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5G无线网络推动汽车互联技术的发展

2020-08-24 17:06:23 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平 作者:David Shaff 点击:2297

随着5G的推出和先进车辆技术时代的来临,为满足日益增长的带宽和连接需求,新的连接器系列已经发展起来。

5G和物联网 (IoT)技术最终可能会影响我们的方方面面。 然而,COVID-19病毒大流行暂停了移动宽带标准组织3GPP会议,减缓了发布5G第17版本规范的进展。这个版本详细介绍了5G无线网络的新特性和功能,并定义了第二阶段的部署。

我们几乎都经受了带宽限制的影响,特别是许多人同时用网的时候。这增加了对5G的渴求。5G提供了互联网商务和休闲娱乐活动所需的更高网速和能力。5G在运输领域产生了巨大的机会。V2V和V2X技术将成为我们运输和城市基础设施的一部分;无人驾驶汽车是另一种应用。未来车辆产生的数据流量非常庞大,同时需要很低的延迟,每秒千兆(GB/s)数据速率和千兆赫兹(GHz)传输频率远远超过当前水平。

Molex一系列嵌入式连接解决方案

随着5G无线网络的全面实现,V2V和V2X功能将实现。Molex开发了一系列嵌入式连接解决方案,将车辆与城市环境结合起来。

5G无线网络和现有的光纤相辅相成。将移动应用之间串联起来能提供更好的连续性。5G无线网络将使用毫米波传输。由于衰减,毫米波通常只能传播几百英尺。这种短距离导致电信公司从使用数量相对有限的大单元塔转向数千个小的、低功耗的单元站点,用于传输和接收来自每个站点小覆盖区域内设备的信号。在密集的城市地区,几乎所有的屋顶,较大的建筑或礼堂里等都会有站点。随着现代汽车通信等互联网的兴起,5G将为设计师提供开发新产品的重大机会。连接器供应商已经开发了这些新领域所需的各种新产品。

在2019年,射频同轴连接器在汽车应用中的销售额为7.456亿美金,这比2018年增加了27%以上。这个数值仅针对连接器,由于新的车载和V2V/V2X系统开始使用,如果包含电缆组件,销售额肯定会成倍增加。

在说明具体连接器之前,让我们看看整个汽车连接器市场的规模。Bishop&;Associates计算,2019年全球汽车连接器市场为152亿美金,按电气系统的使用量细分如下:

 

随着时间推移,新的车载V2V和V2X系统和控制功能都将通过5G数据传输。基于国际标准的5G无线网络将在世界范围内实施。5G应用的许多新连接器是由DIN、IEC和ISO标准定义,此外还有美国汽车研究理事会(USCAR)的规范。

FAKRA和FAKRA-Mini连接器满足GHz传输要求

大多数高达6GHz车辆数据速率传输基于FAKRA连接器。FAKRA代表Fachar beitskreis Automobil,是一个由汽车制造商和设备供应商行业专家组成的德国组织。 FAKRA连接器结合机械键控/编码快速组装与14个编码选项。 它们具有主要和次要的锁定功能,防止无意中脱离,加上颜色编码来区分应用。FAKRA标准符合DIN72594-1标准,与USCAR-17标准和ISO20860-1标准一致。

Molex 的FAKRA连接器系列

最新的车辆数据传输速率可到9.6GHz,未来应用将需要更高频率。这一需求正在由下一代FAKRA-Mini同轴连接器来满足。Molex和Rosenberger宣布一项双向采购协议,生产Rosenberger的HFM高速FAKRA-Mini汽车连接器。该连接器的频率可达15GHz,支持高达20GB/秒的高速数据速率传输。除了提供更高频率,FAKRA-Mini连接器与传统的连接器相比,结构更小,节省空间超过80%。

上图为Rosenberger连接器所示,20个标准FAKRA连接器(左)占用的板空间与5个x4HFMFAKRA-Mini连接器(右)进行了比较。空间节省很多。

在城市中,5G无线网络将需要数千个相互靠近的微型发送/接收盒。大多数安装将需要两个或更多的光学连接盒。电缆I/O连接器包括低PIM版本的N型连接器和更大的7/16DIN和4.3/10系列连接器等。随着小型化和更高频率的需要,较新的连接器将继续推向市场。

商业运输需要更强更多的数据记录能力。如GPS定位跟踪系统,将数据传送回中心。这些系统通常需要可靠的环境密封,保护摄像头、传感器、天线、连接器和其它部件免受湿气、灰尘和其它环境影响。

Molex和JAE提供的FAKRA连接器密封等级可到IPX9K,而TE提供了DEUTSCH产品线,Aptiv(以前的Delphi)提供多个车辆连接器,具有不同级别的环境密封等级,用于天线和其它外部车辆应用。

运输市场的趋势是频率更高,波长更短,这也将导致更小的车辆天线和微型同轴连接器,如I-PEX的MHF-TI或Hirose的U.FL系列等。天线系列包括通过波束形成、转向和跟踪来处理5G新无线电(NR)收发器和前端射频组件。除了放置在屋顶,一些天线可以直接连接到车辆玻璃和驾驶室到内部处理器。

 

I-PEX MH4 连接器很适合天线应用。

新的同轴连接器在尺寸和传输速度上更有优势

NEX10是最新的连接器系列之一,旨在满足新型高速网络需求。是由NEX10协会成员开发完成。NEX10成员包括Rosenberger、Radiall和HuberSuhner等。NEX10连接器电阻为50Ω,用于小单元的低PIM同轴连接器,分布式天线系统(DAS),以及多路输入/多路输出(MIMO)应用。NEX10于2019年提交IEC标准化。每个站点跳线连接数量的增加导致了对多同轴连接器的需求增加。在当今流行的7/16连接器外壳内可以容纳4或5个NEX10接口。

Rosenberger NEX10-5连接器

另一个为移动通信和即将到来的5G应用开发的新连接器技术是DIN2.2/5,尺寸接近TNC连接器,但其电气性能类似于4.3/10连接器。与NEX10一样,这些连接器将替代尺寸更大的4.3/10连接器。参与本规范的连接器公司包括Molex、Amphenol和Telegartner等。将遵循IEC61169-66标准。虽然该设计的截止频率为26GHz,但目前大多数应用预计将在6GHz至8GHz范围内。

连接器小型化趋势继续加强,新的1.5/3.5系列是另一个鲁棒级低PIM连接器,应用于5G小电池和其它通信盒。Telegartner是第一家提供这种连接器的公司,它的尺寸类似于SMA连接器,但比2.2/5系列少47%的空间,比4.3/10系列少75%。此外,尽管尺寸很小,新的1.5/3.5系列连接器可以传输相当大的功率,在2GHz频率下可高达100W。

.Telegartner的Cell IQ产品系列提供三种尺寸和功率选择。

随着对处理速度的需求增加,频率将增加。连接器应确保与最大数据传输速度并行的最佳性能。短波长的5G无线网络,小天线和大规模MIMO技术应用将成倍增加。对于相关的许多连接器、电缆和电路来说,满足相关性能是至关重要的。

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