Cavo coassiale Fakra nella trasmissione del segnale del veicolo

Il cavo coassiale FAKRA è un cavo ad alta velocità e ad alta frequenza che trasmette segnali in radiofrequenza o segnali di telecamere ad alta definizione. La sua struttura tipica è mostrata in Figura 1, che comprende principalmente: Connettore FAKRA, FAKRA Connettore in linea, cavo coassiale, e connettore lato scheda PCB. Con la crescente domanda di sistemi di guida intelligente per automobili e di sistemi di intrattenimento a bordo, la velocità di trasmissione del segnale nell'auto è aumentata, con conseguente aumento graduale della frequenza di trasmissione dei relativi cavi di collegamento.

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Nell'abbinamento delle parti e nelle applicazioni automobilistiche dei cavi coassiali FAKRA, le due importanti proprietà elettriche della perdita di ritorno e della perdita di inserzione saranno influenzate in modo significativo, con conseguente diminuzione della qualità del segnale trasmesso, influenzando la percezione dell’utente, e persino portare a un guasto funzionale. Questo articolo analizza principalmente l'impatto dei connettori FAKRA, FAKRA Connettori in linea, cavi coassiali, e connettori all'estremità della scheda PCB sulla qualità del segnale dell'intero collegamento di trasmissione, e propone metodi ingegneristici per ridurre l'impatto.
Nell'abbinamento delle parti e nelle applicazioni automobilistiche dei cavi coassiali FAKRA, le due importanti proprietà elettriche della perdita di ritorno e della perdita di inserzione saranno influenzate in modo significativo, con conseguente diminuzione della qualità del segnale trasmesso, influenzando la percezione dell’utente, e persino portare a un guasto funzionale. Questo articolo analizza principalmente l'impatto dei connettori FAKRA, FAKRA Connettori in linea, cavi coassiali, e connettori all'estremità della scheda PCB sulla qualità del segnale dell'intero collegamento di trasmissione, e propone metodi ingegneristici per ridurre l'impatto.
Prima di analizzare l'impatto dei connettori FAKRA sulla qualità del segnale, è necessario prima comprendere gli standard di progettazione del connettore, e quindi analizzare i potenziali fattori che influenzano gli standard. I principali standard di riferimento per le dimensioni dell'interfaccia dei connettori FAKRA sono ISO20860-1 e USCAR-18, e i principali standard di prova sono ISO20860-2, USCAR-17 e USCAR-2. Lo standard di dimensione dell'interfaccia definisce le dimensioni principali dei connettori FAKRA nelle direzioni assiale e radiale, compresi connettori maschio e connettori femmina, come mostrato nella Figura 2 (estratto da ISO20860-1).

SEGNALE RF Cavo Fakra Z Cavo coassiale Fakra Z da jack femmina a Fakra Z maschio RG174 6,6 piedi (2M) Cavo prolunga antenna GPS per radio FM AM Sirius

25 piedi RG58 N femmina a Fakra Z femmina cavo coassiale RF pigtail

Fakra Z maschio a Fakra Z femmina ad angolo retto 3,3 piedi (1M) Cavo coassiale RG174 per l'elettronica dell'auto

In direzione assiale, alcune dimensioni rientrano in un intervallo di tolleranza dimensionale. Dopo che i connettori maschio e femmina sono stati collegati insieme, c'è uno spazio vuoto nell'interfaccia di connessione. Lo spazio dopo l'inserimento causato dalla tolleranza dimensionale dell'interfaccia influisce sulle prestazioni elettriche, e la dimensione del traferro influisce sul grado di adattamento dell'impedenza. Inoltre, partendo dalla norma, il materiale dielettrico isolante all'estremità del conduttore esterno definisce solo il requisito di progettazione di 50 Ω. Nei prodotti di diverse aziende, i materiali dielettrici isolanti presentano fenomeni diversi, che influenzerà anche l'effetto di adattamento dell'impedenza. Perciò, anche se la dimensione della struttura dell'interfaccia soddisfa gli standard, per connettori con diversi materiali isolanti e strutture di interfaccia, È necessario condurre test di corrispondenza per verificare se i relativi indicatori di prestazione elettrica rientrano nell'intervallo di valori specificato.

