5G将开启新时代,射频线缆厂商准备好了吗?
随着大数据,无人驾驶和物联网的兴起,让产业链对5G的渴求达到了前所未有的高度,考虑到大家热议的新一代移动通信在速度、带宽和延迟方面的优势,这种关注度便不足为奇,从技术层面看,5G移动网络是继目前4G LTE部署后移动电信标准的下一个主要阶段,根据ITU的定义,5G的峰值速率可以达到20Gbit/S,用户的体验速率也能达到100Mbit/s,延迟更是达到了毫米级别等特点,所以专门设计用来传输视频信号的RF射频线缆被推到啦风口浪尖.
5G为什么要用RF射频线缆?
RF Mini-coaxial 主要用于Notebook,移动电话,GPS,量测仪器,蓝牙技术等,在以上产品应用中,射频同轴电缆应用已经十分广泛,而刚好这些类别都是5G最大商用成长中的产品线,RF同轴线代表了最为有效的将信号从源头向终端传输的方式,具体体现为同轴电缆组件,源头与终端的距离就是电缆的长度,选择射频同轴连接器最为重要的因素是所选择的电缆,电缆注定了射频同轴连接器的规格和最低要求,如尺寸大小,性能要求,所选的连接器应该有不低于电缆的性能,射频同轴连接器在电性能上应像射频同轴电缆的延伸,或者说同轴连接器与同轴电缆连接时应尽量降低对被传输信号的影响, 故特征阻抗和电压驻波比是射频同轴连接器的重要指标,连接器的特征阻抗决定了与它连接的电缆的阻抗类型. 电压驻波比反映了连接器的匹配水平,电缆和射频同轴连接器两者同时决定传输系统的损耗和变异.
同轴线缆主要分成柔性线缆和半刚线缆两大类:
柔性线缆外导体适合用卷曲(crimp)和压紧(clamp)方式与同轴连接器连接,小的柔性线缆也常常用焊接方式与同轴连接器外导体连接.
柔性线缆内导体适合用卷曲(crimp)和焊接方式与同轴连接器内导体连接, 而半刚线缆外导体几乎是用焊接方式与同轴连接器外导体连接,也有部分采用压紧的方式,其中不少具有结构专利, 内导体主要焊接到同轴连接器内导体, 但是有些较大的波纹管的内导体是空心的,可车制成内螺纹,通过螺纹方式与连接器内导体连接,还有一种情况是: 将同轴线缆(如RG141)的内导体用作同轴连接器的内导体,只需将线缆与连接器的外导体连接,
高频信号一般以带状线或微带线的结构在电路板上传播,带状线和微带线又可分成单端式和平衡式(差分结构),埋入式和覆盖式,边缘耦合(有对称边缘耦合和偏移边缘耦合)和宽边耦合及共面带状线,同轴连接器应该根据电路板传输线的具体结构设计出适合连接的结构,同轴连接器主要通过焊接与电路板连接.
RF射频线缆常见测试参数
特性阻抗+具体可以参考课件:第26课【阻抗】
同轴线缆的特性阻抗决定于外导体内径与内导体外径的比值以及内外导体间的介质的介电常数,由于趋肤效应(请参见本文相关解释)电磁波是在导体的表面传输,故重要的直径是外导体的内径和内导体的外径,同轴线缆的阻抗需与系统的阻抗匹配,常见的同轴线缆的阻抗是50,75,95欧姆,其他从35到185欧姆的阻抗有时也能见到,50欧姆电缆用于微波和无线通讯,75欧姆线缆典型应用是有线电视和视频.95欧姆线缆常用于数据传输,为了达到最好的系统性能,所选的线缆阻抗必须与系统别的零部件阻抗匹配,在所有常见的同轴线缆中,75欧姆提供最小的衰减而35欧姆提供最大的功率传输能力,对于实际(非理想介质和导体)的同轴电缆,这些方面的差异并不大,线缆及相关零部件的特性阻抗的可选择性一般是我们选择系统的特性阻抗的决定性因素.
