5G 无线网络和联网汽车推动互连技术

原创线束世界 2021-11-24 08:00

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随着 5G 的推出和先进汽车技术时代的临近，新的连接器系列不断发展以满足不断增长的带宽和连接需求。

无线 5G 和物联网 (IoT) 技术最终可能会影响我们所做的几乎所有事情。然而，COVID-19 大流行阻止了移动宽带标准组织3GPP的会议，这减缓了5G 第 17 版规范的进展。此版本详细介绍了 5G 无线网络的新特性和功能，并定义了部署的第二阶段。

我们中的许多人都经历过带宽限制，这限制了我们可以在线执行的操作，尤其是在许多人在家工作的时候。这增加了对 5G 的需求，5G 提供了完成计算密集型基于互联网的商务和休闲活动所需的更高速度和容量。随着车对车 (V2V) 和车对一切 (V2X) 技术成为我们交通和城市基础设施的一部分，5G 无线网络也将为交通带来重大机遇。无人驾驶汽车可能还有很长的路要走，尽管我欢迎自动车辆在 COVID-19 大萧条期间为我的家提供补给。车载5G将涉及几乎所有的即时的信息，以每秒千兆位 (Gb/s) 数据速率和远远超出大多数当前水平的千兆赫 (GHz) 传输频率。

V2V和V2X能力将随着5G无线网络的全面实施而实现。

新的 5G 无线网络和现有/扩展的光纤网络相辅相成，在固定和移动应用之间提供比单独提供更好的连续性。使用同轴电缆和无线传输的 5G 网络将在移动设备（包括车辆通信和企业）与固定 5G 宽带和长距离光纤骨干网之间架起相对较短的距离。5G 无线网络将使用毫米波传输来实现处理预计通信需求所需的更高带宽。由于大气衰减，毫米波传播通常只传播几百英尺。如此短的距离导致电信公司从使用数量相对有限的大型蜂窝塔转向使用数千个小型、低功率蜂窝站点从每个站点的小覆盖区域内的设备发送和接收信号。在人口稠密的城市地区，蜂窝基站几乎遍布所有其他屋顶以及较大的建筑物和礼堂内。当包括车载通信的预测时，5G 将为设计人员提供开发新产品的重要机会。连接器供应商已开发出此次扩展所需的多种新产品。

2019 年射频同轴连接器的汽车应用销售额为 7.456 亿美元，比 2018 年增长了 27% 以上，因为新的车载和 V2V/V2X 系统开始投入使用。这些值仅适用于连接器，如果还包括电缆组件，肯定会成倍增加。

在回顾具体的连接器之前，我们先来看看整个汽车连接器市场的规模。Bishop & Associates 计算出 2019 年全球汽车连接器市场为 152 亿美元，按电气系统使用情况细分如下：

随着时间的推移，新的车载 V2V 和 V2X 系统的许多状态报告和控制功能将包含在 5G 数据传输中。5G 无线网络在全球范围内实施，基于国际标准化，除美国汽车研究委员会 (USCAR) 规范外，许多用于 5G 应用的新型连接器还由 DIN、IEC 和 ISO 标准定义。

FAKRA 和 FAKRA-Mini 连接器提供 GHz 传输

大多数高达 6GHz 的车载数据速率都可以由基于 SMB 连接器接口的FAKRA 连接器处理。FAKRA 代表 Facharbeitskreis Automobil，这是一个德国组织，由来自车辆制造商和设备供应商的行业专家组成。FAKRA 连接器采用机械键控/编码，可通过 14 种编码选项快速组装。它们具有主要和次要锁定功能以防止意外分离，并通过颜色编码来区分应用程序。FAKRA 标准符合 DIN 72594-1，并与 USCAR-17 标准和 ISO 20860-1 协调一致。

FAKRA

较新的车辆数据速率涉及到 9.6GHz 的传输，未来的应用将需要更高的频率。下一代 FAKRA-Mini 同轴连接器正在满足这种需求。当 Molex 和 Rosenberger 宣布一项双源协议以生产 Rosenberger 的HFM 高速 FAKRA-Mini 汽车连接器系统时，确保多重采购的初步努力得到了保证，该系统的工作频率高达 15GHz，并支持高速数据传输速率高达到 20Gb/s。除了提供更高的频率能力，FAKRA-Mini 连接器还具有更小的模块化结构，与传统 FAKRA 连接器相比，可节省 80% 以上的空间。

