射頻同軸電纜組件電壓駐波比的優(yōu)化

作者：未知

摘 要
在如今這樣科技化日益加強(qiáng)的社會(huì)中，我們對(duì)于電子產(chǎn)品的使用日益廣泛。但為了滿足人們對(duì)于電子產(chǎn)品使用體驗(yàn)的更高要求，就要求我們對(duì)于產(chǎn)品的各方面進(jìn)行不斷優(yōu)化。射頻同軸電纜組件作為影響電子產(chǎn)品的重要部分之一，其各個(gè)方面的優(yōu)化對(duì)于我們來(lái)說(shuō)尤為重要，而其中電壓駐波比的優(yōu)化則更是重中之重。本文旨在通過(guò)論述電壓駐波比自身特性從而分析其優(yōu)化方案。
【關(guān)鍵詞】電壓駐波比 射頻同軸電纜組件 產(chǎn)品優(yōu)化
1 前言
在我們生活水平飛速提高的今天，具有代表性的電子產(chǎn)品對(duì)于我們生活質(zhì)量的影響已經(jīng)凸顯了出來(lái)。隨著社會(huì)前進(jìn)的腳步，電子產(chǎn)品也需要不斷進(jìn)行優(yōu)化，而影響其信號(hào)質(zhì)量的射頻同軸電纜組件也需要我們通過(guò)技術(shù)改進(jìn)而提高其性能。在射頻同軸電纜組件中，電壓駐波比的性能是用來(lái)衡量其組件的阻抗性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，如何減小電壓駐波比就顯得尤為迫切。
2 多方面對(duì)射頻同軸電纜組件中電壓駐波比的的影響
射頻同軸電纜組件是將射頻同軸連接器與射頻同軸電纜按照一定的加工工藝組合而成的。射頻同軸電纜組件主要用于連接各類(lèi)信號(hào)收發(fā)設(shè)備、模塊或天線、發(fā)射機(jī)，確保傳輸期間信號(hào)精確、低損、高效、高質(zhì)的傳輸。因此，射頻同軸電纜組件是無(wú)線電設(shè)備中關(guān)鍵的電子元件，而射頻同軸電纜組件最重要的電氣參數(shù)是電壓駐波比。那么對(duì)于射頻同軸電纜組件的電壓駐波比來(lái)說(shuō)，哪些方面可以影響到其性能：
2.1 設(shè)計(jì)方面的影響
設(shè)計(jì)方面即對(duì)整體的選擇和設(shè)計(jì)，也就是對(duì)連接器和電纜的選擇、設(shè)計(jì)，以及這兩個(gè)部分進(jìn)行連接時(shí)所運(yùn)用的連接方式是否合理，這些都會(huì)對(duì)電壓駐波比造成影響。通常對(duì)于用戶已經(jīng)指定了的連接器類(lèi)型和電纜型號(hào)的情況下，我們則只需要考慮的是關(guān)于連接器和電纜的阻抗性能是否達(dá)標(biāo)合理，連接方式是否合理以及這兩個(gè)部分的連接方式是否能夠和其阻抗匹配性進(jìn)行配合。
2.2 生產(chǎn)加工方面的影響
在生產(chǎn)加工方面，我們很容易因?yàn)榧夹g(shù)上的原因以及外界因素而使得電纜的尺寸偏差，這一過(guò)程之后的成品其尺寸大小、其表面的粗糙程度以及其表面覆蓋的絕緣層的厚度等等方面出現(xiàn)的差異都會(huì)導(dǎo)致電壓駐波比的性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響頻射同軸電纜組件的整體質(zhì)量。
2.3 裝配工藝和裝配過(guò)程控制方面的影響
通常情況下，電纜芯線剝頭尺寸、屏蔽層剝離尺寸、電纜芯線焊接質(zhì)量以及電纜屏蔽層剝離端面質(zhì)量等均會(huì)影響電纜組件的特性阻抗，最終影響電纜組件的電壓駐波比。
2.3.1 電纜芯線剝頭尺寸和電纜屏蔽層剝線尺寸過(guò)長(zhǎng)
當(dāng)電纜芯線剝頭尺寸過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)了連接器內(nèi)導(dǎo)體所要求的尺寸，那么意味著有部分電纜芯線會(huì)裸露在外面，這就會(huì)改變電纜的介電常數(shù)的改變，引起電纜本身阻抗發(fā)生偏離，從而裸露在外面的芯線形成了一定的反射，導(dǎo)致電壓駐波比增大。
