- 測(cè)試電纜簡(jiǎn)介
- 測(cè)試電纜的要求標(biāo)準(zhǔn)
- 測(cè)試電纜的選擇要點(diǎn)
- 設(shè)置最小或最大規(guī)格限制
- 對(duì)相近的規(guī)格放寬標(biāo)準(zhǔn)
如何在眾多選擇中尋找到最佳的測(cè)試電纜?時(shí)代微波系統(tǒng)在此向您介紹一種專(zhuān)為生產(chǎn)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的理想測(cè)試電纜。以下內(nèi)容將闡述電纜與電纜組件的機(jī)械及電氣性能,以及如何選擇您理想的測(cè)試電纜。
2004年5月,美國(guó)時(shí)代微波系統(tǒng)公司的測(cè)試工程師對(duì)50歐姆測(cè)試電纜的要求作出以下概述:
1.損耗:一英尺電纜<0.09db/ft@1Ghz(不包括SMA及N型接頭連接器)
2.最小彎曲半徑:0.75’’(1.5’’彎曲直徑)
3.優(yōu)良的柔性(良好的耐彎曲性能)
4.25000次180度的彎曲壽命
5.良好的電壓駐波比
6.最大操作頻率:4GHz
7.高屏蔽率
8.低成本
接下來(lái),客戶也許會(huì)提出:“我不需要太難得到的東西,因?yàn)槲荫R上就想用到它們。”然而,他們并沒(méi)有意識(shí)到上述要求中的某些部分互相沖突,在不同使用領(lǐng)域會(huì)應(yīng)用不同的頻率。因此生產(chǎn)商必須努力制造高性能電纜,以幫助我們辨別哪些屬于實(shí)用且低成本的電纜。在了解機(jī)械性能和射頻性能后,則更有利于幫助我們選擇最適合應(yīng)用的電纜。
以上將是我們下一步開(kāi)始討論的良好開(kāi)端。隨著各種無(wú)需增加直徑而能減少衰減的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,電纜生產(chǎn)者告訴我們,損耗越低,電纜越好。也許這并不一定完全正確,但我們應(yīng)該意識(shí)到,一些應(yīng)用確實(shí)需要達(dá)到柔性RG同軸電纜很難達(dá)到的損耗水平。除此之外,排除需求問(wèn)題,許多尋求高質(zhì)量測(cè)試電纜的客戶開(kāi)始將低損視為必須。
電纜衰減隨頻率升高逐漸增加,但直徑越大衰減越小。衰減也會(huì)隨著傳播速率(Vp)的提高而減少。許多柔性RG電纜將固體聚四氟乙烯作為電介質(zhì)。大約70%的傳播速率(也就是說(shuō),信號(hào)傳播速度相當(dāng)于在真空中的70%),固體聚四氟乙烯介質(zhì)可以使電纜更牢固且相對(duì)低成本。
我們需要增加接頭損耗以達(dá)到平衡,并且嘗試用RG同軸電纜保持低成本,只有類(lèi)似RG393的電纜能夠滿足客戶對(duì)于衰減的需求。
于是,一些問(wèn)題立刻明顯表現(xiàn)出來(lái)。首先,該尺寸的電纜非常之硬。其次,在持續(xù)彎曲的場(chǎng)合,彎曲半徑將受限于10倍外徑的大小。根據(jù)編織帶的結(jié)構(gòu),工作頻率及性能要求,最小彎曲半徑可以偶爾縮小至5倍外徑大小。除此以外,會(huì)永久改變(拉伸,纏繞)編制帶,并改變性能。3.9英寸(相當(dāng)于7.8英寸直徑)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了客戶提出的最大限制。
其二,RG393并不適合SMA型接頭。它使得安裝過(guò)程更加復(fù)雜化,且可能制造出令人無(wú)法接受的回波損耗。最后,RG的特性使其屏蔽性能不能達(dá)到最好,因此供應(yīng)商降低編織角度(也就是說(shuō),是用更少的編織絲)。編織絲越少,柔性越強(qiáng),但是彎曲壽命會(huì)減短。因?yàn)榫幙棇痈菀滓苿?dòng)或松懈。對(duì)RG電纜規(guī)格的過(guò)度研究,使我們同時(shí)也忽略了對(duì)其他方面的要求。
綜上所述,增加電纜直徑對(duì)于達(dá)到所需衰減水平可能并不是一個(gè)可被接受的解決方式。另一種節(jié)省成本的方式,是改變中心導(dǎo)體與或外編制層結(jié)構(gòu)。定制一個(gè)固體中心導(dǎo)體將增加10-15%的損耗,具體取決于頻率大小。然而,許多單芯的中心導(dǎo)體是銅包鋼鍍銀結(jié)構(gòu),非柔性電纜的最佳選擇。回顧以上所提到的柔性需求,我們需要高端銅鍍銀中心導(dǎo)體。一種典型的方式是用更堅(jiān)硬的銅代替固體鋼中心導(dǎo)體。一些鏈導(dǎo)體的彎曲壽命和柔性度將被重新定義,且不影響衰減效率的提高。
大多通用RG電纜使用一到二層鍍銀銅絲編織繞包外導(dǎo)體。探究外導(dǎo)體改進(jìn)的時(shí)候,生產(chǎn)商從半鋼銅護(hù)套的電纜找到答案。然而,對(duì)于中心導(dǎo)體來(lái)說(shuō),半剛性與使用固體聚乙烯的損耗同樣低。線纜生產(chǎn)者不斷試圖用新編織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式以達(dá)到及其柔性的電纜。
