射频电缆组件选择和使用工程师指南

作者：Kenton Williston

投稿人：DigiKey 北美编辑

射频电缆组件应用广泛，既包括航空航天和通信等成熟领域，也包括汽车、工业和物联网 (IoT) 等新兴行业。应用领域的不断扩大促进了新型射频电缆组件的开发，为工程师优化射频系统设计提供了更多机会。

然而，所有这些增长都使设计过程变得更加复杂。市场上有如此之多的组件，很难为特定应用确定最佳选择。此外，射频布线在新应用中的使用也让更多的设计人员、安装人员和维护技术人员不得不面临棘手的陌生技术。除了空间和环境方面的考虑，这些人员现在还必须熟悉频率兼容性、阻抗匹配、电压驻波比 (VSWR)、磁耦合和屏蔽。

为了确保射频系统的性能和可靠性，工程师们需要采用细致入微的方法和清晰的路线图，以了解等待他们的选择和潜在隐患。

本文首先简要介绍了射频应用，包括其电气特征、物理结构和典型用例，然后指导大家完成复杂的射频电缆组件选择、安装和维护任务。其间介绍了 [Molex] 的几个实例，以说明关键选择和使用标准。

不断扩大的射频电缆组件使用范围

射频技术涉及多个领域，每个领域都有其独特的挑战。频率范围从数百赫兹 (Hz) 到数万兆赫兹 (GHz) 不等。有些应用要求坚固耐用。还有一些应用对封装尺寸有着极致限制。以下为一些常见应用，展示了使用案例的多样性：

• 航空航天和国防 ：雷达系统、通信频道和 GPS
• 汽车和运输 ：信息娱乐系统、导航和车载通信网络
• 电信和广播 ：通过 Wi-Fi、LTE 和 5G 网络传输 8K 视频信号
• 工业 ：物联网传感器、自动装配线和遥测技术
• 医疗 ：远程病人监护系统、高级诊断设备和机器人手术装置
• 测试与计量 ：台架测量、现场测试和生产设备质保

由于射频应用日益广泛，越来越多的工程师和设计师开始接触高频电路，其中许多人并不具备相关技术背景。面对紧迫的期限和预算，他们需要既能简化任务又能确保系统可靠运行的解决方案。

这就是射频电缆组件的用武之地。这些组件由预先组装好的连接器和电缆组成，既能满足指定的性能要求，又能减少工程设计工作量。使用预制射频电缆组件可节省设计和原型开发的时间和成本，并提高生产质量和效率。

频率兼容性、阻抗匹配和 VSWR

选择合适的电缆组件需要仔细考虑多个因素。首先，组件必须能够适应射频信号的频率范围。这些频率从几百赫兹到 3 至 30 千兆赫或更高的超高频 (SHF) 频段不等（图 1）。

图 1：射频电缆组件的设计多种多样，可根据连接器的尺寸和最大支持频率等因素进行分类。（图片来源：Molex）

要实现所需的性能，电缆组件必须能应对适当的频率范围，且不会出现明显的信号损失或失真。例如，美国电影电视工程师学会 (SMPTE) 在其 2082-1 准则中规定了严格的信号质量要求，将一半时钟频率时的损耗限制在 40 分贝 (dB) 以内。

采用 Molex [BNC 小型射频电缆组件]是满足这些要求的方法之一，它们在最高 12 GHz 的频率下具有高回波损耗性能。这一性能超过了串行传输 8K 高清电视 (HDTV) 视频的要求，因此未来无需更改硬件即可扩展带宽。

阻抗匹配是另一个关键参数。射频信号容易受到入射波和反射波的干扰，这些干扰是由信号线上的阻抗失配造成的。为尽量减少信号损耗，电缆组件应具有与所连接负载相同的阻抗，通常为 50 或 75 欧姆 (Ω)。好的做法是将连接器和电缆一起设计，以实现最佳匹配。

采用这种做法的一个实例是 [0897629290]组件，该组件将 Molex BNC 连接器与 Belden 4794R 电缆配对在一起，可用于高端 75 Ω 应用。

对于测试与计量等要求特别苛刻的应用，可能需要仔细考虑电压驻波比 (VSWR) 和插损等附加参数。VSWR 是入射信号与反射信号之比，用于衡量射频信号从信号源到负载的传输效率。插损是指信号沿连接器和电缆传输时损失的能量。图 2 各举了一些实例。

| | 订购编号 | 连接器对连接器 | 电缆类型 | 长度 | 电压驻波比 (VSWR) | 插损 |
| ------------ | ----------------------------------- | ------------------- | ------------------- | --------------------- | --------- |
| 89762-1540 | 2.92 mm ST 插头转
2.92 mm ST 插头 | 086 低损耗 | 152.40 mm / 6.00" | 最大 1.50 至 40 GHz | 1.00 dB |
| 89762-1541 | 228.60 mm / 9.00" | 1.43 dB |
| 89762-1542 | 304.80 mm / 12.00" | 1.85 dB |
| 89762-1543 | 381.00 mm / 15.00" | 2.15 dB |
| 89762-1544 | 457.20 mm / 18.00" | 2.85 dB |
| 98762-1580 | 047 低损耗 | 152.40 mm / 6.00" | 最大 1.55 至 40 GHz | 1.65 dB |
| 89762-1581 | 228.60 毫米 / 9.00 英寸 | 2.30 分贝 |
| 89762-1582 | 304.80 毫米 / 12.00 英寸 | 2.90 分贝 |
| 89762-1583 | 831.00 毫米 / 15.00 英寸 | 3.60 分贝 |
| 89762-1584 | 457.20 毫米 / 18.00 英寸 | 4.20 分贝 |

