通信连接器技术现状与展望

通信连接器技术现状与展望 

 The Status and Prospect of Telecom Connector Technology

 通信是一项系统工程，使用的各个部件的性能都会影响整个网络的性能，其中通信连接器属于网络传输介质互联设备，所采用的连接器性能可能影响整个通信系统。目前，连接器产品的型号和标准很多，有电连接器件和光纤连接器。特别是光纤连接器，各种标准差异很大；同时，新的工艺、新的技术层出不穷。因此用户应根据自己的实际情况，选择适用的连接器。同时网络建设的有关技术人员也要熟悉和了解各种连接器的性能，考虑网络向高速网络升级时的建设成本和硬件升级等问题，提出接口要求；并综合考虑连接器的性能、价格和发展，建议连接器的选用。 

  连接器的形式和结构千变万化，随着应用对象、频率、功率和应用环境等的不同，有各种不同形式的连接器。通信连接器作为一种物理层器件，在一定程度上影响传输系统的可靠性和各项性能；同时，连接器连接技术的改进，简化了终端连接和维护服务，降低了对硬线连接的需求，使设计和生产过程更方便、更灵活，降低了生产和维护成本。由于光纤连接器也是一种损耗性产品，所以还要求其价格低廉。 

 一、光纤连接器 
 1. 光纤连接器分类 

 光纤连接器的作用在于把光纤的两个端面精密地对接起来，以使发射光纤输出的光能量能限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其接入光链路而对系统造成的影响减到最小，这也是光纤连接器的基本要求。这里所说的光纤连接器确切地讲是光纤活动连接器，俗称活接头，是按光纤接头可拆卸与否来分类时的一类；相应地还有一种不可拆卸的连接器，称为固定连接器。正是由于连接器的使用，使得光通道间的可拆式连接成为可能，从而方便了光系统的调测与维护，使光系统的转接调度更加灵活。 

 光纤连接器是光纤通信系统中使用量的光无源器件，随着光纤的广泛应用，光纤连接器已形成了门类齐全、品种繁多的系列产品，各种类型的特点也逐渐分明。光纤连接器按传输媒介的不同，可分为硅基光纤的单模、多模连接器以及以其他媒介(如塑胶等)为传输媒介的光纤连接器；按连接头的结构形式，可分为FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等；按光纤端面形状，可分为FC、PC(包括SPC或UPC)和APC型；按光纤芯数，可分为单芯型和多芯(如MT-RJ、MPO)型光纤连接器。对于单模光纤连接器，其接头类型有FC、SC、ST、FDDI、SMA及新开发出的LC、MT-RJ等，端面接触方式有PC、UPC和APC型。在实际应用过程中，一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。目前，FC、ST和SC 3种类型连接器占据光纤连接器市场的主导地位。 

  2. 光纤连接器的特点与应用 

 (1)FC(F01)型光纤连接器 

 FC型连接器采用金属螺纹连接结构，插针体采用外径2.5mm的精密陶瓷插针，根据其插针端面形状的不同，它分为球面接触的FC/PC和斜球面接触的FC/APC两种结构。FC型连接器是目前世界上使用量的品种，也是中国采用的主要品种。 

 (2)SC(F04)型光纤连接器

  
 这是一种模塑插拔耦合式单模光纤连接器，其结构尺寸与FC型相同，插针体同样为外径2.5mm的精密陶瓷插针，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式为插拔销闩式。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，接入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。 

 (3)ST型光纤连接器 

 
 采用带键的卡口式锁紧结构(类似BNC连接结构)，插针体为外径2.5mm的精密陶瓷插针，插针的端面形状通常为PC面。 

 (4)DIN47256型光纤连接器 


 这是一种由德国开发的连接器，DIN是德国工业标准的表示，其后的数字为标准号。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。其结构比FC型连接器要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，接入损耗值较小。 

