5G通信中对高频连接器的需求

越来越多的连接设备正在增加对高带宽互联网接入的需求，并推动5G的部署。5G 的频段延伸到毫米波频谱，使得射频连接器的电气、机械和环境特性在整体性能中更加重要。为了应对不断变化的市场需求，在5G推出的推动下，强生一直在积极推出多项新产品，以支持更高频率和更小的尺寸。

5G来了

5G已经到来，运营商宣布计划在2018年底试用和推出服务，并计划于5年开始全面推出2020G网络。业界正在为此次发布做准备，高通等设备制造商发布了5G调制解调器（Snapdragon），测试设备制造商更新了他们的产品组合，华为，诺基亚和爱立信等多家公司致力于天线和波束成形技术，以实现5G的MIMO功能。在 5G 技术的各个领域，射频连接器无处不在，毫米波频率的需求对其制造精度提出了关键要求。蜂窝网络的普遍性也给这些连接器的成本带来了下行压力，这些连接器的使用历来仅限于军事和航空航天应用。50 多年来，Johnson 连接器一直处于射频应用的前沿，并支持前几代无线网络。在本文中，我们将介绍 5G、它对连接器技术的要求以及约翰逊如何通过推出新产品来应对。

5G的部署是由越来越多的需要高带宽互联网接入的设备推动的，这给现有网络带来了压力。5G将通过使用从低于1GHz到最终26GHz频段及更高的频率来解决这个问题。5G使用的总带宽将大大超过4G和以前的无线网络技术使用的频谱量。

5G 频谱分配

频谱分配由每三至四年举行一次的世界无线电通信大会决定。WRC-19将于29年22月2019日至5月24日在埃及沙姆沙伊赫举行，但与此同时，正在就28G频谱达成一致，预计载波频率为38、1和2083 GHz。在这些频率下，延迟也将极低，ITU-R规范M.16 [1]的目标不到<>m秒。

从规范可以看出，5G宽带连接预计将提供高达20 Gbps的下行链路速度和低至1毫秒的延迟.5G还将使通过无线系统传输的数据量逐步增加，因为在指定用于5G的更高频率下提供更多带宽。

图1：5G技术要求（来源GSMA）

用例和大规模物联网

电信行业已开始将其称为大规模物联网（MIoT），而ITU-R IMT-2020（5G）包括三个主要用例类别：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠和低延迟通信（URLLC）。分配给 5G 网络的频谱将分为 3 个频段，与用例类别一致，如图 2 所示。

每个用例类别中的应用将有不同的要求，5G的增强网络管理功能（包括网络切片）将使运营商能够提供针对应用量身定制的服务。例如，自动驾驶汽车将需要极快、低延迟的连接来支持实时导航。另一方面， 许多物联网传感器以周期性的突发方式传输数据，不需要高速， 因此较低的服务等级将是合适的.

分配给5G的更高频率及其相应的短波长将允许使用更小的天线，允许使用大规模MIMO技术来增加无线连接的容量，而无需更多频谱。虽然这意味着需要更多的5G基站来提供预期的覆盖范围，但它们将在每个基站内利用多个天线，使5G每米支持的设备比1G多000多个。相应地，4G网络将能够以高精度和低延迟向更多用户发送超快数据，从而满足MIoT等新兴无线应用对高速数据日益增长的需求。

毫米波区域

为频谱的毫米波区域设计RF器件带来了许多机遇和挑战。如上所述，更高的频率可实现更小的天线，从而使每个基站能够实现更多。纳米CMOS等技术的发展正在大幅减小许多连接到5G网络的设备（例如物联网传感器）的尺寸，并提高天线密度。这导致基站组件的尺寸相应减小。这些更高的速度、更大的带宽、更大的密度和更小的尺寸的趋势对连接器技术提出了特定的要求，在毫米波频率下，连接器技术对任何电子设备或系统都至关重要。

