概述—射頻電纜的通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

　　射頻電纜組件的正確選擇除了頻率范圍，駐波比,，插入損耗等因素外,，還應(yīng)考慮電纜的機(jī)械特性，使用環(huán)境和應(yīng)用要求,，另外,，成本也是一個(gè)永遠(yuǎn)不變的因素。

　　在本文中,，詳細(xì)討論了射頻電纜的各種指標(biāo)和性能,，了解電纜的性能對(duì)于選擇最佳的射頻電纜組件是十分有益的。

　　射頻同軸電纜是用于傳輸射頻和微波信號(hào)能量的,。它是一種分布參數(shù)電路,，其電長(zhǎng)度是物理長(zhǎng)度和傳輸速度的函數(shù)，這一點(diǎn)和低頻電路有著本質(zhì)的區(qū)別,。射頻同軸電纜分為半剛,，半柔和柔性電纜三種，不同的應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)選擇不同類型的電纜,。半剛和半柔電纜一般用于設(shè)備內(nèi)部的互聯(lián),；而在測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域，應(yīng)采用柔性電纜,。

　　半剛性電纜

　　顧名思義,，這種電纜不容易被輕易彎曲成型，其外導(dǎo)體是采用鋁管或者銅管制成的,，其射頻泄露非常小(＜-120dB)，在系統(tǒng)中造成的信號(hào)串?dāng)_可以忽略不計(jì),。這種電纜的互調(diào)" title="無(wú)源互調(diào)">無(wú)源互調(diào)特性也是非常理想的,。如果要彎曲到某種形狀，需要專用的成型機(jī)或者手工的磨具來(lái)完成,。如此麻煩的加工工藝換來(lái)的是非常穩(wěn)定的性能,，半剛性電纜采用固態(tài)聚四氟乙烯材料作為填充介質(zhì)，這種材料具有非常穩(wěn)定的溫度特性,，尤其在高溫條件下,，具有非常良好的相位穩(wěn)定性。半剛性電纜的成本高于半柔性電纜,，大量應(yīng)用于各種射頻和微波系統(tǒng)中,。

　　半柔性電纜

　　半柔性電纜是半剛性電纜的替代品,，這種電纜的性能指標(biāo)接近于半剛性電纜，而且可以手工成型,。但是其穩(wěn)定性比半剛性電纜略差些,，由于其可以很容易的成型，同樣的也容易變形,，尤其在長(zhǎng)期使用的情況下,。

　　柔性(編織)電纜

　　柔性電纜是一種“測(cè)試級(jí)”的電纜。相對(duì)于半剛性和半柔性的電纜,，柔性電纜的成本十分昂貴,，這是因?yàn)槿嵝噪娎|在設(shè)計(jì)時(shí)要顧及的因素更多。柔性電纜要易于多次彎曲而且還能保持性能,，這是作為測(cè)試電纜的最基本要求,。柔軟和良好的電指標(biāo)是一對(duì)矛盾，也是導(dǎo)致造價(jià)昂貴的主要原因,。柔性射頻電纜組件的選擇要同時(shí)考慮各種因素,，而這些因素之間有些的相互矛盾的，如單股內(nèi)導(dǎo)體的同軸電纜要比多股的具有更低的插入損耗和彎曲時(shí)的幅度穩(wěn)定性,，但是相位穩(wěn)定性能就不如后者,。所以一條電纜組件的選擇，除了頻率范圍,，駐波比,，插入損耗等因素外，還應(yīng)考慮電纜的機(jī)械特性,，使用環(huán)境和應(yīng)用要求,，另外，成本也是一個(gè)永遠(yuǎn)不變的因素,。

　　特性阻抗

　　射頻同軸電纜由導(dǎo)體,，介質(zhì)，外導(dǎo)體和護(hù)套組成,。

　　“特性阻抗”是射頻電纜,，接頭和射頻電纜組件中最常提到的指標(biāo)。最大功率傳輸,，最小信號(hào)反射都取決于電纜的特性阻抗和系統(tǒng)中其它部件的匹配,。如果阻抗完全匹配，則電纜的損耗只有傳輸線的衰減,，而不存在反射損耗,。電纜的特性阻抗(Zo)與其內(nèi)外導(dǎo)體的尺寸之比有關(guān)。由于射頻能量傳輸?shù)?ldquo;趨膚效應(yīng)”,，與阻抗相關(guān)的重要尺寸是電纜內(nèi)導(dǎo)體的外徑(d)和外導(dǎo)體的內(nèi)徑(D)：Zo(Ω)=(138/√ε)x(logD/d)絕大部分應(yīng)用于通信領(lǐng)域的射頻電纜的特性阻抗是50Ω,；在廣播電視中則用到75Ω的電纜,。

　　駐波比(VSWR)/回波損耗

　　在射頻和微波系統(tǒng)中，最大功率傳輸和最小信號(hào)反射取決于射頻電纜的特性阻抗和系統(tǒng)中其它部件的匹配,。射頻電纜的阻抗變化將會(huì)引起信號(hào)的反射,，這種反射會(huì)導(dǎo)致入射波能量的損失。反射的大小可以用電壓駐波比(VSWR)來(lái)表達(dá),，其定義是入射和反射電壓之比,。VSWR的計(jì)算公式如下：VSWR=(1+√Pr/Pi)/(1-√Pr/Pi)其中Pr為反射功率，Pi為入射功率,。VSWR越小,，說(shuō)明電纜生產(chǎn)的一致性越好。VSWR的等效參數(shù)是反射系數(shù)或回波損耗,。典型的微波電纜組件的VSWR在1.1"1.5之間,，換算成回波損耗為26.4"14dB，即入射功率的傳輸效率為99.8%"96%,。匹配效率的含義是,，如果輸入功率為100W，在VSWR為1.33時(shí),，輸出功率為98W,，即2W被反射回來(lái)。

　　衰減(插入損耗)

　　電纜的衰減是表示電纜有效的傳送射頻信號(hào)的能力,，它由介質(zhì)損耗,、導(dǎo)體(銅)損耗和輻射損耗三部分組成。大部分的損耗轉(zhuǎn)換為熱能,。導(dǎo)體的尺寸越大,，損耗越小,；而頻率越高,，則介質(zhì)損耗越大。因?yàn)閷?dǎo)體損耗隨頻率的增加呈平方根的關(guān)系,，而介質(zhì)損耗隨頻率的增加呈線性關(guān)系,，所以在總損耗中，介質(zhì)損耗的比例更大,。另外,，溫度的增加會(huì)使導(dǎo)體電阻和介質(zhì)功率因素的增加,，因此也會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗的增加,。對(duì)于測(cè)試電纜組件，其總的插入損耗是接頭損耗,、電纜損耗和失配損耗的總和,。在測(cè)試電纜組件的使用中,，不正確的操作也會(huì)產(chǎn)生額外的損耗。例如,，對(duì)于編織電纜,，彎曲也會(huì)增加其損耗。每種電纜都有最小彎曲半徑的要求,。在選擇電纜組件時(shí),，應(yīng)先確定系統(tǒng)最高頻率時(shí)可接受的損耗值，然后再根據(jù)這個(gè)損耗值來(lái)選擇尺寸最小的電纜,。