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如何选择合适的射频电缆组件

发布日期:2019-04-30   作者:   来源:   编辑:   访问量:172

射频电缆组件几乎无处不在,电子系统都可以找到。他们有一个简单的工作:作为信号路径将信号从一个位置传输到另一个位置。但他们必须做的工作没有失误,几乎没有或根本没有改变的信号,无论是高频模拟信号或高速数字信号。由于射频对于如此广泛的系统至关重要,从坚固的地面电子系统到太空中的轨道卫星,这些电缆的选择过程不应轻易处理。选择合适的射频并非易事,但通过更好地了解在高频或高速射频中寻找什么,可以使其变得更容易。

同轴电缆提供横向电磁(TEM)传输模式。名称同轴来自它们的构造,其通常由裸铜圆线内导体组成,实心或绞合,由管状介电绝缘体包围,管状介电绝缘体被管状外导体或屏蔽包围,其又被某种形式的保护外壳包围层,通常是塑料层。同轴电缆是英国数学家Oliver Heaviside的心血结晶,他在19世纪后期获得了该概念的专利。他一直在研究电报传输线中的趋肤效应,确定在传输线周围缠绕某种形式的绝缘体会改善其性能。

对于具有高频的模拟信号或高速数字信号有效地利用,同轴电缆的不同部件的尺寸必须精确地控制,以实现恒定的导体间隔。同轴结构将传导信号的电场和磁场限制在介电绝缘体内,同时防止外屏蔽层外的电场和磁场干扰传导信号。同轴电缆成为组件当它在客户选择的同轴连接器中终止时。射频通常用于有线电视(CATV)安装,高频RF /微波连接,精密测试和测量设备和系统,以及用于在计算机网络中传输高速数字信号。

通用同轴电缆剖视图,示出了实心中心导体电介质,外导体护套

用于高频模拟或高速数字应用的射频通常具有5075Ω的特征阻抗,并且这些阻抗不是偶然的。这两个值可以追溯到1929年在贝尔实验室进行的开创性工作。这些早期实验寻求最佳的特征阻抗来传输高功率电平以及实现最小的信号损失。理想情况下,相同的特性电缆阻抗将支持这两种情况,但事实并非如此。发现30Ω的特征阻抗对于以高功率电平传输信号是最佳的,而77Ω被发现非常适合于最小化高频,高速信号的损耗。贝尔研究人员还发现,60Ω是高压信号的最佳特征阻抗。

在指定射频时,有助于了解不同电缆类型的电气和机械参数以及如何进行比较。射频/微波同轴电缆可分为三类:半刚性和适形(或可手工成形)电缆,柔性电缆和波纹电缆。每个都是不同的结构,具有不同的机械特性和不同的电气性能水平。

所谓半刚性电缆,因为它们比刚性电缆具有更大的柔韧性,因其出色的电气性能而受到限制,但成形性有限。由于缺乏灵活性,它们通常需要使用三维(3D)工程图纸才能正确集成到大多数电子系统中。但是选择射频需要权衡利弊,并且为了牺牲灵活性,半刚性电缆组件与其他两种同轴电缆类型相比提供了卓越的电气性能,并且在宽频率范围内提供均匀的阻抗,低插入损耗,以及卓越的屏蔽效能(SE,表征电缆泄漏和对外部电磁源的敏感性的参数)。

半刚性电缆通常构造有由电介质绝缘材料包围的实心中心导体,由实心管状外导体覆盖(图2,剖视图)。中心导体通常是镀银铜,它是非磁性的并且支持低损耗性能。外导体通常由铝或铜形成,其是裸露的或镀有锡。与刚性电缆相比,半刚性电缆的典型特征在于电缆外径:0.034,0.047,0.0860.141英寸。小直径半刚性电缆可支持高达110 GHz的工作频率,但最大功率处理能力可达几百瓦,通常更低。相比之下,刚性电缆的外径范围为0.8758.1875英寸。

半刚性电缆的剖视图。

坚固的外导体在半刚性电缆中提供出色的SE性能,牺牲了一些灵活性。高屏蔽值使半刚性电缆即使在靠近发射天线的高电平信号环境中也能实现出色的电气性能。对于外导体使用不同的配置,同轴电缆的制造商已经改善了其电缆的灵活性,同时仍然实现了高SE水平。外导体或编织层设计有扁平金属包裹,圆形金属包裹,带有和不带涂层的金属条带,以及单层,双层和三层配置,以提供广泛的SE值插入损耗低,同时也实现了电缆的一定程度的灵活性。