當(dāng)電纜屏蔽層剝線尺寸過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)有部分電纜沒(méi)有外皮的覆蓋。因此裸露在外面的屏蔽層也會(huì)造成電纜特性阻抗發(fā)生突變，這就引起了電纜與連接器之間阻抗的不匹配，從而導(dǎo)致電壓駐波比的增大。
2.3.2 電纜芯線質(zhì)量
在進(jìn)行電纜芯線與連接器內(nèi)導(dǎo)體焊接時(shí)，一定要防止焊錫堆積。因?yàn)楹稿a的堆積會(huì)造成內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)徑變大，在焊錫堆積處會(huì)形成阻抗突變點(diǎn)，就會(huì)改變組件的阻抗值，從而改變電壓駐波比。尤其是對(duì)于高頻段來(lái)說(shuō)，這種現(xiàn)象的影響尤為明顯。
2.3.3 電纜屏蔽層剝離端面質(zhì)量
當(dāng)剝線端面不平齊，有毛刺或者多余物時(shí)，就會(huì)造成電纜組件外導(dǎo)體的接觸不良，從而增大電纜組件的電壓駐波比。
3 分析電壓駐波比超差問(wèn)題的方法
在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電壓駐波比超差時(shí)，我們的技術(shù)人員可以通過(guò)以下方法進(jìn)行分析，然后采用相關(guān)措施對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理。
3.1 時(shí)域分析法
在通常的測(cè)試中，我們使用的是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻域測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，頻域反射測(cè)量是在整個(gè)被測(cè)頻率范圍內(nèi)由電纜中存在的不連續(xù)性反射的所有信號(hào)的組合，用這種方法去估計(jì)那些失配的位置是極其困難的。然而，時(shí)域（TDR）分析是一種有效的工具。時(shí)域測(cè)量是時(shí)間（或距離）函數(shù)的每個(gè)不連續(xù)性的影響，因此對(duì)故障定位、識(shí)別連接器中的阻抗變化，失配的位置和大小的確定都是很容易的。
通常情況下，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S11比值測(cè)量來(lái)進(jìn)行時(shí)域變換測(cè)量。S11反射測(cè)量不是簡(jiǎn)單的現(xiàn)實(shí)接收機(jī)接收到的反射信號(hào)的大小，它現(xiàn)實(shí)測(cè)量接收機(jī)與參考接受機(jī)之間的比值測(cè)量結(jié)果。此外S11比值測(cè)量能通過(guò)校準(zhǔn)去除系統(tǒng)誤差，因此是時(shí)間和幅度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)而精確。
時(shí)域測(cè)量通常有時(shí)域帶通模式和時(shí)域低通模式兩種。時(shí)域低通模式是對(duì)傳統(tǒng)時(shí)域反射計(jì)測(cè)量方式的模擬，并提供階躍信號(hào)和沖擊信號(hào)兩種方式，它提供了在頻域上一定帶寬下最好的分辨率。低通測(cè)量模式可以確定不連續(xù)性處的阻抗類(lèi)型（電阻型、電容型、電感型）；時(shí)域帶通模式是對(duì)器件的沖擊響應(yīng)特性進(jìn)行測(cè)試，適用于在任意頻率范圍上對(duì)任何器件的測(cè)試，它對(duì)故障定位的測(cè)量特別有利，它可以確定失配位置，但它的缺點(diǎn)是不能指出失配類(lèi)型。一般情況下，我們使用的是帶通模式進(jìn)行測(cè)量，以便我們快速定位失配位置和大小，并采取相關(guān)措施進(jìn)行補(bǔ)償。
3.2 理論計(jì)算法
理論計(jì)算顧名思義，即根據(jù)我們所掌握的關(guān)于電壓駐波比的理論的知識(shí)來(lái)進(jìn)行一系列測(cè)算。這一方法可以幫我們探尋射頻同軸連接器的界面是否匹配、錯(cuò)位補(bǔ)償是否合適，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的開(kāi)槽對(duì)阻抗的影響，連接器的機(jī)械公差對(duì)產(chǎn)品電性能參數(shù)的影響。
