射频同轴电缆浅谈

特性阻抗

同轴电缆的尺寸结构，如下图所示。

其中：

Di为内导体的尺寸

Do为外导体的内径

Er为内外导体之间介质的介电常数

知道了这三个参数，就可以计算同轴电缆的特性阻抗。比如用ADS自带的小软件，可以计算出Di=0.92mm,Do=2.99mm,介电常数为2的同轴电缆的特性阻抗为49.97ohm。

为什么要选50ohm为特征阻抗呢？

除了电视系统用的是75ohm的同轴电缆，大多数常规用的同轴电缆的特性阻抗为50ohm。

这是因为，同轴电缆的衰减与最大承受功率都是Do/Di的函数，也就是与同轴电缆的特性阻抗有关。

当电缆的特性阻抗为77ohm时，其有最小的衰减；当电缆的特性阻抗为30，其有最大的功率承受能力。

所以50ohm为该这两种阻抗的折中值。

为什么电缆也有最高工作频率呢？

同轴电缆上，电磁波的主模为TEM模，场强分布如下图所示。

但是同轴电缆上除了主模TEM模式外，也会存在TE和TM这些高次模。当多个模式被激发时，他们具有不同的传播常数，会相互影响，导致传播信号质量的恶化。在实际使用过程中，我们需要关注同轴电缆的cutoff frequency,避免产生TE和TM这些高次模。

减小同轴电缆的尺寸，可以提高其高次模产生的频率，即工作频率，但带来的缺点，是会导致功率容量的降低。

同轴电缆上会产生的第一个高次模为TE11，所以我们可以将TE11模的产生频率，作为其cutoff频率。在已知电缆的尺寸参数以及介质材料的介电常数时，可以按照下列公式对其最高频率做一个粗略的估算。

下图是PASTERNACK的RG401/U电缆的部分参数。

将其代入上述公式，可计算得到fc=19.47GHz，如下图所示。与手册上标称的20GHz的最大工作频率很接近。

同轴电缆的分类和选择

射频同轴电缆分为半刚性、半柔性、柔性和波纹管电缆。

半刚性电缆：很硬，不容易被弯曲，性能稳定，无源互调特性也比较理想。

半柔性电缆：为半刚性电缆的替代品，指标性能接近半刚性电缆，可以手工成形。但是容易成形，也容易变形，所以稳定性也差于半刚性电缆。

柔性电缆：柔性电缆多用于测试，为了能够多次弯曲并保持性能，所以成本较贵。同样指标下，前两者则要便宜的多。

波纹管电缆：波纹管电缆的外导体为波纹状的铜管或铝管，这种电缆采用了低损耗设计常用于天馈系统中。波纹状电缆易于弯曲和运输，抗拉伸性能好。不过，我还没见过这种电缆呢。

那使用过程中，该注意些什么呢？

在测试时，当测试指标不稳定或者发生比较奇怪的现象时，可以优先考虑一下，是不是电缆出线了什么问题。

比如用手动一动电缆，看看指标变化大不大；发现矢网校准，怎么较都较不好时，可以试着换对电缆。

参考文献：

【1】Pozar, David M，微波工程

【2】朱辉，实用射频测试和测量