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什么是好的射频线缆
概述
我经常被问到我在单个 PAD 以及我的专业工作中使用哪种 RF 电缆，这实际上是一个非常复杂的问题，因为你需要考虑很多参数，所以今天我想谈谈电缆中的工程 如何选择好的电缆以及需要注意的事项 我们将使用一些非常好的品牌电缆进行一些实验，看看它们的性能。
图1：不同规格线缆
线缆与连接器的关系
制作精良，现在每个小部分都有工程设计，这方面的内容以及其中的内容如何找到好的电缆，您需要什么样的工程设计来注意连接器类型它们是如何相互连接的 我们在做一些实验之前先解决这个问题 所以让我们得了解这些电缆的一些特性以及其中的内容 当然最重要的事情之一就是连接器。
图2：不同规格连接工作频段
连接器必须连接到电缆以及被测设备或仪器现在有多种连接器类型，具体取决于您要使用的频率，自然而然，随着频率越来越高，连接的大多数东西尺寸必须缩小，这意味着它们更难加工以获得相同的精度和准确度所需的总直径的百分比，因此我们有一个直径横截面，一旦你超过 SMA，这实际上必不仅充满空气，而且你还必须在中间有一个导体，它基本上漂浮在那个开放的空腔内，如果你想制作一毫米的电缆，这个直径只有一毫米，它必须支撑那个中心导体这就是为什么这些东西的价格几乎呈指数级上涨，因为需要精确度，即使在同一类别中，并非所有连接器都是相同的，质量可重复性范围很广，而且它们是否仅用于 仪器使用或计量使用，我们可以进入整个世界，但对我们来说，我们将粗略地关注这个 2.4 和 1.85 毫米的连接器，用于我们的实验，但它可以一直下降到 0.8 毫米，这让你145 GHz，现在这些是同轴连接器，所以基本上它们可以从直流工作到这个频率，所以如果你有一个单次扫描网络分析仪，这是非常好的，因为如果你有一个非常宽的按钮放大器，你可以一次性扫描整个范围。
图3：不同规格线缆对应工作频段
这现在非常有用，一旦你超越它，你就必须去波导，这是一个完全不同的世界，所以这是你必须考虑的连接器现在你可以将相同的电缆连接到许多不同类型的连接器再次取决于您要使用的频率，因为连接器支持的频率高达 110 GHz，或者连接器最多只支持 26.5 GHz 这并不意味着电缆可以传输，当然正如我们将看到的那样，电缆甚至可以超过 5 GHz，类似地，很多工程都用于制造实际电缆本身，而人们一直在寻找的两个最重要的参数是频率和电缆损耗 现在让我们假设我们有一根电缆，其内导体直径为小写字母 D，导体外径为大写字母 D，在这两者之间我们将填充一些介电材料，我们将稍后谈谈介电材料，因为它起着非常重要的作用，但基本上你可以通过调整这些参数来缩小整个电缆的直径，然后再看看现在会发生什么，直觉告诉你，如果你想达到非常高的频率，你要缩小那些，如果您查看最大工作频率，它也可以通过简化的方程式进行验证，它与 D 加 d 成反比，一旦超过该频率，电缆将不再支持相同的模式，因此不能保持恒定的特性阻抗，它翻转然后你将不再有50 欧姆。如果这就是你正在寻找的，意味着介电材料也发挥作用，这再次不足为奇我们将讨论它，但是介电常数进入这个方程所以如果你想制作 100 GHz 电缆你将不得不缩小这个 D 加 d 参数。为了达到你想要的频率，这意味着电缆得到越来越细，所以自然而然，较细的电缆将比较粗的电缆具有更好的高频工作能力，现在您不能仅通过查看电缆就知道电介质厚度和导体厚度，因为它们具有保护电缆的材料等等，正如我们将要看到的那样，并不总是能够说出来，但是在您开始使用电缆之前，必须告诉您电缆的最大工作频率是多少。
