最新ISO 19642-11車用同軸電纜標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)mini Fakra連接器

一、引言

日前，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織首次發(fā)布了 ISO 19642-11:2023，Road vehicles -Automotive cables-Part 11:Dimensions and requirements for coaxial RF cables with a specified analogue bandwidth up to 6 GHz (20 GHz)車用射頻同軸電纜標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了 22 種同軸電纜,滿足車輛不同位置和功能需要。

這份標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織道路車輛技術(shù)委員會(huì)一般電氣分委員會(huì)汽車電纜工作組（ISO TC22/SC32/WG4）負(fù)責(zé)起草，牽頭起草人是奧地利 GG 公司的資深標(biāo)準(zhǔn)化專家，數(shù)據(jù)電纜專家 Kurt Herrmann 先生。

ISO 19642-11:2023 車用射頻同軸電纜具體型號(hào)概括如表 1。

注 1：FX——柔性，HX——高柔性。

注 2：未特別說(shuō)明的外導(dǎo)體均為編織+復(fù)合鋁金屬箔。

在幾乎所有的場(chǎng)合，汽車上的電纜要求的耐熱溫度都在 B-T100 等級(jí)及以上，這種溫度要求材料至少是聚丙烯（PP）或交聯(lián)聚乙烯（XLPE）。通常的聚乙烯（PE）一般不允許應(yīng)用于汽車。

發(fā)泡是降低介質(zhì)材料介電常數(shù)和戒指損耗的有效手段，從而可以減小產(chǎn)品尺寸，降低衰減，提高有效傳輸距離，提高傳播速率。這份標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)泡同軸電纜值得關(guān)注，即 CX174c（RG174LL）、CX31a（RTK031）和 CX44a/b/c（RTK044），用于目前最流行的 mini Fakra 連接器。雖然標(biāo)準(zhǔn)中也保留發(fā)泡的 CX58a/b/c（RG058），但由于尺寸原因不能用于 mini Fakra，應(yīng)用前景渺茫，所以在此不做進(jìn)一步討論。

表2

為了滿足車輛對(duì)溫度的要求，通常的發(fā)泡材料必須采用 PP。

二、結(jié)構(gòu)尺寸和截止頻率

傳統(tǒng)的 Fakra 連接器適用于 RG058 等 5 mm 及以下尺寸同軸電纜，目前廣泛應(yīng)用于汽車。同軸電纜的電磁波通常是以橫向電磁波模式（TEM）傳播的，在不太高的頻率下，由于波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于電纜和連接器件的橫向幾何尺寸，是沒有什么問(wèn)題的。隨著傳輸頻率的提高，波長(zhǎng)越來(lái)越短，當(dāng)波長(zhǎng)接近于電纜的橫向幾何尺寸，出現(xiàn)了新的問(wèn)題。當(dāng)波長(zhǎng)小于介質(zhì)的平均周長(zhǎng)時(shí)，電磁波將產(chǎn)生第一個(gè)高階模式 TE11。高階模式也可以傳播，但會(huì)增加損耗和駐波比，因?yàn)樗膫鞑ニ俣群?TEM 模式不同，會(huì)對(duì) TEM 模式產(chǎn)生干擾。所有頻率越高的同軸電纜和連接器越需要更小的尺寸，以避免產(chǎn)生高階模式。通常把可能產(chǎn)生 TE11 模式的頻率作為同軸系統(tǒng)的截止頻率。

由于連接器的尺寸比匹配的電纜的尺寸要大，所以電纜匹配的連接器要首當(dāng)其沖的遇到高階模問(wèn)題，比如傳統(tǒng) Fakra 連接器的截止頻率基本在 6 GHz，雖然匹配的最大尺寸的電纜RG58 的截止頻率能到 25 GHz，但傳統(tǒng)的車用同軸電纜和連接系統(tǒng)也以 6 GHz 作為傳輸頻率的上限。最新的 mini Fakra 連接器不僅結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，截止頻率也可突破 6 GHz，甚至達(dá)到（15～20）GHz，受到車輛連接系統(tǒng)的歡迎和廣泛采用。由于系統(tǒng)頻率的提高，對(duì)所用電纜的頻率有時(shí)也要求達(dá)到 20 GHz。

