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射频电缆组件知识简介
发布时间:2020-03-03 发布者:迈可博 浏览次数:544

       射频同轴电缆组件是将射频同轴连接器与射频同轴电缆,通过焊接、压接、螺纹旋接等方式将两者装接在一起,共同构成的一段传输线。用户在选择电缆组件时要对电缆和连接器进行必要的了解,电缆的了解应包括结构尺寸、机械性能、使用频率、衰减等,而连接器的了解应包括连接器的结构、所用材料、接口连接方式、使用频率范围等,再根据自己的需要选择适合的连接方案。在选择电缆组件时,设计工程师应权衡电气、机械和环境参数,使之符合系统应用要求。


电缆组件常用指标


特性阻抗(Z0)

特性阻抗Z0是指传输线上入射波电压和入射波电流之比,或反射波电压和反射波电流之比的负值,是同轴电缆最基本的电气特性。由于射频能量总是在射频电缆的导体表面传输,因此特性阻抗Z0可通过电缆外导体的内径D和内导体的外径d及绝缘材料的介电常数ε进行计算。

电压驻波比(VSWR)和回波损耗(RL)

电压驻波比VSWR和回波损耗RL是用来衡量反射信号的大小。其定义是由于阻抗不匹配而造成的反射信号的总和。电压驻波比VSWR是通过反射信号的波峰与波谷的比值而得来的。而回波损耗RL是通过衡量反射回源的功率与输入功率的比值的对数计算出来的。

驻波或者回波损耗的产生主要是由于阻抗的不匹配而产生的。射频信号在传输过程中遇到阻抗的变化会产生反射。根据阻抗的变化大小可以计算出反射系数Γ,从而可以计算出驻波比VSWR和回波损耗RL的值。

损耗(亦称衰减)与机械稳幅

损耗是指信号在电缆组件的传输过程中的能量损失。当射频信号在电缆组件传输时,一部分能量转变成热量消耗掉,一部分能量通过电缆的外导体泄漏出去。这两部分能量的损失之和称为损耗,或者叫做衰减。通常用单位长度在某一固定频率点的dB值表示,频率越高,损耗越大。

衰减对能量的损失非常大,3dB衰减相当于能量损失50%,因此对于一个射频系统,对损耗有严格的要求,降低电缆和电缆组件的损耗对于射频系统来说十分重要。通过选择低损耗的电缆而增加的成本远小于因选择高损耗电缆而增大功放的成本。

对于电缆组件来说,最主要的损耗,通常也叫插入损耗(IL, Insertion Loss),来源于三个方面:电缆损耗、接头损耗和失配损耗。某个频率f(GHz)下的衰减(插入损耗IL)可按以下公式进行概算:

IL=频率ƒ时电缆单位长度的衰减*组件长度+(接头1损耗系数+接头2损耗系数)*√ƒ+失配损耗

其中电缆单位长度的衰减可从电缆生产厂提供的电缆规格书中查出,或通过生产厂提供的电缆损耗的K1、K2因子计算得出。

接头的损耗系数由于接头大小、形状、长短的不一,一般介于0.035~0.07之间。从迈可博多年的生产加工经验总结得出:非特殊形状时,直头用0.035,弯头用0.042计算最接近实际。

失配损耗可根据VSWR值计算或通过后面的表4查出。

机械稳幅是指电缆组件在弯曲、抖动条件下损耗的稳定性,机械稳幅指标是动态应用环境条件的重要考量指标,机械稳幅指标的测试业界通常采用电缆组件绕半径为10倍电缆直径的圆柱360°的方法进行测试。

损耗与温度的关系:电缆组件的损耗与温度的变化成正向线性变化,温度每增加或下降1℃,电缆损耗约增加或下降0.2%左右,温度越高,损耗越大,反之亦然。

传输速率Vp和延时Td

传输速率Vp是指信号在电缆中的传播速度和光速C的比值,其和绝缘介质的介电常数ε的平方根成反比的关系。介电常数ε越小,传播速度越快。

而延时Td是指信号在电缆中通过的时间,同样取决于绝缘介质的介电常数ε,以及电缆的长度L。介电常数ε越低,信号传播时间就越短。其计算公式为:

