Mini Coax+: Jenseits der 2 GHz
Mit UMTS, dem "Universal Mobile Telecommunications System", wurde ein Standard definiert, der als europäischer Kandidat für den weltweiten FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Standard) gilt. Dieser Standard ermöglicht die In-House-Kommunikation ebenso wie die weltweite Vernetzung über Satelliten.
Die für die zukünftigen Systeme notwendigen Frequenzbänder wurden bereits zugeteilt: 1,970 - 2,026GHz und 2,110-2,200GHz. UMTS wird Übertragungsraten von 8 kbit/s bis hin zu 2 Mbit/s bieten und sich damit für unterschiedlichste Anwendungen eignen wie Sprach- und Audiodienste, Daten-, Text- und Bildübertragung sowie Video. Die Leistungssteigerung, die dieses neue Verfahren bietet, lässt sich wie folgt verdeutlichen: Bei 2 Mbit/s kann man Ernest Hemingways Klassiker "Wem die Stunde schlägt" komplett in rund 20 Sekunden versenden, während ein ISDN-Kanal gerade mal eine Seite pro Sekunde "schafft".
Neue Mobilfunkstandards für Multimedia
; "Einführung der Mobilfunkstandards")
Die neuen Möglichkeiten bis hin zur Videoübertragung von und zu mobilen Handgeräten werden Millionen von Menschen begeistern. Der Übergang von der heute üblichen Sprachübertragung mit dem Handy hin zum mobilen Erleben von Multimedia hat jedoch seinen Preis: deutlich höhere Datenübertragungsraten. Neben leistungsfähigeren Endgeräten und Netzwerkkomponenten erfordert Multimedia ein völlig neuartiges Konzept der Frequenznutzung und Datenübertragung. Das hohe Ziel der globalen Vernetzbarkeit - und der damit verbundenen weltweiten Erreichbarkeit - lässt sich nur mit gemeinsamen Standards auf internationaler Ebene bewerkstelligen. Diese Herausforderung wurde frühzeitig erkannt und von der International Telecommunication Union (ITU) wahrgenommen. Sie hat den international gültigen Standard IMT-2000 festgeschrieben. Eckpunkte dieser Spezifikation sind die vorstehend genannten Frequenzen, eine Bandbreite von 5MHz und eine maximale Datenübertragungsrate von 2 Mbit/s. Die Art und Weise, wie und in welcher Form die Daten gefunkt werden, ist definiert in den Mobilfunkstandards WCDMA, CDMA-TDD, CDMA-2000, UWC-136 und DECT. Im Februar 1998 hat die ITU diese 5 unterschiedlichen Standards für die 3. Generation des Mobilfunks verabschiedet. CDMA-TDD und DECT sind in diesem Bundle die Interface-Standards für die In-House-Kommunikation und die stationären Punkt-zu-Multi-punkt-Richtfunk-Verbindungen bis zur Wohnung jedes Teilnehmers.
Spezifikation der Basisstationen
; "Blockschaltbild einer Basisstation")
Die Einrichtung, zu der jedes Handy seinen Funkkontakt aufbaut, ist die sogenannte Basisstation (Base Transceiver Station, kurz BTS). Sie ist die Zentrale jeder Mobilfunkzelle und übernimmt die Abwicklung des Funkbetriebs mit den mobilen Teilnehmern sowie die Überwachung der physikalischen Funkverbindung. Die Basisstation hat keine Vermittlungsfunktion. Mehrere Transceiver in einer derartigen Basisstation modulieren die Nutzerinformation auf die Trägerfrequenz im Gigahertz-Bereich. Dieses neu gewonnene Signal wird verstärkt und über die zugehörige Antenne abgestrahlt. Eingehende Handy-Signale werden demoduliert, um die eigentliche Information aus den hochfrequenten Signalen zu gewinnen. Die Notwendigkeit kompakter und modularer Bauweise, gepaart mit optimierter Servicefreundlichkeit, hat im Prinzip alle am Markt befindlichen Hersteller veranlasst, Basisstationen als Rack-System mit Backplane und Tochterkarten aufzubauen.
