5G通信中對(duì)高頻連接器的需求

越來(lái)越多的連接設(shè)備正在增加對(duì)高帶寬互聯(lián)網(wǎng)接入的需求，并推動(dòng)5G的部署。5G 的頻段延伸到毫米波頻譜，使得射頻連接器的電氣、機(jī)械和環(huán)境特性在整體性能中更加重要。為了應(yīng)對(duì)不斷變化的市場(chǎng)需求，在5G推出的推動(dòng)下，強(qiáng)生一直在積極推出多項(xiàng)新產(chǎn)品，以支持更高頻率和更小的尺寸。

5G來(lái)了

5G已經(jīng)到來(lái)，運(yùn)營(yíng)商宣布計(jì)劃在2018年底試用和推出服務(wù)，并計(jì)劃于5年開(kāi)始全面推出2020G網(wǎng)絡(luò)。業(yè)界正在為此次發(fā)布做準(zhǔn)備，高通等設(shè)備制造商發(fā)布了5G調(diào)制解調(diào)器（Snapdragon），測(cè)試設(shè)備制造商更新了他們的產(chǎn)品組合，華為，諾基亞和愛(ài)立信等多家公司致力于天線和波束成形技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)5G的MIMO功能。在 5G 技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，射頻連接器無(wú)處不在，毫米波頻率的需求對(duì)其制造精度提出了關(guān)鍵要求。蜂窩網(wǎng)絡(luò)的普遍性也給這些連接器的成本帶來(lái)了下行壓力，這些連接器的使用歷來(lái)僅限于軍事和航空航天應(yīng)用。50 多年來(lái)，Johnson 連接器一直處于射頻應(yīng)用的前沿，并支持前幾代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在本文中，我們將介紹 5G、它對(duì)連接器技術(shù)的要求以及約翰遜如何通過(guò)推出新產(chǎn)品來(lái)應(yīng)對(duì)。

5G的部署是由越來(lái)越多的需要高帶寬互聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備推動(dòng)的，這給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了壓力。5G將通過(guò)使用從低于1GHz到最終26GHz頻段及更高的頻率來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。5G使用的總帶寬將大大超過(guò)4G和以前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使用的頻譜量。

5G 頻譜分配

頻譜分配由每三至四年舉行一次的世界無(wú)線電通信大會(huì)決定。WRC-19將于29年22月2019日至5月24日在埃及沙姆沙伊赫舉行，但與此同時(shí)，正在就28G頻譜達(dá)成一致，預(yù)計(jì)載波頻率為38、1和2083 GHz。在這些頻率下，延遲也將極低，ITU-R規(guī)范M.16 [1]的目標(biāo)不到<>m秒。

從規(guī)范可以看出，5G寬帶連接預(yù)計(jì)將提供高達(dá)20 Gbps的下行鏈路速度和低至1毫秒的延遲.5G還將使通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量逐步增加，因?yàn)樵谥付ㄓ糜?G的更高頻率下提供更多帶寬。

圖1：5G技術(shù)要求（來(lái)源GSMA）

用例和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)

電信行業(yè)已開(kāi)始將其稱為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（MIoT），而ITU-R IMT-2020（5G）包括三個(gè)主要用例類別：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）和超可靠和低延遲通信（URLLC）。分配給 5G 網(wǎng)絡(luò)的頻譜將分為 3 個(gè)頻段，與用例類別一致，如圖 2 所示。

每個(gè)用例類別中的應(yīng)用將有不同的要求，5G的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理功能（包括網(wǎng)絡(luò)切片）將使運(yùn)營(yíng)商能夠提供針對(duì)應(yīng)用量身定制的服務(wù)。例如，自動(dòng)駕駛汽車(chē)將需要極快、低延遲的連接來(lái)支持實(shí)時(shí)導(dǎo)航。另一方面， 許多物聯(lián)網(wǎng)傳感器以周期性的突發(fā)方式傳輸數(shù)據(jù)，不需要高速， 因此較低的服務(wù)等級(jí)將是合適的.

分配給5G的更高頻率及其相應(yīng)的短波長(zhǎng)將允許使用更小的天線，允許使用大規(guī)模MIMO技術(shù)來(lái)增加無(wú)線連接的容量，而無(wú)需更多頻譜。雖然這意味著需要更多的5G基站來(lái)提供預(yù)期的覆蓋范圍，但它們將在每個(gè)基站內(nèi)利用多個(gè)天線，使5G每米支持的設(shè)備比1G多000多個(gè)。相應(yīng)地，4G網(wǎng)絡(luò)將能夠以高精度和低延遲向更多用戶發(fā)送超快數(shù)據(jù)，從而滿足MIoT等新興無(wú)線應(yīng)用對(duì)高速數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)的需求。

