מחברי RF חדשים בצפיפות גבוהה

עם ממשק חומר אלסטי (elastomer) פותחה כדי לאפשר נקודות חיבור (מגעים) קטנים יותר בעלי הפסדים נמוכים מ-DC עד 40 גיגה-הרץ. היא מבטלת את מגעי הפין והשקע ואין לה חלקים נעים.
בעוד ממדי הרכיבים, הכרטיסים והתת-מערכות קטָנים, המחברים הופכים לעתים קרובות לרכיב המגביל את הגודל, כך שיש צורך להקטין את גודל השטח שלהם. יש גם צורך להגדיל את צפיפות החיבורים בהרבה מערכות או בכרטיסים קיימים כדי לקבל יותר נתונים או אותות מבלי לשנות את ממשק החיבורים הקיים. מחבר RF בעל צפיפות גבוהה
פותח ונבדק כדי לענות לצורך זה והוא פועל כמחבר בעל ביצועים גבוהים מ-DC עד 40 גיגה-הרץ.
המחבר החדש מעביר אותות בתדר גבוה דרך ממשק שטוח (planar) מיוחד. ממשק זה מבטל את הצורך בחיבורי פין ושקע האופייניים על-ידי שימוש באלסטומר בציר-Z כדי לספק את החיבור החשמלי בין זוג מגעים (פינים). האלסטומר עשוי מסיליקון, המשולב עם סיבי פלדת אל-חלד מצופים בזהב ומסודרים במרחקים של 0.35 מ”מ זה מזה. כאשר הם נלחצים על-ידי זוג מגעים (פינים) שטוחים, התילים מצופי הזהב שמשולבים באלסטומר, יוצרים מגע מכני בין שני המגעים (פינים) השטוחים ויוצרים סביבם מחסום EMI חשמלי כדי לספק בידוד מצוין. התוצאה היא חיבור RF בעל צפיפות גבוהה, בעל רוחב-פס גבוה וקומפקטי עם מרווח בין המרכזים של “0.130 כאשר הכיוון של המחבר איננו תלוי בנתיב ה-RF.

מבנה
המערכת החדשה משתמשת בכבל קואקסיאלי לתדר גבוה בעל הפסד נמוך ומערכת חיבורים ייחודית בעלת פטנט כדי להעביר את האות דרך מערכת החיבורים השטוחה עם האלסטומר. המערכת מאפשרת העברה של תדרים גבוהים בהפסדים והחזרות מזעריים. איור 1 מראה את חתך המערך עבור מגע הקואקס.
החיבורים הקואקסיאליים השטוחים (בצד שמאל) נלחצים אל האלסטומר אשר יוצר את המגע בין שני המגעים (פינים) השטוחים. איור 2 מראה את החתך של שני המחברים ואת הממשק האלסטומרי (הפס האופקי שבמרכז החתך). אין כל חלקים נעים ודרוש רק כוח חיבור בעל לחיצה נמוכה. המערכת מבטלת את הדקירה של המגעים (פינים). הממשק האלסטומרי. עשוי מסיליקון מסדרת FujipolyWSC בשילוב של סיבי פלדת אל-חלד מצופה זהב. הסיבים הם בקבוצות הבנויות מ-3 עד 6 סיבים מוליכים והקבוצות הן במרווח של 0.35 מ”מ אחד מהשני. איור 3a מראה מבט של חתך האלסטומר בו המוליכים מתקמרים (מתכופפים) במקומות שבהם נוצר מגע (לחץ). שטח המגע המרכזי והסיכוך החיצוני מוצגים שם. הסיבים המוליכים מבודדים אחד מהשני על-ידי מבודד הסיליקון.
לאלסטומר יש נקודות מגע מזהב בכל צד כדי לחבר את פיני הקואקס השטוחים שבכל מחבר בעת שלוחצים את המחברים זה אל זה, הבידוד ההכרחי שבין הפינים נשמר בזכות הסיליקון המבודד שנמצא במרווח בין קבוצות הסיבים המוליכים שאינם נלחצים אל משטח המגע. הבידוד בין קבוצות הסיבים המוליכים הוא מינימום 100MΩ. איור 3b מראה את קצות הסיבים המוליכים אשר חודרים דרך האלסטומר על מנת ליצור מגע עם מחבר (פיני) הקואקס השטוחים.