2. L'impatto del connettore FAKRA Inline sulle prestazioni dell'intero collegamento di trasmissione
Durante il processo di collegamento e assemblaggio del cablaggio del veicolo, I connettori in linea sono inevitabilmente utilizzati per il docking. Per esempio, riguardante la connessione tra l'host di intrattenimento e l'antenna esterna, l'ospite dell'intrattenimento è sistemato nella zona del quadro strumenti, mentre l'antenna esterna è nella parte posteriore del tetto. Generalmente, è necessario collegare il cablaggio a tre segmenti tramite il cablaggio dello strumento, cablaggio della carrozzeria e cablaggio del soffitto, che produrrà un connettore in linea.
Come mostrato nella Figura 3, è stato effettuato un confronto delle connessioni: un cavo è un campione completo da 400 mm 1, ed entrambe le estremità sono connettori FAKRA. L'altro lo è 4 sezioni di campione da 100 mm 2 di uguale lunghezza, collegati in serie attraverso 3 coppie di FAKRA Inline.

Figura 3 Campione 1 cavo coassiale e campione 2 cavo coassiale
Attraverso il confronto delle perdite di inserzione nella Tabella 1, si può trovare che alla stessa frequenza, Campione 2 ha una perdita di inserzione maggiore rispetto al campione 1. Ciò è dovuto alla perdita di inserzione delle tre coppie di connettori Inline centrali che influenzano il collegamento di trasmissione.

Tavolo 1, Confronto della perdita di inserzione del campione 1 Cavo coassiale e campione 2 Cavo coassiale

Come si può vedere dalla Tav 1, l'aggiunta di un connettore in linea può introdurre una perdita di inserzione. Da ciò si nota che più connettori vengono inseriti, maggiore è la perdita di inserzione. Allo stesso tempo, per l'applicazione di selezione della connessione Inline, è necessario considerare la frequenza operativa. A frequenze diverse, la perdita di inserzione è diversa. Nelle applicazioni pratiche, è inoltre necessario verificare la stabilità della qualità e la coerenza dei connettori Inline.
Inoltre, soprattutto quando si tratta di connessioni in linea di diversi produttori, le prestazioni complessive dopo il passaggio devono essere valutate e testate. Quando i connettori in linea sono abbinati, se si verifica un disadattamento di impedenza, causerà una perdita di rendimento, con conseguente riduzione della potenza di uscita del segnale e aumento della perdita di inserzione. La perdita del conduttore, la perdita dielettrica e l'energia irradiata del connettore Inline causeranno un aumento della perdita di inserzione, con conseguente riduzione della potenza di uscita del segnale.

3. L'impatto del cavo coassiale FAKRA sulle prestazioni dell'intero collegamento di trasmissione
Il cavo coassiale è un'unità base composta da due conduttori metallici cilindrici coassiali e reciprocamente isolati. Lo schema del cavo è mostrato in Figura 4.

Figura 4, struttura del cavo coassiale

Quando si considerano i cavi coassiali FAKRA, è generalmente accettato che la perdita di inserzione di un cavo coassiale sia uguale alla somma delle perdite del connettore e del cavo. Questo articolo deve sottolineare l'impatto della concentricità e dello stato di contatto di pin e jack sulla perdita di inserzione del cavo coassiale. Un “contatto scarso” porterà ad un aumento della perdita di inserimento del cavo coassiale, e può anche manifestarsi come instabilità del segnale o circuito aperto diretto. Per determinare la qualità dello stato di contatto, oltre a testare la resistenza di contatto dei connettori maschio e femmina dopo che sono stati accoppiati, è inoltre possibile testare la forza di ritenzione della spina specificata nella norma per misurare e determinare lo stato del contatto. I metodi di prova per i conduttori interni ed esterni sono chiaramente definiti nel progetto di test ISO20860-2.
Un altro fattore che influenza la perdita di inserzione dei cavi coassiali è la gamma di frequenza operativa del cavo. Figura 5 mostra la curva di prova della perdita di inserzione di un certo tipo di cavo. Si può vedere che la curva del test della perdita di inserzione cambia linearmente all’interno della “banda lineare” della larghezza di banda operativa del cavo, ma fuori dalla larghezza di banda. I risultati del test cambiano in modo non lineare e producono mutazioni in determinati punti di frequenza, che comporta impatti e conseguenze non trascurabili sulla trasmissione del segnale dell'intero collegamento.

