Blog

Nov 25, 2023

9 étapes pour sélectionner un câble de test pour les applications à ondes millimétriques

Les fréquences des signaux radio montent jusqu'à la plage des ondes millimétriques (mmWave)

Les fréquences des signaux radio atteignent la plage des ondes millimétriques (mmWave) car des applications telles que les réseaux 5G, les systèmes radar automobiles et les sondages à semi-conducteurs RF exigent plus de bande passante à des fréquences plus élevées. Les tests font partie intégrante du développement de nouveaux produits de qualité qui fonctionneront dans ces fréquences mmWave, et les assemblages de câbles coaxiaux jouent un rôle essentiel dans le processus.

Cependant, étant donné la complexité des applications mmWave, pas n'importe quel câble coaxial fera l'affaire. Des paramètres critiques tels que l'adaptation d'impédance et la perte d'insertion doivent être pris en compte pour obtenir des résultats de test reproductibles et fiables à des fréquences plus élevées. Par conséquent, les tests RF pour les applications à ondes millimétriques nécessitent des solutions uniques de câbles coaxiaux et de connecteurs.

En règle générale, le processus de test RF intègre un dispositif sous test (DUT) connecté à un analyseur de réseau vectoriel (VNA), un analyseur de spectre ou un oscilloscope. Le chemin du signal vers la carte de circuit imprimé est critique et la configuration de test ne doit pas introduire de variables ou d'erreurs indésirables, de pics de VSWR ou de perte d'insertion excessive. Cela inclut le câble de test et les connecteurs.

Les assemblages de câbles de test doivent être suffisamment robustes pour résister à une manipulation intensive et à un mouvement continu dû à des connexions et déconnexions fréquentes tout en maintenant une répétabilité précise des mesures et des performances électriques fiables. Il existe de nombreuses caractéristiques à évaluer avant de sélectionner l'assemblage de câble coaxial optimal pour une application spécifique, notamment la plage de fréquences et le diamètre du câble, le type d'équipement de test, les connecteurs, le type de mesure/application, la flexibilité, la stabilité de phase, la puissance, l'impédance et le budget de perte admissible.

Lors de la sélection d'un câble de test, l'une des premières choses à considérer est la gamme de fréquences requise pour tester l'application. Cela aidera à déterminer d'autres facteurs, tels que le type de câble et les structures mécaniques nécessaires. Par exemple, à mesure que la fréquence augmente, le diamètre du câble devient plus petit. C'est une situation inverse, et tous les rapports doivent fonctionner correctement aux différents niveaux de fréquence.

Ensuite, évaluez le type de test à effectuer et le type d'équipement qui sera utilisé. Par exemple, le test peut être une mesure standard de type courbe en S examinant la perte d'un appareil testé ou évaluant ses performances à des fréquences spécifiques. Toutes les variables doivent être prises en compte dès le départ lors de la sélection d'un assemblage de câble de test qui fonctionnera bien pour chaque scénario de test unique.

Une fois que la fréquence, le type d'équipement de test et la taille du câble sont déterminés, le type de connecteur vient ensuite. Il s'agit d'une considération essentielle dans les applications à ondes millimétriques car toute inconstance dans les connecteurs peut introduire des erreurs dans la mesure qui seront amplifiées à mesure que la plage de fréquences de test augmente.

L'équipement de test aura un type de connecteur spécifique, généralement déterminé par la fréquence la plus élevée que l'équipement de test peut atteindre. Par exemple, si vous testez à 110 GHz, il y aura un connecteur de 1 millimètre sur l'équipement de test ; par conséquent, un connecteur homologue de la même taille sera nécessaire sur l'assemblage du câble de test.

Certaines tailles de connecteurs mmWave courantes incluent :

Pour les applications où une densité de signal élevée est nécessaire, les connecteurs enfichables tels que les connecteurs SMP, SMPM et SMPS sont également idéaux.

Chaque application testée devra prendre en compte des facteurs environnementaux spécifiques, notamment :

La plupart des fabricants de câbles coaxiaux fournissent des guides pour aider à évaluer ces autres considérations. Par exemple, une application ultra-haute fréquence nécessitera un câble qui non seulement répond aux exigences de fréquence mais qui est également stable en phase. En optant pour un câble à haute fréquence et à phase stable, le type de connecteur disponible pour l'utilisation devient limité. Au fur et à mesure que l'utilisateur progresse dans le processus, des options correspondant à ces considérations supplémentaires seront proposées.

