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探索同轴电缆组件性能

发布日期:2019-04-30   作者:   来源:   编辑:   访问量:656

如前所述,所有类型的同轴电缆组件都由其特征阻抗定义,对于RF微波和高速数据信号通常为50Ω,对于UHFVHF和视频信号通常为75Ω特征阻抗决定沿着电缆长度的功率传输和衰减量,并控制反射波和驻波的数量。它通常表示为Z0,其由内绝缘体材料的介电常数或相对介电常数,内导体的半径和外导体的半径确定。理想情况下,同轴电缆组件应在源和负载之间保持紧密匹配的阻抗,以实现最大功率传输和最小VSWR

例如,VSWR是在特定频率下通过同轴电缆组件测量的最大有效电压与最小有效电压之比。给定为1的比率,例如1.301,该值通常随频率增加。代表具有低反射和回波损耗的电缆的最低可能值是期望的。

对于最小反射,所有连接处的特征阻抗,包括同轴连接器连接到电缆的位置,应保持严格的公差。当通过同轴电缆传输的高频或高速信号遇到阻抗不匹配时,信号的某些部分将被反射回源。这些低电平反射可以使用合适的仪器(例如矢量网络分析仪(VNA))作为回波损耗或VSWR进行测量。沿着电缆的多个阻抗不连续可以是附加的,导致更高的回波损耗和相位失真。

除了匹配系统的特征阻抗之外,同轴电缆组件还必须为感兴趣的应用提供足够的频率范围。频率限制将由连接器和电缆的组合确定,并且通常根据最大工作频率或连接器类型,电缆或组件的截止频率来指定。对于给定的同轴电缆直径,可提供多种不同的连接器类型,具有不同的配置(例如直角或直角类型),并且对于这些不同的连接器类型,频率范围可以广泛变化。(有关同轴连接器的更详细讨论,请参阅白皮书优化RF / MW同轴连接)当考虑应用的各种电缆/连接器组件时,电缆和连接器的截止频率应超过应用的最高工作频率至少10%。

信号通过同轴电缆组件的速度是其VP参数,其是指通过电缆的电能的传输速度,以光速的百分比表示。例如,VP83%的电缆组件以83%的光速传输电信号。该参数在具有多个信号和电缆的系统中特别令人感兴趣,其中时序是关键的,其中任何信号线相对于其他信号线的延迟是不能容忍的。

一些应用还可以针对一段电缆的标称时间延迟来指定电缆组件的时域特性,通常以每米电缆的纳秒为单位。可以根据军用规范MIL-C-17,使用具有适当频率范围的时域反射计(TDR)来测量电缆或电缆组件的该参数,以覆盖感兴趣的频率。

对于大多数应用,电缆的外导体或屏蔽层保持在系统的地电位,并且电压施加到内导体以传输信号。电磁(EM)能量包含在同轴电缆组件内,泄漏非常小。同轴电缆组件也受到来自外部EM能源的非常小的干扰。

幅度和相位是几个关键电缆组件性能参数的基础,包括衰减或插入损耗,回波损耗和相位稳定性。这些特性在很大程度上取决于电缆的建筑材料,例如中心导体的类型,电介质,甚至用于构造电缆的编织材料。高质量的材料,如镀银铜中心导体,将提供最佳的电气性能,并且需要更高的成本折衷。

对于柔性电缆,还存在关于弯曲的幅度和相位稳定性的问题 - 电缆弯曲或弯曲时电缆的幅度和相位特性变化多少。每根柔性同轴电缆由最小弯曲半径限定,该最小弯曲半径是电缆可以弯曲而没有任何不利影响的最小半径,并且绝不应超过该半径。由于外导体的直径大于内导体的直径,并且两者之间保持恒定的距离很难弯曲,因此弯曲时电缆的幅度和相位的某些变化是不可避免的,但它应该是最小的和可预测的。振幅稳定性类似于参考特定测试频率的相位稳定性,并且可以用微波VNA评估。

当使用VNA时,电缆组件的幅度和相位稳定性可以通过围绕已知周长的精密心轴弯曲被测电缆并且使电缆在其弯曲和直线状态下进行幅度和相位测量来确定。一些电缆制造商还可以提供称为幅度和相位可重复性的电缆参数,其具有弯曲,这是电缆幅度和相位随弯曲变化的可预测性的量度。这些参数可以在心轴上反复弯曲后测量; 期望的结果是可能的最小相位偏差。

由于电缆的幅度和相位特性受温度影响,因此在比较电缆组件时,幅度和相位稳定性或重复性的值应始终参考相同的测试温度,通常为室温或+ 25°C。额外的性能参数,振幅和相位稳定性随温度变化,可以深入了解电缆组件在感兴趣的温度范围内的预期行为。

一些应用可能需要具有紧密匹配的幅度和/或相位特性的多个电缆组件,称为幅度匹配或相位匹配的电缆组件组。这种电缆组件对相敏系统的性能至关重要,例如相控阵雷达。电缆供应商通常表征匹配电缆组件在标准宽温度范围(例如-55+ 200°C)或客户指定的温度范围内的幅度和相位响应,以确保电缆组件在幅度上表现出类似的变化温度变化的相位随着温度的变化,它们的所有幅度和相位都会一起变化。

重要的是要注意术语幅度匹配和相位匹配电缆组可以指系统中的绝对或相对相位。作为绝对相位匹配组提供的电缆组制造和测试在绝对电气值和公差范围内,并且该组中的每根电缆必须符合标准。有时称为无限相位匹配的电缆组,另一组绝对相位匹配的电缆组将在任何早期绝对组的容差范围内。

相反,相对匹配的集合在所需的一组限制内彼此匹配,但是一个相对匹配的电缆集合在幅度和/或相位上可能与另一个相对匹配的电缆集合不匹配。对于任何相位匹配的电缆组件组,相位窗越紧,制造过程越困难,电缆越昂贵。

同轴电缆组件的工作温度范围非常大程度上取决于用于生产组件的材料。某些电缆组件的工作温度范围宽达-55+ 250°C,而带有FEP外护套的组件通常限制在+ 200°C的高温。温度的变化会导致同轴电缆组件中使用的材料膨胀和收缩,并且可以通过在整个工作温度范围内仔细测量来确定,以确保电缆的幅度和相位变化保持在预期的范围内。

几种不同测试频率的温度相位稳定性图

同轴电缆组件的一个温度相关参数是不可预测的热冲击,这是电缆组件从一个温度极限到另一个温度极快变化的行为。电缆制造商通常规定其组件的工作温度范围,但他们无法知道这些组件如何在不知道特定温度极限和温度变化率的情况下如何响应许多不同的热冲击情况。然而,对于需要考虑的应用,天科乐同轴电缆组件供应商通常可以根据个人标准,来定制您需要的射频电缆组件。

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