5G连接器解决方案的设计考虑、技巧和技术

5G网络及其连接设备的部署将对当前的连接器结构提出更高的要求。对于大批量制造业，连接器技术的投资必须在性能、尺寸和成本之间取得平衡，才能在市场上蓬勃发展。对于千兆赫兹的应用，隔离内部和外部电磁干扰源（EMI）的需求对于5G应用来说是一个独特的挑战。以5G手机为例。它包含多个子系统（GPS、Wi-Fi、蜂窝sub-6 GHz和mmWave 5G），这些子系统需要协同工作，以更大限度地将天线失感问题降至更低，并确保整个子系统的互操作性。5G手机的毫米波子系统设计用于有效的毫米波辐射，还必须位于敏感CPU核心和无源天线附近。这会导致电磁兼容性（EMC）的问题。有许多解决方案可以缓解这些问题。然而，这些解决方案往往是CNC加工的解决方案，具有更大且更重的高度屏蔽的同轴结构。供消费者使用的5G设备需要在性能、尺寸和成本之间谨慎的保持平衡。5G UE设备必须突破小型化的限制，同时产生更大性能，以支持这些下一代设备。这一趋势没有减缓的迹象；正如EMC的问题并没有表现出变会得简单的迹象一样。微带和带状线小型射频同轴线连接器与电缆接地和线束管理解决方案相结合，代表了一系列渐进式EMI解决方案。这些部件体积小、带屏蔽功能且价格低廉，在成功的产品工程师的系统EMI合规战略中起着关键作用。工程设计的行业标准程序为：实现性能目标；只有在达到性能目标后，才能优化元器件尺寸和成本约束之间的平衡。然而，随着频率持续的不可避免地上升，电磁干扰抑制与隔离在项目开始时成为一项关键的“首要考虑”要素。幸运的是，有渐进式的有效的解决方案可以帮助将EMI系统排放降低到可接受的水平。种元器件选择是一种低成本、微带版的板到线解决方案（见图1）。它为PCB微带结构提供基本的射频同轴线连接。某些射频设计可以接受微带性能，并且在PCB上只占用2层金属层，从而降低PCB成本和厚度。然而，对于更高的频率，它可能无法充分抑制EMI辐射以通过合规性。在微带传输线不足以满足EMI性能要求的情况下，可能需要采用3层带状线传输结构。在这些情况下，低背、高性能的RF带状线连接器（见图6）是解决方案。在高性能环境中，必须采用额外的EMI对策，添加SMT接地夹（见图3）会有所帮助。这是一个很好的低成本工具，可以极大地抑制EMI发射，从而更大限度地减少PCB布局重新设计的工作量。通过对比图4和图7，可以很容易地看出添加SMT电缆接地夹后屏蔽效能的相关改进。我们使用了Ansys® HFS™ S三维电磁模拟对以下四种情况的屏蔽性能进行了更仔细的检查：

1:案例1–预置所需EMI性能，微带传输线：

利用微带射频连接器搭建了微带传输线机箱，并在HFSS中进行了仿真。如图2所示，微带结构允许辐射逃逸导波结构。

图1：微带截面图

图2： I-PEX MHF®4L小型射频同轴线连接器连接着微带波导结构，该结构具有固有的辐射特性，但仍存在EMI抑制方面的不足。

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2:案例1b–带额外的SMT接地夹的RF微带连接器：

随着SMT接地夹的增加，EMI辐射局限于发射点周围的区域，并沿微带线长度显著降低（见图4）。还应该指出的是，虽然这不会产生完全屏蔽，但它不需要额外的接地层和新电路板旋转的相关成本。

图3：EMI模拟案例1b，使用I-PEX®MP-A SMT接地夹将干扰电流从极细同轴电缆屏蔽处排至PCB接地层。

图4：EMI模拟案例1b使用I-PEX®MP-A SMT接地夹将干扰电流从极细同轴电缆屏蔽处排至PCB接地层，从而限制EMI泄漏区域的面积。

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3:案例2–需要更高水平的EMI性能，需要带状线传输线和RF带状线连接器：

耐用的超值设计通常使用3层带状线传输线结构（见图5）。为此，一种新的冲压连接器解决方案应运而生（见图7）。信号导体完全包含在信号层两侧的接地层定义的边界内，这在PCB设计中提供了更佳屏蔽（见图8）。

图5：带状线（3层）横截面图。

图6“：I-PEX MHF®7S极小型射频同轴线连接器和连接到带状线传输结构的电缆，允许在上部PCB接地层上产生非常小程度的EMI泄漏.

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4:案例2b–带额外SMT接地夹的带状线传输线和RF带状线连接器提供更高程度的EMI抑制：

耐对于要求更别EMI屏蔽抑制性能的极端敏感系统，SMT接地夹的添加，进一步增强了射频屏蔽带状线至小型射频同轴线连接器的性能（见图7）。

图7：除SMT接地夹外，带状线射频可锁定连接器可实现更高水平的EMI缓解。

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5:结论：

EMI屏蔽效能的持续改进可通过使用：1. 微带小型射频同轴线连接器（见图2）2. 微带小型射频同轴线连接器+SMT电缆接地夹（见图4）3. 带状线小型射频同轴线连接器（见图6）4. 带状线小型射频同轴线连接器+SMT电缆接地夹（见图7）随着5G设备的兴起，我们看到了连接器技术的性能压力不断增加。冲压连接器解决方案的利基地位已经成为5G带来的挑战：性能、空间和成本。这项技术的发展将激发5G现在和可预见的未来出现的新解决方案。

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