电缆与电缆组件中,延时Td的单位通常用纳秒(ns,10-9秒)与皮秒(ps, 10-12秒),信号在空气介质中1纳秒(ns)时间内传播的长度为300mm,1皮秒为0.3mm。


相位与相位匹配

根据使用的用途,如当同轴电缆用作天线电缆时,要求信号到达的时间与方向(即相位)符合一定的要求。由于受电缆材料与加工工艺的影响,电缆在各点的传播速率不可能绝对地做到完全一样,因而信号通过同样物理长度的电缆都会有一定的时间和方向差,这时它需要采用电气长度来决定电缆的长度,该电气长度所用的特性就是相位。相位是指信号在电缆中通过的周波数,每个周波360°,如1.25个周波,即450°。相位的单位以度(°)表示,长度为L(mm)的电缆其相位Φ可按如下公式计算:

相位匹配是用来描述两个或多个电缆组件具有相同相位长度的能力,更准确的说是电长度匹配。相位匹配分为两种:

1、相对匹配:同批次之间的电缆组件互相匹配;

2、绝对匹配:电缆组件的绝对相位匹配到一个预定值。


机械相位稳定性

电缆组件由于弯曲、抖动所引起的相位变化,叫做机械相位稳定性,包括弯曲相位稳定性(简称弯曲稳相)与抖动相位稳定性(简称抖动稳相)。其中弯曲稳相指标和弯曲方法、弯曲半径都有一定的关系,关注此指标时,一定要了解试验方法和弯曲半径的大小。测试电缆组件的弯曲稳相指标时,业界通常采用电缆绕半径为10倍电缆直径的圆柱360°的方法测试。


温度相位稳定性

电缆组件由于温度变化所引起的相位变化,叫做温度相位稳定性。

通常情况下,电缆厂用相位变化参数PPM来表示电缆的温度相位稳定性,可以用下列公式进行计算。

ΔΦ  —— 相位变化值。单位:度

Φ —— 电缆组件的电长度。单位:度

PPM  —— 相位变化百万分率


相位追踪

相位追踪是表示多根电缆组件在温度、弯曲或两种兼顾的情况下,相位彼此接近的能力,通俗的说就是相位变化的一致性。通常大家所说的相位追踪,是指温度相位追踪。相位追踪是相控阵雷达研发工程师们在选用射频电缆组件时应该考虑的极其重要的指标之一。

屏蔽效率

屏蔽效率是指屏蔽层一边入射的射频能量与透射到另一边的射频能量之间的比率。

屏蔽效率是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个参数,也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。电缆屏蔽不好,传输信号不仅会受到外来杂波的串扰,影响信号质量,也会泄漏出去干扰其他信号。屏蔽效率越高,表示电缆屏蔽性能越好。 射

频同轴电缆的屏蔽层形式多样。最简单有效的屏蔽层是半刚性与螺纹同轴电缆的外导体,其在1至18GHz频率下的屏蔽效率超过140dB。柔性射频同轴电缆4种常见屏蔽层类型,第1种是最常见的编织圆线屏蔽层,第2种是编织扁平线通常为镀银线,这类屏蔽层结构坚固,第3种是螺旋绕扁平线,第4种是使用硬化聚合物(聚酯薄膜、聚酰亚胺或聚酯)螺旋缠绕。

平均功率

同轴电缆在传输信号时,电缆的衰减在同轴电缆内外导体之间产生热量。电缆的功率处理能力主要体现在电缆承受这个因衰减产生热量的能力。影响电缆平均功率的最重要的因素有两个:一是电缆的最高工作温度;二是电缆本身的衰减。电缆衰减越好,电缆本身产生的热量就越小,电缆承受的功率也就越大。同等条件下,电缆能承受的工作温度越高,电缆所能承受的功率越大。

电缆组件平均功率受海拔高度与温度及电压驻波比的影响很大,海拔高度增加、温度升高或驻波比变大时,平均功率下降。其各自对功率的影响可由表1、表2与表3查出。

表1 射频功率的海拔高度降低系数

表2 温度上升功率降低系数

表3 VSWR上升功率降低系数

表4 驻波比、回损、匹配损耗与匹配效率


迈可博电缆组件长度的定义

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