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的社會中，我們對于電子產(chǎn)品的使用日益廣泛。但為了滿足人們對于電子產(chǎn)品使用體驗的更高要求，就要求我們對于產(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，其各個方面的優(yōu)化對于我們來說尤為重要，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)品對于我們生活質(zhì)量的影響已經(jīng)凸顯了出來。隨著社會前進(jìn)的腳步，電子產(chǎn)品也需要不斷進(jìn)行優(yōu)化，而影響其信號質(zhì)量的射頻同軸電纜組件也需要我們通過技術(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信號收發(fā)設(shè)備、模塊或天線、發(fā)射機，確保傳輸期間信號精確、低損、高效、高質(zhì)的傳輸。因此，射頻同軸電纜組件是無線電設(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。那么對于射頻同軸電纜組件的電壓駐波比來說，哪些方面可以影響到其性能：
2.1 設(shè)計方面的影響
設(shè)計方面即對整體的選擇和設(shè)計，也就是對連接器和電纜的選擇、設(shè)計，以及這兩個部分進(jìn)行連接時所運用的連接方式是否合理，這些都會對電壓駐波比造成影響。通常對于用戶已經(jīng)指定了的連接器類型和電纜型號的情況下，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，我們很容易因為技術(shù)上的原因以及外界因素而使得電纜的尺寸偏差，這一過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長
當(dāng)電纜芯線剝頭尺寸過長，超過了連接器內(nèi)導(dǎo)體所要求的尺寸，那么意味著有部分電纜芯線會裸露在外面，這就會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長時，會有部分電纜沒有外皮的覆蓋。因此裸露在外面的屏蔽層也會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，一定要防止焊錫堆積。因為焊錫的堆積會造成內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)徑變大，在焊錫堆積處會形成阻抗突變點，就會改變組件的阻抗值，從而改變電壓駐波比。尤其是對于高頻段來說，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，就會造成電纜組件外導(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題的方法
在測試過程中發(fā)現(xiàn)電壓駐波比超差時，我們的技術(shù)人員可以通過以下方法進(jìn)行分析，然后采用相關(guān)措施對問題進(jìn)行處理。
3.1 時域分析法
在通常的測試中，我們使用的是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻域測試方法進(jìn)行測試，頻域反射測量是在整個被測頻率范圍內(nèi)由電纜中存在的不連續(xù)性反射的所有信號的組合，用這種方法去估計那些失配的位置是極其困難的。然而，時域（TDR）分析是一種有效的工具。時域測量是時間（或距離）函數(shù)的每個不連續(xù)性的影響，因此對故障定位、識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比值測量來進(jìn)行時域變換測量。S11反射測量不是簡單的現(xiàn)實接收機接收到的反射信號的大小，它現(xiàn)實測量接收機與參考接受機之間的比值測量結(jié)果。此外S11比值測量能通過校準(zhǔn)去除系統(tǒng)誤差，因此是時間和幅度數(shù)據(jù)經(jīng)過校準(zhǔn)而精確。
時域測量通常有時域帶通模式和時域低通模式兩種。時域低通模式是對傳統(tǒng)時域反射計測量方式的模擬，并提供階躍信號和沖擊信號兩種方式，它提供了在頻域上一定帶寬下最好的分辨率。低通測量模式可以確定不連續(xù)性處的阻抗類型（電阻型、電容型、電感型）；時域帶通模式是對器件的沖擊響應(yīng)特性進(jìn)行測試，適用于在任意頻率范圍上對任何器件的測試，它對故障定位的測量特別有利，它可以確定失配位置，但它的缺點是不能指出失配類型。一般情況下，我們使用的是帶通模式進(jìn)行測量，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)行補償。
3.2 理論計算法
理論計算顧名思義，即根據(jù)我們所掌握的關(guān)于電壓駐波比的理論的知識來進(jìn)行一系列測算。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、錯位補償是否合適，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的開槽對阻抗的影響，連接器的機械公差對產(chǎn)品電性能參數(shù)的影響。
3.2.1 阻抗的計算方法
電壓駐波比是反映電纜波阻抗不均勻性的參數(shù)，通常我們把對電壓駐波比的分析轉(zhuǎn)換為對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)的類型選定，介電常數(shù)就是固定的。因此通過上述公式，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)體外徑的方法實現(xiàn)。
3.2.2 絕緣介質(zhì)的補償計算方法
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；εr為絕緣支撐的相對介電常數(shù)。由公式我們得到，絕緣支撐厚度B一定時，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，就成為一個空氣同軸線，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)和裝配過程的原因都會出現(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）加強電連接器的加工過程中各個環(huán)節(jié)的管理，并對工藝方法和測試工裝的改進(jìn)；
（3）對于裝配工藝的改進(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
電壓駐波比在射頻同軸電纜組件中是一項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生活水平。
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