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毫米波系统的射频连接器如何缩小?
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毫米波系统的射频连接器如何缩小?

2022-09-09 09:08:43 来源:《国际线缆与连接》投稿人 冯文飞编译 作者:《Connectortips》编辑JEFF SHEPARD

【哔哥哔特导读】本文首先审视了当今的 4.3-10同轴连接器,这些连接器的开发旨在解决以前 7-16 连接器固有的性能问题。然后介绍了4.3-10技术如何在新兴的 2.2-5、NEX10 和 1.5-3.5 射频连接器中得到进一步完善。最后,本文研究了射频柔性板连接器如何缩小,以用于手机、无人机和其他便携式设备。

用于毫米波的射频连接器正在缩小,以适应5G 通信网络和设备中更高的性能和更高的密度。

更小、更简单、性能更高

4.3-10连接器的开发不仅仅是为了更小。4.1-9.5是一个类似尺寸的连接器,并且已经提供了比7-16连接器更小的替代品。与 7-16 和 4.1-9.5 连接器相比,4.3-10连接器的开发更简单并提供更高的性能。行业已经定义了3种4.3-10公连接器;扭矩螺钉、手动拧紧(有时称为手动螺钉)和推入配合;这三个都可以与通用母接口匹配(图 1)。

连接器

图1:4.3-10公连接器的三种款式包括。

4.3-10连接器中最重要的技术发展是连接器内部电气和机械配合平面的分离。这种分离带来了显着的性能优势:

l 它允许电压驻波比 (VSWR) 性能高达 6GHz,并且即使在没有完全扭矩的情况下也能降低无源互调 (PIM)。将电气平面和机械平面分开可以使用径向触点,这些触点需要更少的力来确保最佳通信。由于不需要高扭矩,因此可以在不牺牲电气性能的情况下使用螺钉、手动拧紧和推入式设计。

l 它使 4.3-10 更适合现场安装,因为连接器的外部主体可以保护电触点和配合平面。此功能还可以防止电气性能因处理不当而降低。4.3/10 连接器的防护等级为 IP67。

l 它支持更高密度、更轻重量和更低成本的互连系统。4.3-10 连接器适合 25.4 毫米(1 英寸)法兰,增加互连密度,并且比 7-16 轻 40%。用于 4.3-10 连接器的连接器面板可以具有更薄的壁厚,因为它不需要承受高扭矩设置,从而进一步降低系统重量和成本。

4.3-10 连接器专为小型蜂窝和分布式天线系统 (DAS) 应用中使用的高性能和高密度多输入多输出 (MIMO) 和 5G 天线阵列而开发。它们特别适合需要防水和防尘的户外应用。

4.3-10 连接器的 PIM 真的很低吗?

是的。但这并不意味着使用这些连接器的安装必然是低 PIM。4.3-10连接器的设计目标之一是移动网络设备的低 PIM。但 PIM 性能并不是那么简单,而且肯定不是由 4.3-10连接器等单个组件控制的。使用 4.3-10连接器可能是低 PIM 安装的必要条件,但不是充分条件。低 PIM 是许多因素之间相互作用的结果,包括其他连接的组件以及连接器接口面板和其他系统元件的实施、材料和制造。4.3-10连接器安装本身不是低 PIM,但如果正确选择和组装其他组件,则可以是低 PIM。

它们仍在缩小并进入内部

虽然 4.3-10标准的开发主要考虑了外部安装,但新兴的2.2-5 和 NEX10 毫米波连接器标准针对内部和外部安装。预计射频连接器将继续缩小,目前提出更小的 1.5-3.5 设计。

2.2-5 射频连接器比 4.3-10 小 53%,比 7-16 小 70%。IEC 61169-66:2021 提供信息和规则,用于为具有快锁或螺纹耦合、特性阻抗 50 Ω 和高达 6 GHz 的工作频率的 2.2-5 系列射频同轴连接器准备详细规格。

虽然比 4.3-10 系列更小、更轻,但 2.2-5 系列提供了相当的电气和环境能力。新的连接器可以容纳高达½的各种低损耗电缆,在配合时提供 IP68 NEMA 等级,并且可以盲插,增加了安装灵活性。

NEX10 接口还针对需要低且稳定 PIM 的应用,例如小型蜂窝、分布式天线系统、内部系统和 MIMO。NEX10 为面板连接提供盲插。与 2.2-5 系列一样,NEX10 连接器具有:

