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连接你我他——协作开发NEX10接口
材料来源:《微波杂志》2017年5/6月刊           录入时间:2017/6/5 9:19:57

连接你我他——协作开发NEX10接口

Making Connections – Collaborating to Develop the NEX10 Interface

Richard Mumford,《Microwave Journal》国际编辑

射频同轴电缆和连接器是实现新技术的关键一环,亦是缺之不可的重要组件。随着通信行业将设备越做越小,以及应用小基站(small cell)来达到更高速的数据传输的趋势,射频单元和天线的尺寸也日渐缩小,这样一来,对小型高性能同轴射频连接器的需求就应运而生。《Microwave Journal》关注了三大射频和光纤连接器开发制造商如何携手共同解决这一难题,并推出NEX10TM连接器接口。本文探索了三家企业构思新品、集思广益、分工合作并有效沟通的过程。

随着全球使用量的急速增长,对于移动数据的需求日益暴涨。再加上现今4G技术的广泛应用以及未来5G技术的崛起,数据传输速率也进一步蹿升。为了实现这些更高速的数据传输,移动通信行业正逐步将移动射频设备“朝终端用户靠近”,旨在提高覆盖面,因此需要小尺寸设备来满足。这些设备要轻便、能与环境融为一体,并可以容易地安置在街道上(如路灯柱上)。若从射频单元和天线角度考虑,这就意味着需要开发尺寸小、重量低的设备,而同时又要求性能高,可实现1Gbps的数据传输速度。

远端射频与天线间的链路由低损耗射频电缆实现,这也是通信信道至关重要的环节。市场上现有射频连接器的缺陷一是尺寸太大,二是达不到当下4G和未来5G移动网络的电气要求。例如,目前普遍应用于天线和射频拉远头(remote radio head)的标准连接器4.3-10射频性能优异,却无法满足小基站所需要的小尺寸。另一方面,QMA或SMA等射频连接器虽然尺寸较小,然而却并不具备如无源互调(PIM)或户外应用的强壮性等电气和机械要求。

因此,需要专门设计安装于射频单元及天线上的小尺寸连接器,使其在无源互调、回波损耗及射频功率等方面具备良好而稳定的电气性能,同时体积紧凑、满足最大12.7毫米的法兰高度。

直面挑战

灏讯(HUBER+SUHNER)、雷迪埃(Radiall)及罗森伯格(Rosenberger)都明白这样一个挑战考验了信心、知识、经验和专长,也意识到研制新型高性能射频连接器的迫切需求,于是通力合作,开发了这样一个全新接口——即NEX10TM。这三家行业巨头分别位于瑞士、法国和德国,不但地理上仅相距几百公里,在合作开发NEX10项目上也有相近之处。他们的首要目标便是确保要将市场所有需求都纳入考虑范围,同时应用最先进的新技术来研发连接器。

此外,从商业角度而言,由三个领先连接器制造商共享资源及技术研发出的产品能让潜在的客户群体感到安心;况且多个购买渠道也确保了他们能选择自己心仪的供应商。

各公司概况

灏讯专门研发并生产高品质的电气及光学连接器件。它的业务范围遍布全球,同时针对每个区域市场进行本土化调整,使其能够满足客户在通信、运输和工业市场中的跨技术解决方案的需求。该公司提供了连接器、电缆、电缆组件、电缆系统天线及避雷器的一站式购买服务。

雷迪埃成立于1952年,彼时主要业务是给新兴的电视市场生产同轴插头。如今,它已成为全球性的互联组件制造商,为航天、国防、工业、医疗和通信等要求严苛的行业提供高可靠性产品。

罗森伯格集团共有7500多名员工,分布在德国总部、欧亚地区和美洲地区的工厂及销售办事处。半个多世纪以来,“罗森伯格”已成为先进技术、优异品质及杰出创意的代名词。该公司是高频和光纤连接器方面的领军企业,其客户包括了蜂窝通信技术、数据系统、医疗电子、工业测量技术、汽车电子和电力驱动交通领域的知名高科技公司。

合作伊始

鉴于共有三家大公司参与协作,而每个企业的组织架构、处事方法和专业所长又各不相同,那么在合作开发NEX10接口的过程中,采取了哪些程序和措施来确保流程的精简高效呢?

