Zuverlässige HF-Verbindung ohne Störeffekte

Auf den ersten Blick scheint die Kabelkonfektionierung mit geeigneten Steckverbindern nicht sonderlich komplex zu sein. Um Stecker und Buchsen mit wenigen Handgriffen an die freigelegten Kabelenden zu crimpen oder zu löten, braucht es kein Expertenwissen. Allerdings entscheidet die Wahl der anwendungsspezifisch passenden Kombination aus Kabeln und Steckverbindern über die Aktive EMI-Filter . Deshalb empfiehlt es sich nicht nur aus Gründen der Aufwandsverringerung, spezialisierte Hersteller mit der Auswahl und Konfektionierung der Komponenten zu beauftragen. Besonders im Hochfrequenz-Bereich, wo hohe Datenmengen mit etlichen Gigahertz im Echtzeittempo übertragen werden, ist spezielles Know-how gefragt, da sich nur durch die Berücksichtigung wichtiger technischer Parameter eine zuverlässige, reflexionsarme HF-Verbindung gewährleisten lässt.

Technische Parameter für eine zuverlässige, reflexionsarme HF-Verbindung

Zu den zentralen Parametern zählt der Wellenwiderstand, der an die Impedanz der verbundenen Koaxialkabel angepasst sein muss. Entscheidenden Einfluss auf die optimale, zumeist 50 Ω betragende Impedanz hat die Auswahl des geeigneten Isolators hinsichtlich seiner Durchschlagsfestigkeit, des Oberflächenwiderstands und der Temperaturstabilität. Weitere für den Wirkungsgrad der HF-Steckverbindung relevante elektrische Parameter betreffen die Rückfluss- (Return Loss) und Einfügedämpfung (Insertion Loss). Um die Rückflussdämpfung zu minimieren, müssen die von der Steckerkonstruktion und dem Steckertyp abhängigen Durchmesserverhältnisse so konzipiert sein, dass störende Wellenreflexionen in Relation zur übertragenen Leistung möglichst gering ausfallen.

Bei mit Steckverbindern konfektionierten HF-Kabeln ist zudem die durch Kabelaufbau und Länge bedingte Einfügedämpfung zu berücksichtigen, die mit zunehmender Größe zur Minderung der Signalstärke führt. Ebenso bedeutsam für die Wahl des richtigen Steckverbinders ist die anwendungsspezifische Leistungsaufnahme. Zu hohe Spitzen- und Dauerleistungen können Ausfälle durch Lichtbogenbildung bzw. eine Überhitzung des Steckverbinders verursachen. Daher müssen Eigenschaften wie der Kontaktübergangswiderstand, die Temperaturbeständigkeit, Einbaulage und der eingesetzte Isolator auf die spezifische Leistungsaufnahme der Anwendung abgestimmt sein.

Schließlich gilt es, Störeffekten wie Rauschen und Verzerrungen aufgrund von passiver Intermodulation (PIM) vorzubeugen. Diese Störphänomene treten auf, wenn zwei oder mehr Signale, die mit einer unterschiedlichen Frequenz durch passive Komponenten wie zum Beispiel Koppler, Anschlüsse, Koaxialstecker, Kabel usw. übertragen werden, sich überlagern und ihrerseits unerwünschte Signale erzeugen.

Hochfrequenz-Kompetenz

Mit über 50 Jahren Erfahrung hat sich IMS Connector Systems als Technologiepartner für die sichere, zuverlässige Hochfrequenz-Signalübertragung etabliert. Der HF-Spezialist entwickelt und fertigt mit einem über 40-köpfigen Entwicklungsteam und vier Produktionsstandorten eine große Palette an Steckverbindern vom klassischen BNC-Format über SMA- und SMB-Varianten bis hin zu Steckverbindern der neuesten Generation wie dem Nex10, MCA (MiniCoax Automotive)  und Gigabit Ethernet HTP Automotive. Durch seine Fertigungstiefe kann der Hersteller von der Konzeption und Bemusterung über die Drehteil- und Spritzgussfertigung bis zur Serienproduktion das komplette Leistungsspektrum aus einer Hand anbieten.