适形电缆提供了半刚性电缆组件的大量电气性能,但具有更大的灵活性,可以简化安装和连接。适形电缆不是设计用于反复弯曲,而是可以弯曲(在其最小弯曲半径的范围内)到所需的形状,并且一旦弯曲就会保持该形状。为了获得良好的电气性能,适形电缆采用镀银铜导体或镀银铜包钢导体和铜锡复合屏蔽设计,可提供高SE

柔性电缆牺牲了半刚性电缆的一些电气性能,但其更大的灵活性简化了系统中的安装。代替半刚性电缆的实心导体,柔性电缆通常采用绞合中心导体。柔性电缆使用聚氨酯或氟化乙烯丙烯(FEP)外护套代替半刚性电缆的固体外导体。许多不同的介电绝缘材料可用于柔性电缆组件,包括聚乙烯,固体聚四氟乙烯(PTFE)和高密度聚乙烯泡沫。泡沫的空气含量降低了绝缘体材料的介电常数,同时有助于减少电缆衰减。

例如,柔性同轴电缆可以使用由在绝缘体上编织的镀银铜线形成的外部导体,或者在篮式编织中的镀银铜条或者彼此平行且以长螺旋形式设置的镀银铜线。组态。中心导体可以是实心铜,以最小化电缆损耗或绞合,用于可能需要反复弯曲电缆的应用,尽管损耗高于具有实心中心导体的电缆。

柔性同轴电缆中的编织层与中心导体和外护套结合时可以提供非常好的灵活性,外护套也支持弯曲。因为编织图案中的线编织物之间具有气隙,所以屏蔽不是连续的。气隙的大小会随着弯曲而增加,从而在单个编织电缆中的那些点处损害SE。为了确保高SE,可以添加额外的编织层,包括螺旋和/或带状编织层,以形成具有更连续屏蔽覆盖的双屏蔽或三屏蔽电缆。选择具有两层或三层的较厚编织物时的折衷是额外的刚度和电缆中的柔性损失。电缆制造商在其规格中使用屏蔽覆盖率的百分比来表示电缆组件中屏蔽的有效性。

柔性电缆的剖视图,显示单屏蔽,双屏蔽和三重屏蔽

同轴电缆的编织物有多种材料和类型,每种都代表权衡。由圆线形成的编织层提供了良好的柔韧性并且具有最低的材料成本,但是如前所述,弯曲会使性能降低。更复杂的编织材料代表了更高的材料成本,但随着时间的推移性能更加稳定。例如,由扁平金属带形成的屏蔽可以提供低电缆衰减和高SE性能,同时保持一致的电性能。螺旋形扁平编织物具有良好的柔韧性,同时还具有出色的相位稳定性,电缆弯曲和高SE水平。包裹或折叠的箔编织物也可提供高电气性能,

编织物的数量将影响灵活性和SE。根据屏蔽材料,如铜线编织,以及是否镀银,具有单个编织层的同轴电缆可以提供40 dB或更高的SE,具有非常高的灵活性。随着每个添加的编织层,电缆的柔韧性随着SE的增加而降低。由两个圆线编织物形成的双编织层通常可提供优于60dB的屏蔽。但是如果将箔屏蔽或编织扁平编织物用于这些编织层中的一个,则SE可以增加到90dB。在锡填充复合层下使用箔屏蔽的双屏蔽电缆可以实现优于100dB SE,同时仍然实现合理的灵活性。三重屏蔽电缆可以实现高SE值,这些电缆结合了圆形线和编织扁平编织层,

不同电缆的SE性能示例

射频不仅由电缆类型限定,而且由组件任一端的同轴连接器限定。为了最佳应用匹配,可以通过标准电气和机械参数比较不同的电缆类型,但是这种比较应该总是比较相似长度的电缆与被比较的电缆组件两端的类似同轴连接器。

在幅度和相位特性方面,射频应该是电不可见的在系统内,在系统中的两个点之间提供信号路径,对传输信号的影响最小。然而,在现实世界中,电缆组件可以对它们携带的信号进行改变,尽管正确选择电缆组件可以帮助最小化这些影响。电缆组件通常具有许多不同的电气和机械参数:截止频率,衰减或插入损耗(以dB / ft。或dB / m为单位),回波损耗或电压驻波比(VSWR),电容(pF / ft。),传播速度(VP,%),功率处理能力(W),甚至重量(lbs / ft。或lbs / m)。这些不同的参数天科乐连接器供应商的射频电缆组件提供有效的标准解决方案

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