事实证明损耗是相反的这也不难理解，所以这里有一个相当复杂的方程式，将电缆 Alpha 的损耗描述为 a 作为参数现在每米 DB 如果你看一下，它们的频率、电常数和电损耗正切等有很多参数，但是这两个参数，两个直径再次显示成反比，所以你做的越薄
图4：线缆损耗计算方程
电缆在 DB 周长中的损耗就越大，为什么会这样呢，因为电流中的趋肤效应只在导体的外表面流动，这将是这里金属片的外表面，也是同一个内导体电缆的外部，这意味着你收缩得越多，实际可供电流流动的表面积就越小，所以在工作频率下，每毫米左右的电缆单位电阻会变得越来越差，在更高的频率上帮助你越来越多，所以这是损耗和最大工作频率之间的关系，这就是为什么总是存在这种误解，额定为 100 GHz 的电缆在 40 GHz 时的损耗会比实际上额定值仅为 40 GHz，因为它会有更大、更厚的导体、更大的表面积，以便电流在 40 GHz 下流动，这就是为什么如果你想在 40 GHz 下运行，你不应该使用 67 或 110 GHz 电缆。
在挤压电介质并在非常高的频率下移动那些微小的变化会改变电缆的损耗和相位
图5：损耗相位随线缆挤压变化
图6：线缆在模块中的运用
在对雷达系统或某些相控阵系统等面部非常敏感时使用电缆来同步事物，您不希望电缆的表面在您移动物体时四处移动会很糟糕，在那种情况下，你必须设计电缆来解决这个问题，同时你也想确保它寿命长，可以多次弯曲次并且它可以将其返回到之前的相同位置，或者如果您已经执行了非常敏感的 s 参数测量并且一旦您开始移动电缆就已经校准了所有内容如果它们对移动敏感相位和幅度将移动并且您的校准质量会显着降低，如果您制作的电缆应该是刚性的，或者当您在必须进行这些复杂设置时它应该具有一定的抗移动弹性弯曲电缆并将它们推入狭窄的空间你不希望电缆或介电材料或内导体断裂并且所有这些都进入材料本身的工程所以我们讨论了介电常数和介电损耗正切和它如何影响电缆性能，但还有另一个非常重要的细节值得关注，它与电缆对通过它的信号相位的作用有关，这些电缆内部通常使用的材料现在 PTFE 具有这种不幸的特性，在室温附近它更容易在电缆内部发生漂移和相移，这意味着如果假设你有一根电缆并且你坐在房间周围一旦你上下移动大约 10 或 20 度，这很容易发生，当仪器变暖或者你在野外并且天气发生变化时，有一个很大的相移以避免这种情况你想做什么？
图7：PTFE材料随温度变化的相位指标
我们在这里尝试一些电缆的实验 我有一对 John Corsa MW X7 系列 这些电缆应该非常稳定 作为温度和机械运动的函数 如果你看看这些它们的直径确实有很大差异，这是因为右侧的电缆实际上支持高达 110 GHz 的频率，现在所有这些电缆都配备了 1.85 毫米连接器，因此这些电缆的实际最大工作频率限制为 67 GHz，因为它受到连接器本身的限制，如果您比较这条电缆的损耗与这条电缆在 67 GHz 时的损耗，左边的总是赢因为它确实有我们谈到的更粗的导体，所以它的损耗更小，但是如果你把这个连接器换成一毫米，你就不能把它换成左边的连接器，这是优点之一，所以让我们继续测量这个，看看它实际上有多稳定。