbar. Denk
> z.B. an die Stelle, wo die Leiterbahn unter den vertikalen Konnektor
> laeuft. Dazu kommt Streukapazitaet beim Knick von Leiterbahn in den
> vertikalen Konnektor (einer der Gruende, warum edge launch einfacher
> hinzukriegen ist). Usw. usf. Unerwuenschte Induktivitaet faengt man sich
> leicht ein, wenn die Rueckleitung nicht stimmt und man irgendwo eine
> "Leitungsschleife" hat - das ist wieder der Konnektor-Footprint ein
> guter Kandidat.

Hier hak ich nochmal ein...kann ich sowas mit meinem NWA nachweisen? 
Oder muss man hier explizit auf etwas aufpassen bzw. wg. 
Messunsicherheit?

Wolfgang M. schrieb:
> Normales FR-4 kannst Du als Leiterplattenmaterial bei diesen Frequenzen
> auch vergessen. Da muss schon Rogers 4003 oder 4350 oder aehnliches her.
> Teuer und gut. Welches dann aber wieder Probleme mit der Haftung der
> Kupferschicht hat.

Rogers wird schon verwendet, das ist klar. FR-4 ist da absolut out ;-)

Die Anwendung ist wie gesagt im Prüfbereich, wir haben hier viele 
Umweltprüfungen etc. und da werden diverse Prüflinge auf eigens 
angefertigen Boards getestet. ICh entwickle die Boards wie gesagt nicht, 
hab jedoch dann mit den HF-Produkten zu tun.

Bist du selbstständig oder nimmst du über deine Firma Aufträge an?


Schönen Gruß,
Markus

Autor: Wolfgang M. (womai)
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Hallo Markus,

>Aber nochmal, sind die Buchsen die du verwendest prinzipiell
>für diesen f-Bereich auf dem Datenblatt spezifiziert

Ja, sind sie. SMA ist im Gegensatz zu 3.5mm und darueber nicht so genau 
standardisiert, was z.B. mechanische Toleranzen angeht. Damit kann sich 
jeder Hersteller bis zu einem gewissen Grad sein eigenes Sueppchen 
kochen. (und deshalb versuche ich nie, billig-SMAs mit teuren 
2.92mm-Accessories zu verbinden!). Daher gibt's SMAs die bis 12, bis 18 
oder bis 26.5 GHz spezifiziert sind. Mit der Bandbreite steigt auch der 
Preis, ist aber immer viel guenstiger als 3.5mm etc.

Mit SMP habe ich selber nicht viel Erfahrung. Ich bin allerdings bei 
industriellen Anwendungen immer ein bisschen skeptisch, wenn nix 
verschraubt wird - irgendwann loest sich dann die Steckverbindung... 
Ansonsten gilt dasselbe bezueglich sauberem Boardlayout.

Auf den Layouter wuerde ich mich bei 26 GHz nicht verlassen, ausser der 
hat schon ein funktionierendes Referenzlayout, das er bloss kopiert. 
Sowas kann man nicht einfach grob hinschaetzen.

>In wie fern hast du das nachgewiesen dass man
>hier mal schnell 1pF sich einfängt? Oder sind dass grobe Richtwert die
>man so als Schätzung abgibt?

Das kann man mit einem EM-Simulator (z.B. HFSS, CST, eventuell Sonnet) 
berechnen, sowie mit VNA oder TDR messen. VNA ist da eigentlich nicht so 
gut weil man immer das Verhalten des gesamten Signalpfades auf einmal 
kriegt. Das ist eher gut, um nachzuweisen, das die Bandbreite insgesamt 
passt, aber weniger gut, um herauszufinden, wo genau die Probleme 
liegen. Mit einer TDR (Time Domain Reflectometer) kann man viel 
einfacher einzelne Komponenten (z.B. den Uebergang von Leiterbahn zu 
Konnektor) sichtbar machen. Muss allerdings eine sehr schnelle 
Anstiegszeit haben (26 GHz entspricht ca. 13ps T10_90). Viele teure VNAs 
bieten aber oft Echtzeit-FFT, mit der man die S-Parameter in eine 
TDR-Kurve (Sprungantwort) umrechnen kann.

Ich habe schon beides (Messen und Rechnen) gemacht, aber man faengt mal 
mit einer ungefaehren, schnellen Abschaetzung an und stellt erst mal 
sicher, dass man nicht meilenweit vom 26-GHz-Bandbreitenziel entfernt 
ist (sonst muss man was Grundlegendes aendern). Eine genaue 
3D-Simulation ist auch nicht so trivial, oft finde ich es einfacher, 
nach einigen Ueberlegungen und Abschaetzungen einfach einmal ein paar 
Teststrukturen anzufertigen und auszumessen. Da findet man oft ganz 
interessante Sachen heraus.

Abgesehen von Parasitics muss man ja auch noch aufpassen, dass die 
Leitungsverluste nicht zu gross werden - das ist bei 26 GHz nicht mehr 
vernachlaessigbar, vor allem die Leiterbahn am Board (Kabel sind 
ueblicherweise besser).

Wolfgang

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