射频电缆概述

射频电缆概述

—正确选择射频测试电缆组件

广电：卢益锋

射频电缆的分类

�射频同轴电缆分为半刚，半柔和柔性电缆三种，不同的应用场合应选择不同类型的电缆，在广电设备中，多数使用的是半刚和半柔两种电缆

�举例：发射机模块与模块间的连接一般用半柔电缆；

�补点器模块与模块间的连接一般用半刚电缆

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，射频泄露非常小（小于-120dB），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去完成。如此麻烦的工艺带给我们的好处是非常稳定的性能，如果采用固态聚四氟乙烯作为填充介质，具有非常稳定的温度特性，尤其是高温也具有良好的相位稳定性

�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。

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。

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，柔性电缆成本较昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要估计的因素更多。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，也是导致造假昂贵的主要原因。

射频电缆的选择要考虑各种因素，所以考虑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

良导体的趋肤深度

�在良导体中的传播的平面波，在直流情况下，是在导体中均匀分布的，随着频率的升高，电流在导体的分布渐渐趋向导体表面，趋肤深度就是用来衡量射频情况下的电流分布。

�其中，w=2πf

� u=4π*10-7 H/m 真空磁导率�最后一项是金属的电导率电导率

特性阻抗

�射频同轴电缆由内导体，介质，外导体和护套组成。特性阻抗是射频里面最常提到的指标，最大功率传输，最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗。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。射频电缆的特性阻抗z0与内外导体的尺寸之比有关，也和填充介质的介电常数有关，由于趋肤效应，和阻抗有关的是电缆内的导体的外径和外导体的内径。

�特性阻抗是射频里面最常提到的指标，最大功率传输，最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗。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

与内外导体的损耗。射频电缆的特性阻抗z

尺寸之比有关，也和填充介质的介电常数有关，由于趋肤效应，和阻抗有关的是电缆内的导体的外径和外导体的内径。

�Z0为同轴电缆的特性阻抗，D为外导体的内径，d为内导体的外径，Ks为内导体的系数，和内导体的结构有关。

射频电缆50Ω特性阻抗

�通常认为导体的截面积越大损耗越低，但是事实并非如此，同轴电缆的每单位长度的损耗是Log（D/d）的函数，也就是说和电缆的特性阻抗，经过计算，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，则同轴电缆可承受的电压越高，即承受功率越大，实际上也不准确，同轴电缆的最大承受功率同样和特性阻抗有关，可以计算当同轴电缆的特性阻抗为30Ω时，其承受功率最大

�为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，应该在77Ω和30Ω直接选一个合适的数值，二者的算术平均值是53.5Ω，几何平均值为48.06Ω，故选取50Ω的特性阻抗是比较合适的。此外，50Ω阻抗连接器也更加容易设计和加工。

驻波比（VSWR）/回拨损耗�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，VSRR 的计算公式如下

�VSWR等效参数是回波损耗，反射系数，失配损耗，匹配效率换算，常见的换算关系见下表

�常见的测试电缆的VSWR的指标取决于电缆，连接器及其加工工艺，测试电缆组件的典型VSWR值小于1.2，换算成回拨损耗为21dB，传输效率是99.21%，对于传输线而言VSWR＜1.2可以满足要求。

�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，当然加工和焊接的工艺是保证VSWR 指标的重要因素

�柔性电缆要实现低的VSWR指标并非易事。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

经验之谈

�有经验的射频工程师在用网络分析仪测试柔性测试电缆对其进行选择时，往往会在S11的测试情况下轻微的抖动电缆，并观察VSWRA的指标是否随着电缆的抖动而变化，以此判断柔性电缆的好坏。

测试电缆的VSWR

�当需要在更高的频率下使用时，则需要采用微波测试电缆组件，也就意味着用户要花费更高的成本，这是因为微波电缆通常采用多层的屏蔽和低密度的聚四氟乙烯（LD-PTFE），这种戒指的介电常数比普通的实心聚乙烯（PE）和聚四氟乙烯（PTFE）更低，大约在1.38~1.73之间，其传播速度达到83%，也就是说更加接近空气

的介质特性。

电缆衰减（插入损耗）

�电缆的衰减是表示电缆的有效的传送射频信号的能力，由介质损耗、导体损耗和热辐射三部分组成，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，所以在总的损耗中，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，也会导致损耗的增加。