射频电缆的技术介绍
时间:2013-10-06 阅读:400
射频电缆组件的正确选择除了频率范围,驻波比、插入损耗等因素外,还应考
虑电缆的机械特性、使用环境和应用要求,另外,成本也是一个永远不变的因
素。这里讨论一下射频电缆的各种指标和性能,了解电缆的性能对于选择一条
*的射频电缆组件是十分有益的。
特性阻抗
“特性阻抗”是射频电缆、接头和射频电缆组件中zui常提到的指标。zui大功率
传输、zui小信号反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其它部件的匹配。如果
阻抗*匹配,则电缆的损耗只有传输线的衰减,而不存在反射损耗。电缆的
特性阻抗(Z0)与其内外导体的尺寸之比有关,同时也和填充介质的介电常数
有关。由于射频能量传输的“趋肤效应”,与阻抗相关的重要尺寸是电缆内导
体的外径(d)和外导体的内径(D):
Z0(Ω) = (138 /√ε) ×(log D/d)
绝大部分应用于通信领域的射频电缆的特性阻抗是50Ω;在广播电视中则会用
到75Ω的电缆。
驻波比(VSWR)/回波损耗
电缆组件中的阻抗变化将会引起信号的反射,这种反射会导致入射波能量的损
失。测试电缆组件之间的连接和电缆/接头之间的连接是产生反射损耗的主要原
因。由于制造的原因,电缆在某些特定的频点上也会产生一些VSWR突变。
反射的大小可以用电压驻波比(VSWR)来表达,其定义是入射和反射电压之比
。VSWR越小,说明电缆生产的一致性越好。VSWR的等效参数是反射系数或回波
损耗。
典型的微波电缆组件的VSWR在1.1到1.5之间,换算成回波损耗为26.4至14dB,
即入射功率的传输效率为99.8%至96%。
匹配效率的含义是,如果输入功率为100W,在VSWR为1.33时,输出功率为98W,
即2W被反射回来。
衰减(插入损耗)
电缆的衰减是表示电缆有效的传送射频信号的能力,它由介质损耗、导体(铜
)损耗和辐射损耗三部分组成。大部分的损耗转换为热能。导体的尺寸越大,
损耗越小;而频率越高,则介质损耗越大。因为导体损耗随频率的增加呈平方
根的关系,而介质损耗随频率的增加呈线性关系,所以在总损耗中,介质损耗
的比例更大。另外,温度的增加会使导体电阻和介质功率因素的增加,因此也
会导致损耗的增加。对于测试电缆组件,其总的插入损耗是接头损耗、电缆损
耗和失配损耗的总和。
在测试电缆组件的使用中,不正确的操作也会产生额外的损耗。例如,对于编
织电缆,弯曲也会增加其损耗。每种电缆都有zui小弯曲半径的要求。
在选择电缆组件时,应先确定系统zui高频率时可接受的损耗值,然后再根据这
个损耗值来选择尺寸zui小的电缆。
平均功率容量
功率容量是指电缆消耗由电阻和介质损耗所产生的热能的能力。
电缆的无源互调失真
电缆的无源互调失真是由其内部的非线性因素引起的。在一个理想的线性系统
中,输出信号的特性与输入信号是*一致的;而在非线性系统中,输出信号
和输入信号相比产生了幅度失真。
如果有二个或更多的信号同时输入一个非线性系统,由于互调失真的存在,将
会在其输出端产生新的频率分量。在现代通信系统中,工程师们zui关心的是三
阶互调产物(2f1-f2或2f2-f1),因为这些无用的频率分量往往会落入接收频
段从而对接收机产生干扰。
同轴电缆组件通常被视为线性器件。但是,纯线性器件是不存在的。在接头和
电缆之间总有些非线性因素存在,这些非线性因素通常是由于表面氧化层或者
接触不良所造成的。以下的通用原则可以尽量减少无源互调失真:
• 在设备中,尽量用半钢电缆或者半柔电缆代替柔性电缆
• 用单股内导体的电缆
• 用表面平滑的高质量接头
• 采用足够厚度和均匀镀层的接头
• 采用尺寸尽可能大的接头(如DIN7/16的互调特性优于N,而N则优于SMA)
• 保证接头之间良好的接触
• 使用非磁性材料的接头(如钢和镍)