射頻同軸電纜是用于傳輸射頻和微波信號(hào)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(diǎn)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(yīng)用場合應(yīng)選擇不同類型的電纜。半剛和半柔電纜一般用于設(shè)備內(nèi)部的互聯(lián);而在測試和測量領(lǐng)域,應(yīng)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(dǎo)體是采用鋁管或者銅管制成,其射頻泄漏非常。ㄐ∮冢保玻埃洌拢谙到y(tǒng)中造成的信號(hào)串?dāng)_可以忽略不計(jì)。這種電纜的無源互調(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(jī)或者手工的模具來完成。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)的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(yīng)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(biāo)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(jí)”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?yàn)槿嵝噪娎|在設(shè)計(jì)時(shí)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(biāo)是一對矛盾,也是導(dǎo)致造價(jià)昂貴的主要原因。
柔性射頻電纜組件的選擇要同時(shí)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(dǎo)體的同軸電纜比多股的具有更低的插入損耗和彎曲時(shí)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(yīng)考慮電纜的機(jī)械特性,使用環(huán)境和應(yīng)用要求,另外,成本也是一個(gè)永遠(yuǎn)不變的因素。
在本節(jié)中,詳細(xì)討論了射頻同軸電纜的各種指標(biāo)和性能,了解電纜的性能對于選擇一條最佳的射頻電纜組件是十分有益的。
特性阻抗
射頻同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體,介質(zhì),外導(dǎo)體和護(hù)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(biāo)。最大功率傳輸,最小信號(hào)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)體的尺寸之比有關(guān),同時(shí)也和填充介質(zhì)的介電常數(shù)有關(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×log Dd
常見的射頻同軸電纜絕大部分是50Ω特性阻抗的,這是為什么呢?
通常認(rèn)為導(dǎo)體的截面積越大損耗就越低,但事實(shí)并非完全如此。同軸電纜的每單位長度的損耗是logDd的函數(shù),也就是說和電纜的特性阻抗有關(guān)。經(jīng)過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)同軸電纜的特性阻抗為77Ω時(shí),單位長度的損耗最低。
對于同軸電纜的最大承受功率,通常認(rèn)為內(nèi)外導(dǎo)體的間距越大,則同軸電纜可承受電壓越高,即承受功率越大,但實(shí)際上也不完全準(zhǔn)確。同軸電纜的最大承受功率同樣與其特性阻抗有關(guān)。可以計(jì)算出當(dāng)同軸電纜的特性阻抗為30Ω時(shí),其承受的功率最大。
為了兼顧最小的損耗和最大的功率容量,應(yīng)該在77Ω和30Ω之間找一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)值。二者的算術(shù)平均值為53.5Ω,而幾何平均值為48.06Ω;選。担唉傅奶匦宰杩箍梢宰龅蕉呒骖。此外,50Ω阻抗的連接器也更加容易設(shè)計(jì)和加工。
絕大部分應(yīng)用于通信領(lǐng)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。
大部分的測試儀器都是50Ω的阻抗,如果要測量75Ω阻抗的器件,可以通過一個(gè)50~75Ω的阻抗變換器來進(jìn)行阻抗匹配,但是需要注意這種阻抗變換器有約5.7dB的插入損耗。