Verbindungstechnik Guter Empfang garantiert

Große Musikveranstaltungen, Konzerte, Musicals oder Theateraufführungen sind ohne drahtlose Mikrofontechnik heute nicht mehr vorstellbar. Tanz, Bewegung, Bühnenshow - all dies wäre ohne die Drahtlostechnik nicht möglich. Mit drahtlosen Mikrofonen kann der „Starlight Express“ rollen und der Gitarrist über die Bühne rocken. Auch im Filmbereich, im Fernsehstudio und bei Sportveranstaltungen werden gerne drahtlose Mikrofone genutzt. Sie fangen als fast unsichtbares Ansteckmikrofon die Worte des Hauptdarstellers ein und sind in Senderfarben beim Interview am Spielfeldrand dabei - Kabelträger nicht notwendig. Für die Techniker einer Veranstaltung bedeuten drahtlose Mikrofone und drahtloses Monitoring (der „Knopf im Ohr“ bei Künstlern) außerdem eine erhebliche Arbeitserleichterung. Es sind beim Aufbau weniger Kabel zu ziehen und abzukleben - und angesichts der Hallenmiete ist Zeit sowieso Geld. Die schweren und nicht gerade platzsparenden Monitorlautsprecher können durch das gehörschonendere drahtlose Monitoring ersetzt werden. In der Berichterstattung kann man dem Reporter schnell ein Mikrofon in die Hand drücken. Drahtlose Mikrofone nutzen meist den UHF-Frequenzbereich, da dieser gute Ausbreitungsbedingungen für das Mikrofonsignal bietet und Systeme mit vielen Kanälen und hoher Audioqualität möglich macht. Mehrere hunderttausend Funkmikrofone sind allein in Deutschland unterwegs - und der Trend zu mehr Drahtlostechnik ist ungebrochen. So wächst auch bei großen Produktionen die Anzahl der benötigten Drahtlosstrecken stetig. Für den letzten Eurovision Song Contest in Baku wurden beispielsweise mehr als 100 drahtlose Mikrofonstrecken benötigt.

Drahtlos verbunden

Das Unternehmen Sennheiser, einer der weltweit führenden Hersteller von Mikrofonen, Kopfhörern und drahtlosen Übertragungssystemen, hat für diese anspruchsvollen Applikationsumgebungen das System Digital 9000 entwickelt. Das digitale, drahtlose High-End-System richtet sich an den professionellen Rundfunk, an Theater, Musicals und große Live-Events. Es zeichnet sich durch hohe Audioqualität und Betriebssicherheit aus; durch seine außerordentliche Frequenzeffizienz kann der Anwender selbst in einem dichten Frequenzumfeld höchste Kanalzahlen realisieren. Besonderes Highlight: Das System kann vollkommen ohne die im digitalen Bereich sonst übliche Audiokompression übertragen - der Original-Sound bleibt vollständig erhalten. Das Herz des Drahtlossystems Digital 9000 ist der modular aufgebaute Empfänger EM 9046, der mit einer Bandbreite von 328 MHz den UHF-Frequenzbereich von 470 bis 798 MHz abdeckt. Der Multikanal-Empfänger beherbergt bis zu acht Empfangskanäle. Der Empfänger hat die Aufgabe, die Funksignale der Sender wieder in elektrische Signale umzuwandeln und sie zum Beispiel an ein Mischpult weiterzuleiten. Außerdem kann am Empfänger das gesamte Mikrofonsystem überwacht und gesteuert werden.

Hybride Midplane als Grundlage

Zentrales Element des Empfängers ist eine hochkomplexe Leiterplatten-Lösung, die von Harting Integrated Solutions (HIS) entwickelt, geprüft und verifiziert wurde. Hierbei handelt es sich um eine kundenspezifische hybride Midplane. Dies bedeutet, dass neben dem digitalen Datenbus auch eine hochfrequente leitungsgebundene Übertragung auf der Leiterplatte realisiert wurde. Um diese hohen Anforderungen zu erfüllen, wurde eine 8-fach-Multilayer Midplane in Strip-Line-Ausführung mit einer Leiterplattenstärke von 3,2 mm entwickelt. Um eine optimale EMV-Abschirmung zu erzielen, sind hier die Außenlagen nicht signalführend, sondern dienen als Massepotenzial. Die Leiterplatte hat eine Fläche von etwa 440cm2und besteht aus einem flammhemmenden Epoxidharz mit Glasfasergewebe (FR4), die sich für Applikationen im GHz-Frequenzbereich eignet. Die Positionierung der benötigten Steckverbinder sowie die Leiterbahnführung auf der Platine wurden auf Basis der Net- bzw. Pinning-List umgesetzt. Das professionelle Werkzeug für die Entflechtung und das Desgin der Datenbussse ist die Cadence-Allegro-Design-Software, sie übernimmt zudem die Simulation aller elektrischen Parameter. Der Midplane HF-Bus mit Steckern und dem Einfluss der Tochterkarten auf diesen ist mit der Simulations-Software Agilent/ADS entworgen und optimiert worden.

