射频电缆概述 射频电缆概述 —正确选择射频测试电缆组件 —正确选择射频测试电缆组件 广电：卢益锋 广电：卢益锋 射频电缆的分类 射频电缆的分类 射频同轴电缆分为半刚，半柔和柔性电缆 射频同轴电缆分为半刚，半柔和柔性电缆 三种，不同的应用场合应选不一样类型的 三种，不同的应用场合应选择不一样的 电缆，在广电设备中，多数使用的是半刚 电缆，在广电设备中，多数使用的是半刚 和半柔两种电缆 和半柔两种电缆 举例：发射机模块与模块间的连接一般用 举例：发射机模块与模块间的连接一般用 半柔电缆； 半柔电缆； 补点器模块与模块间的连接一般用半 补点器模块与模块间的连接一般用半 刚电缆 刚电缆 半刚性电缆 半刚性电缆 顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成 顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成 型，其外导体是采用铝管或者铜管制成， 型，其外导体是采用铝管或者铜管制成， 射频泄露非常小（小于-120dB），这种电缆 射频泄露非常小（小于-120dB），这种电缆 的无源互调特性也是非常理想的，如果要 的无源互调特性也是非常理想的，如果要 弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者 弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者 手工去完成。如此麻烦的工艺带给我们的 手工去完成。如此麻烦的工艺带给我们的 好处是很稳定的性能，如果采用固态聚 好处是很稳定的性能，如果采用固态聚 四氟乙烯作为填充介质，有很稳定的 四氟乙烯作为填充介质，具有很稳定的 温度特性，尤其是高温也拥有非常良好的相位 温度特性，尤其是高温也拥有非常良好的相位 稳定性 稳定性 半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，大量 半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，大量 应用于各种射频和微波系统中。 应用于各种射频和微波系统中。 半柔性电缆 半柔性电缆 半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种 半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种 电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且 电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且 可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电 可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电 缆略差些，由于其可以很容易的成型，同 缆略差些，由于其可以很容易的成型，同 样的也容易变形，尤其在经常使用的情况 样的也容易变形，尤其在经常使用的情况 下。 下。 柔性（编织）电缆 柔性（编织）电缆 柔性电缆是一种”测试级“的电缆。相对于半 柔性电缆是一种”测试级“的电缆。相对于半 刚性和半柔性的电缆，柔性电缆成本较昂 刚性和半柔性的电缆，柔性电缆成本较昂 贵，是因为柔性电缆在设计时要估计的 贵，是因为柔性电缆在设计时要估计的 因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且 因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且 还能保持性能，这是作为测试电缆的最基 还能保持性能，这是作为测试电缆的最基 本要求。柔软和良好的电指标是一对矛 本要求。柔软和良好的电指标是一对矛 盾，也是导致造假昂贵的根本原因。 盾，也是导致造假昂贵的根本原因。 