3.2.1 阻抗的計(jì)算方法
電壓駐波比是反映電纜波阻抗不均勻性的參數(shù)，通常我們把對(duì)電壓駐波比的分析轉(zhuǎn)換為對(duì)電纜阻抗的不均勻性的分析?！疤匦宰杩埂笔巧漕l電纜，接頭和射頻電纜組件中最常提到的指標(biāo)。最大功率傳輸，最小信號(hào)反射都取決于電纜的特性阻抗和系統(tǒng)中其它部件的匹配。如果阻抗完全匹配，則電纜的損耗只有傳輸線的衰減，而不存在反射損耗。假設(shè)同軸安裝的情況下，特性阻抗Z0為：  。其中，ε為電纜絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，D等效為外導(dǎo)體的內(nèi)徑；d等效為內(nèi)導(dǎo)體的外徑。一般情況下，絕緣介質(zhì)的類(lèi)型選定，介電常數(shù)就是固定的。因此通過(guò)上述公式，我們得知要改變電纜的阻抗值，可以使用減小外導(dǎo)體的內(nèi)徑或增大內(nèi)導(dǎo)體外徑的方法實(shí)現(xiàn)。
3.2.2 絕緣介質(zhì)的補(bǔ)償計(jì)算方法
為了支撐連接器內(nèi)導(dǎo)體，通常在連接器內(nèi)都有絕緣支撐。由于絕緣介質(zhì)的介入會(huì)發(fā)生連接器內(nèi)外導(dǎo)體尺寸發(fā)生突變，從而不可避免地在絕緣支撐的表面引起不連續(xù)電容，形成反射。因此，絕緣支撐的厚度B就可以引起射頻同軸連接器的電壓駐波比。
絕緣支撐的厚度B為：
。其中fc為空氣同軸電纜理論上限頻率，f為工作頻率；λg為工作頻率的波長(zhǎng)；εr為絕緣支撐的相對(duì)介電常數(shù)。由公式我們得到，絕緣支撐厚度B一定時(shí)，連接器的諧振頻率隨介電常數(shù)εr減小而增大。當(dāng)B趨近于零時(shí)，就成為一個(gè)空氣同軸線，其諧振頻率由它的截止頻率所決定。因此，當(dāng)絕緣支撐厚度B小于連接器外導(dǎo)體的直徑D，且B越薄越好。
3.2.3 不同軸度一起的特性阻抗的偏差
連接器內(nèi)、外導(dǎo)體的橫截面由于加工生產(chǎn)和裝配過(guò)程的原因都會(huì)出現(xiàn)不同軸。由于不同軸度的作用，改變了電纜中的分布電容，從而引起阻抗的改變。
4 優(yōu)化電壓駐波比的途徑
在我們對(duì)于影響電壓駐波比的因素進(jìn)行分析之后，我們就不難總結(jié)出有助于對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化的辦法：
（1）首先就是要體現(xiàn)材料的選擇方面，對(duì)于內(nèi)外導(dǎo)體材料，我們要求選用一致性好、高品質(zhì)的；
（2）加強(qiáng)電連接器的加工過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，并對(duì)工藝方法和測(cè)試工裝的改進(jìn)；
（3）對(duì)于裝配工藝的改進(jìn)：嚴(yán)格控制電纜芯線的剝線尺寸，同時(shí)使用相關(guān)工裝或加工設(shè)備保證絕緣層與屏蔽層剝線端面平齊、無(wú)毛刺；嚴(yán)格控制內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體焊接焊錫量的控制。
5 結(jié)束語(yǔ)
電壓駐波比在射頻同軸電纜組件中是一項(xiàng)有著比較決定性的作用。其性能是否優(yōu)良十分關(guān)鍵，從其性能當(dāng)中我們可以看到它是否能夠在產(chǎn)品中發(fā)揮良好的作用，當(dāng)我們?nèi)粘Ｉ畹氖褂卯a(chǎn)品質(zhì)量被提高，我們生活質(zhì)量的提高也就顯而易見(jiàn)了。任何技術(shù)都是從不完善到完善的，我們應(yīng)該保持研究的姿態(tài)，不斷優(yōu)化我們的技術(shù)，從而提高我們的社會(huì)生活水平。
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