 (5)双锥型连接器 

 这类光纤连接器由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。

 光通信的飞速发展对光纤连接器器件的发展同样提出了要求和需求。现在国际已经有许多公司开发了各种新型的光纤通信连接器。美国目前已经研制出8种结构的光纤连接器，其标准代号为光纤连接器内部匹配标准(FOCIS)。FOCIS1、2、3和4分别为双锥型、ST型、SC型和FC型连接器的标准。新型的有用于光纤带的MTP/MPO连接器(标准号为FOCIS5)、小型MT(小型MPO)连接器(标准代号为OFCIS8)、小型MAC连接器(标准号为OFTLS9)、MT-RJ连接器(标准代号为OFCIS12)，还有FJ型光纤连接器(标准代号为FOCLS6)、LC型连接器(标准代号为FOCIS10)、SG型连接器(标准代号为OFCIS7)等。日本对新一代光纤连接器的研究以NTT光电子学实验室为代表，已研究出MT型、简化SC型、MU型小型单元耦合型、FPC型和平面光波线路PLC型等结构的连接器，其中MU型连接器的标准号为JIS C 5963(日本工业标准)和IEC 1754－6(国际电工委员会标准)。 

 新型光连接器在结构上大致可分为4类：类是在插头直径为2.5mm连接器的基础上加以改进；第二类是围绕光纤带而设计的连接器；第三类是插头直径为l.25mm的小型连接器；第四类是无套管的光纤连接器。新一代连接器体积更小、价格更低。 

 一些发展比较迅速的光纤连接器包括： 

(1)LC型光纤连接器) 

 采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。由于它的陶瓷插针的外径仅为1.25mm，外形尺寸小，因此能够大大提高连接器在光配线架中的密度。目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。 

 (2)MU型光纤连接器 

 MU型光纤连接器采用如SC型连接器那样的插入锁紧结构，外壳与SC型连接器相似，但由于采用了外径为1.25mm的陶瓷插芯，尺寸要小得多。与SC型连接器相比，它可大大提高安装密度，特别适用于新型的同步终端设备和用户线路终端。随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，对MU型连接器的需求也将迅速增长。 

 (3)VF-45光纤连接器/SG连接器 

 VF-45光纤连接器已被为新的光纤接口的国际标准，命名为SG连接器；其接头外形与普通8芯双绞线接头RJ-45相似，不采用套管，插头和插座与光纤的连接就像用压线钳连接8芯5类线与RJ-45接头一样方便，使用专用的制作工具快速制作即可成型，可以减少现场端接的时间和成本，这是该连接器与其他FOCIS连接器的明显区别。 

 (4)带状光纤连接器 

 
 在国内标准方面，中国已制定了FC、SC、ST/PC型连接器的国家标准，对其他一些光纤连接器也有一定的规定。受技术水平和标准化程度的限制，目前，中国光通信系统中所用的光纤连接器，或是使用进口连接器，或是将进口的陶瓷套管和外围金属件等散件在国内进行组装，主要是FC型光纤连接器。 

 与电连接器相同，不同结构的光连接器，应用范围也有所不同。例如FC连接器主要用于光缆干线系统，其中FC/APC连接器用在要求有较高的回波损耗的场合，如CATV网等；ST、SC型连接器和D4型连接器则广泛用于光纤接入网和局域网中，其优点是接入损失小、便于安装且稳定性高；对于短距离(≤20km)信号传输，因其要求不高，所以较多采用的是ST、SMA、FDDI等成本较低的连接器，且多用于多模系统。在本地交换机中的光缆终端架上采用较多的是SC连接器或简化的SC连接器；新型的同步终端设备和用户线路终端，采用的是LC、MU型连接器或带状光纤的MPO连接器；各种局域网一般采用的是带状阵列式光缆MT连接器。对于平面光波器件与光纤之间的连接，多采用PLC连接器。另外，塑胶类光纤连接器多用于更短距离通信，自动控制和音响讯号传输等，如用于住宅广播的FJ型光纤连接器。MT-RJ光纤连接器在快速以太网及千兆位以太网中也有广泛的应用。 

 在的光纤布线标准TIA/EIA-568-B.3中,推荐使用小型光纤连接器(SFF)。SFF包括有LC、MT-RJ、MU、E-2000，F-3000和VF-45等，这些SFF连接器的共性是低插入损耗、回波损耗、高重复性、高环境可靠性以及精密机械结构等。SFF连接器目前也是DWDM系统的选择。 
 