射频连接器必须将电磁能量从一条传输线传输到另一条传输线，同时确保最小的损耗和反射，因此其设计的精度至关重要。

5G 射频连接器设计注意事项

随着对更高频率、更小尺寸、独特接口和更好性能的推动，射频连接器设计必须满足基于几何形状、尺寸和传输特性的限制，同时确保连接器阻抗与传输线其余部分的阻抗相匹配。随着频率的增加，保持阻抗变得更加复杂;射频连接器的电气、机械和环境特性在确保其性能方面都起着至关重要的作用。

关键电气特性包括阻抗（通常为 50 欧姆）、驻波比、PIM（无源互调失真）和最大频率。VSWR特别重要，它决定了连接器将反射多少电磁波，从而导致信号丢失。VSWR会随频率而变化，但在给定的频率范围内可以保持平线值，例如1.3：1至40 GHz。

机械特性，如啮合/分离力、耦合螺母扭矩、触点固定和耐用性（插拔次数）对于保证连接的稳定性同样重要。由于未对准而导致的连接意外间隙会导致连接的电气特性发生剧烈变化（图 3）。

图 3：RF 连接器对齐

最后，工作温度范围、防潮性和耐腐蚀性等环境特性必须与连接器的部署条件相匹配。

5G 连接器解决方案

鉴于5G网络密度的趋势，连接器尺寸是一个总体参数。4.2 mm SMA 连接器在射频实现中已经很成熟，现在随着频率的增加和模块尺寸的缩小，超小型变体变得越来越普遍。表 1 显示了当前使用的一些主要连接器类型。5G应用的设计将需要各种高频连接器和适配器类型，扩展到适配器、多端口联动解决方案和电缆组件。

凭借 50 多年的行业经验，Johnson 提供全球市场上最全面的射频连接器系列之一，并一直在利用其经验和资源开发和扩展其产品范围，以满足 5G 市场不断变化的需求。约翰逊广泛的 50 欧姆 SMA 连接器额定频率高达 26.5 GHz，提供黄铜或不锈钢材质，支持多种配置，包括 PC 板安装（通孔和表面安装）、末端发射、隔板法兰安装座和电缆。

为应对不断变化的市场需求，在5G推出的推动下，庄臣一直在积极推出多项新产品，以支持更高频率和更小的尺寸，包括：

高达 2 GHz 的 92.40mm 系列

高达 2 GHz 的 4.50mm 系列

高达 1 GHz 的 85.67mm 系列

SMP 系列扩展高达 40 GHz

SMPM 系列扩展高达 65 GHz

联动 SMP 4 端口，频率高达 40 GHz

庄臣在美国和中国设有销售、设计和制造中心，非常适合支持新兴 5G 市场的需求，并将继续投资于其产品组合，以支持 5G 网络的新兴需求。

类型	描述	大小	频率	拧紧方式
SMA	半精密超小型射频和微波连接器，广泛用于高达 18 GHz 的频率，有时甚至更高。有多种规格，公头、母头、直头、直角、隔板安装，以满足大多数要求。	4.2毫米	直流 – 18 千兆赫， （26.5 千兆赫）	螺纹
2.92毫米（K型）	SMA 上的较小尺寸变体，工作频率更高	2.92毫米	直流 – 46 千兆赫	螺纹
2.4毫米	SMA 上的较小尺寸变体，工作频率更高	2.4毫米	直流 – 50 千兆赫	螺纹
1.85毫米（V型）	SMA 上的较小尺寸变体，工作频率更高	1.85毫米	直流 – 67 千兆赫	螺纹
单片公司	微型推入式连接器，带有内部母头对母头组件（称为子弹）和两个称为护罩的外部面板、电路或电缆安装插座。与螺纹连接器不同，在配接过程中允许少量径向错位，应用包括天线、宽带和仪器仪表	3.0毫米	直流 – 40 千兆赫	推入式
斯普姆	比 SMP 小 30%，专为需要空间和封装密度的超高频应用而设计。应用包括下一代相控阵、高速半导体测试、客户特定开发	2.4毫米	直流 – 65 千兆赫	推入式和卡入式配接方式

表 1：RF 连接器类型和特性示例

审核编辑：郭婷