射频电缆的选择要考虑各种各样的因素，所以考虑 射频电缆的选择要考虑各种各样的因素，所以考虑 一条电缆组件的选择，除了频率范围，驻 一条电缆组件的选择，除了频率范围，驻 波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆 波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆 的机械特性、使用环境和应用要求，另外 的机械特性、使用环境和应用要求，另外 成本也是一个永远不变的因素 成本也是一个永远不变的因素 良导体的趋肤深度 良导体的趋肤深度 在良导体中的传播的平面波，在直流情况 在良导体中的传播的平面波，在直流情况 下，是在导体中均匀分布的，随频率的 下，是在导体中均匀分布的，随频率的 升高，电流在导体的分布渐渐趋向导体表 升高，电流在导体的分布渐渐趋向导体表 面，趋肤深度就是用来衡量射频情况下的 面，趋肤深度就是用来衡量射频情况下的 电流分布。 电流分布。 w=2 f 其中， π w=2 f 其中， π -7 u=4π*10-7 H/m 线 H/m 真空磁导率 最后一项是金属的电导率电导率 最后一项是金属的电导率电导率 特性阻抗 特性阻抗 射频同轴电缆由内导体，介质，外导体和 射频同轴电缆由内导体，介质，外导体和 护套组成。特性阻抗是射频里面最常提到 护套组成。特性阻抗是射频里面最常提到 的指标，上限功率传输，最小信号反射都 的指标，上限功率传输，最小信号反射都 取决于电缆的特性阻抗。如果阻抗完全匹 取决于电缆的特性阻抗。如果阻抗完全匹 配，则电缆的损耗只有传输线的衰减，而 配，则电缆的损耗只有传输线的衰减，而 z 不存在反射损耗。射频电缆的特性阻抗 与 z 不存在反射损耗。射频电缆的特性阻抗 与 0 0 内外导体的尺寸之比有关，也和填充介质 内外导体的尺寸之比有关，也和填充介质 的介电常数有关，由于趋肤效应，和阻抗 的介电常数有关，由于趋肤效应，和阻抗 有关的是电缆内的导体的外径和外导体的 有关的是电缆内的导体的外径和外导体的 内径。 内径。 特性阻抗是射频里面最常提到的指标，最 特性阻抗是射频里面最常提到的指标，最 大功率传输，最小信号反射都取决于电缆 大功率传输，最小信号反射都取决于电缆 的特性阻抗。如果阻抗完全匹配，则电缆 的特性阻抗。如果阻抗完全匹配，则电缆 的损耗只有传输线的衰减，而不存在反射 的损耗只有传输线的衰减，而不存在反射 损耗。射频电缆的特性阻抗z 与内外导体的 z 损耗。射频电缆的特性阻抗 与内外导体的 0 0 尺寸之比有关，也和填充介质的介电常数 尺寸之比有关，也和填充介质的介电常数 有关，由于趋肤效应，和阻抗有关的是电 有关，由于趋肤效应，和阻抗有关的是电 缆内的导体的外径和外导体的内径。 缆内的导体的外径和外导体的内径。 Z D 为同轴电缆的特性阻抗， 为外导体的内 Z D 0为同轴电缆的特性阻抗， 为外导体的内 0 径，d为内导体的外径，Ks为内导体的系 d Ks 径， 为内导体的外径， 为内导体的系 数，和内导体的结构有关。 数，和内导体的结构有关。 50 50 射频电缆5500Ω特性阻抗 50 50 射频电缆 Ω特性阻抗 5500 通常认为导体的截面积越大损耗越低，但 通常认为导体的截面积越大损耗越低，但 是事实并非如此，同轴电缆的每单位长度 是事实并非如此，同轴电缆的每单位长度 Log D/d 的损耗是 （ ）的函数，也就是说和 Log D/d 的损耗是 （ ）的函数，也就是说和 电缆的特性阻抗，经过计算，当同轴电缆 电缆的特性阻抗，经过计算，当同轴电缆 的特性阻抗为77Ω时，单位长度的损耗最低 77 的特性阻抗为 Ω时，单位长度的损耗最低 对于同轴电缆的最大承受功率，通常认为 对于同轴电缆的最大承受功率，通常认为 内外导体的间距越大，则同轴电缆可承受 内外导体的间距越大，则同轴电缆可承受 的电压越高，即承受功率越大，实际上也 的电压越高，即承受功率越大，实际上也 不准确，同轴电缆的最大承受功率同样和 不准确，同轴电缆的最大承受功率同样和 特性阻抗有关，可以计算当同轴电缆的特 特性阻抗有关，可以计算当同轴电缆的特 30 性阻抗为 Ω时，其承受功率最大 30 性阻抗为 Ω时，其承受功率最大 为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量， 为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量， 应该在77Ω和30Ω直接选一个合适的数值， 77 30 应该在 Ω和 Ω直接选一个合适的数值， 53.5 二者的算术平均值是 Ω，几何平均值为 53.5 二者的算术平均值是 Ω，几何平均值为 48.06 50 Ω，故选取 Ω的特性阻抗是比较合 48.06 50 Ω，故选取 Ω的特性阻抗是比较合 适的。