 为保证光纤连接器的正常使用，要考虑光纤连接器的光学性能、互换(同型号间)性能、机械性能、环境性能和寿命(即可拔插次数)。在光学性能方面，一般要求连接损耗应不大于0.5dB，回波损耗典型值应不小于25dB。对于同一类型的光纤连接器，可以任意组合使用、并可以重复多次使用，由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的范围内。另外，光纤连接器的抗拉强度应不低于90N，必须在-40-+70℃的温度下能够正常使用，可以插拔l000次以上等等。 

 二、电连接器分类及应用 

  电连接器使电流在电路内被阻断处或孤立不通的电路可以流通，使电路实现预定的功能。有些连接器被做成普通插座的形式，在线缆工业中得到广泛认可和使用。 

 多年来电连接器的分类混乱，各个厂家自有其分类方法和标准。美国国家电子分销商协会(NEDA, 即National Electronic Distributors Association)在1989年主持制订了一套称为连接器部件封装分类等级(Levels of Packaging)的标准。依据该标准，通信连接一般使用4级连接器。但级别只是用于学习和分类连接器，实际工作中很少按照上述级别谈及连接器，而是按照连接器的外观形式和连接的结构方式来命名它(不同结构形式电连接器的命名由国际上通用的详细规范做出具体规定；一般来说，不同结构的连接器，有不同的应用范围)。通信网络的连接往往取决于所用的媒体，所以，通常是按不同的连接介质、连接方式和应用场合来讨论连接器的。
 

 1. 多线电缆连接器 

 多线电缆连接器包括DB连接器和DIX连接器以及DIN连接器等。 

 (1) DB型连接器包括DB-9、DB-15、DB-25连接器,它用于连接串口设备及并口电缆,分为阳性端和阴性端,DB25中的DB代表是D型连接器,数字25代表连接器的针的个数。DB25连接器是目前微机与线路接口的常用器件。 

  (2) DIX连接器:它的外表象DB-15连接器.它在连接时是用滑扣来实现的,而DB15连接时是通过螺丝来固定的，常常用于连接粗缆以太网。 

 (3) DIN连接器:在DIN连接器中有不同的针以及针的排列形式,它一般在连接Macintosh 和Apple Talk网络中使用。 

 
 2. 双绞线连接器 

 双绞线连接包括两种连接器:RJ45和RJ11。RJ是描述公用电信网络的接口，在以往的4类、5类、超5类，甚至出台不久的6类布线中，采用的都是RJ型接口。 

 (1) RJ11连接器:是一种电话线类连接器，支持2线和4线，一般用于用户电话线接入。 

  (2) RJ45连接器:一种同种类型的连接器，插孔式，比RJ11连接器较大，并且支持8线，是标准8位模块化接口的俗称，多用于网络中连接双绞线。由于它所用电路均为平衡式发送器和接受器，所以具有较高的共模抑制能力。 

  3. 同轴电缆连接器 

 同轴电缆连接器包括T连接头和BNC连接器及终端电阻。 

 (1)T连接头：用于连接同轴电缆和BNC连接器。 

 (2)BNC连接器：BayoNette卡口式桶型连接器，用于将网段连接到BNC连接器。通信和计算机市场的急速增长以及通信技术和计算机技术的结合已成为刺激同轴连接器需求增长的主要因素。由于同轴电缆和T型连接器依赖BNC接插件进行连接，因此BNC连接器市场为业内人士所看好。 

 (3) 终端器：电缆都需要终端器，终端器是一种特殊的连接器，它内部有一个精心选择的匹配网络电缆特性的电阻,其中每一个终端器都必须接地。 

 (4)在粗缆以太网中多使用N型连接器，工作站并不直接接入以太网络中，而是用一个收发器，通过一个AUI连接器(DIX连接器)连到收发器。 

 射频同轴连接器从连接类型来分，主要有以下三种：

 (1)螺纹连接型：如：APC-7、N、TNC、SMA、SMC、L27、L16、L12、L8、L6等射频同轴连接器。这种连接形式的连接器具有可靠性高、屏蔽效果好等特点，所以应用也最为广泛。