Beidseitige Bestückung

Bei einer Midplane erfolgt eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte. Für die Tochterkarten wurden frontseitig Steckplätze realisiert, während für die Rear-Transmission-Module eine rückseitige Anbindung geschaffen wurde. Um eine bidirektionale Übertragung der digitalen Datenbussignale von der Leiterplatte zu den Tochterkarten und den Rear-Transmission-Modulen zu erreichen, wurden die Harting Backplane-Steckverbinder har-bus-HM-Standard im Raster 2 mm eingesetzt. Die har-bus-HM-Power-Lösungen sorgen für die Spannungsversorgung der Module. HM-Steckverbindersysteme sind die Basis zum Aufbau von hochperformanten Backplanes/Midplanes für Steuerungs- und Industrierechnersysteme in 19-Zoll-Technologie oder für kundenspezifische Lösungen. Die Board-to-Board-Steckverbinder stehen in Einpresstechnik für Backplanes/Midplanes und als Lötversionen für die Tochterkarten zur Verfügung. Die Verarbeitung der 2 GHz-Signale auf der Midplane/Leiterplatte erfolgt über Mini-Koax-Steckverbinder von Harting. Diese ermöglichen eine mehrpolige, koaxiale und hochfrequente Datenübertragung für Board-to-Board- und Cable-to-Board-Applikationen. Für die Geräteintegration stehen gerade und abgewinkelte Kontakteinsätze in Einpresstechnologie und SMT/SMC zur Verfügung. Die Gehäuse erlauben Anwendungen bis IP 65.

Leistungsanbindung

Die Leistungsanbindung der Midplane wurde mit einem D-Sub-Mixed realisiert. Mit Hilfe dieses Steckverbinders werden neben der Spannung auch Steuersignale auf die Leiterplatte übertragen. Diese Steckverbinderfamilie von Harting vereint die Vorteile eines standardisierten industriellen Interface-Steckverbinders mit der Flexibilität eines kundenspezifischen Produktes. Das Design von D-Sub-Mixed-Steckverbindern ist an übliche D-Sub-Gehäusegrößen angelehnt, wobei in einem Steckverbinder zusammen mit Standardkontakten je nach Kundenwunsch diverse Kontakttypen zusammen verwendet werden können, wie z. B. Hochstrom-, Hochspannungs-, Koaxial- oder Pneumatikkontakte. Das Steckverbinderdesign gewährleistet eine volle Abschirmung und hilft, elektromagnetische Störungen zu vermeiden. Bevor man die Midplane in den Multikanal-Empfänger implementiert hat, wurde die einwandfreie Funktion der Applikationslösung in Simulationen und speziellen Messungen im Hause Harting nachgewiesen. Beispielsweise wurden Isolationsmessungen zwischen den Übertragungskanälen in verschiedenen Frequenzbereichen durchgeführt, Crosstalk-Messungen, um das Übersprechen im geforderten Dämpfungsbereich in dB nachzuweisen, und Impedanz-Messungen in den verschiedenen Lagen, um den Wechselstromwiderstand aufzuzeigen. Ausführliche Simulationen während und nach der Entwicklungsphase wurden in der Harting-internen Abteilung „Signal Integrität“ durchgeführt und belegten die störungslose Signalübertragung auf der Midplane. Alle ermittelten Mess- und Simulationsergebnisse erfüllten die anspruchsvollen Vorgaben der Firma Sennheiser.

Komplett-Service

Harting Integrated Solutions (HIS) als Teil der Harting Technologiegruppe bietet den kompletten Service für kundenspezifische Backplanes, Midplanes und Leiterplatten-basierte Systeme vom Design bis zum fertigen Produkt. Vom Schaltungsentwurf über die Design-Simulationen bis hin zum Rapid Prototyping werden Backplane-Projekte schnell realisiert und das Fertigprodukt zuverlässig und pünktlich geliefert. Vor dem Versand werden alle Produkte umfangreichen mechanischen Tests und elektronischen Leistungsprüfungen nach anerkannten Industriestandards und Kundenspezifikationen unterzogen. Im Rahmen des HIS-Qualitätssicherungsprogramms sind fortschrittliche Signalanalysefunktionen die Gewähr für überragende Leistung der Highspeed-Backplanes; das ausgereifte Design ermöglicht jahrelangen zuverlässigen Betrieb auch in anspruchsvollsten Anwendungsumgebungen. Durch die erfolgreiche Zusammenarbeit von Sennheiser und Harting ist beim System Digital 9000 bester Empfang sichergestellt - ob auf der Bühne oder im TV-Studio.