基板間を20GHzでつなぐ方法

基板間で20GHzまでのRF信号をやりとりする方法を考えています。

一つの候補は、Molexの5G15や5G25というコネクタです。

どうやら5G15は15GHzまで、5G25は25GHzまでいけるらしいです。

5G15はGNDと隣り合わせることで平行線路のインピーダンスを適用できるでしょうか。
5G25の横にある垂直に立ち上がったピンは周囲がGNDに囲まれていて同軸ケーブルっぽさを感じさせます。

これらのコネクタは、平行線路や同軸ケーブルと等価な垂直線路を作っているのではないかという疑問が生じます。

垂直に立ち上がる部分のピッチが0.35mmなので、ピンの幅は0.13mmとするとln(D/d)≒1で、インピーダンスは60/√εrとなります。
プラスチックの比誘電率はだいたい2~2.5くらいなので、この黒い部分の誘電率おかげで約50Ωになりそうな感じです。
平行線路と考えればだいたい合いそうだということがわかりました。

つまり、高周波コネクタってやつは、ピンを立ててそれが平行線路や同軸ケーブルとみなされるような条件にしているわけですな。

ポゴピン2本では50Ωは作れないけど、信号線の周囲をD/d=2.3で囲めば50Ωに近づきそうです。

ポゴピンを使って基板間を50Ωで接続する方法は確立できました。

導体棒を円形に何個も配置すれば等価的な同軸ケーブルになるかどうかシミュレーションしてみたところ、GNDが円柱ではなく、何本にも分かれていると行って帰ってくる経路で定在波が立って周波数特性がフラットにならないことがわかった。

ちなみに長さは20mm。

だいたいどんな周波数でも、どんな基板間距離でも、反射の最低値を合わせ込めるようになった。あとは、この美しい電磁界を壊さずにマイクロストリップラインから給電できるかということが問題だ。

このノウハウを使えば、基板のViaのインピーダンスを調整して20GHzを基板の裏から表へ通せるんじゃないかな。20GHzクラスの基板を多数積層できそうだ。

インピーダンスを50Ωにする黄金の比率を発見。周波数特性も自由自在だ。面白い。実際に作ってみたい。