Figura 5. Cambiamenti improvvisi nelle prestazioni della perdita di inserzione al di fuori della larghezza di banda operativa del cavo.

4. L'impatto del connettore estremità scheda FAKRA sulle prestazioni dell'intero collegamento di trasmissione
Rispetto ai connettori di fine linea, I connettori lato scheda FAKRA differiscono nella struttura ad eccezione dell'interfaccia. La differenza più comune è che esistono due design per la faccia terminale del conduttore esterno pubblico: isolante e aria. Ci saranno differenze di prestazioni tra queste due interfacce dopo averle collegate al connettore femmina.
Un altro fattore importante che influenza le prestazioni del connettore con estremità maschio è il design della connessione tra la coda del connettore e la scheda PCB. Figura 6 mostra un connettore all'estremità della scheda con il conduttore interno fissato piattamente alla linea del segnale del circuito. Figura 7 è un diagramma strutturale schematico del connettore all'estremità della scheda dopo aver tagliato parte del conduttore esterno.

Per ottenere l'adattamento dell'impedenza, questi fattori influenzeranno la trasmissione del segnale:
La distanza tra la radice del conduttore nel connettore all'estremità della scheda (la parte vicina al mezzo isolante del connettore) e la scheda PCB, la larghezza della linea del segnale sulla scheda, la larghezza di banda di lavoro della scheda PCB, e la dimensione delle aperture su entrambi i lati della linea del segnale sulla scheda.
Quando la frequenza operativa supera una certa soglia, sia il connettore della scheda, la scheda PCB, e i parametri di saldatura corrispondenti devono essere completamente dimostrati per evitare mutazioni improvvise nei segnali ad alta frequenza in determinate bande di frequenza.

5 Conclusione
Da quanto sopra si può vedere che quando si scelgono i cavi coassiali FAKRA, è necessario prestare attenzione alla larghezza di banda operativa del cavo e del connettore. In tutto il collegamento, la larghezza di banda operativa di ciascun dispositivo avrà un impatto sulla trasmissione del segnale. Per connettori della stessa categoria di produttori diversi, è necessario fare riferimento alle specifiche tecniche del prodotto per confermare la coerenza della scelta e dell'abbinamento.
Nell'applicazione reale dei cavi del veicolo, per applicazioni di cavi coassiali in aree di piegatura, considerando la perdita di trasmissione e la resistenza alla flessione, vengono solitamente utilizzati cavi speciali resistenti alla flessione con perdite inferiori e diametri maggiori. Per apparecchi elettrici disposti in zone umide, vengono solitamente utilizzati speciali connettori FAKRA impermeabili e antipolvere. Per il posizionamento in aree soggette a vibrazioni, Devono essere presi in considerazione anche i connettori FAKRA che soddisfano i requisiti di vibrazione.
Insomma, Connettori FAKRA, FAKRA Connettori in linea, cavi coassiali, e i connettori lato scheda PCB influenzeranno tutti la trasmissione del segnale dell'intero collegamento. Analizzando e padroneggiando i suoi principali fattori che influenzano, possiamo formulare misure di progettazione e test corrispondenti per ridurre ed eliminare questi effetti, che è vantaggioso per l'affidabilità e la stabilità della trasmissione del segnale ad alta frequenza.