射频同轴电缆：概念、性能指标与分类选择
射频同轴电缆：概念、性能指标与分类选择
射频同轴电缆是现代通信系统中不可或缺的重要组件，广泛应用于无线通信、雷达、广播电视等领域。本文将从概念、性能指标和分类选择三个方面，为您详细介绍射频同轴电缆的相关知识。
相关概念
阻抗匹配：在传输线上，信号源内阻与传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或者传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同。这种匹配状态可以确保信号在传输过程中达到最大功率传输，减少信号反射和干扰，从而提高信号传输的效率和稳定性。
趋肤效应：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。
一、概念
同轴电缆由内导体、介质、外导体和护套组成。
二、性能指标
1.特性阻抗
在射频同轴电缆中,电磁波的传播模式是TEM模,即电场和磁场方向均与传播方向垂直。
“特性阻抗”是射频同轴电缆最常被提到的指标之一。最大功率传输、最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其他部件的匹配。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(Z)与其内外导体的尺寸之比有关,同时也和填充介质的介电常数有关。由于射频能量在导体的传输过程中存在“趋肤效应”,所以与阻抗相关的重要尺寸是电缆内导体的外径和外导体的内径。
为什么采用50Ω特性阻抗？
（1）50欧姆阻抗可以实现信号在电路中以最大功率传输。这意味着在信号传输过程中，信号衰减和反射会被最小化，从而确保信号的质量和稳定性。
（2）许多标准和设备的电路板、连接器和电缆都是基于50欧姆阻抗设计的，因此使用50欧姆阻抗可以提高设备之间的兼容性。
（3）50欧姆阻抗是一种经济实用的选择。使用50欧姆阻抗的PCB生产较为容易，对设备要求不高，因此可以降低生产成本。
（4）虽然其他阻抗值在某些特定情况下可能具有某些优势（如60欧姆的耐压性、30欧姆的功率传输性、76欧姆的损害最小性），但50欧姆阻抗在综合性能上取得了平衡。它兼顾了耐压、功率传输和损耗等优势，适用于大多数应用场景。
2.驻波比（VSWR）/回波损耗
电压驻波比：入射和反射电压之比。
VSWR 的等效参数是回波损耗、反射系数、失配损耗和匹配效率，换算关系如下:
VSWR越大，反射越大，匹配越差。
⑴ VSWR>1，说明输进天线的功率有一部分被反射回来，从而降低了天线的辐射功率；
⑵ 增大了馈线的损耗。7/8"电缆损耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情况下测的；有了反射功率，就增大了能量损耗，从而降低了馈线向天线的输入功率；
⑶ 在馈线输入端A，失配严重时，发射机T的输出功率达不到设计额定值。但是，现代发射机输出功率允许在一定失配情况下如（VSWR<1.7或2.0）达到额定功率。
驻波比与反射功率的关系如下。可见，不一定追求1.1以下的驻波比，一般1.5以下也足够了，96%的都发射出去了。
3.屏蔽
单层编织屏蔽：由一层编织层组成,其覆盖率为70%～95%,典型产品有美军标(MⅢLC-17)中的RG58、RG316和国标的SYV-50-7等。其屏蔽效果约为-50dB。单层屏蔽电缆常用于1GHz以下。
双层编织屏蔽：由两层编织层组成,其屏蔽效果为-75dB～-85dB,典型应用可以达到6GHz。在通用射频测试中,双层屏蔽电缆可能是应用最为广泛的,常见产品有美军标(ML-C-17)中的RG223、RG142和RG214等。
三层屏蔽：由两层编织屏蔽中间再加一层箔状屏蔽组成,也有的第一层采用缠绕的铜带。其屏蔽效果可达到-90~-100dB。一些EMC测试应用的电缆和微波电缆采用这种结构,
4.衰减（插入损耗）
同轴电缆的衰减是表示其有效传输射频信号的能力,它由导体损耗、介质损耗和辐射损耗三部分组成。
导体损耗是由导体的趋肤效应所引起的,随频率的增加呈平方根关系。
介质损耗是介质材料对传导电流的电阻所引起的,随频率的增加呈线性关系。
辐射损耗是由泄漏引起的,除了专用的开槽泄漏电缆以外,这部分损耗非常小。大部分的损耗转换为热能。
在选定的工作频率下,导体的尺寸越大,损耗越小;而频率越高,则介质损耗越大。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。
5.功率容量
同轴电缆的功率容量分为峰值功率容量和平均功率容量。
峰值功率容量取决于电缆可承受传输信号的最大电压的能力,而平均功率容量则是指电缆消耗由电阻和介质损耗所产生的热能的能力。电缆的散热取决于其热阻,而热阻则与电缆的表面积、表面温度、环境温度、热传导率和气流有关。
对于电缆而言,介质的最高承受温度决定了电缆的功率容量,因为大部分的热量是从电缆的内导体所产生的。同时,电缆的功率容量还与海拔高度有关。
6.传播速度
电缆的传播速度又称为相速度，是指射频和微波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:
电缆的相速度指标对于射频测试工程师的意义在于,除了可以了解电缆的损耗以外,还可以通过DF(故障定位)测量技术在远端测量长电缆的故障点。
7.电长度
电长度是指电缆中电磁波传播的物理长度与实际电缆长度之比。在射频通信系统中，电长度对于信号的相位匹配和系统性能至关重要。通常，电长度的计算需要考虑电缆的介电常数和工作频率。
三、同轴电缆的分类和选择
射频同轴电缆分为半刚性、半柔性、柔性和波纹管电缆,不同的应用场合应选择不同类型的电缆。半刚性和半柔性电缆一般用于设备内部的互联;而在测试和测量领域,多采用柔性电缆;波纹管电缆则常用于天馈系统中。
1.半钢性电缆
这种电缆不容易被轻易弯曲成形,其外导体是采用铝管或者铜管制成,其射频泄漏非常小(小于-120dB),在系统中造成的信号
扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到种形状,需要专用的成形机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换的是非常稳定的性能,半刚性电缆通常采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充质，有非常稳定的温度特性，在高温条件下，有良好的相位稳定性。
2.半柔性电缆
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,而且可以手工成形。但是其稳定性比半刚性电缆略差些,由于它可以很容易成形,同样也就容易变形,尤其是在长期使用的情况下。
3.柔性电缆
“测试级”的电缆组件大多采用柔性电缆。相对于半刚性和半性的电缆,柔性电缆的成本十分昂贵,这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要能够多次弯曲而且还要保持性能,这是作为测试电缆的最基本要求。柔软度和良好的电指标是一对矛盾体,也是导致造价昂贵的主要原因。
4.波纹管电缆
波纹管电缆的外导体为波纹状的铜管,近年来也出现了铝管,这种电缆采用了低损耗设计,常常用于天馈系统中。波纹状的外导体设计,其优点是易于弯曲和运输,同时还具有良好的抗拉伸性能,以便电缆的竖直悬挂应用。
5.选择
（1）够用原则
（2）平衡柔软度和电性能指标的矛盾
（3）VSWR
（4）插入损耗
（5）测试电缆组件的使用寿命