图 2：表中所示为高效、低损耗微波频率电缆所具备的电压驻波比和插损值示例。（图片来源：Molex）

屏蔽、磁耦合和其他考虑因素

屏蔽是另一个重要的考虑因素。任何携带射频信号的电缆都可能像天线一样广播或接收信号，从而产生干扰。为尽量减少这种干扰，电缆需要用接地的金属外壳屏蔽（图 3）。

图 3：所示为典型的屏蔽电缆。从电缆内部开始依次是线芯导体、将线芯与屏蔽层隔开的绝缘材料、编织金属屏蔽层和电缆护套。（图片来源：Molex）

屏蔽材料的选择受一系列因素的影响，包括性能要求、环境条件和预算限制。例如，铜在大多数频率下都非常有效，但相对较重且成本较高，而铝轻且价格低廉，但效果较差且更容易腐蚀。

另外还要考虑屏蔽的形式。比如在连接 RG-136 电缆的 [0897616761]MCX 组件上所使用的金属编织层，就具有出色的机械强度和物理保护能力。相比之下，铝箔屏蔽通常由铝与聚酯或聚丙烯薄膜压合而成，是一种重量轻、价格低廉且灵活的替代品。还有其他类型，如螺旋式、带式和组合式，它们在频率覆盖百分比、柔性、使用寿命、机械强度、成本和端接难易程度方面各不相同。

此外还可能需要考虑独特的应用要求。例如，医疗应用中的传感器通常会受到磁场的影响。此时，像 [0897616791]MMCX 电缆组件这样的解决方案就是一个可行的选择，因为这些组件有非磁性耦合版本，具有更好的设计兼容性。

空间限制、环境危害和维护

在考虑物理参数时，空间和布线的限制往往是主要障碍。考虑到国防应用，其空间狭小是出了名的。此时像 [0897611760]SSMCX 电缆组件这样的解决方案就非常实用。SSMCX 连接器是市场上体积最小的连接器之一，有垂直和直角两种方向可供选择，以适应具有挑战性的空间和布线限制。

设计人员在选择组件时还需要考虑最小弯曲半径。由于结构复杂，射频电缆往往比较坚硬。对于需要急转弯的情况，可采用像 Molex 的[柔性微波组件]这样的解决方案（图 4）。这类电缆专为较小的静态弯曲半径而设计。

| | 电缆零件编号 | 阻抗 | VOP | 电容 | 静态弯曲半径（最小值） | 中心导体 | 绝缘 | 护套 | 外径 | 截止频率 |
| -------------- | ------------ | ------------ | ---------- | ------------------------ | ---------- | ------ | ------ | -------- | ---------- |
| 100067-1047 | 50±1 欧姆 | 70% | 29 pF/ft | 0.20" | 0.0113" | PFA | FEP | 0.061" | 112 GHz |
| 100067-1086 | 0.30" | 0.0201" | 0.101" | 62 GHz |
| 100067-1141 | 0.50" | 0.036" | 0.158" | 41 GHz |
| 100054-0007 | 87% | 23.0 pF/ft | 0.30" | 0.0126" | 0.056" | 143 GHz |
| 100054-0006 | 23.4 pF/ft | 0.38" | 0.0253 | 0.158" | 42 GHz |
| 100054-0008 | 23.3 pF/英尺 | 0.75 英寸 | 0.0453 英寸 | 0.158 英寸 | 42 GHz |
| 100054-0027 | 1.00 英寸 | 0.0571 英寸 | 0.210 英寸 | 31GHz |
| 100054-0028 | 1.60 英寸 | 0.0907 英寸 | 0.310 英寸 | 19 GHz |

图 4：所示为静态弯曲半径较小时射频电缆采样值。（图片来源：Molex）

极端温度也是一个问题，尤其是对于电信行业的户外应用。对于此类应用，射频电缆组件上常见的热塑性护套并不适用。相反，需要更耐用的材料。例如，前面提到的柔性微波组件使用 Temp-Flex 氟化乙烯丙烯 (FEP) 材料作为外套，这是一种类似于特氟龙的坚韧材料。

此外，振动和冲击会影响设计，尤其是在航空等应用领域。为确保运行可靠性，所使用的射频电缆组件必须具有非常牢固的连接。Molex 的 [0732306110] 电缆组件就是一个很好的例子，它采用了该公司获得专利的 MHF 连接器锁定机构（图 5）。

图 5：Molex 的 MHF 连接器系统采用专利锁定机构，确保了连接安全。（图片来源：Molex）

设计过程中必须考虑维护问题。所以必须研究电缆组件的平均无故障时间 (MTBF)，并考虑如何安排设计，使之便于维护和修理，同时对这些可能最需要维护的组件和连接提供合理的检修通道。

设计人员还应考虑为正常维护制定检查计划，并为电缆组件可能需要维修或更换的迹象制定用户检查表，以主动管理这些故障因素。常见的维护步骤包括检查组件的磨损情况，以及清洁电缆和连接器，以清除可能渗入连接处并降低性能的污染物。

最后，评估电缆组件制造商也很重要。标准包括适当的认证、生产相关组件的经验、足够的产品选件以支持设计灵活性，以及避免性能问题的质量保证流程。例如，Molex 一直是领先的电缆和连接器技术开发商，其创新技术依托 8100 多项专利，在质量和技术支持（包括[电缆定制工具]）方面享有盛誉。

结语

选择合适的射频电缆组件是一种挑战，因为这需要了解并仔细考虑频率兼容性、屏蔽措施、环境条件、空间限制和维护等因素。综上所述，与资深制造商合作，让他们提供专业知识、质量保证和创新，是应对这些挑战的关键，尤其是对于刚刚接触射频技术的工程师和设计师而言。这样的合作伙伴可以指导您进行电缆选择、安装和维护，确保设备和系统以最佳状态可靠地运行。