射頻測試電纜選擇方法

　如何在眾多選擇中尋找到最佳的測試電纜？時(shí)代微波系統(tǒng)在此向您介紹一種專為生產(chǎn)測試及實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的理想之選 — SilverLine測試電纜。以下內(nèi)容將闡述電纜與電纜組件的機(jī)械及電氣性能，以及如何選擇您理想的測試電纜。
2004年5月，美國時(shí)代微波系統(tǒng)公司的測試工程師對(duì)50歐姆測試電纜的要求作出以下概述：
1． 損耗：一英尺電纜0.09db/ft@1Ghz （不包括SMA及N型接頭連接器）
2． 最小彎曲半徑：0.75’’ (1.5’’彎曲直徑)
3． 優(yōu)良的柔性（良好的耐彎曲性能）
4． 25000次180度的彎曲壽命
5． 良好的電壓駐波比
6． 最大操作頻率：4GHz
7． 高屏蔽率
8． 低成本
接下來，客戶也許會(huì)提出：“我不需要太難得到的東西，因?yàn)槲荫R上就想用到它們。”然而，他們并沒有意識(shí)到上述要求中的某些部分互相沖突，在不同使用領(lǐng)域會(huì)應(yīng)用不同的頻率。因此生產(chǎn)商必須努力制造高性能電纜，以幫助我們辨別哪些屬于實(shí)用且低成本的電纜。在了解機(jī)械性能和射頻性能后，則更有利于幫助我們選擇最適合應(yīng)用的電纜。
以上將是我們下一步開始討論的良好開端。隨著各種無需增加直徑而能減少衰減的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，電纜生產(chǎn)者告訴我們，損耗越低，電纜越好。也許這并不一定完全正確，但我們應(yīng)該意識(shí)到，一些應(yīng)用確實(shí)需要達(dá)到柔性RG同軸電纜很難達(dá)到的損耗水平。除此之外，排除需求問題，許多尋求高質(zhì)量測試電纜的客戶開始將低損視為必須。

如何選擇最佳的測試電纜
電纜衰減隨頻率升高逐漸增加，但直徑越大衰減越小。衰減也會(huì)隨著傳播速率（Vp）的提高而減少。許多柔性RG電纜將固體聚四氟乙烯作為電介質(zhì)。大約70% 的傳播速率（也就是說，信號(hào)傳播速度相當(dāng)于在真空中的70%），固體聚四氟乙烯介質(zhì)可以使電纜更牢固且相對(duì)低成本。
我們需要增加接頭損耗以達(dá)到平衡，并且嘗試用RG同軸電纜保持低成本，只有類似 RG393的電纜能夠滿足客戶對(duì)于衰減的需求。
于是，一些問題立刻明顯表現(xiàn)出來。首先，該尺寸的電纜非常之硬。其次，在持續(xù)彎曲的場合，彎曲半徑將受限于10倍外徑的大小。根據(jù)編織帶的結(jié)構(gòu)，工作頻率及性能要求，最小彎曲半徑可以偶爾縮小至5倍外徑大小。除此以外，會(huì)永久改變（拉伸，纏繞）編制帶，并改變性能。3.9英寸（相當(dāng)于 7.8英寸直徑）已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了客戶提出的最大限制。

其二，RG393并不適合SMA型接頭。它使得安裝過程更加復(fù)雜化，且可能制造出令人無法接受的回波損耗。最后，RG的特性使其屏蔽性能不能達(dá)到最好，因此供應(yīng)商降低編織角度（也就是說，是用更少的編織絲）。編織絲越少，柔性越強(qiáng)，但是彎曲壽命會(huì)減短。因?yàn)榫幙棇痈菀滓苿?dòng)或松懈。對(duì)RG電纜規(guī)格的過度研究，使我們同時(shí)也忽略了對(duì)其他方面的要求。
