Wie Hotten ein Mikrokoaxialkabel mit einer Litzenstärke von 44 AWG und einer Impedanz von 50 Ω entwickelte, das andere Hersteller nicht realisieren konnten

In der Industrie für ultradünne mikrokoaxiale Kabel sehen viele Produkte auf dem Papier ähnlich aus. Sobald die Anwendung jedoch hohe Frequenzen, extrem kleine Außendurchmesser (OD) und Kompatibilitätsanforderungen hinsichtlich der Steckverbinder erfordert, wird die tatsächliche technische Lücke zwischen den Lieferanten deutlich.

Kürzlich entwickelte Hotten erfolgreich eine kundenspezifische mikrokoaxiale Kabel-Lösung mit 44 AWG und 50 Ω für eine Kundenanwendung mit Hochfrequenzübertragung bei 1,25 GHz – ein Projekt, das konkurrierende Lieferanten nicht erfolgreich abschließen konnten.

Dies war nicht einfach eine Frage der Reduzierung des Kabelquerschnitts. Die Herausforderung erforderte ein ausgewogenes Zusammenspiel folgender Faktoren:

• Stabile Impedanzsteuerung von 50 Ω
• Extrem geringe Dämpfung bei Hochfrequenz
• Außendurchmesser (OD) unter 0,25 mm
• Steckerverträglichkeit
• Zuverlässige Abschirmleistung
• Herstellbarkeit für eine stabile Serienfertigung

Für viele Hersteller führt die Verbesserung eines Parameters häufig zum Versagen eines anderen. Das Ingenieurteam von Hotten löste alle genannten Anforderungen gleichzeitig.

Die ursprüngliche Konstruktionsherausforderung

Die Spezifikation des Kunden war äußerst anspruchsvoll:

Die Beschränkung des Außendurchmessers (OD) war besonders schwierig, da das Kabel zudem mit der bestehenden Steckerstruktur des Kunden kompatibel sein musste. Für eine Erhöhung der Isolationsstärke oder der Abschirmungsabmessungen stand nahezu keine Toleranz zur Verfügung.

Gleichzeitig musste die Dämpfungsleistung im Hochfrequenzbereich unter 5 dB bleiben – ein sehr ambitioniertes Ziel für eine ultradünne Koaxialstruktur mit 44 AWG.

Erste Produktionsstruktur

Hottens ursprüngliche Serienproduktionsversion verwendete folgende Struktur:

Bei dieser Struktur erfüllte das Kabel bereits nahezu die Kundenanforderung. Der gemessene Dämpfungswert betrug bei 1,25 GHz über 0,5 Meter etwa 5,1 dB.

Obwohl die technische Leistungsfähigkeit bereits sehr nahe am Ziel lag, war dem Ingenieurteam bewusst, dass „nahe“ in Hochfrequenz-Anwendungen für Medizin, Bildgebung oder präzise elektronische Systeme nicht ausreichend ist. Für eine langfristig konsistente Serienfertigung ist ein ausreichender technischer Spielraum erforderlich.

Die verbleibende Herausforderung bestand darin, die Dämpfung weiter zu reduzieren, ohne die maximale Außendurchmesservorgabe (OD) zu überschreiten.

Strategie zur technischen Optimierung

Um das endgültige Leistungsziel zu erreichen, gestaltete Hotten sowohl die Leiterstruktur als auch das Abschirmsystem neu.

1. Vergrößerte innere Leiterstruktur

Das Ingenieurteam optimierte die Konfiguration des inneren Leiters, um die Übertragungsverluste zu verringern und die Signalübertragungseffizienz unter Hochfrequenzbedingungen zu verbessern.

Eine größere effektive Leiterstruktur hilft, den Leiterwiderstand zu senken, was direkt zu einer besseren Dämpfungsleistung bei Frequenzen im GHz-Bereich beiträgt.

Diese Optimierung verbesserte die Signalübertragungseffizienz erheblich, während gleichzeitig eine stabile Impedanzkontrolle gewährleistet blieb.

2. Optimierung der Abschirmstruktur

Die externe Abschirmstruktur wurde einer kritischeren Neugestaltung unterzogen.

Das ursprüngliche zinnbeschichtete Abschirmmaterial wurde durch silberbeschichtetes Material ersetzt, während die Spezifikation des Abschirmdrahts von 0,025 auf 0,02 mm Einzeldrahtdurchmesser reduziert wurde.

Diese Verbesserung brachte gleichzeitig mehrere Vorteile mit sich:

Geringerer Hochfrequenzverlust

Die Silberbeschichtung bietet im Vergleich zur herkömmlichen Zinnbeschichtung eine bessere Leitfähigkeit unter den Bedingungen des Hochfrequenz-Skin-Effekts.

Bei GHz-Frequenzen konzentriert sich die Stromübertragung auf die Leiteroberfläche. Die verbesserte Oberflächenleitfähigkeit der Silberbeschichtung wirkt sich direkt positiv auf die Dämpfungsleistung aus.

Kleinerer Kabelaußendurchmesser

Die Reduzierung des Durchmessers des Abschirmdrahts von 0,025 auf 0,02 mm trug zur Verringerung des gesamten Außendurchmessers des Kabels bei, sodass die endgültige Struktur unter der strengen Kundenanforderung von maximal 0,25 mm Außendurchmesser blieb.

Verbesserte Abschirmeffizienz

Trotz der Verwendung dünnerer Abschirmstränge bewahrte die optimierte Struktur eine hervorragende Abschirmwirkung und verbesserte gleichzeitig Flexibilität und Herstellbarkeit.

Dieses Gleichgewicht ist in der Konstruktion ultrafeiner Koaxialkabel äußerst schwierig, da die Reduzierung der Abmessungen oft die Integrität der Abschirmung beeinträchtigt.

Endresultat

Nach der strukturellen Optimierung und der Validierung des Prototyps gelang es Hotten, den Dämpfungswert über 0,5 Meter auf etwa 4,5 dB bei 1,25 GHz zu senken.

Das endgültige Design erreichte erfolgreich:

• Stabile 50-Ω-Impedanz
• Dämpfung unterhalb der Kundenanforderung
• Außendurchmesser (OD) unter 0,25 mm
• Verbesserte Abschirmleistung
• Steckerverträglichkeit
• Machbarkeit der Serienfertigung

Am wichtigsten war jedoch, dass diese Lösung eine Projektherausforderung bewältigte, die andere Lieferanten nicht erfolgreich umsetzen konnten.