射频同轴电缆组件电压驻波比的优化

作者：未知

摘 要
在如今这样科技化日益加强的社会中，我们对于电子产品的使用日益广泛。但为了满足人们对于电子产品使用体验的更高要求，就要求我们对于产品的各方面进行不断优化。射频同轴电缆组件作为影响电子产品的重要部分之一，其各个方面的优化对于我们来说尤为重要，而其中电压驻波比的优化则更是重中之重。本文旨在通过论述电压驻波比自身特性从而分析其优化方案。
【关键词】电压驻波比 射频同轴电缆组件 产品优化
1 前言
在我们生活水平飞速提高的今天，具有代表性的电子产品对于我们生活质量的影响已经凸显了出来。随着社会前进的脚步，电子产品也需要不断进行优化，而影响其信号质量的射频同轴电缆组件也需要我们通过技术改进而提高其性能。在射频同轴电缆组件中，电压驻波比的性能是用来衡量其组件的阻抗性能的重要标准，如何减小电压驻波比就显得尤为迫切。
2 多方面对射频同轴电缆组件中电压驻波比的的影响
射频同轴电缆组件是将射频同轴连接器与射频同轴电缆按照一定的加工工艺组合而成的。射频同轴电缆组件主要用于连接各类信号收发设备、模块或天线、发射机，确保传输期间信号精确、低损、高效、高质的传输。因此，射频同轴电缆组件是无线电设备中关键的电子元件，而射频同轴电缆组件最重要的电气参数是电压驻波比。那么对于射频同轴电缆组件的电压驻波比来说，哪些方面可以影响到其性能：
2.1 设计方面的影响
设计方面即对整体的选择和设计，也就是对连接器和电缆的选择、设计，以及这两个部分进行连接时所运用的连接方式是否合理，这些都会对电压驻波比造成影响。通常对于用户已经指定了的连接器类型和电缆型号的情况下，我们则只需要考虑的是关于连接器和电缆的阻抗性能是否达标合理，连接方式是否合理以及这两个部分的连接方式是否能够和其阻抗匹配性进行配合。
2.2 生产加工方面的影响
在生产加工方面，我们很容易因为技术上的原因以及外界因素而使得电缆的尺寸偏差，这一过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盖的绝缘层的厚度等等方面出现的差异都会导致电压驻波比的性质发生改变，从而影响频射同轴电缆组件的整体质量。
2.3 装配工艺和装配过程控制方面的影响
通常情况下，电缆芯线剥头尺寸、屏蔽层剥离尺寸、电缆芯线焊接质量以及电缆屏蔽层剥离端面质量等均会影响电缆组件的特性阻抗，最终影响电缆组件的电压驻波比。
2.3.1 电缆芯线剥头尺寸和电缆屏蔽层剥线尺寸过长
当电缆芯线剥头尺寸过长，超过了连接器内导体所要求的尺寸，那么意味着有部分电缆芯线会裸露在外面，这就会改变电缆的介电常数的改变，引起电缆本身阻抗发生偏离，从而裸露在外面的芯线形成了一定的反射，导致电压驻波比增大。
当电缆屏蔽层剥线尺寸过长时，会有部分电缆没有外皮的覆盖。因此裸露在外面的屏蔽层也会造成电缆特性阻抗发生突变，这就引起了电缆与连接器之间阻抗的不匹配，从而导致电压驻波比的增大。
2.3.2 电缆芯线质量
在进行电缆芯线与连接器内导体焊接时，一定要防止焊锡堆积。因为焊锡的堆积会造成内导体内径变大，在焊锡堆积处会形成阻抗突变点，就会改变组件的阻抗值，从而改变电压驻波比。尤其是对于高频段来说，这种现象的影响尤为明显。
2.3.3 电缆屏蔽层剥离端面质量
当剥线端面不平齐，有毛刺或者多余物时，就会造成电缆组件外导体的接触不良，从而增大电缆组件的电压驻波比。
3 分析电压驻波比超差问题的方法
在测试过程中发现电压驻波比超差时，我们的技术人员可以通过以下方法进行分析，然后采用相关措施对问题进行处理。
3.1 时域分析法
在通常的测试中，我们使用的是矢量网络分析仪的频域测试方法进行测试，频域反射测量是在整个被测频率范围内由电缆中存在的不连续性反射的所有信号的组合，用这种方法去估计那些失配的位置是极其困难的。然而，时域（TDR）分析是一种有效的工具。时域测量是时间（或距离）函数的每个不连续性的影响，因此对故障定位、识别连接器中的阻抗变化，失配的位置和大小的确定都是很容易的。
通常情况下，使用矢量网络分析仪的S11比值测量来进行时域变换测量。S11反射测量不是简单的现实接收机接收到的反射信号的大小，它现实测量接收机与参考接受机之间的比值测量结果。此外S11比值测量能通过校准去除系统误差，因此是时间和幅度数据经过校准而精确。