綜上所述，增加電纜直徑對(duì)于達(dá)到所需衰減水平可能并不是一個(gè)可被接受的解決方式。另一種節(jié)省成本的方式，是改變中心導(dǎo)體與或外編制層結(jié)構(gòu)。定制一個(gè)固體中心導(dǎo)體將增加10-15%的損耗，具體取決于頻率大小。然而，許多單芯的中心導(dǎo)體是銅包鋼鍍銀結(jié)構(gòu)，非柔性電纜的最佳選擇?；仡櫼陨纤岬降娜嵝孕枨?，我們需要高端銅鍍銀中心導(dǎo)體。一種典型的方式是用更堅(jiān)硬的銅代替固體鋼中心導(dǎo)體。一些鏈導(dǎo)體的彎曲壽命和柔性度將被重新定義，且不影響衰減效率的提高。
大多通用RG電纜使用一到二層鍍銀銅絲編織繞包外導(dǎo)體。探究外導(dǎo)體改進(jìn)的時(shí)候，生產(chǎn)商從半鋼銅護(hù)套的電纜找到答案。然而，對(duì)于中心導(dǎo)體來說，半剛性與使用固體聚乙烯的損耗同樣低。線纜生產(chǎn)者不斷試圖用新編織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式以達(dá)到及其柔性的電纜。
如何選擇最佳的測試電纜
提高包括衰減在內(nèi)整體性能的一種通常策略，是將50%遮蓋螺旋面作為內(nèi)屏蔽層來補(bǔ)充單一繞包帶。在提供更有助于射頻傳播界面的同時(shí)，螺旋面對(duì)增加電纜屏蔽性也有額外的幫助。但是，這種結(jié)構(gòu)也有其弊端。射頻能力會(huì)隨彎曲而更快減弱。通常第三種扁平編織帶會(huì)被置于螺旋帶下端，以幫助解決此問題。與介質(zhì)應(yīng)用相反，扁平編織層具有螺旋帶一樣的平滑表面，且更具彎曲性。此外，扁平及螺旋編織帶結(jié)構(gòu)可根據(jù)頻率變化使衰減提高到10%。
總而言之，雖然三層編織層的電纜比較堅(jiān)硬，但是可提供更強(qiáng)的衰減能力，屏蔽效力，以及更長的彎曲壽命。然而，近看編織層強(qiáng)度和角度，以及嚴(yán)格的控制程序，會(huì)發(fā)現(xiàn)此種電纜同樣傳輸更高頻率。在符合工作頻率與最小彎曲半徑的條件下，在彎曲度大于RG電纜時(shí)，依然能保持其射頻性能。
最有效的減少衰減的方式不僅包括改進(jìn)編織帶及中心導(dǎo)體，還包括改變其中心結(jié)構(gòu)。延展聚四
氟乙烯，發(fā)泡聚四氟乙烯，花健聚四氟乙烯，以及發(fā)泡聚乙烯，均是生產(chǎn)商用來增加介質(zhì)內(nèi)空氣百分比的方式，從而減少其介電常數(shù)。更多的空氣通常意味著更易彎曲的中心導(dǎo)體，以更具柔性。為了保持合適的阻抗，需要更大的中心導(dǎo)體，以減小阻抗，使損耗更低。要找到90%或更高Vp的低損電纜，不是一件難事。這類電纜往往衰減更低，有時(shí)甚至比損耗更高的固體聚四氟乙烯直徑更小，柔性更強(qiáng)。

　　看起來，低損電纜是滿足以上要求的合適之選，然而，也有不足之處。低損產(chǎn)品使用成品連接器通常不太合適，只能選擇專為此類電纜設(shè)計(jì)的連接器，這樣的話生產(chǎn)周期會(huì)延長，同樣成本會(huì)提高。低損中心導(dǎo)體可能更容易潮濕，沾染助焊劑和清潔劑，也不會(huì)像固體中心針容易剝離。這些問題可能使安裝復(fù)雜化，并且增加成本。
這種更柔的中心結(jié)構(gòu)使得在更高頻率達(dá)到高性能變得困難。例如，編制帶上的波紋中心導(dǎo)體使用太緊密，會(huì)導(dǎo)致更高的回?fù)p。如果中心導(dǎo)體很軟，編織層部件會(huì)互相移動(dòng)靠近，導(dǎo)致射頻性能不穩(wěn)定，尤其表現(xiàn)在相位或電長度等參數(shù)上。而且中心導(dǎo)體會(huì)偏離中心位置，改變阻抗。最后，低損電纜更易受外部物理壓力或其它彎曲動(dòng)力的影響而遭到損壞。Vp值越高，這些問題越容易惡化。
