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深入了解RF连接器导致信号损耗原因

发布日期:2019-03-21   作者:   来源:   编辑:   访问量:250

在设计RF开关系统时,很容易关注开关模块的性能,而忽略了较小的系统组件,如电缆组件RF连接器。然而,重要的是要理解RF系统的每个部件都以反射和损耗的形式导致信号劣化。

因此,为了获得最佳系统性能,您必须像选择正确的开关模块一样,尽可能地关注为系统选择合适的电缆和连接器。如果在这样做时不小心,整体系统性能会受到严重影响。要了解如何为系统选择合适的电缆和连接器,了解各种可用选项的优缺点非常重要。

电缆组件

大多数RF系统使用同轴电缆进行信号传输。同轴电缆的三个主要部分是其中心导体,外壳和电介质,它通过防止中心导体和外壳之间的电流耗散而起到电绝缘体的作用。由于同轴电缆在其内部包含传播的电磁信号,因此它们不会辐射噪声,并且不易接收可能在附近持续存在的其他信号。

同轴电缆有几个属性会影响系统性能。这些包括电缆衰减,截止频率和特征阻抗。

电缆组件衰减

电缆对其用于路由的信号施加的总衰减取决于其导电和介电损耗。导电损耗又称为电阻损耗欧姆损耗依次取决于:

1用于制造同轴电缆的金属(通常是铜或银,因为它们具有高导电性)

2电缆中心和外导体的直径

减少RF系统中导电损耗的一种方法是使用直径较大的电缆。较大的电缆包含更多的金属用于传导电流,因此每单位长度的衰减小于较小的电缆。

同样重要的是要注意,电缆引入的导电损耗量取决于它用于路由的信号频率。随着频率的增加,电流密度倾向于集中在内导体的外表面和外导体的内表面附近(称为趋肤效应的现象)。这导致任何电缆中的导电损耗以与感兴趣信号的频率的平方根成正比的方式增加。

除了导电损耗之外,电缆中的电介质(中心导体和外导体之间的材料)也消耗功率。这种类型的功率损耗称为介电损耗。对于同轴电缆,介电损耗线性地取决于频率,并且与电缆的中心导体和外导体之间使用的材料的介电常数(或介电常数)的平方根成比例。在几GHz以上的频率下,介电损耗可能比导电损耗更重要。

电缆中的导电损耗和介电损耗的组合通常被称为其衰减系数,其通常以每长度电缆的dB表示。衰减系数的值通常列在电缆制造商的数据表中。具有较大直径的电缆通常表现出较低的损耗并且能够比较小的电缆传输更高的功率水平。

截止频率

截止频率是可以使用电缆的最大频率。在其截止频率之上,电缆将显着恶化通过它的信号的质量。电缆的截止频率与其直径成反比。因此,较小的电缆可以在比较大的电缆更高的频率下工作。然而,出于所有实际目的,直径为1/2英寸的更大直径电缆的截止频率远高于10GHz。因此,对于大多数交换系统,截止频率不如电缆衰减那么重要。

特征阻抗

为了确保RF系统中从源到负载的最大功率传输,电缆的特性阻抗应与源和负载的特性阻抗相匹配。大多数RF开关设备的特性阻抗为5075Ω(分别用于通信和视频应用)。同样,电缆也是专门为这两个阻抗设计的。电缆的特性阻抗取决于其每单位长度的电阻,电导,电容和电感,而这又取决于电缆的物理尺寸以及用于分离两个导体的电介质。用于电介质的常用材料是PTFETeflonDuPont的注册商标)和聚乙烯。图所示电缆特性阻抗的公式为:

如果假设电介质的相对介电常数(介电常数)为2.1,计算该电缆的特征阻抗为50.3Ω

可以看出,通过改变其对称性(即改变内导体和外导体的长度)或通过改变电介质的材料,可以容易地改变上述电缆的特征阻抗。

所用材料的介电常数也将决定速度因子或波沿电缆传播的速度。速度因子通常表示为光速的百分比。

传播速度(m / s=速度系数x3 x 10 8

施工质量

所用材料的结构和质量自然会影响电缆的性能。质量更好的材料自然会提高传输线或电缆的性能,但也会更昂贵。

所有同轴电缆均采用实心或绞合中心导体制造。两种变化都有其优点和缺点。绞合中心导体允许更柔软的电缆,由于电缆和连接器上的较低应力,电缆将持续更长时间。另一方面,具有实心中心导体的电缆通常制造起来更便宜并且每单位长度的衰减比绞合电缆更低。

除了中心导体的结构之外,外导体上的绝缘或缺少外导体也会影响电缆的损耗。例如,具有坚固绝缘外屏蔽的半刚性电缆类型通常具有所有电缆类型的最佳隔离规格。由于这种高隔离度,半刚性电缆非常适合在嘈杂环境中工作的RF系统。

用于构造电缆的材料也决定了其最小和最大工作温度。有些类型的电缆设计用于室外或埋藏,而有些则不是。在设计测试系统时应小心,以确保系统中使用的电缆能够承受它们将承受的环境条件。

在设计RF系统时,您应该考虑每种连接器和电缆类型的优缺点。虽然您对系统的某些方面(例如实际仪器的连接器类型(RF分析仪和发生器)或实际被测设备(DUT))的控制有限,但您可以通过选择最适合的系统来提高系统性能。应用程序中的连接器。。

在设计系统时,在挑选交换机模块时也必须小心。例如,选择带有SMA连接器的75Ω开关模块通常是不可取的,因为SMA连接器的特性阻抗始终为50Ω。最后但并非最不重要的是,您必须选择能提供比DUT更好性能的系统组件。例如,在测试4 GHz DUT时,由带有SMA连接器和低损耗电缆的交换机和电缆构成的测试系统对系统的误差要小于具有SMB连接和标准布线的系统。电缆和连接器可能不是RF系统中最昂贵的部件,但如果在选择它们时不小心,它们肯定会导致性能下降。

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