三、插入損耗（衰減）和傳播速率分析及 RTK044 電纜介紹

對(duì)于電纜雖然截止頻率不是問(wèn)題，但是隨著頻率的提高，電纜的插入損耗（衰減）急劇增大。損耗的增大，降低了有效傳播距離，有時(shí)不得不增加放大器，提高成本。特別是到了20 GHz 的高頻，一般電纜的損耗已經(jīng)不可接受。

降低損耗的途徑主要有兩條，一是用大尺寸的電纜，如 RG058，二是采用發(fā)泡介質(zhì)。但RG058 無(wú)法和 mini Fakra 連接器匹配，因?yàn)?mini Fakra 的孔徑要求電纜小于 4 mm。為了適應(yīng) mini Fakra 的尺寸和 20 GHz 高頻頻率，RTK044 應(yīng)運(yùn)而生。RTK044 尺寸介于RTK031 和 RG058 之間，是 mini Fakra 適用的最大尺寸的電纜，充分利用了大尺寸帶來(lái)的損耗的減小，另外，CX44a/b 采用發(fā)泡結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定傳播速率在 78%以上，更有利于損耗降低。

傳播速率和相對(duì)介電常數(shù)開方的倒數(shù)成正比，所以也和發(fā)泡度有關(guān)，對(duì)于最小 78%的傳播速度，這要求大約 1.6 的相對(duì)介電常數(shù)和 50%的發(fā)泡度。

另外標(biāo)準(zhǔn)也推出了最高頻率到 9 GHz 的低配版本的 RTK044 電纜 CX44c，因?yàn)槟壳昂芏鄬?shí)際應(yīng)用并不需要 20 GHz 的高頻，CX44c 在性能上插入損耗要求比 CX44a/b 大很多，所以應(yīng)用頻率不能過(guò)高。

CX44c 和 CX44a/b 在結(jié)構(gòu)上最大的不同就是傳播速度要求低，要求 75%以上，實(shí)際就是要求大約 1.7 的相對(duì)介電常數(shù)和 40%的發(fā)泡度。

圖 1 20GHz 的 CX44a/b 和 9GHz 的 CX44c，損耗對(duì)比

四、物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡對(duì)比分析及 RTK031 電纜介紹

從 CX44a/b 和 CX44c 的比較可以看出隱含的要求，CX44a/b 需要物理發(fā)泡，CX44c 則可以化學(xué)發(fā)泡。化學(xué)發(fā)泡的發(fā)泡度通常在 20%～40%，物理發(fā)泡的發(fā)泡度可達(dá) 50%以上。

目前，市場(chǎng)上的RTK44 主要GG 提供的 CoSpeed5044。到目前為止，還沒有萊尼關(guān)于RTK044 的信息。如前所述，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)筆人是 GG 的 Kurt Herrmann 先生，所以傾向于 GG的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也是理所當(dāng)然的事情。據(jù)了解，CoSpeed5044 采用了羅森泰的 PP 物理發(fā)泡設(shè)備生產(chǎn)。

目前 RTK031 同軸電纜應(yīng)用比較多，市面上萊尼的型號(hào)都是 Dacar302，應(yīng)該是化學(xué)發(fā)泡。

如果是物理發(fā)泡則應(yīng)該叫 Dacar301。同樣是 RTK031 電纜，萊尼的型號(hào) Dacar302 和 GG 的型號(hào) CoSpeed5031 對(duì)比，萊尼尺寸偏大約 0.1 mm。尺寸和相對(duì)介電常數(shù)，發(fā)泡度有關(guān)。目前ISO 標(biāo)準(zhǔn) RTK031 只一個(gè)規(guī)格即 CX31a，傳播速度最小 75%，兼顧了物理和化學(xué)發(fā)泡。

五、發(fā)泡型 RG174LL 電纜介紹

CX174c 也是 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)新的規(guī)格，GG 型號(hào)叫 CoSpeed5174，和傳統(tǒng)的實(shí)心介質(zhì)RG174LL 外形尺寸一樣，但內(nèi)導(dǎo)體加粗，采用發(fā)泡結(jié)構(gòu)，傳播速度 78%以上，所以損耗和傳統(tǒng)的 RG174LL 相比大大降低。

傳播速度 78%以上，也說(shuō)明必須物理發(fā)泡。損耗的降低可以有效提高傳輸距離，甚至可以不需要放大器，非常有利于降低成本，市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯。這應(yīng)該是新型 RG174LL 的主要賣點(diǎn)。

圖 2 新型的 CX174c 發(fā)泡電纜和傳統(tǒng) RG174 實(shí)心電纜的損耗對(duì)比