HF-Verbindungen innerhalb der Basisstationen
Die neu definierten Mobilfunkstandards erfordern höhere Übertragungsfrequenzen, Bandbreiten und Datenraten von der Systemhardware. Für Basisstationen bedeutet das vor allem eine homogene Signalführung auf Leiterplatten, Leiterplattenübergängen und Kabeln. Jeder Abschnitt einer derartigen Signalstrecke lässt sich durch seinen Wellenwiderstand ZW beschreiben. Sind die Wellenwiderstände ZW1, W2, , ZWn verschiedener Leitungsabschnitte gleich groß (also ZW1 = ZW2 = = ZWn), dann ist die Signalleitung homogen und verursacht im Idealfall keinerlei Störungen wie Signalreflexionen und Signaldämpfungen. Je unterschiedlicher die Wellenwiderstände der Leitungsabschnitte, um so stärker treten Signalreflexionen und Signaldämpfungen an den Übergängen in Erscheinung. Auch jeder Steckverbinder ist Teil einer solchen Signalleitung und bildet auf Grund seines inneren Aufbaus eine Aneinanderreihung mehrerer Leitungsabschnitte.
Abbildung 3 zeigt den bewährten Mini Coax-Steckverbinder im Querschnitt samt der Übergänge auf Tochterkarte und Backplane. Die HF-Signale werden bei diesem Messaufbau an den Stellen A und G eingekoppelt. Das Zeitbereichs-Reflektogramm in Abb. 4 repräsentiert den Verlauf des Wellenwiderstandes ZWin Abhängigkeit von dem Ort entlang des Signalpfades.
Die Mittellinie, um die herum sich diese Kennlinie bewegt, stellt die 50 Ohm Marke dar. Für sehr hohe Frequenzen ergibt sich der Betrag des Wellenwiderstandes einer Signalleitung in erster Näherung aus der Wurzel von leitungsspezifischem Induktivitäts- zu Kapazitätsbelag. Demzufolge ist ein Einbruch des Wellenwiderstandes auf kapazitive Einflüsse (sog. kapazitive Diskontinuitäten) und ein Anstieg auf induktive Diskontinuitäten zurückzuführen.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass an Hochfrequenzverbindungen extreme Forderungen gestellt werden. Sie müssen klein sein, mechanisch harte Schläge verkraften, Toleranzen zwischen Tochterkarte und Backplane ausgleichen, dürfen keine nennenswerten Signalreflexionen und Signaldämpfungen verursachen und müssen für mindestens 15 Jahre eine zuverlässige Kontaktgabe garantieren. Die Kombination vorstehend genannter Forderungen ist es, die die Hersteller geeigneter Steckverbinder vor immer neue Herausforderungen stellt.
Der Mini Coax+
HARTING entwickelt und fertigt den Mini Coax-Steckverbinder erfolgreich seit über 8 Jahren. Etliche Mio. Stück sind bereits in die Basisstationen führender Mobilfunkunternehmen geflossen. Damit war HARTING das erste Unternehmen am Markt, das koaxiale Mehrfachsteckverbinder für board-to-board HF-Verbindungen etablierte.
Für Basisstationen der 3. Mobilfunkgeneration präsentiert HARTING einen koaxialen Mehrfachsteckverbinder (vgl. Abb. 5), der selbst Spitzenanforderungen abdeckt, die weit über die Rahmenbedingungen des IMT-2000 Standards hinausgehen:
Signalübertragungseigenschaften
Wichtigste Maßnahme zur drastischen Reduktion von Reflexionen und Dämpfungen hochfrequenter Signale bis zu 4 GHz ist die Vermeidung störender Diskontinuitäten, die wesentlich durch den Übergang von Einpresstechnik auf ein SMT-Design der Signalleiter erreicht wurde (Surface Mount Technology).
Robustheit
Beim Stecken der Tochterkarte in die Backplane und teilweise auch während des Betriebes können Scherkräfte auf jeden Steckverbinder einwirken. Aus diesem Grunde wurde das bisher erfolgreiche Konzept des "Pin-in-Hole" für die Massepins auch mit dem neuen SMC-Design beibehalten (Surface Mount Compatible).
Vollautomatische Bestückbarkeit
Die von HARTING gewählte Kombination von SMT und SMC gewährleistet die vollautomatische Verarbeitung und Lötung im Reflow-Prozess. Damit vereint der Mini Coax+ preiswerte Leiterplattenbestückung und robustes Design mit exzellenten HF-Eigenschaften, was ihn für Anwendungen speziell im 3G-Telekommunikationsmarkt geradezu prädestiniert.
Mit seinem "Forum High Frequency" auf der electronica bietet HARTING allen Interessierten eine Plattform zur Diskussion unterschiedlichster Aufgabenstellungen im Bereich der Leiterplatten-HF-Übertragung. Wir freuen uns auf Ihren Besuch.