是运动所以首先我们要做一些非常简单的事情我有 mwx7 电缆就在这里它将连接到校准标准所以我们可以使用开路短路和负载执行单端口校准然后作为最后一步我们要把它留在负载上，所以一旦它完全校准并且它正在测量负载，它就会有很好的回波损耗，因为它与这个负载完美匹配并且它刚刚被校准所以我们应该有一个非常好的 S11 现在剩下的这条电缆的这根电缆也是 John 钩针电缆，但我把它贴在桌子上，这样你就不能再移动了，我们将能够在校准后弯曲和移动这部分电缆，但我们不碰它一个，我们想看看这个校准有多稳定，以及当我们移动这条电缆以进行测量时 S11 仍然有多好我们将在一个端口校准上使用 keysight fieldfox 最初我们要去只是简单地测量 S11 所以让我走提前做那件事，这里我们对所有东西都进行了校准，所以我们在这里测量 S11，这是高达 50 GHz 401 点，如果带宽为 1 kHz，你可以看到我们在低频下有很好的响应，它会对于高达 50 GHz 的高频，刚好超过负 40 DB，在左侧，我可以看到这条电缆的实时视图，所以这正是我校准它的方式，你可以看到我们留在负载上，这是最后一次校准步骤我要继续移动这根电缆
图8：一对 John Corsa MW X7 系列电缆
图9：不同内导体损耗
首先是固定的（图10），我们可以看到它是如何改变的，以便让这更容易一些和记忆，所以旧的 Trace 现在位于新的 Trace 之上，这就是回报我要四处移动电缆，好吧，如果你看一下，这是一些当我几乎完全扭曲电缆时的激进运动 如果我如此激进地进行，我可以将它从 -40 降低大约 10 DB 到 -30 好吧，如果我回到原来的状态，我可以把它放回原来的位置那太好了让我们再试一次让我们摇晃它一点点弯曲它有点不合适就这样吧我的意思是这是一个非常好的结果如果你曾经在这个频率和这个精度下做过校准你会看到负 40 和负 35 之间的差异是绝对的你可以看到非常低的频率我们现在没有一些偏移因为我确实像这样完全弯曲了电缆在这里我们把它放回去让我们再做一次扭曲这样如果你看看最大的那真的很好变化当然发生在更高的频率在这里你可以看到并记住回波损耗的负 60 和负 50 之间的差异非常小它在哪里（图11）
图10：固定线缆幅度技术指标参数
图11：扭曲线缆幅度技术指标参数
回到过去的方式，所以如果我做完全相同的事情，你可以看到这两条电缆之间的主要区别及其稳定性，再次记住，这是更短的，所以我们在这里确实有相当多的有利测试结果第三方电缆，使 Jungle 显示的结果更加令人印象深刻 现在重要的是要注意我们刚刚测量并显示 John crochet 电缆稳定性的 S11 回波损耗包括相位和幅度信息电缆
因为这两者都会影响 DB 中 S11 的值，一旦它转换为幅度，当然，但我们也可以继续测量电缆的相位，所以在这里我将这条电缆包括在校准中，这意味着平面测量是正确的在东连接器的边缘，所以你真的不希望这条电缆改变你测量的相位，因为它甚至不是被测设备的一部分所以我已经这样做了，测量和数据都是在上面
彼此让我们继续并在这里再次扭曲电缆请注意，这是一个未缠绕的面所以再次从 DC 一直到 50 GHz 正负 180 度让我们继续并在这里扭曲电缆我要扭曲电缆像这样，这是非常激进的，我将保持这样，如果你到这里看看 50 GHz 的这个，这就是我们的相移，如果你看一下规模，这不是一个很大的数量我在电缆中做的那种扭曲的转变（图12）
图11：固定线缆相位技术指标参数
基本上让它看起来像一个椒盐卷饼，这不是你在测量过程中会做的，但是对于任何其他电缆，相移会大很多让我们继续，把它放回原来的样子，让我们看看它有多大再次回到正常阶段 就像你去的那样非常好，可以看看我是否没有完全扭曲它，即使我已经弯曲了，差异要小得多，这与 John crochet 自己在他们的网站上实际发布的测量结果一致。（图12）
图12：扭曲线缆相位技术指标参数
还原固定摆放位置，相位指标参数恢复初始位置（图13）
图13：扭曲还原到固定线缆相位技术指标参数
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