射频电缆的参数理论..doc

射频电缆的参数理论 特性阻抗 特性阻抗是选用电缆的首先要考虑的参数，它是电缆本身的参数，它取决于导体的直径以及绝缘结构的等效介电常数。 特性阻抗对于电缆的使用有很大的影响。例如在选择射频电缆作为发射天线馈线时，其特性阻抗应尽可能和天线的阻抗一致，否则会在电缆和天线的连接处造成信号反射，使得天线得到的功率减少，电缆的传输效率也会下降，更为严重的是，反射的存在会使电缆沿线出现驻波，有些地方会出现电压和电流的过载，从而造成电缆的热击穿或热损伤而影响电缆的正常运行。电缆内部反射的存在，还会造成传输信号的畸变，使传输信号出现重影，严重影响信号传输质量。 为了便于使用，射频电缆的阻抗已经标准化了。因此在选用电缆时应尽可能选用标准阻抗值。对于射频同轴电缆有以下三中标准阻抗： 50±2ohm 推荐使用于射频及微波，用于测试仪表以及同轴－波导转换器等； 75±3ohm 用于视频或者脉冲数据传输，用于大长度例如CATV电缆传输系统； 100±5ohm 用于低电容电缆以及其它特种电缆。 以下是同轴电缆特性阻抗计算的各种公式。 §1.1同轴电缆阻抗公式 根据传输理论，特性阻抗公式为： Zc＝ 式中，R、L、G、C、代表该传输线的一次参数，而ω=2πf代表信号的角频率。 对于射频同轴电缆传输高频信号，通常都有R＜＜ωL，G＜＜ωC，此时特性阻抗公式可以简化为： Zc = ＝60?ln(D/d)/ ＝138?lg(D/d)/ （ohm） 式中，D为外导体内直径 （mm） d为内导体外直径 （mm） ε为绝缘相对介电常数 表1给出了常用绝缘材料的相对介电常数。 表1常用介质材料的特性 介质种类 介电常数ε（1KHz） 介质损耗角正切 tgδ 空气 1.00 0 聚乙烯 2.30 ＜0.0002 物理发泡聚乙烯 1.20~1.30 ＜0.0001 聚丙烯 2.55 0.0004 聚四氟乙烯 2.10 ＜0.0002 聚全氟乙丙烯 2.10 ＜0.0002 §1.2皱纹外导体同轴电缆阻抗公式 皱纹外导体已经获得广泛应用，阻抗尚无标准的方法计算，可以利用电容电感参考方法进行计算。 测量出L和C后可以计算阻抗： Zc = §1.4特性阻抗与电容的关系 同轴电缆的特性阻抗与电容有如下简单的关系，即 Zc＝104/3·/ C 式中，C为电缆电容（pF/m） 电容 电容是射频电缆的一个重要参数，同轴电缆的电容按照下式计算： C＝1000ε/（18lnD/d）＝24.13ε/（lgD/d） （pF/m）αl＝10lgP1/P2＝20lgU1/U2 （dB）α为电缆的衰减常数（dB/m）§3.1衰减的计算公式 在射频下，同轴电缆衰减通常可以用下式表示： α＝αR+αG＝R/2·＋G/2· 式中，αR为导体电阻损耗引起的衰减分量，称为导体衰减 αG为绝缘损耗引起的衰减分量，称为介质衰减 一、导体衰减 同轴电缆内外导体均为圆柱形导体时，导体衰减如下公式： αR＝2.61×10-3（1/d＋1/D）/lgD/d （dB/km）ε为绝缘介电常数 D为外导体内径（mm） d为内导体外径（mm） 注：上式是将标准软铜电阻率1.724×10-6ohm·cm代入计算得到的。 如果导体是双金属结构形式，在高频下，可以将它看成是由表面材料组成的单金属导体来处理。 在大功率射频电缆中，内外导体的温度会升高，因此电阻也随着升高，从而使衰减增大，因此在公式中引入衰减的温度系数： Kt＝ 式中，为导体温度系数，对于铜，可取＝0.00393 1/℃ 标准软铝，可取＝0.00407 1/℃ 二、介质衰减 绝缘介质衰减可以按照下式计算： ＝9.1×10-5ftg （dB/km） 对于组合绝缘，如果介质1是固体材料，介质2是空气，即有： tg＝tg＋2εtg(1-P)/｛2ε＋1-2P（ε－1）εtg(2+P)/{ 2ε＋1+ P（ε－1）ε、tg为固体介质相应参数。 §3.2驻波对衰减的影响 电缆在实际工作状态下，其负载阻抗不一定匹配，从而在负载处发生信号功率的反射，引起失配损耗。 失配损耗＝10lgPm/P＝10lg1/（1-）＝10lg(S+1)2/(4S) 式中，P为负载失配时吸收的功率 Pm为负载失配时可吸收的功率，此为最大吸收功率 S为电压驻波比 Г为负载的反射系数 电压驻波比条件下的失配损耗可以利用表3查得。 表3电压驻波比、回波损耗、传输损耗、反射系数、反射功率对照表 驻波比 驻波比 （dB） 回波损耗 （dB） 传输损耗（dB） 反射