הדמיה
הדמיות EM בוצעו על נקודת החיבור של האלסטומר עם מגעי הקואקס השטוחים וכבל קואקסיאלי יחיד תוך שימוש ב-Microwave Studio של CST. איור 4 מראה חתך מקביל למישור האלסטומר, והוא תמונה רגעית של עצמת השדה בשיא בתווך ב-25 גיגה-הרץ. הצבע הכחול, המייצג עצמת שדה מאוד נמוכה, הנראה בכל מקום מחוץ למגע הסיכוך, הוא הוכחה שרעשים והפרעות (crosstalk) יהיו מאוד נמוכים.
הדמיה של זוג צמוד של קווי אותות יצר ניחות crosstalk של פחות מ-100dB-.
ביצועים
מדידות RF נערכו על זוג מחברי קואקס בעלי צפיפות גבוהה בעזרת כבל HFF-1087 ומחברי SMP בקצוות אשר יתחברו לציוד הבדיקה (network analyzer). התוצאות שנמדדו מראות ערכי שידור מעולים
( ו-4.5dB@-40GHz-) והפסד החזרה (Return Loss) של
(<20dB) עד 40GHz, כמתואר באיורים 5a ו-5b, בהתאמה.
תוצאות הבדיקה התייחסו לחיבור של זוג מחברי HDRFI אשר כללו כבלי קואקס בעלי ניחות נמוך ובעובי של 24AWG באורך של 2 רגל.
איור 6 מראה שהבידוד הנמדד בין מחברים סמוכים היה -100dB ב-15 גיגה-הרץ ובערך 95dB- ב-40GHz. היציבות של המחבר לאורך זמן גם כן נבדקה והוכח שהיה לו ניחות קבוע (סטייה תקנית של 0.05dB עד 26 גיגה-הרץ) לאחר יותר מ-2000 מחזורי חיבור (mating cycles), פי ארבע יותר מאשר מערכת מחברים אופיינית, כמתואר באיור 7.
המחבר גם הפגין שלמות אות (signal integrity) טובה מאוד. נתוני תבנית-העין (eye pattern) שנמדדו תוך שימוש בכבל Tensolite HFF-1087 (מגעי קואקס שנקבעו כאותות הפרשיים ב-D-SUB RF) מוצגים באיור 8 על-בסיס פרוטוקול Double Speed Fibre Channel באורך של 8 מטרים ללא שוויון (equalization).
טבלה 1 מראה סיכום של פרמטרי הביצועים החשמליים עבור מערך HDRFI. טבלה 2 מראה מפרטים מכניים עבור מערכת זו וטבלה 3 מראה את תוצאות בדיקות תנאי סביבה אשר נערכו.
יישומים דיגיטליים מהירים ו-RF רבים המחייבים ניתוב אותות קומפקטי, עושים שימוש במחברי RF בצפיפות גבוהה. היישומים כוללים אנטנות רחבות-פס עבור תקשורת מל”טים וכוחות קרקע, מודיעין אותות, מכ”ם מערך מופע (phased-array) בעל יותר מ-20,000 אותות למכ”ם ואף בכבילה מורכבת מאוד בתוך צוללות בעלות חלל מצומצם.

יישומים
מחברי HDRFI מסופקים כמכלול כבל בשלוש צורות: D-sub, D38999 ולמחברים משולבים (mezzanine). זמינות גם צורות אחרות. מכלולי הכבלים בהם משתמשים בד”כ הם קואקס 26AWG עבור יישומים פנימיים או 24AWG עבור יישומים חיצוניים.
משפחת מחברי ה-RF D-sub מיוצרת בארבע גדלים וניתן להשתמש בה ביישומי כבל-לכבל, כבל-לכרטיס או כרטיס-לכרטיס. סידורי המגעים הפנימיים מתוכננים תוך שיקולי ביצועים גבוהים ומיועדים להכיל יותר מגעי RF בגודל 16 מבוקרי עכבה (impedance controlled) מאשר מחברי D-sub אופייניים אחרים. מגעי ה-RF של ה-HDRFI הם מסוג press-in והמחברים יכולים להכיל מתאמים ואביזרים אחוריים (Back Shells) תקניים עבור מחברי D-sub. משפחת המחברים D-sub לאותות מעורבים מהווה פיתרון טוב המשלב מגעי הספק ו-RF לתדר גבוה בתוך מעטפת D-sub תקנית.
משפחת המחברים העגולים מיועדת ליישומים של ביצועים גבוהים. סידורי המגעים בתוך המחבר מתוכננים כדי לאכסן יותר מגעי RF מגודל 16 מבוקרי עכבה (impedance controlled) מאשר כל מחבר עגול הנמצא בשוק כיום. קו המוצרים הקיים מציע מחברים בגדלי מעטפת של 15 עד 25 והוא מבוסס על מפרט D38999.
מגעי ה-RF של ה-HDRFI הם מסוג
press-in והמחברים יכולים להכיל מתאמים ואביזרים אחוריים (Back Shells) תקניים עבור מחברי D38999.
סדרת המחברים העגולים לאותות מעורבים היא פתרון מעולה לשילוב של מגעי הספק ו-RF לתדר גבוה בתוך מעטפת של מחבר עגול סטנדרטי מסדרה D38999. מגוון הגדלים המוצע של המחברים נע בין מידה 15 ל-25, מגעי האותות החשמליים הם במידה 20AWG ומיועדים לשאת זרם של עד 7 אמפר בשילוב עם מגעי ה-RF של מחבר
ה-HDRFI. כל המגעים הם בשיטת ה-Press-in והמחברים יכולים להכיל מתאמים ואביזרים אחוריים (Back Shells) תקניים עבור מחברי D38999.
ניתן להתאים את מחברי ה-HDRFI כמעט לכל יישום, החל ממחברי כרטיס מיוחדים לסידורי מגעים פנימי שיכולים לקבל מישור הארקה משותף ולשמור על אותות מבודדים אחד מהשני. זהו פיתרון למחבר בעל ביצועים גבוהים וצפיפות גבוהה העונה ליישומים רבים מ-DC עד 40 גיגה-הרץ.

Christopher Tutt קיבל את ההכשרה שלו תוך שירותי בצי ארה”ב והוא בעל רקע בטכנולוגיית מכ”ם ומערכות בקרת אש. הוא משמש כיום כמנהל מוצר עבור Carlisle Interconnect Technologies, St. Augustine, FL. הוא היה מעורב בתכנוני כבלים, מחברים ומערכי כבל במשך 18 שנה. הוא כיום בעל חמישה פטנטים בתחום החיבורים.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת אלקטרונדארט