此外，50Ω阻抗连接器也更容易设 50 适的。此外， Ω阻抗连接器也更加容易设 计和加工。 计和加工。 VSWR / VSWR / 驻波比（VVSSWWRR）//回拨损耗 VSWR / VSWR / 驻波比（ ） 回拨损耗 VVSSWWRR // 反射的大小可以用电压驻波比VSWR来表 反射的大小可以用电压驻波比VSWR来表 达，其定义是入射和反射电压之比，VSRR 达，其定义是入射和反射电压之比，VSRR 的计算公式如下 的计算公式如下 VSWR等效参数是回波损耗，反射系数，失 VSWR等效参数是回波损耗，反射系数，失 配损耗，匹配效率换算，常见的换算关系 配损耗，匹配效率换算，常见的换算关系 见下表 见下表 常见的测试电缆的VSWR的指标取决于电 常见的测试电缆的VSWR的指标取决于电 缆，连接器及其加工工艺，测试电缆组件 缆，连接器及其加工工艺，测试电缆组件 VSWR 1.2 的典型 值小于 ，换算成回拨损耗为 VSWR 1.2 的典型 值小于 ，换算成回拨损耗为 21dB，传输效率是99.21%，对于传输线%，对于传输线能够完全满足要求。 VSWR 1.2 言 ＜ 可以满足规定的要求。 从电缆类型来看，半刚和半柔电缆有着比较良好 从电缆类型来看，半刚和半柔电缆有着比较良好 的VSWR表现，一条普通的电缆在DC-18GHz范围 的VSWR表现，一条普通的电缆在DC-18GHz范围 内能做到小于1.2的VSWR，而并不是特别需要花费太 内可以做到小于1.2的VSWR，而并不要消耗太 高的成本，当然加工和焊接的工艺是保证VSWR 高的成本，当然加工和焊接的工艺是保证VSWR 指标的主要的因素 指标的主要的因素 柔性电缆要实现低的VSWR指标并非易事。要求 柔性电缆要实现低的VSWR指标并非易事。要求 电缆在弯曲的条件下仍能保持良好的性能，这二 电缆在弯曲的条件下仍能保持良好的性能，这二 者存在一定的矛盾，为得到一条既柔软又有良 者存在一定的矛盾，为得到一条既柔软又有良 好的射频指标的柔性测试电缆，往往需要付出更 好的射频指标的柔性测试电缆，往往需要付出更 多的成本代价 多的成本代价 经验之谈 经验之谈 有经验的射频工程师在用网络分析仪测试 有经验的射频工程师在用网络分析仪测试 柔性测试电缆对其做出合理的选择时，往往会在 柔性测试电缆对其做出合理的选择时，往往会在 S11的测试情况下轻微的抖动电缆，并观察 S11的测试情况下轻微的抖动电缆，并观察 VSWRA的指标是否随着电缆的抖动而变 VSWRA的指标是否随着电缆的抖动而变 化，以此判断柔性电缆的好坏。 化，以此判断柔性电缆的好坏。 VSWR VSWR 测试电缆的VVSSWWRR VSWR 测试电缆的VSWR VVSSWWRR 当需要在更高的频率下使用时，则需要采 当需要在更高的频率下使用时，则需要采 用微波测试电缆组件，也就从另一方面代表着用户要 用微波测试电缆组件，也就从另一方面代表着用户要 花费更高的成本，是因为微波电缆通常 花费更高的成本，是因为微波电缆通常 采用多层的屏蔽和低密度的聚四氟乙烯 采用多层的屏蔽和低密度的聚四氟乙烯 （LD-PTFE），这种戒指的介电常数比普 （LD-PTFE），这种戒指的介电常数比普 PE 通的实心聚乙烯（ ）和聚四氟乙烯 PE 通的实心聚乙烯（ ）和聚四氟乙烯 （PTFE）更低，大约在1.38~1.73之间，其 （PTFE）更低，大约在1.38~1.73之间，其 传播速度达到83%，也就是说更接近空气 83% 传播速度达到 ，也就是说更接近空气 的介质特性。 的介质特性。 电缆衰减（插入损耗） 电缆衰减（插入损耗） 电缆的衰减是表示电缆的有效的传送射频 电缆的衰减是表示电缆的有效的传送射频 信号的能力，由介质损耗、导体损耗和热 信号的能力，由介质损耗、导体损耗和热 辐射三部分所组成，大部分的损耗转换为热 辐射三部分组成，

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