看來低損電纜有太多問題需要考慮，但實(shí)際上有些問題經(jīng)常被忽視。時(shí)代微波系統(tǒng)的LMR,T-FLEX,SF,SFT系列為低損或編織層結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的高性能電纜的最佳案例，不僅最大化減少損耗值，而且提供最佳柔性與高頻率性能。
顯而易見，低損電纜可能需要滿足或至少達(dá)到目標(biāo)損耗值，同時(shí)又必須滿足最小彎曲半徑/柔性需求。為達(dá)到客戶的價(jià)格與交期目標(biāo)，我們先從時(shí)代微波系統(tǒng)LMR UltraFlex產(chǎn)品開始來研究目錄產(chǎn)品，該產(chǎn)品使用了聚乙烯介質(zhì)技術(shù)。由于在電信及無線領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，發(fā)泡聚乙烯電纜和許多連接器到處可見，且價(jià)格十分低廉。Vp在80-87%的發(fā)泡聚乙烯同樣非常低廉。UltraFlex系列相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LMR或普通發(fā)泡聚乙烯電纜，具備更優(yōu)的彎矩。一款 0.200’’直徑電纜計(jì)算得出頻率損耗值為0.12db，非常接近客戶需求。這使得我們擁有完美的解決方案。
另外一款我們關(guān)注的產(chǎn)品為用多股中心導(dǎo)體的TImes SFT316產(chǎn)品。這是一種0.120’’直徑，76%速率的繞包聚四氟乙烯電纜。更柔軟的聚四氟乙烯介質(zhì)更能滿足柔性及彎曲壽命要求，且更接近彎曲半徑要求，但損耗值可達(dá)0.18db。LMR是雙層屏蔽電纜產(chǎn)品，而SFT則是高屏蔽的三層電纜。每種都使用不同中心結(jié)構(gòu)?？梢?，要在一種產(chǎn)品中達(dá)到所有要求，并不像客戶期望的那么簡單。
從一種測試電纜中得到最佳性能及最大價(jià)值
測試電纜的其他性能也使其成為極佳電纜產(chǎn)品。讓我們?cè)囍鵀榇丝铍娎|選擇合適尺寸的連接器。一種方式是將電纜中心導(dǎo)體直徑與連接器中心針直徑相對(duì)比。相似尺寸的部件使得在連接器處匹配較好，從而使回?fù)p最佳化。
通常，電纜組件的接頭連接處是最容易折損的，所以拉力減緩系統(tǒng)需要提供從堅(jiān)硬的接頭連接位置到電纜的平穩(wěn)過渡。拉力減緩系統(tǒng)如果不能固定接頭連接部分或無法起到一個(gè)杠桿受力點(diǎn)的作用，那就起不到相應(yīng)的作用并且接頭會(huì)過早脫落。如果可能，為編織層以及中心導(dǎo)體選擇焊接接頭方法，能達(dá)到最長的使用壽命及最佳電氣穩(wěn)定性。
除非測試系統(tǒng)或組件需要考慮交調(diào)性，一般來說連接器必須使用高質(zhì)量的不銹鋼材料來代替銅材，以達(dá)到長久的壽命。使用鋼制的連接器可增加插拔次數(shù)，減少金屬顆粒滲入連接器而導(dǎo)致改變連接器阻抗。如果可能, SMA系列接頭應(yīng)該具有堅(jiān)硬厚實(shí)的外導(dǎo)體設(shè)計(jì)，以減少在沒有使用合適扳手的情況下產(chǎn)生的擠壓。