 (2)卡口连接型：如BNC、C、Q9、Q6等射频同轴连接器。这种连接器具有连接方便、快捷等特点，也是国际上应用最早的射频连接器连接形式。

 (3)直插推连接型：如SMB、SSMB、MCX等，这种连接形式的连接器具有结构简单、紧凑、体积小、易于小型化等特点。 

 串行通信方式是被广泛采用的一种通信方式。在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口。ISDN基本接口的连接器均采用ISO8877标准。该标准规定S接口标准连接器为RJ-45(8芯)，中间4芯为有效芯；U接口连接器无标准，有些厂家用RJ-11，华为采用的是RJ-45，都是中间两芯有效。数字传输网中G.703接口的连接器一般为BNC(75Ω)或RJ-45(120Ω)，有时也使用9芯接口。USB规范(通用串行总线)是一种连接标准，它为所有USB外设连接PC机提供了通用的连接器(A型和B型)。这些连接器将取代传统的各种外部端口，如串口、游戏接口、并口等。 

 在综合布线方面，以往的四类、五类、超五类，包括刚刚出台的六类布线中，采用的都是RJ型接口。从七类标准开始，布线历史上出现和RJ型和非RJ型接口的划分。Cat7连接件组合（GG45-GP45）标准已在2002年3月22日被一致通过（IEC 60603-7-7），成为7类标准连接件，并可完全兼容目前的RJ-45。 

 电连接器的选用包含了使用环境条件、电参数、机械参数、端接方式的选用。具体包括电气参数要求、额定电压、额定电流、接触电阻、屏蔽性、安全参数、机械参数、机械寿命、连接方式、安装方式和外形、环境参数、端接方式等等。 

  三、通信连接器的发展趋势
 

 连接技术是当今强势发展的热点，它与移动电话、因特网所使用的信息终端和通信设备市场激烈扩展、光纤通信技术应用领域的不断扩大紧密相关。从目前的情况看，市场上对能处理通用系列总线产品的高速度的连接器、小型同轴连接器的需求正不断增加；随着光通信朝着超高速、大容量、长距离的方向发展，CATV、光纤局域网和用户系统的大力开发和光纤到路边、到家庭的应用，对光纤连接器的品种规格和性能也提出更高的要求。未来连接器的研发总趋势是朝着低成本、高密度、高可靠度、功能及安装简化等方面发展。 

 对电连接器而言，厂家都把注意力集中在小外形、窄间距、能处理快速数字信号型号的研发，小型化、高频率、多功能、高功率是电连接器未来的方向。 

 在活动光纤连接器方面，由于精密陶瓷插针及其研磨工艺的研制成功，彻底解决了光纤的对中难题，使得活动光纤连接器的性能指标大为改善。通对陶瓷插针端面形状的不断改进，使接器的指标得到了更大的提高。目前，活动光纤连接器的插入损耗已经达到小于0.2dB, 回波损耗也可达到40dB(PC面)和65dB(APC面)以上，为光纤连接器的广泛应用奠定了基础。光纤连接器插头支撑套管和耦合套筒未来的趋势将是进一步降低接入损耗，提高回波损耗，并改善连接器的机械耐力和温度性能。随着系统速率的不断提高，PC(物理接触)型连接器将逐步取代FC(平面接触)型连接器；对于PC型研磨的工艺也在不断改进，人工研磨正逐渐被机器研磨所取代。另外，采用斜面连接也是提高单模光纤连接器回波损耗性能的一个有效途径。 

 就光纤连接器的外围元部件而言，发展的趋势是高性能、低成本、小型化、多纤化、安装密度高、安装简便等。从生产规模看，连接器的装配正从工厂走向安装工程现场，对快速简易的现场装配型光纤连接器的需求也越来越多。图6所示的采用高模塑法开发出的带有MT套管的低损耗MPO(多纤推拉式)连接器可同时接通4、8和12芯光纤，非常有利于高速和高密度数据传输系统的开发。 

 另外，为使插入损耗最小，光纤连接器所用的光纤应当与系统所用的光纤相同，因此随着新型光纤的应用，必须采用同种光纤的光缆来制造光纤连接器。