概述—射頻電纜的通用設計準則

　　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，還應考慮電纜的機械特性，使用環(huán)境和應用要求，另外，成本也是一個永遠不變的因素。

　　在本文中，詳細討論了射頻電纜的各種指標和性能，了解電纜的性能對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能量的。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。射頻同軸電纜分為半剛，半柔和柔性電纜三種，不同的應用場合應選擇不同類型的電纜。半剛和半柔電纜一般用于設備內(nèi)部的互聯(lián)；而在測試和測量領域，應采用柔性電纜。

　　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)中造成的信號串擾可以忽略不計。這種電纜的互調(diào)" title="無源互調(diào)">無源互調(diào)特性也是非常理想的。如果要彎曲到某種形狀，需要專用的成型機或者手工的磨具來完成。如此麻煩的加工工藝換來的是非常穩(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，尤其在長期使用的情況下。

　　柔性(編織)電纜

　　柔性電纜是一種“測試級”的電纜。相對于半剛性和半柔性的電纜，柔性電纜的成本十分昂貴，這是因為柔性電纜在設計時要顧及的因素更多。柔性電纜要易于多次彎曲而且還能保持性能，這是作為測試電纜的最基本要求。柔軟和良好的電指標是一對矛盾，也是導致造價昂貴的主要原因。柔性射頻電纜組件的選擇要同時考慮各種因素，而這些因素之間有些的相互矛盾的，如單股內(nèi)導體的同軸電纜要比多股的具有更低的插入損耗和彎曲時的幅度穩(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，還應考慮電纜的機械特性，使用環(huán)境和應用要求，另外，成本也是一個永遠不變的因素。

　　特性阻抗

　　射頻同軸電纜由導體，介質(zhì)，外導體和護套組成。

　　“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。最大功率傳輸，最小信號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)外導體的尺寸之比有關。由于射頻能量傳輸?shù)?ldquo;趨膚效應”，與阻抗相關的重要尺寸是電纜內(nèi)導體的外徑(d)和外導體的內(nèi)徑(D)：Zo(Ω)=(138/√ε)x(logD/d)絕大部分應用于通信領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引起信號的反射，這種反射會導致入射波能量的損失。反射的大小可以用電壓駐波比(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。

　　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的能力，它由介質(zhì)損耗、導體(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。導體的尺寸越大，損耗越小；而頻率越高，則介質(zhì)損耗越大。因為導體損耗隨頻率的增加呈平方根的關系，而介質(zhì)損耗隨頻率的增加呈線性關系，所以在總損耗中，介質(zhì)損耗的比例更大。另外，溫度的增加會使導體電阻和介質(zhì)功率因素的增加，因此也會導致?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。例如，對于編織電纜，彎曲也會增加其損耗。每種電纜都有最小彎曲半徑的要求。在選擇電纜組件時，應先確定系統(tǒng)最高頻率時可接受的損耗值，然后再根據(jù)這個損耗值來選擇尺寸最小的電纜。