同轴电缆组件的性能参数

2021-04-28 09:36:08      点击:

众所周知,同轴电缆组件是许多从模块级到完整系统的导电互连解决方案的核心。同轴电缆组件广泛应用于从低成本的消费设备连接至航空航天及卫星通信所需的极高精度及可靠性。同轴电缆组件在研发领域至国防领域被用来传输从千赫兹级别至超过100千兆赫兹的射频信号。因此,如何确保同轴电缆组件能够满足给定应用的要求便显得至关重要。基于使用案例及同轴传输线设计、特性和规格的广泛范围考量,同轴电缆组件的质量也是千差万别。本文将讨论同轴电缆组件的电气性能测试参数。

同轴电缆组件的频率范围(截止频率)

频率范围超过同轴电缆组件截止频率的VNA可进行频率扫描,以显示同轴电缆的传输线性能的降级。进而确定同轴电缆组件的最大频率或截止频率。同轴电缆的截止频率直接取决于所用电缆和连接器的几何形状,因此截止频率也可通过物理测量相对准确地确定。

同轴电缆


同轴电缆 TC522112 [DC- 26.5GHz]


同轴电缆组件的插入损耗(S21/S12)和衰减

插入损耗是一种衡量从VNA第一端口发送并由VNA第二端口接收的信号的能量损失的指标。由于同轴电缆组件应为对称的无源网络,因此S12和S21响应应相同。考虑到存在与导体和电介质相关的频率相关损耗,因此同轴电缆组件的插入损耗通常会随频率增加而减小。一般来说,同轴电缆组件最好具有尽可能低的插入损耗,并针对给定用途来具体说明该插入损耗。

衰减只是同轴电缆单位长度的损耗,其很大程度上取决于同轴电缆的介电损耗。内外导体的电阻损耗也会产生影响。由于这些损耗也与频率相关,因此通常在给定频率、最坏情况下或频率范围内提供衰减信息。

VSWR指标

VSWR是一种衡量由传输路径中阻抗缺陷产生的驻波的最大到最小电压的指标。VSWR可以由反射S参数导出,该参数是一种衡量通过端口1发送的功率以及在校准平面之后反射回端口1的功率的指标。尽管物理变化可能导致端口参数出现略微不同,但VSWR应在同轴电缆组件的每一侧稍微平衡。

同轴电缆

同轴电缆 TC522105 [DC-40 GHz]

同轴电缆组件的阻抗

特征阻抗和电容可通过S11/S22参数导出的反射系数来确定。一般来说,同轴电缆组件的指定特征阻抗最好与同轴连接器的端口阻抗和同轴电缆组件的特征阻抗相同。这要求精确匹配以及精确的结构,以便在整个组件结构中保持阻抗一致。更精密的电缆可能表现出更小的阻抗变化。


同轴电缆组件的电容

同轴电缆的电缆单位长度(pF/L)电容通常以微微法拉pF来表示,是内、外导体间距以及电介质相对介电常数的函数。同轴电缆的电容是直接影响截止频率的重要参数。因此,与电容较低的电介质相比,在使用电容较高的电介质时截止频率更低。

同轴电缆组件的组延迟

同轴电缆组件的群延迟是通过计算整个频率的相位变化而得出,是指随着频率变化脉冲通过同轴电缆长度所花费的估计时间。在许多应用中,群延迟平坦度是一个重要因素,群延迟不一致可能会导致性能下降,例如相敏雷达。群延迟通过比较通过同轴组件发送并根据频率绘制的VNA信号的相位变化来进行测量。

同轴电缆组件的传播速度(速度因子)

另一方面,传播速度是信号通过传输线所花费的时间(接近光速)。传播速度很容易根据同轴组件内电介质的有效相对介电常数确定。因此,与相对介电常数较低的电介质相比,相对介电常数较高的电介质的同轴电缆组件将具有较低的速度因子

同轴电缆组件的射频屏蔽或泄漏

同轴电缆组件的屏蔽能力是指组件防止信号能量从中逸出或使组件不受外界干扰的能力。由于同轴电缆组件通常用于精密应用,因此许多关键应用通常将射频屏蔽效率作为最低要求。在许多应用中,完美的射频屏蔽层无法用作同轴电缆组件的外导体,并且会影响柔性、重量、尺寸和成本,因此一般会采用波纹状、编织丝、胶层、箔,以及其他导电材料的处理方式等。可以通过同轴电缆中逸出的信号能量与同轴组件中包含的信号能量的对比来测量射频屏蔽或泄漏。

同轴电缆组件的最大输入功率(最大功率容量)和最大电压/击穿电压

在性能下降之前同轴电缆组件可以处理的最大输入功率取决于同轴电缆的几何形状、制造方法以及电缆中使用的电介质和导体的材料特性。从本质上说,最大功率容量是同轴电缆组件因热击穿而开始劣化或失效时的最低功率。使用电导率较高的导体和低损耗电介质可以增加给定尺寸的同轴电缆组件的功率容量,但是功率容量最终将受同轴电缆组件的尺寸和散热能力以及电介质劣化时的温度的限制。

同轴电缆


同轴电缆 TC522104 [DC-18 GHz]

同轴电缆组件的相稳定性(弯曲时)

同轴电缆组件的相位稳定性是指在同轴电缆组件进行机械弯曲时使通过同轴电缆的信号相位保持恒定的程度。相位稳定性对于测试和测量应用而言非常重要,因为校准和测量的再现性取决于测试同轴电缆在多个使用周期内的表现是否能保持始终如一。这可以通过VNA和连接到夹具的同轴电缆组件进行测量,该夹具包括一个会随着时间的推移不断弯曲电缆的机械结构。


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