时域测量通常有时域带通模式和时域低通模式两种。时域低通模式是对传统时域反射计测量方式的模拟，并提供阶跃信号和冲击信号两种方式，它提供了在频域上一定带宽下最好的分辨率。低通测量模式可以确定不连续性处的阻抗类型（电阻型、电容型、电感型）；时域带通模式是对器件的冲击响应特性进行测试，适用于在任意频率范围上对任何器件的测试，它对故障定位的测量特别有利，它可以确定失配位置，但它的缺点是不能指出失配类型。一般情况下，我们使用的是带通模式进行测量，以便我们快速定位失配位置和大小，并采取相关措施进行补偿。
3.2 理论计算法
理论计算顾名思义，即根据我们所掌握的关于电压驻波比的理论的知识来进行一系列测算。这一方法可以帮我们探寻射频同轴连接器的界面是否匹配、错位补偿是否合适，包括内导体和外导体的开槽对阻抗的影响，连接器的机械公差对产品电性能参数的影响。
3.2.1 阻抗的计算方法
电压驻波比是反映电缆波阻抗不均匀性的参数，通常我们把对电压驻波比的分析转换为对电缆阻抗的不均匀性的分析。“特性阻抗”是射频电缆，接头和射频电缆组件中最常提到的指标。最大功率传输，最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其它部件的匹配。如果阻抗完全匹配，则电缆的损耗只有传输线的衰减，而不存在反射损耗。假设同轴安装的情况下，特性阻抗Z0为：  。其中，ε为电缆绝缘介质的介电常数，D等效为外导体的内径；d等效为内导体的外径。一般情况下，绝缘介质的类型选定，介电常数就是固定的。因此通过上述公式，我们得知要改变电缆的阻抗值，可以使用减小外导体的内径或增大内导体外径的方法实现。
3.2.2 绝缘介质的补偿计算方法
为了支撑连接器内导体，通常在连接器内都有绝缘支撑。由于绝缘介质的介入会发生连接器内外导体尺寸发生突变，从而不可避免地在绝缘支撑的表面引起不连续电容，形成反射。因此，绝缘支撑的厚度B就可以引起射频同轴连接器的电压驻波比。
绝缘支撑的厚度B为：
。其中fc为空气同轴电缆理论上限频率，f为工作频率；λg为工作频率的波长；εr为绝缘支撑的相对介电常数。由公式我们得到，绝缘支撑厚度B一定时，连接器的谐振频率随介电常数εr减小而增大。当B趋近于零时，就成为一个空气同轴线，其谐振频率由它的截止频率所决定。因此，当绝缘支撑厚度B小于连接器外导体的直径D，且B越薄越好。
3.2.3 不同轴度一起的特性阻抗的偏差
连接器内、外导体的横截面由于加工生产和装配过程的原因都会出现不同轴。由于不同轴度的作用，改变了电缆中的分布电容，从而引起阻抗的改变。
4 优化电压驻波比的途径
在我们对于影响电压驻波比的因素进行分析之后，我们就不难总结出有助于对其进行优化的办法：
（1）首先就是要体现材料的选择方面，对于内外导体材料，我们要求选用一致性好、高品质的；
（2）加强电连接器的加工过程中各个环节的管理，并对工艺方法和测试工装的改进；
（3）对于装配工艺的改进：严格控制电缆芯线的剥线尺寸，同时使用相关工装或加工设备保证绝缘层与屏蔽层剥线端面平齐、无毛刺；严格控制内导体和外导体焊接焊锡量的控制。
5 结束语
电压驻波比在射频同轴电缆组件中是一项有着比较决定性的作用。其性能是否优良十分关键，从其性能当中我们可以看到它是否能够在产品中发挥良好的作用，当我们日常生活的使用产品质量被提高，我们生活质量的提高也就显而易见了。任何技术都是从不完善到完善的，我们应该保持研究的姿态，不断优化我们的技术，从而提高我们的社会生活水平。
参考文献
1]丁娜.浅谈射频同轴电缆组件的构成与设计[J].机电工程技术，2011（03）：103-112.
[2]柴丽娟.螺纹式射频同轴电缆组件的测试工艺改进[J].光纤与电缆及其应用技术，2014（04）：9-16.
[3]倪艳荣.射频同轴电缆电压驻波比影响因素的分析[J].河南机电高等专科学校学报，2009（01）：3-5.
[4]刘淼，环境温度对电压驻波比影响的理论分析[j].无线电工程，2015（06）：67-73
[5]曹媛姝.射频同轴电缆组件电压驻波比的优化[J].物联网技术，2011（07）：68-71.
[6]张东峰.降低射频同轴电缆组件电压驻波比的方法[J].电子工艺技术，2012（06）：373-376.
作者单位
陕西华达科技股份有限公司 陕西省西安市 710054
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