可以想见,各家的设计工程师是整个联合团队的重要组成部分。他们独立作业完成不同的部分,同时也会在产品管理营销团队和设计团队的例会上或面对面或通过网络交流想法。每次开会,各家公司都会明确下一步行动方案,并在随后的会议上汇报进度。

从起初的设计理念,到第一个样品再到最终的质量检测,整个开发过程的所有步骤都均匀分配给了三方。各个公司并没有什么特定的职责,但倘若一家的设计团队提出了一个新主意,他们便会参考其它团队的看法和建议,将其进行完善。

研发设计

此番合作的目的是设计一个小巧、无源互调稳定的连接器。通过查看市场上现有的接口可以发现,要实现这个目标将会是一项挑战。像SMA这样的小型连接器无法实现稳定的无源互调,也不具备安装于极端环境所必须的强壮性。另一方面,4.3-10和7-16这类连接器可实现稳定无源互调,但对于小型手机应用而言就太大了。

根据各家公司多年的连接器设计经验,联合团队确定了为了达到良好的无源互调水平需要采纳的设计特征。最终结果显示采取的是最简洁的设计方案:将现有的稳定连接器缩小尺寸。不过,大家很快就意识到,这种尺寸的接口需要特定的功能来保护接触组件免受损坏。

重要的一点是,要想实现一个不随耦合机制变化的稳定连接器,必须要保护公母两端的中心触点以及公端的开槽外接触点。开发团队的成员每天都在和小型连接器打交道,自然很清楚正确的处理方式。NEX10的最终设计中,有一项重要的举措便是完成“傻瓜”式设计,从而使得门外汉在现场安装连接器时也不容易造成损坏。

产品简介

NEX10接口在未来电信基础设施路线图中发挥了重要作用。它主要可应用于需要稳定无源互调但又要求尺寸小巧的场合,尤其是针对小基站(见图1)和MIMO、室内DAS、天线、射频和滤波器等。

1. 城市小基站效果图

应用于小基站时,该接口特别不受空间限制,电气性能大大超过要求。在低功率基站中,NEX10可用于射频拉远头的互联互通,或是天线及跳线上的接口。在多用户/多频段DAS情况下,可用于将射频信号组合、终止或分配到天线中去。

有些新的通信应用需要相对较低的功率,同时增加了系统中的信道数量。这便是NEX10恰好可以支持未来4.5G和5G电信应用的原因。它作为紧凑型的接口,尺寸比4.3-10连接器减小了50%(图2对两者体积进行了对比),较7-16连接器减小了五倍,同时还满足了所有室外射频连接器规格参数。

2. 4.3-10连接器与NEX10接口对比

这些规格参数包括:

  • 无源互调水平稳定,且不受动态转矩的影响:-166dBc
  • 工作频率高达20GHz,回波损耗指标优异
  • 高度为12.7mm
  • 稳固的机械设计
  • 提供螺纹式和插拔式两种连接方式
  • 针对线缆匹配做了设计优化,可支持尺寸达到6.35mm的波纹电缆
  • IP68防护等级
  • 带有橡胶护套的设计
  • 可连接多根同轴电缆(一个连接器具有四个触点)

总而言之,NEX10接口有多种配置可选:插口(方形法兰式、穿板式);插头(平角式、直角式);插拔式和螺纹式对接;多同轴电缆;另有户外跳线应用密封护套。

NEX10的一大设计要点便是电接触与机械接触区域的分离,这样使得在静态、动态、振动和扭转应力条件下的互调性能都达到了最优。图3显示了动态条件下的无源互调测试情况。该接口无源互调水平低、回波损耗性能高,且与耦合机制或施加转矩无关。这一特性使得螺钉、手旋螺丝和快锁装置得以被引入,从而简化了安装过程,确保了所有耦合机制下都具备高水平的电气性能。

3. 动态测试下的无源互调性能

此外,该接口设计集成了橡胶护套以应对极端天气情况(图4)。作为接口的一部分,密封护套提供了IP68级别的保护,通过了冰雪及多重温度循环测试。配有橡胶护套的接口已成为标准产品规格,各指定供应商处均有售;两种连接方式皆有,密封原理相同。

4. 集成的橡胶护套适用于极端天气条件,提供IP68级防护。

同时,接口的电气和机械触点的分离促生了多缆和盲配两种模式。多缆模式(如图5)大大降低了密集应用占据的体积。它由多达四个连接器组成,集成在一个外壳中。用户可直接选购成品,所占空间小、安装时间短,而电气性能和户外强壮性优异。NEX10的盲配对策适用于面板间和测试测量应用。

5. NEX10接口的多缆模式

小结

通过结合三家全球领先射频连接器公司的知识储备,联合团队在接口的设计过程中充分利用了所有合作伙伴的专业知识和设计能力。同样的,企业的专长和经验也延续到了产品的生产过程中,采用最先进的制造技术提供高品质的射频连接器,满足了通信行业所有的现行乃至未来标准。

另外还有重要的一点在于,团队考虑到了产品的灵活性,以满足OEM或无线运营商的需求。客户在世界任何地方都可以获取产品,不论是单个连接器还是射频跳线成品。开发团队认为,通过密切合作与协同奋斗,NEX10有望引领未来电信新标准。


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