Lors des tests, de nombreux utilisateurs s'intéressent davantage à la flexibilité et au rayon de courbure d'un câble. En raison de la nature des environnements de test, il est souvent essentiel d'utiliser un matériau de câble très flexible qui peut être déplacé sur un banc de test, que ce soit dans un environnement de production ou de R&D.

Les tests se déplacent également souvent d'un module à l'autre. Les hautes fréquences peuvent nécessiter un recalibrage lorsqu'un module ou un câble est déplacé. L'utilisation d'un câble coaxial qui peut se plier et se plier réduira considérablement le besoin de recalibrage tout en maintenant la stabilité.

Un autre aspect clé lié à la nécessité de déplacer constamment les câbles est la stabilité de phase. Le mouvement introduit un changement de phase et l'ensemble de test doit maintenir un taux de changement très faible pour obtenir des mesures précises. Un câble robuste est donc essentiel pour maintenir la phase aussi stable que possible.

De plus, lors du test de technologies mmWave telles que la 5G, la source et le récepteur peuvent fonctionner à deux fréquences différentes en même temps. Un assemblage à phase stable garantira en outre que les harmoniques ne sont pas réintroduites dans le système. Un assemblage de câble à phase stable utilisant un diélectrique TF4 ou PTFE microporeux, couplé à une couche intermédiaire métallisée enroulée en hélice, aidera à maintenir un assemblage de test flexible, stable en phase et en amplitude.

Il est également essentiel de comprendre les niveaux de puissance que le câble de test peut supporter. Par exemple, un câble de test standard est probablement incapable de gérer une application à haute puissance. En termes d'applications mmWave, des fréquences plus élevées feront passer moins de puissance car le diamètre du câble se rétrécit à l'inverse, comme mentionné précédemment.

L'impédance standard observée dans les environnements de test est de 50 ohms. Cependant, il existe également des impédances de 75 ohms utilisées dans un environnement de type vidéo ainsi que des mesures de fréquence inférieure. Dans tous les cas, il est essentiel de garder à l'esprit les différences d'impédance lors de la vérification d'une liste de contrôle de sélection de câbles de test.

Tout ce qui concerne les caractéristiques des radiofréquences (RF) implique des compromis. Une fréquence plus élevée équivaut à un diamètre de câble plus petit, ce qui entraîne souvent des pertes plus élevées sur le câble. Cependant, la perte peut être annulée en utilisant le VNA dans une application de mesure RF typique. Un analyseur de réseau a la capacité d'"annuler" la perte dans l'ensemble de câbles, de sorte que lorsque l'appareil y est connecté, la perte du câble ne reflétera pas les mesures prises sur l'appareil lui-même.

D'autre part, lorsqu'un signal passe du circuit imprimé au connecteur, il est impératif de minimiser les réflexions. À des fréquences plus élevées, ces imperfections dans la transition d'un connecteur coaxial à une structure de carte de circuit imprimé deviennent plus évidentes et peuvent provoquer des effets indésirables tels que des réponses de signal parasites et parasites qui entraînent une perte de retour ou une perte d'insertion, des pics de VSWR et des augmentations d'amplitude. Dans ce cas, si l'intégrité du signal n'est pas tout à fait correcte et qu'il y a du bruit dans la mesure, le test ne produira pas une lecture correcte. Par conséquent, un câble reproductible à faible perte d'insertion qui fonctionne sur toute la plage de fréquences souhaitée doit être utilisé pour garantir une mesure haute fidélité.

La vitesse accrue de la 5G est partiellement obtenue en utilisant des ondes radio à haute fréquence avec une gamme de fréquences potentielles beaucoup plus étendue. Cela a introduit des défis pour les tests 5G, notamment la répétabilité, la fiabilité et la reproductibilité.

Par exemple, des câbles 50 GHz ont été utilisés dans des environnements de production pour les modules 5G. La stabilité et la répétabilité de ce type de câble sont primordiales pour produire des résultats reproductibles lors du test.

Les technologies électroniques RF intégrant le radar automobile ont créé des véhicules connectés plus sûrs et plus efficaces. Les capteurs radar automobiles qui utilisent RF sont de plus en plus utilisés pour détecter la vitesse, la portée et l'angle des objets à proximité de l'automobile dans des applications complexes et critiques pour la sécurité telles que les systèmes avancés d'assistance à la conduite et la conduite autonome.

