射频电缆的指标性能和选购指南

摘要：概述什么是射频同轴电缆以及挑选射频电缆的相关知识。

在实际挑选射频电缆组件的正确选择时，我们除了要考虑到它的特性阻抗、额定功率、衰减量和频率范围，驻波比、插入损耗等因素以外，还应该考虑电缆的机械特性以及对使用环境和应用的要求，另外，成本也是一个永亘古不变的因素。下面我们就来说一下关于射频电缆的各种指标和性能以及了解关于电缆性能的相关知识去挑选优质的射频电缆组件。

概述：射频电缆也叫同轴电缆，由互相同轴的内、外导体及支撑内外导体的介质组成。用于传输高频电信号、射频和微波信号能量的。高频电信号具有“波”的属性，要考虑电磁波的特性。使用同轴电缆就是为了信号传输损耗小、抗干扰能力强。它是一种分布参数电路，其电长度是物理长度和传输速度的函数，这一点和低频电路有着本质的区别。同时射频电缆也是各种无线电通信系统及电子设备中不可缺少的元件，广泛的应用无线通信与广播、电视、雷达、导航、计算机及仪表等方面。

关于组件选择：

一、特性阻抗：射频同轴电缆由导体，介质，外导体和护套组成。

“特性阻抗”是射频电缆，接头以及射频电缆组件中最常提到的指标。最大功率的传输及最小信号的反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其它部件的匹配。如果阻抗完全匹配，则电缆的损耗只有传输线的衰减，而不存在反射损耗。电缆的特性阻抗（Zo）与其内外导体的尺寸比相关。由于射频能量传输的“趋肤效应”，与阻抗相关的重要尺寸是电缆内导体的外径（d）和外导体的内径（D）：Zo（Ω） = （ 138 / √ε ） x （ log D/d ）。

二、驻波比（VSWR）/回波损耗：射频电缆的阻抗变化将会引起信号的反射，这种反射会导致入射波能量的损失。由于制造原因，电缆会在有一些特定的频点上产生一些VSWR的突变。反射的大小可用电压驻波比（VSWR）来表达，其定义是入射和反射电压之比。VSWR的计算公式：VSWR = （ 1 + √Pr/PI ） / （1 - √Pr/Pi）其中Pr为反射功率，Pi为入射功率。VSWR越小，说明电缆生产的一致性越好。VSWR的等效参数是反射系数或回波损耗。典型的微波电缆组件的VSWR在1.1“1.5之间，换算成回波损耗为26.4”14dB，即入射功率的传输效率为99.8%“96%。匹配效率的含义是，如果输入功率为100W，在VSWR为1.33时，输出功率为98W，即2W被反射回来。

三、衰减（插入损耗）：电缆的衰减是表示电缆有效的传送射频信号能力，由介质损耗、导体（铜）损耗和辐射损耗三部分组成。大部分损耗被转换为热能。导体尺寸越大，损耗越小；而频率越高，则介质损耗越大。因为导体损耗随频率的增加呈平方根的关系，而介质损耗随频率的增加呈线性关系，所以在总损耗中，介质损耗的比例更大。另外，温度的增加会使导体电阻和介质功率因素的增加，因此也会导致损耗的增加。对于测试电缆组件，其总的插入损耗是接头损耗、电缆损耗和失配损耗的总和。在测试电缆组件的使用中，不正确的操作也会产生额外的损耗。所以在选择电缆组件时，要先确定好系统最高频率时可接受的损耗值，然后再根据这个损耗值去选择尺寸最小的电缆。

四、平均功率容量：平均功率容量是指电缆消耗由电阻和介质损耗所产生的热能的能力。在实际使用中，电缆的有效功率与VSWR、温度和高度有关：有效功率 = 平均功率 x 驻波系数 x 温度系数 x 高度系数，在选择电缆时，应同时考虑以上因素。射频功率常用dBm来表示，会给计算带来的很大的方便。

五、传播速度：电缆的传播速度是指信号在电缆中传输的速度和光速的比值，和介质的介电常数的根号呈反比关系：Vp = 1√ε ×100，从上式可见介电常数（ε）越小，则传播速度越接近光速，所以低密度介质的电缆其插入损耗更低。

六、电缆的无源互调失真：电缆的无源互调失真是由内部的非线性因素引起的。在一个理想的线性系统中，输出信号的特性与输入信号是完全一致的；而在非线性系统中，输出和输入信号相比会产生幅度失真。如果有二个或更多的信号同时输入一个非线性系统，由于互调失真的存在，将会在输出端产生新的频率分量。在现代通信系统中，工程师们最关心的是三阶互调产物（2f1-f2或2f2-f1），因为这些无用的频率分量往往会落入接收频段从而对接收机产生干扰。

同轴电缆组件通常被视为线性器件。但是，纯线性器件是不存在的。在接头和电缆之间总有些非线性因素存在，这些非线性因素通常是由表面氧化层或者接触不良所造成的。以下的通用设计原则可以尽量减少无源互调失真：

1.用单股内导体的电缆

2.用表面平滑的高质量接头

3.保证接头之间良好的接触

4.采用足够厚度和均匀镀层的接头

5.使用非磁性材料的接头（如钢和镍）

6.在设备中，多采用半钢电缆或者半柔电缆代替柔性电缆

7采用尺寸尽可能大的接头（如DIN716的互调特性优于N，而N则优于SMA）

七、弯曲时的相位稳定性：弯曲-相位稳定性是衡量电缆在弯曲时的相位变化。在使用过程中的弯曲将会影响到插入相位。减少弯曲半径或增加弯曲角度都会增加相位的变化。同样，弯曲次数的增加也会导致相位变化的增加。而增加电缆直径/弯曲直径之比则会减少相位的变化。相位变化和频率基本上呈线性关系。低密度介质电缆的相位稳定性会明显优于实心介质电缆，多股内导体的电缆的相位稳定性优于单股内导体的电缆。