信号反射:驻波比,回波损耗,反射因素及阻抗一致性:
+具体可以参考课件:高频数据线与制造过程参数控制的关系课件
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+具体可以参考课件:第24课【电压驻波比】
+具体可以参考课件:高清线缆和回路损失(RL)
当RF能量进入同轴电缆组件(coaxial cable assembly)后出现3种现象:
■能量传输到电缆的另一端-这往往是希望的;
■能量在线缆的传输过程中出现衰减/损耗:部分被转化为热量而另外一部分被泄露到线缆外面;
■能量被反射到线缆组件输入端,能量被反射到输入端是由于电缆组件的阻抗在长度方向的变化,包括电缆与被连接的元器件之间的阻抗变化,连接器及连接器与线缆的连接界面是典型的反射源.线缆本身也会引起反射,它的反射来源之一是由于工艺造成的阻抗在线缆长度方向上的周期性变化,这种变化在某特定频率会叠加产生特性跳跃.低回波损耗往往是同轴元器件(如同轴线缆,同轴连接器及线缆组件)优越性能的特征.它表明线缆在长度方向的一致性保持的有多好,也显示同轴连接器是否被正确设计和(与线缆)连接以及不同尺寸的传输线在连接器内部的过渡被补偿的多好!它是频率的函数,一般是频率越高回波损耗越大.在很多应用中,低反射是系统的关键性能指标,在这种场合选择同轴线缆和同轴连接器时考虑这方面的因素就必不可少.此外为了满足性能要求,必须确保同轴连接器与同轴电缆被正确连接.对于电压驻波比有高要求的场合,采购完整的由专业厂家组装和测试的线缆组件不失为明智之举.需留意由于反射的缘故在特定频率实际的输入阻抗与线缆的特性阻抗会存在一定的差异.一定长度的电缆的电压驻波比反映了电缆的实际输入阻抗与它的平均特性阻抗的差异.在工作温度范围内,较长的电缆的阻抗一般变化不大--小于2%,为了匹配的目的,生产出特性阻抗不断变化的线缆是可能的,故同轴电缆可被用作匹配信号源和负载的宽带阻抗转换器,但这种电缆需根据应用要求特别设计定制.
衰减
+具体可以参考课件:第27课【衰减(Attenuation)】
衰减是信号沿着线缆传输的损失,射频信号通过线缆时,一部分转化为热一部分穿过屏蔽层被泄露离开线缆.因为衰减随着频率而增大而增加,故衰减一般被表征为在特定频率单位长度的分贝数.一般的应用是尽量减小信号在线缆传输过程中的损耗或控制在规定范围内.最小的损耗是0分贝的衰减或是输入输出的功率比是1:1.因为对于相同的结构来说线缆越大衰减越小故减小衰减意味着增大线缆的个头.衰减决定于铜损(导电性损耗)和介损(绝缘性损耗).大的电缆具有更好的导电能力,更小的铜损---更小的衰减,但介损与尺寸大小没有关系.介损与频率呈现线性关系而铜损与频率的平方根成正比---趋肤效应,故频率增大时介损比铜损明显---频率较高时介损是衰减的主要因素.温度升高时导体的导电率降低,介质的功率因子增大,故温度升高时电缆的衰减增大,电缆在不同温度的衰减情况需用温度系数来修正.为了选择出所需的电缆,先确定系统允许电缆在最高的使用频率时的衰减,在根据应用环境的温度状况修正允许的衰减量.
衰减的稳定性
随着时间的流逝和弯曲次数的增加,编织线缆的衰减会增大,随着时间而变化的原因是编织屏蔽层被腐蚀,护套塑化剂使介质被污染以及水分渗透护套,采用合适的技术用合适的材料对编织层进行封装能降低甚至避免这三方面因素的影响,衰减的退化在1GHz以上更明显.,裸铜和镀锡铜的编织的衰减退化比镀银编织的衰减退化明显的多,在1GHz以下,镀锡编织的线缆比新的裸铜编织线缆高出15-20%的衰减,但比裸铜编织电缆稳定,发泡聚乙烯介质的编织电缆比相同线芯相同阻抗的实心聚乙烯编织线缆低15-40%的衰减,但有些发泡聚乙烯会吸潮引起衰减增大,含塑化剂的PVC护套一段时间后塑化剂会渗入到介质增大衰减,故在对衰减稳定性要求比较高的场合需用非污染性的PVC护套线缆,保证衰减稳定性的理想办法是使用密封的同轴线缆组件,在恶劣的环境下使用受保护的编织的同轴线缆是必要的.