· 电气触点与机械参考分离,无论施加的扭矩如何,都支持低 PIM

· 坚固的设计可防止电缆移动或振动造成损坏

· 受保护的接触区域可防止电气性能因处理不当而降低

而且,与 2.2-5 一样,NEX10 标准化正在进行中,标准名称为 “IEC 61169-71:2022 – 射频连接器 – 第 71 部分:外导体内径为 5.0 mm 的射频同轴连接器的截面规范 – 特性阻抗 50欧姆(NEX10 型)。”

2.2-5 标准的附加功能包括:

· 性能高达 20 GHz

· 12.7 mm 的最小法兰高度支持紧凑和轻量级的模块

· 可选择螺钉式和推拉式连接,以提供安装灵活性。

· 可选的天气保护靴作为标准产品

NEX10更延伸、更薄,能传输的功率比2.2-5少一点。NEX10 提供更小的法兰,支持更高密度的安装。虽然 2.2-5 和 NEX10 连接器仍处于标准化过程中,但引入了一个更小的选项,即 1.5-3.5,它比 4.3-10 小 75%(图 2)。1.5-3.3 外形尺寸基于 12.7 毫米方形法兰安装的 SMA 标准。这些连接器专为小型蜂窝应用而开发,可支持高达 ¼ 英寸的同轴电缆。

连接器

图 2:2.2-5、NEX10 和 1.5-3.5 射频连接器的比较。

多同轴连接器

NEX10 在小型化方面更进了一步,并提供多同轴连接器来支持更高互连密度的需求。NEX10 多同轴连接器与 7-16 连接器尺寸相同,但提供 4 或 5 个 NEX10 接口(图 3)。对于非常狭窄的应用,可以使用推挽式版本。使用多同轴连接器的一些好处包括:

· 更快的安装

· 与单个 NEX10 连接器等效的电气性能

· 更小的外形尺寸,适用于更高的安装密度

· 没有可交换的链接消除了安装错误

连接器

图 3:NEX10 增加了 4 和 5 电缆配置以支持更高密度的天线安装。

手机和无人机内部

对于智能手机、无人机和其他 5G 设备,多个天线封装 (AiP) 组件在不同方向排列,以弥补毫米波方向性带来的问题(图 4)。虽然这解决了天线方向性的挑战,但它增加了在高度受限的空间中集成多个 AiP 和 RF 连接器的挑战。为了保持系统性能,需要具有高水平信号完整性的屏蔽连接器。为了简化互连挑战,毫米波信号在 AiP 中被转换为较低的中频。这使得可以使用柔性板连接器和薄型垂直连接器。

连接器

图 4:在典型的 5G 手机中,多个 AiP 策略性地放置在设备周边周围,以补偿毫米波方向性问题。

微型 5G 毫米波射频柔性板连接器的开发旨在满足 5G 手机、可穿戴设备和其他设备连接多个封装内天线 (AiP) 组件和主板的需求。这些连接器完全屏蔽,抑制辐射电磁干扰,并使用改进的射频端子接触结构,以确保在毫米波频率下具有良好的传输特性。这些连接器包括信号和接地端子的组合,以确保高水平的信号完整性。在需要向 AiP 供电以实现信号转换和调节功能的设计中,一些引脚可用于提供高达 1A 的电流(图 5)。

这些连接器参数包括:

· 间距:0.35 毫米

· 配合高度:0.60 毫米

· 配合宽度:2.30 毫米

· 长度(插座):3.04 毫米

连接器

图 5:微型连接器可以用 FPC 电缆代替多根同轴电缆

总结

RF 连接器的缩小始于引入 4.3-10 标准,该标准将连接器内部的电气和机械配合平面分开,减少 PIM 并使连接器在现场安装时更加坚固。 随后几代更小的射频连接器(例如 2.2-5 和 NEX10)采用了电气和机械配合功能的分离,并将该功能扩展到内部和外部安装。

为了进一步增加天线安装的密度,NEX10 标准在单个连接器中包含 4 根和 5 根电缆配置。 如果采用,新兴的 1.5-3.5 将延续 5G 小型蜂窝、DAS 和其他系统的连接器小型化趋势。 同时,出现了用于 5G 手机、无人机和类似应用的新型薄型射频连接器。

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