缩小的FAKRA-Mini 连接器可显着节省空间，如这张 Rosenberger 图表所示，该图表将 20 个标准 FAKRA 连接器（左）与仅 5 个 x4 HFM FAKRA-Mini 连接器（右）占用的电路板空间进行了比较。

拥挤城市中的 5G 无线网络将需要数以千计的相互靠近的微型发射/接收盒。大多数安装将需要两个或多个光连接盒。电缆 I/O 连接器包括低 PIM 版本的 N 型连接器和更大的 7/16 DIN 和 4.3/10 系列连接器。随着小型化和更高频率的需求，更新的连接器将继续推向市场。

商业运输已经在利用额外的现场数据记录功能，如 GPS 位置跟踪系统并将这些数据传输回他们的办公室，这些系统通常需要可靠的环境密封，以保护相机、传感器、天线、连接器和其他组件免受湿气、灰尘、和其他环境危害。虽然可以使用传统的密封连接器，例如 SMA，但Molex和JAE提供 FAKRA 连接器在配合时密封到 IPX9K 等效，而TE Connectivity 的 DEUTSCH 产品线和 Aptiv（前身为 Delphi）为天线和其他外部车辆应用提供多种具有不同环境密封级别的车辆连接器。运输市场向更高频率和更短波长发展的趋势也将导致更小的车辆天线，这些天线可以与微型同轴连接器端接，例如：

I-PEX 的 MHF-TI或Hirose 的 U.FL。系列。天线传输涉及通过波束成形、转向和跟踪进行跟踪，以处理 5G 新无线电 (NR) 收发器和前端 RF 组件。除了放置在屋顶散热片中，一些天线还可以直接连接到车辆玻璃并通过电缆连接到内部处理器。

电缆和板安装连接器非常适合天线应用。

新型同轴连接器提供尺寸和传输优势

NEX10 是最新的连接器系列之一，旨在满足新型高速网络的需求。由NEX10 联盟成员（包括 Rosenberger、Radiall和 HUBER+SUHNER）开发，NEX10 连接器是 50Ω、低 PIM 同轴连接器，适用于小型蜂窝、分布式天线系统 (DAS)、建筑技术基础设施和多输入/多- 输出 (MIMO) 应用。NEX10 于 2019 年提交给 IEC 标准化。每个站点的跳线连接数量不断增加，导致需要多同轴连接器，而 NEX10 多同轴连接器可在相同尺寸的单个连接器外壳内提供四个或五个 NEX10 接口作为流行的 7/16 连接器。

Rosenberger NEX10-5 连接器（顶部）采用螺钉（左）、推拉（中）和通用插孔（右）配置，均具有中央导销，用作辅助对齐机制以确保正确配合。NEX10 连接器也可作为可现场安装的电缆组件（底部）提供。

另一种为移动通信和即将到来的 5G 应用开发的新连接器技术是DIN 2.2/5，它的大小与 TNC 差不多，但电气性能类似于 4.3/10 连接器。与 NEX10 一样，这些连接器旨在替代使用在缩小尺寸很重要的应用中使用更大的 4.3/10 连接器。涉及此规范的连接器公司包括Molex、Amphenol和 Telegärtner。标准化将在 IEC 61169-66 下进行。尽管该设计的截止频率为 26GHz，但预计大多数近期应用将在 6GHz 至 8GHz 范围内。

延续小型化趋势，新的 1.5/3.5 系列是另一种强大的低 PIM 连接器，适用于 5G 小基站和其他通信盒应用。Telegärtner 是第一家提供这种连接器的公司，其尺寸与 SMA 连接器相似，但所需空间比 2.2/5 系列少 47%，比 4.3/10 系列少 75%。此外，尽管尺寸小，新的 1.5/3.5 系列连接器可以传输相当大的功率，在 2GHz 时高达 100W。