　　為電纜安裝護(hù)套有助于避免擠壓，過渡彎曲或絞纏時(shí)帶來的損害，但是通常情況下柔性護(hù)套不能避免擰扭時(shí)帶來的損害…這也是連接器/電纜組件失效的一個(gè)常見原因。最后，唯一最有效的方式，是培訓(xùn)如何正確使用及維護(hù)，以達(dá)到高效和長久的使用壽命。
選擇合適的測試電纜的策略

客戶對(duì)規(guī)格和性能的要求總在不斷的變化，這并不稀奇，希望在所有方面都能達(dá)到最佳要求是很正常的。因此，預(yù)先定制策略可幫助我們較快篩選。我們將在表格一中分類一些較普遍使用的參數(shù)。
該列表并非以面蓋全，并不是每一個(gè)參數(shù)都是為測試電纜而設(shè)。例如，功率處理隨海拔高度增加而減少。如果功率是首選考慮，并且所選電纜的最大功率接近最低需求，我們可能需要考慮該產(chǎn)品是否用于高海拔。一款用于室外的電纜需要考慮到受到潮濕的可能性，同時(shí)也需要能夠抵抗紫外線?？钩睗裥詴?huì)影響到連接器結(jié)構(gòu)選擇（推薦使用內(nèi)部和外部都有封閉氣墊）以及電纜選擇（推薦Times LMR-db 防水編織結(jié)構(gòu)）?？棺贤饩€特性需要在護(hù)套材料內(nèi)含有特殊化學(xué)物質(zhì)。最終應(yīng)用將會(huì)決定使用哪種材料。
首先，從參數(shù)列表上看，選擇那些必須滿足的。其次，設(shè)置最小或最大規(guī)格限制，但不要過度。否則將會(huì)浪費(fèi)成本或錯(cuò)過一些可能完全適合的選擇。一旦按優(yōu)先次序從最重要的到最不重要的順序排列參數(shù)，那些較不重要的將被忽略。
首先我們需要選擇最合適的電纜結(jié)構(gòu)或技術(shù)來縮小供應(yīng)商查找范圍，此結(jié)構(gòu)或技術(shù)需要最大可能的滿足必需的參數(shù)和指標(biāo)。舉例來說，如果 250000次彎曲壽命為最高優(yōu)先級(jí)別，那么半剛同軸電纜不是一個(gè)合適的選擇，相關(guān)的技術(shù)或供應(yīng)商可被忽略。然而，大公司比如時(shí)代微波系統(tǒng)，能制造使用不止一項(xiàng)技術(shù)或材料的電纜，比如固體發(fā)泡聚乙烯，繞包聚四氟乙烯，以及現(xiàn)有的二氧化硅，我們能夠提供更多選擇。
總之，我們應(yīng)該記住，需要考慮的參數(shù)越多，對(duì)該參數(shù)的要求越高，需要越詳盡的研究及花費(fèi)更高的成本/或更長的周期。
客戶會(huì)堅(jiān)持要求產(chǎn)品達(dá)到最佳損耗，彎曲半徑及彎折壽命，這些只有通過現(xiàn)代技術(shù)才能達(dá)到。當(dāng)這些成為重要因素的同時(shí)，一項(xiàng)針對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)需求的研究表明，對(duì)于一英尺長度的電纜，在1GHz頻率時(shí)，應(yīng)用固體聚四氟乙烯介質(zhì)電纜的損耗并不差，并且彎曲壽命不需要很長或者彎曲半徑不需要很小。彎曲時(shí)的電氣穩(wěn)定性其實(shí)非常重要，然而卻往往被忽略。典型的電纜失效模式為，連接器在電纜由于不斷彎曲而毀損前就已斷裂。SilverLineTM測試電纜能滿足客戶真實(shí)需求，針對(duì)典型失效模式，成本在您的控制預(yù)算內(nèi)，且備貨充足能隨時(shí)發(fā)貨。目前不同規(guī)格及長度的SilverLineTM測試電纜已被廣泛使用于客戶測試及維修設(shè)備中。