Malheureusement, ils ont également créé de nouveaux défis pour les tests RF. De nombreuses nouvelles applications s'éloignent de la norme précédente de 24 GHz à 77 GHz plus les gammes d'ondes millimétriques en raison de la large bande passante disponible dans ces bandes. Une bande passante plus large augmente la résolution et la précision de la plage jusqu'à 20 fois dans certaines applications et produit des longueurs d'onde plus courtes qui permettent des facteurs de forme plus petits.

Cela augmente la complexité des configurations de test, nécessitant plus de cordons de test et de points de connexion que jamais auparavant, ainsi que de nouvelles exigences de test RF. Par conséquent, il est nécessaire de revoir la façon dont les points de connexion et les cordons de test sont construits et de revoir les différents types de connecteurs disponibles, en s'assurant que les derniers assemblages de test fonctionnent de concert avec les modifications apportées par les fabricants d'équipements de test.

Un câble de 70 ou 90 GHz aura la capacité de tester à la fois les fréquences fondamentales et harmoniques requises.

Alors que l'industrie des semi-conducteurs continue de connaître une demande en augmentation rapide avec des objectifs de délai de mise sur le marché agressifs, la capacité d'effectuer des tests de haute précision avec l'opportunité de l'automatisation est essentielle. Des processus de test RF très sensibles sont nécessaires pour mesurer les performances RF à la surface d'une tranche de semi-conducteur, nécessitant des assemblages de câbles coaxiaux capables de prendre en charge le mouvement robotique fluide d'une sonde et de toucher automatiquement et précisément la surface pour mesurer les performances et la fonctionnalité. En raison du type spécifique de mesure requis, l'ensemble de test doit également être capable de saisir et de se déplacer pour répéter le processus à un emplacement différent sur la surface de l'appareil.

Un câble de test qui fournit une connexion stable et à faible perte pour les tests jusqu'à 70 GHz est souvent optimal pour une utilisation dans la mesure de sondage des circuits RF dans la fabrication de plaquettes et de semi-conducteurs. Ils peuvent être spécialement conçus pour une fixation ferme à un dispositif manipulateur afin de permettre le placement très stable d'une sonde pour effectuer des mesures individuelles en plusieurs points, automatiquement ou semi-automatiquement, en utilisant un tube solide au point de fixation. Une conception à profil bas permet aux têtes de sonde (manipulateurs) de parcourir toute leur plage de mouvement sans interférence de portée optique.

Il existe une nouvelle classe de câbles de test conçus spécifiquement pour relever les défis abordés ci-dessus pour les fréquences plus élevées nécessaires pour la 5G, les systèmes automobiles, les sondages de semi-conducteurs et d'autres tests d'applications avancées à ondes millimétriques. Ces cordons de test offrent des options de câble à faible perte d'insertion très reproductibles qui fonctionnent sur toute la plage de fréquences souhaitée pour assurer une mesure haute fidélité, avec des options spécifiques disponibles qui couvrent 70 GHz à 90 GHz et jusqu'à 110 GHz si nécessaire. Pour la précision et la stabilité, les assemblages de câbles à phase stable qui utilisent un diélectrique en PTFE microporeux couplé à une couche intermédiaire métallisée enroulée en hélice peuvent également aider à maintenir un assemblage de test flexible, stable en phase et en amplitude.

Lors de la sélection de tout type d'assemblage de câbles de test, les concepteurs doivent s'associer à un fabricant disposant de capacités de conception, de production, d'assemblage et de test entièrement intégrées pour des solutions personnalisées afin de répondre aux exigences de test d'ondes millimétriques les plus exigeantes.

John Muziotest tests de câbles

John Muzzio est ingénieur d'applications et responsable de la gamme de produits de test et de mesure chez Times Microwave. Son expérience précédente comprenait l'ingénierie et la conception d'applications optiques, mécaniques et électriques, en se concentrant sur les marchés des semi-conducteurs et de l'aérospatiale.

Votre adresse email ne sera pas publiée.

Commentaire

Nom*

E-mail*

Site Internet

Enregistrez mon nom, mon adresse e-mail et mon site Web dans ce navigateur pour la prochaine fois que je commenterai.

D