射頻電纜的指標性能和選購指南

摘要：概述什么是射頻同軸電纜以及挑選射頻電纜的相關(guān)知識。

在實際挑選射頻電纜組件的正確選擇時，我們除了要考慮到它的特性阻抗、額定功率、衰減量和頻率范圍，駐波比、插入損耗等因素以外，還應(yīng)該考慮電纜的機械特性以及對使用環(huán)境和應(yīng)用的要求，另外，成本也是一個永亙古不變的因素。下面我們就來說一下關(guān)于射頻電纜的各種指標和性能以及了解關(guān)于電纜性能的相關(guān)知識去挑選優(yōu)質(zhì)的射頻電纜組件。

概述：射頻電纜也叫同軸電纜，由互相同軸的內(nèi)、外導(dǎo)體及支撐內(nèi)外導(dǎo)體的介質(zhì)組成。用于傳輸高頻電信號、射頻和微波信號能量的。高頻電信號具有“波”的屬性，要考慮電磁波的特性。使用同軸電纜就是為了信號傳輸損耗小、抗干擾能力強。它是一種分布參數(shù)電路，其電長度是物理長度和傳輸速度的函數(shù)，這一點和低頻電路有著本質(zhì)的區(qū)別。同時射頻電纜也是各種無線電通信系統(tǒng)及電子設(shè)備中不可缺少的元件，廣泛的應(yīng)用無線通信與廣播、電視、雷達、導(dǎo)航、計算機及儀表等方面。

關(guān)于組件選擇：

一、特性阻抗：射頻同軸電纜由導(dǎo)體，介質(zhì)，外導(dǎo)體和護套組成。

“特性阻抗”是射頻電纜，接頭以及射頻電纜組件中最常提到的指標。最大功率的傳輸及最小信號的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)體的尺寸比相關(guān)。由于射頻能量傳輸?shù)摹摆吥w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 （ log D/d ）。

二、駐波比（VSWR）/回波損耗：射頻電纜的阻抗變化將會引起信號的反射，這種反射會導(dǎo)致入射波能量的損失。由于制造原因，電纜會在有一些特定的頻點上產(chǎn)生一些VSWR的突變。反射的大小可用電壓駐波比（VSWR）來表達，其定義是入射和反射電壓之比。VSWR的計算公式：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，輸出功率為98W，即2W被反射回來。

三、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能力，由介質(zhì)損耗、導(dǎo)體（銅）損耗和輻射損耗三部分組成。大部分損耗被轉(zhuǎn)換為熱能。導(dǎo)體尺寸越大，損耗越??；而頻率越高，則介質(zhì)損耗越大。因為導(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，溫度的增加會使導(dǎo)體電阻和介質(zhì)功率因素的增加，因此也會導(dǎo)致?lián)p耗的增加。對于測試電纜組件，其總的插入損耗是接頭損耗、電纜損耗和失配損耗的總和。在測試電纜組件的使用中，不正確的操作也會產(chǎn)生額外的損耗。所以在選擇電纜組件時，要先確定好系統(tǒng)最高頻率時可接受的損耗值，然后再根據(jù)這個損耗值去選擇尺寸最小的電纜。

四、平均功率容量：平均功率容量是指電纜消耗由電阻和介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱能的能力。在實際使用中，電纜的有效功率與VSWR、溫度和高度有關(guān)：有效功率 = 平均功率 x 駐波系數(shù) x 溫度系數(shù) x 高度系數(shù)，在選擇電纜時，應(yīng)同時考慮以上因素。射頻功率常用dBm來表示，會給計算帶來的很大的方便。

五、傳播速度：電纜的傳播速度是指信號在電纜中傳輸?shù)乃俣群凸馑俚谋戎?，和介質(zhì)的介電常數(shù)的根號呈反比關(guān)系：Vp = 1√ε ×100，從上式可見介電常數(shù)（ε）越小，則傳播速度越接近光速，所以低密度介質(zhì)的電纜其插入損耗更低。

六、電纜的無源互調(diào)失真：電纜的無源互調(diào)失真是由內(nèi)部的非線性因素引起的。在一個理想的線性系統(tǒng)中，輸出信號的特性與輸入信號是完全一致的；而在非線性系統(tǒng)中，輸出和輸入信號相比會產(chǎn)生幅度失真。如果有二個或更多的信號同時輸入一個非線性系統(tǒng)，由于互調(diào)失真的存在，將會在輸出端產(chǎn)生新的頻率分量。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，工程師們最關(guān)心的是三階互調(diào)產(chǎn)物（2f1-f2或2f2-f1），因為這些無用的頻率分量往往會落入接收頻段從而對接收機產(chǎn)生干擾。

同軸電纜組件通常被視為線性器件。但是，純線性器件是不存在的。在接頭和電纜之間總有些非線性因素存在，這些非線性因素通常是由表面氧化層或者接觸不良所造成的。以下的通用設(shè)計原則可以盡量減少無源互調(diào)失真：

1.用單股內(nèi)導(dǎo)體的電纜

2.用表面平滑的高質(zhì)量接頭

3.保證接頭之間良好的接觸

4.采用足夠厚度和均勻鍍層的接頭

5.使用非磁性材料的接頭（如鋼和鎳）

6.在設(shè)備中，多采用半鋼電纜或者半柔電纜代替柔性電纜

7采用尺寸盡可能大的接頭（如DIN716的互調(diào)特性優(yōu)于N，而N則優(yōu)于SMA）

七、彎曲時的相位穩(wěn)定性：彎曲-相位穩(wěn)定性是衡量電纜在彎曲時的相位變化。在使用過程中的彎曲將會影響到插入相位。減少彎曲半徑或增加彎曲角度都會增加相位的變化。同樣，彎曲次數(shù)的增加也會導(dǎo)致相位變化的增加。而增加電纜直徑/彎曲直徑之比則會減少相位的變化。相位變化和頻率基本上呈線性關(guān)系。低密度介質(zhì)電纜的相位穩(wěn)定性會明顯優(yōu)于實心介質(zhì)電纜，多股內(nèi)導(dǎo)體的電纜的相位穩(wěn)定性優(yōu)于單股內(nèi)導(dǎo)體的電纜。