最新ISO19642-11車用同軸電纜標準適應miniFakra連接器

原創線束世界 2023-07-04 07:59

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一、引言

日前，國際標準化組織首次發布了 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準。標準涵蓋了 22 種同軸電纜,滿足車輛不同位置和功能需要。

這份標準由國際標準化組織道路車輛技術委員會一般電氣分委員會汽車電纜工作組（ISO TC22/SC32/WG4）負責起草，牽頭起草人是奧地利 GG 公司的資深標準化專家，數據電纜專家 Kurt Herrmann 先生。

ISO 19642-11:2023 車用射頻同軸電纜具體型號概括如表 1。

注 1：FX——柔性，HX——高柔性。

注 2：未特別說明的外導體均為編織+復合鋁金屬箔。

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

發泡是降低介質材料介電常數和戒指損耗的有效手段，從而可以減小產品尺寸，降低衰減，提高有效傳輸距離，提高傳播速率。這份標準的發泡同軸電纜值得關注，即 CX174c（RG174LL）、CX31a（RTK031）和 CX44a/b/c（RTK044），用于目前最流行的 mini Fakra 連接器。雖然標準中也保留發泡的 CX58a/b/c（RG058），但由于尺寸原因不能用于 mini Fakra，應用前景渺茫，所以在此不做進一步討論。

表2

為了滿足車輛對溫度的要求，通常的發泡材料必須采用 PP。

二、結構尺寸和截止頻率

傳統的 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，由于波長遠遠的大于電纜和連接器件的橫向幾何尺寸，是沒有什么問題的。隨著傳輸頻率的提高，波長越來越短，當波長接近于電纜的橫向幾何尺寸，出現了新的問題。當波長小于介質的平均周長時，電磁波將產生第一個高階模式 TE11。高階模式也可以傳播，但會增加損耗和駐波比，因為它的傳播速度和 TEM 模式不同，會對 TEM 模式產生干擾。所有頻率越高的同軸電纜和連接器越需要更小的尺寸，以避免產生高階模式。通常把可能產生 TE11 模式的頻率作為同軸系統的截止頻率。

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其沖的遇到高階模問題，比如傳統 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，但傳統的車用同軸電纜和連接系統也以 6 GHz 作為傳輸頻率的上限。最新的 mini Fakra 連接器不僅結構緊湊，節省空間，截止頻率也可突破 6 GHz，甚至達到（15～20）GHz，受到車輛連接系統的歡迎和廣泛采用。由于系統頻率的提高，對所用電纜的頻率有時也要求達到 20 GHz。

三、插入損耗（衰減）和傳播速率分析及 RTK044 電纜介紹

對于電纜雖然截止頻率不是問題，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 RG058，二是采用發泡介質。但RG058 無法和 mini Fakra 連接器匹配，因為 mini Fakra 的孔徑要求電纜小于 4 mm。為了適應 mini Fakra 的尺寸和 20 GHz 高頻頻率，RTK044 應運而生。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的損耗的減小，另外，CX44a/b 采用發泡結構，標準規定傳播速率在 78%以上，更有利于損耗降低。

傳播速率和相對介電常數開方的倒數成正比，所以也和發泡度有關，對于最小 78%的傳播速度，這要求大約 1.6 的相對介電常數和 50%的發泡度。

另外標準也推出了最高頻率到 9 GHz 的低配版本的 RTK044 電纜 CX44c，因為目前很多實際應用并不需要 20 GHz 的高頻，CX44c 在性能上插入損耗要求比 CX44a/b 大很多，所以應用頻率不能過高。

CX44c 和 CX44a/b 在結構上最大的不同就是傳播速度要求低，要求 75%以上，實際就是要求大約 1.7 的相對介電常數和 40%的發泡度。

圖 1 20GHz 的 CX44a/b 和 9GHz 的 CX44c，損耗對比

四、物理發泡和化學發泡對比分析及 RTK031 電纜介紹

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

目前，市場上的RTK44 主要GG 提供的 CoSpeed5044。到目前為止，還沒有萊尼關于RTK044 的信息。如前所述，這個標準的執筆人是 GG 的 Kurt Herrmann 先生，所以傾向于 GG的技術優勢也是理所當然的事情。據了解，CoSpeed5044 采用了羅森泰的 PP 物理發泡設備生產。

目前 RTK031 同軸電纜應用比較多，市面上萊尼的型號都是 Dacar302，應該是化學發泡。

如果是物理發泡則應該叫 Dacar301。同樣是 RTK031 電纜，萊尼的型號 Dacar302 和 GG 的型號 CoSpeed5031 對比，萊尼尺寸偏大約 0.1 mm。尺寸和相對介電常數，發泡度有關。目前ISO 標準 RTK031 只一個規格即 CX31a，傳播速度最小 75%，兼顧了物理和化學發泡。

五、發泡型 RG174LL 電纜介紹

CX174c 也是 ISO 標準中的一個新的規格，GG 型號叫 CoSpeed5174，和傳統的實心介質RG174LL 外形尺寸一樣，但內導體加粗，采用發泡結構，傳播速度 78%以上，所以損耗和傳統的 RG174LL 相比大大降低。

傳播速度 78%以上，也說明必須物理發泡。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，市場優勢明顯。這應該是新型 RG174LL 的主要賣點。