Как компания Hotten разработала микрокоаксиальный кабель сечением 44 AWG и волновым сопротивлением 50 Ом, достижение которого оказалось недоступным для других производителей

В индустрии ультратонких микроаксиальных кабелей многие продукты выглядят схожими на бумаге. Однако как только в приложении возникают требования к высокочастотной передаче, сверхмалому внешнему диаметру (OD) и совместимости с разъёмами, реальный инженерный разрыв между поставщиками начинает проявляться.

Недавно компания Hotten успешно разработала индивидуальное решение на основе микроаксиального кабеля 44 AWG с волновым сопротивлением 50 Ом для клиентского приложения, работающего на высокой частоте передачи 1,25 ГГц — проект, который конкурирующие поставщики не смогли успешно завершить.

Это было не просто вопросом уменьшения размеров кабеля. Данная задача требовала соблюдения баланса между следующими параметрами:

• Стабильным поддержанием волнового сопротивления 50 Ом
• Чрезвычайно низким затуханием на высокой частоте
• Внешним диаметром менее 0,25 мм
• Совместимость разъёмов
• Надёжной экранирующей способностью
• Технологичностью производства для стабильного серийного выпуска

Для многих производителей улучшение одного параметра зачастую приводит к ухудшению другого. Инженерная команда Hotten одновременно решила все эти задачи.

Исходная инженерная задача

Технические требования заказчика были чрезвычайно жёсткими:

Ограничение по общему диаметру оказалось особенно сложным, поскольку кабель также должен был совместимо подключаться к существующей разъёмной конструкции заказчика. Практически не оставалось допусков на увеличение толщины изоляции или размеров экрана.

В то же время показатель затухания на высоких частотах должен был оставаться ниже 5 дБ — весьма амбициозная цель для ультратонкой коаксиальной конструкции сечением 44 AWG.

Структура первоначального серийного производства

Исходная версия массового производства компании Hotten имела следующую структуру:

Благодаря данной конструкции кабель уже демонстрировал параметры, близкие к требованиям заказчика. Измеренное значение затухания составило приблизительно 5,1 дБ на частоте 1,25 ГГц на длине 0,5 м.

Хотя технически результат был очень близок к целевому, инженерная команда понимала, что «близко» недостаточно в высокочастотных медицинских, диагностических или прецизионных электронных системах. Для обеспечения стабильности параметров в течение длительного срока серийного производства требуется достаточный инженерный запас.

Оставшейся задачей стало дальнейшее снижение затухания без превышения ограничения по внешнему диаметру (OD).

Стратегия инженерной оптимизации

Для достижения конечного целевого показателя производитель Hotten заново спроектировал как конструкцию токопроводящей жилы, так и систему экранирования.

1. Увеличение размеров внутренней токопроводящей жилы

Инженерная команда оптимизировала конфигурацию внутренней токопроводящей жилы для снижения потерь при передаче и повышения эффективности сигнала в условиях высоких частот.

Более крупная эффективная структура проводника способствует снижению сопротивления проводника, что напрямую улучшает характеристики затухания на частотах уровня ГГц.

Эта оптимизация значительно повысила эффективность передачи сигнала при одновременном обеспечении стабильного контроля импеданса.

2. Оптимизация экранирующей структуры

Внешняя экранирующая структура подверглась более существенной переработке.

Исходный оловянно-покрытый экранирующий материал был заменён серебряно-покрытым материалом, а диаметр отдельной экранирующей жилы был уменьшен с 0,025 до 0,02 мм.

Это усовершенствование обеспечило сразу несколько преимуществ:

Снижение потерь на высоких частотах

Серебряное покрытие обеспечивает лучшие характеристики проводимости в условиях скин-эффекта на высоких частотах по сравнению с традиционным оловянным покрытием.

На частотах ГГц ток сосредотачивается на поверхности проводника. Повышенная поверхностная проводимость серебряного покрытия напрямую улучшает характеристики затухания.

Меньший наружный диаметр кабеля

Уменьшение диаметра экранирующего провода с 0,025 до 0,02 мм позволило сократить общий внешний диаметр кабеля, благодаря чему итоговая конструкция осталась в пределах строгого ограничения заказчика по внешнему диаметру — 0,25 мм.

Повышенная эффективность экранирования

Несмотря на использование более тонких прядей экранирующего слоя, оптимизированная конструкция сохранила отличную эффективность экранирования, одновременно улучшив гибкость и технологичность производства.

Достижение такого баланса чрезвычайно сложно при проектировании ультратонких коаксиальных кабелей, поскольку уменьшение габаритов зачастую приводит к снижению целостности экранирования.

Итоговый результат

После структурной оптимизации и проверки прототипа компания Hotten успешно снизила значение затухания до примерно 4,5 дБ на частоте 1,25 ГГц на длине 0,5 м.

Итоговый дизайн успешно обеспечил:

• Стабильное волновое сопротивление 50 Ом
• Затухание ниже требуемого заказчиком значения
• Внешним диаметром менее 0,25 мм
• Улучшенные характеристики экранирования
• Совместимость разъёмов
• Возможность массового производства

Что наиболее важно, данное решение позволило преодолеть проектную задачу, с которой не смогли справиться другие поставщики.