射频电缆概述

射频电缆概述

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。在本文中，详细讨论了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最佳的射频电缆组件是十分有益的。射频电缆组件的基本选择原则

射频同轴电缆是用于传输射频和微波信号能量的。它是一种分布参数电路，其电长度是物理长度和传输速度的函数，这一点和低频电路有着本质的区别。射频同轴电缆大致可分为半刚和半柔电缆、柔性编织电缆和物理发泡电缆等几大类，不同的应用场合应选择不同类型的电缆。半刚和半柔电缆一般用于设备内部的互联；在测试和测量领域，应采用柔性电缆；发泡电缆常用于基站天馈系统。

半刚性电缆顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成，其射频泄漏非常小（小于-120dB），在系统中造成的信号串扰可以忽略不计。

这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常稳定的性能，半刚性电缆采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定

的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，大量应用于各种射频和微波系统中。

图1. 半刚性电缆半柔性电缆半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。图2. 半柔性电缆柔性编织电缆柔性电缆是一种“测试级”的

电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。柔性射频电缆组件的选择要同时考虑各种因素，而这些因素之间有些的相互矛盾的，如单股内导体的同轴电缆比多股的具有更低的插入损耗和弯曲时的幅

度稳定性，但是相位稳定性能就不如后者。所以一条电缆组件的选择，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。

图3. 柔性编织电缆特性阻抗

射频同轴电缆由内导体，介质，外导体和护套组成，见下图4。“特性阻抗”是射频电缆，接头和射频电缆组件中最常提到

的指标。最大功率传输，最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。如果阻抗完全匹配，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（ZB0）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）：

图4. 射频同轴电缆的结构

式中，Z0为同轴电缆的特性阻抗（Ω），εr为内部填充介质的相对介电常数，D为外导体内径（mm），d为内导体外径（mm）。ks为内导体系数，和内导体的结构有关：

单股内导体－ks = 1，

7芯内导体－ks = 0.939，

19芯内导体－ks = 0.97。常见的射频同轴电缆绝大部分是50Ω特性阻抗的，这是为什么呢？

通常认为导体的截面积越大损耗就越低，但事实并非完全如此。同轴电缆的每单位长度的损耗是lg(D/d)的函数，也就是说和电缆的特性阻抗有关。经过计算可以发现，当同轴电缆的特性阻抗为77Ω时，单位长度的损耗最低。

对于同轴电缆的最大承受功率，通常认为内外导体的间距越大，则同轴电缆可承受电压越高，即承受功率越大，但实际上也不完全准确。同轴电缆的最大承受功率同样与其特性阻

抗有关。可以计算出当同轴电缆的特性阻抗为30Ω时，其承受的功率最大。

为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，应该在77Ω和30Ω之间找一个适当的数值。二者的算术平均值为53.5Ω，而几何平均值为48.06Ω；选取50Ω的特性阻抗可以做到二者兼顾。此外，50Ω阻抗的连接器也更加容易设计和加工。绝大部分应用于通信领域的射频电缆的特性阻抗是50Ω；在广播电视传输系统中则用到75Ω的电缆。大部分的测试仪器都是50Ω的阻抗，如果要测量75Ω阻抗的器件，可以通过一个50-75Ω的阻抗变换器来进行阻抗匹配，但是需要注意这种阻抗变换器有约5.7dB的插入损耗。驻波比（VSWR）/回波损耗

在射频和微波系统中，最大功率传输和最小信号反射取决于射频电缆的特性阻抗和系统中其它部件的匹配。射频电缆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。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的计算公式如下：全角输入两个空格就可以首行缩进了

最好使用谷歌浏览器

安卓预览效果不对，肯定是二次复制了，看下右上角帮助吧其中Pr为反射功率，Pi为入射功率。测试电缆组件的VSWR 指标取决于电缆，连接器及其加工工艺。测试电缆组件的典

型VSWR值小于1.2，换算成回波损耗为21dB，即入射功

率的匹配（传输）效率为99.21%。对于传输（即S21参数）测试，一条VSWR

从电缆类型来看，半刚和半柔电缆有着比较良好的VSWR

表现。一条普通的.141”或.086”电缆在dc-18GHz范围内可

以做到小于1.2的VSWR，而并不需要花费太高的成本，当然加工和焊接工艺是保证VSWR指标的重要因素。

而柔性电缆要实现低的VSWR指标却并非易事。要求电缆

在弯曲的条件下仍能保持良好的性能，这二者存在一定的矛盾。为了平衡这种矛盾，也就是得到一条既柔软又有良好的射频指标的柔性测试电缆，往往需要付出更多的成本代价。有经验的射频工程师在用网络分析仪测量柔性测试电缆对

其进行选择时，往往会在S11的测量状态下轻微的抖动电缆，并观察其VSWR指标是否随着电缆的抖动而变化。通常，

柔性测试电缆组件可分为3GHz、6GHz、18GHz、26.5GHz、40GHz、50GHz和67GHz这几种。图5是BXT生产的一

种低成本的3GHz测试电缆组件（P/N：MC03-03-03-1000）的典型VSWR指标，在3GHz以下，其VSWR有着非常良好的表现（小于1.1），这种低成本的测试电缆组件完全可以满足生产线的测试要求。下面是这个电缆指标的测试图：图5. 一种低成本的3GHz测试电缆的典型VSWRBXT的MC

系列中，有一种可以达到6GHz的低成本测试电缆组件－