毫米波區(qū)域

為頻譜的毫米波區(qū)域設(shè)計(jì)RF器件帶來(lái)了許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如上所述，更高的頻率可實(shí)現(xiàn)更小的天線，從而使每個(gè)基站能夠?qū)崿F(xiàn)更多。納米CMOS等技術(shù)的發(fā)展正在大幅減小許多連接到5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備（例如物聯(lián)網(wǎng)傳感器）的尺寸，并提高天線密度。這導(dǎo)致基站組件的尺寸相應(yīng)減小。這些更高的速度、更大的帶寬、更大的密度和更小的尺寸的趨勢(shì)對(duì)連接器技術(shù)提出了特定的要求，在毫米波頻率下，連接器技術(shù)對(duì)任何電子設(shè)備或系統(tǒng)都至關(guān)重要。

射頻連接器必須將電磁能量從一條傳輸線傳輸?shù)搅硪粭l傳輸線，同時(shí)確保最小的損耗和反射，因此其設(shè)計(jì)的精度至關(guān)重要。

5G 射頻連接器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

隨著對(duì)更高頻率、更小尺寸、獨(dú)特接口和更好性能的推動(dòng)，射頻連接器設(shè)計(jì)必須滿足基于幾何形狀、尺寸和傳輸特性的限制，同時(shí)確保連接器阻抗與傳輸線其余部分的阻抗相匹配。隨著頻率的增加，保持阻抗變得更加復(fù)雜;射頻連接器的電氣、機(jī)械和環(huán)境特性在確保其性能方面都起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵電氣特性包括阻抗（通常為 50 歐姆）、駐波比、PIM（無(wú)源互調(diào)失真）和最大頻率。VSWR特別重要，它決定了連接器將反射多少電磁波，從而導(dǎo)致信號(hào)丟失。VSWR會(huì)隨頻率而變化，但在給定的頻率范圍內(nèi)可以保持平線值，例如1.3：1至40 GHz。

機(jī)械特性，如嚙合/分離力、耦合螺母扭矩、觸點(diǎn)固定和耐用性（插拔次數(shù)）對(duì)于保證連接的穩(wěn)定性同樣重要。由于未對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致的連接意外間隙會(huì)導(dǎo)致連接的電氣特性發(fā)生劇烈變化（圖 3）。

圖 3：RF 連接器對(duì)齊

最后，工作溫度范圍、防潮性和耐腐蝕性等環(huán)境特性必須與連接器的部署條件相匹配。

5G 連接器解決方案

鑒于5G網(wǎng)絡(luò)密度的趨勢(shì)，連接器尺寸是一個(gè)總體參數(shù)。4.2 mm SMA 連接器在射頻實(shí)現(xiàn)中已經(jīng)很成熟，現(xiàn)在隨著頻率的增加和模塊尺寸的縮小，超小型變體變得越來(lái)越普遍。表 1 顯示了當(dāng)前使用的一些主要連接器類型。5G應(yīng)用的設(shè)計(jì)將需要各種高頻連接器和適配器類型，擴(kuò)展到適配器、多端口聯(lián)動(dòng)解決方案和電纜組件。

憑借 50 多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，Johnson 提供全球市場(chǎng)上最全面的射頻連接器系列之一，并一直在利用其經(jīng)驗(yàn)和資源開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展其產(chǎn)品范圍，以滿足 5G 市場(chǎng)不斷變化的需求。約翰遜廣泛的 50 歐姆 SMA 連接器額定頻率高達(dá) 26.5 GHz，提供黃銅或不銹鋼材質(zhì)，支持多種配置，包括 PC 板安裝（通孔和表面安裝）、末端發(fā)射、隔板法蘭安裝座和電纜。

為應(yīng)對(duì)不斷變化的市場(chǎng)需求，在5G推出的推動(dòng)下，莊臣一直在積極推出多項(xiàng)新產(chǎn)品，以支持更高頻率和更小的尺寸，包括：

高達(dá) 2 GHz 的 92.40mm 系列

高達(dá) 2 GHz 的 4.50mm 系列

高達(dá) 1 GHz 的 85.67mm 系列

SMP 系列擴(kuò)展高達(dá) 40 GHz

SMPM 系列擴(kuò)展高達(dá) 65 GHz

聯(lián)動(dòng) SMP 4 端口，頻率高達(dá) 40 GHz

莊臣在美國(guó)和中國(guó)設(shè)有銷售、設(shè)計(jì)和制造中心，非常適合支持新興 5G 市場(chǎng)的需求，并將繼續(xù)投資于其產(chǎn)品組合，以支持 5G 網(wǎng)絡(luò)的新興需求。

表 1：RF 連接器類型和特性示例

審核編輯：郭婷