Darüber hinaus führt das Unternehmen kundenspezifische Kabelkonfektionierungen und Baugruppenmontagen beispielsweise für die Leiterplatten-Verbindung auch mit selbst entwickelten B2B-Steckverbindern durch. Um die elektromagnetische, mechanische und thermische Funktionalität der Komponenten und Baugruppen sicherzustellen, durchlaufen die Produktreihen vor und während der Fertigung umfassende Test- und Prüfverfahren. Dazu zählen Simulationsprogramme zur Leistungsmessung und thermischen Belastbarkeit ebenso wie vektorielle Netzwerkanalysen, Frequenzbereichsprüfungen auf Störeffekte durch passive Intermodulation (PIM) oder die Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Alle Produktions-, Montage- und Prüfprozesse entsprechen den aktuellen Normen und folgen standardisierten Verfahren.

Antennenanschluss für Funkmodule

Auch kundenspezifische Sonderlösungen beispielsweise für den Antennenanschluss von Funkmodulen, die in Umgebungen mit rauen Umweltbedingungen eingesetzt werden, entwickelt und fertigt das Unternehmen. Eine beispielhafte Lösung besteht aus einem speziell konfektionierten Pigtail-Kabel, an dessen einem Ende ein Micro-Coaxial-Connector vom Typ MCX mit Schnappverbindung angebracht ist. Der auf der Leiterplatte des Funkmodems montierte Steckverbinder ist für einen Frequenzbereich bis 6 GHz spezifiziert und besitzt bei 30 Prozent weniger Baugröße die gleichen Kontakt- und Isolatorabmessungen wie ein SMB-Steckverbinder. Als Leitung kommt ein flammwidriges, halogenfreies RG-316-Koaxialkabel mit leistungsstarker Signalübertragung zum Einsatz.

Besonders hohe Anforderungen wurden an die Dichtigkeit des Koax-Anschlusses für die externe Antenne gestellt, der auch im ungesteckten Zustand die Schutzart IP67 gewährleisten musste. Hierzu wurde eine für Temperaturbereiche von -60 °C bis +200 °C ausgelegte Silikondichtung integriert und die Isolierhülse im Steckverbinder für die Aufnahme der Dichtringe angepasst. Um den Zielwert von 50 Ω zu erreichen, wurden die Dichtringe möglichst nah an einer Induktivitätsstelle mit erhöhter Impedanz montiert. Das kundenspezifisch konfektionierte Pigtail-Kabel erfüllt alle Kriterien für eine stabile Kommunikation auch bei extremen Umweltbedingungen und hat sich im rauen Einsatzumfeld wie beispielsweise der satellitengestützten Navigation von Landmaschinen, der Klimaüberwachung in meteorologischen Stationen und der 24/7-Echtzeit-Datenkommunikation bei Offshore-Einsätzen bewährt.

Miniaturanschluss für Radarmessgeräte

Auch zur Messung von Drücken, Füll- oder Grenzständen sind oftmals kundenspezifische HF-Steckverbinder gefragt, die sich mit ihrem Formfaktor exakt in die Gehäusekonstruktion einfügen. Bei Radarmessungen von Füllständen in Prozess- oder Lagerbehältern müssen die Frequenzbereiche zudem an die spezifische Radarsensorik angepasst werden, um exakte Messergebnisse zu liefern. Mit spezialgefertigten HF-Steckverbindern im Millimeterformat hat IMS CS in Abstimmung mit den Anwendern Sonderlösungen für die berührungslose, hochpräzise Radarmessung von Flüssigkeiten und Schüttgütern entwickelt, die eine verlustfreie Übertragung in Messbereichen von mehr als hundert Metern unterstützen. Für den Einsatz der Radarsensorik im Ex-Bereich gibt es die Anschlusskomponenten auch in hermetisch abgedichteter Ausführung.

Fazit

Als Spezialist für die Hochfrequenztechnik unterstützt IMS CS Anwender aus der Industrieautomation, Telekommunikation und dem Automotive-Sektor mit kundenspezifisch entwickelter Verbindungstechnik. Darüber hinaus führt der Hersteller ein breites Sortiment an Steckverbindern mit verschiedenen Anschlussformaten wie SMA, SMS, TYPE-N, TNC, SMB und BNC. Für den wachsenden Small-Cell-Bereich fertigt das Unternehmen kompakte, witterungsbeständige Steckverbinder, Board-to-Board-Steckverbinder und Kabelkonfektionen, die in GSM-, UMTS-, LTE- und 5G-Netzen eingesetzt werden. Im Automotive-Sektor bietet das Unternehmen u. a. miniaturisierte Steckverbinder der Reihen Mini Coax Automotive (MCA) und FAKRA (SMBA) sowie Lösungen für Automotive Ethernet über High Speed Twisted Pair (HTP) und LVDS über High Speed Data Interconnect (HSD). (neu)