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提高包括衰減在內(nèi)整體性能的一種通常策略,是將50%遮蓋螺旋面作為內(nèi)屏蔽層來(lái)補(bǔ)充單一繞包帶。在提供更有助于射頻傳播界面的同時(shí),螺旋面對(duì)增加電纜屏蔽性也有額外的幫助。但是,這種結(jié)構(gòu)也有其弊端。射頻能力會(huì)隨彎曲而更快減弱。通常第三種扁平編織帶會(huì)被置于螺旋帶下端,以幫助解決此問(wèn)題。與介質(zhì)應(yīng)用相反,扁平編織層具有螺旋帶一樣的平滑表面,且更具彎曲性。此外,扁平及螺旋編織帶結(jié)構(gòu)可根據(jù)頻率變化使衰減提高到10%。
總而言之,雖然三層編織層的電纜比較堅(jiān)硬,但是可提供更強(qiáng)的衰減能力,屏蔽效力,以及更長(zhǎng)的彎曲壽命。然而,近看編織層強(qiáng)度和角度,以及嚴(yán)格的控制程序,會(huì)發(fā)現(xiàn)此種電纜同樣傳輸更高頻率。在符合工作頻率與最小彎曲半徑的條件下,在彎曲度大于RG電纜時(shí),依然能保持其射頻性能。
最有效的減少衰減的方式不僅包括改進(jìn)編織帶及中心導(dǎo)體,還包括改變其中心結(jié)構(gòu)。延展聚四氟乙烯,發(fā)泡聚四氟乙烯,花健聚四氟乙烯,以及發(fā)泡聚乙烯,均是生產(chǎn)商用來(lái)增加介質(zhì)內(nèi)空氣百分比的方式,從而減少其介電常數(shù)。更多的空氣通常意味著更易彎曲的中心導(dǎo)體,以更具柔性。為了保持合適的阻抗,需要更大的中心導(dǎo)體,以減小阻抗,使損耗更低。要找到90%或更高Vp的低損電纜,不是一件難事。這類(lèi)電纜往往衰減更低,有時(shí)甚至比損耗更高的固體聚四氟乙烯直徑更小,柔性更強(qiáng)。
看起來(lái),低損電纜是滿足以上要求的合適之選,然而,也有不足之處。低損產(chǎn)品使用成品連接器通常不太合適,只能選擇專(zhuān)為此類(lèi)電纜設(shè)計(jì)的連接器,這樣的話生產(chǎn)周期會(huì)延長(zhǎng),同樣成本會(huì)提高。低損中心導(dǎo)體可能更容易潮濕,沾染助焊劑和清潔劑,也不會(huì)像固體中心針容易剝離。這些問(wèn)題可能使安裝復(fù)雜化,并且增加成本。
這種更柔的中心結(jié)構(gòu)使得在更高頻率達(dá)到高性能變得困難。例如,編制帶上的波紋中心導(dǎo)體使用太緊密,會(huì)導(dǎo)致更高的回?fù)p。如果中心導(dǎo)體很軟,編織層部件會(huì)互相移動(dòng)靠近,導(dǎo)致射頻性能不穩(wěn)定,尤其表現(xiàn)在相位或電長(zhǎng)度等參數(shù)上。而且中心導(dǎo)體會(huì)偏離中心位置,改變阻抗。最后,低損電纜更易受外部物理壓力或其它彎曲動(dòng)力的影響而遭到損壞。Vp值越高,這些問(wèn)題越容易惡化。
看來(lái)低損電纜有太多問(wèn)題需要考慮,但實(shí)際上有些問(wèn)題經(jīng)常被忽視。時(shí)代微波系統(tǒng)的LMR,T-FLEX,SF,SFT系列為低損或編織層結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的高性能電纜的最佳案例,不僅最大化減少損耗值,而且提供最佳柔性與高頻率性能。
顯而易見(jiàn),低損電纜可能需要滿足或至少達(dá)到目標(biāo)損耗值,同時(shí)又必須滿足最小彎曲半徑/柔性需求。為達(dá)到客戶的價(jià)格與交期目標(biāo),我們先從時(shí)代微波系統(tǒng)LMRUltraFlex產(chǎn)品開(kāi)始來(lái)研究目錄產(chǎn)品,該產(chǎn)品使用了聚乙烯介質(zhì)技術(shù)。由于在電信及無(wú)線領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,發(fā)泡聚乙烯電纜和許多連接器到處可見(jiàn),且價(jià)格十分低廉。Vp在80-87%的發(fā)泡聚乙烯同樣非常低廉。UltraFlex系列相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LMR或普通發(fā)泡聚乙烯電纜,具備更優(yōu)的彎矩。一款0.200’’直徑電纜計(jì)算得出頻率損耗值為0.12db,非常接近客戶需求。這使得我們擁有完美的解決方案。
另外一款我們關(guān)注的產(chǎn)品為用多股中心導(dǎo)體的TimesSFT316產(chǎn)品。這是一種0.120’’直徑,76%速率的繞包聚四氟乙烯電纜。更柔軟的聚四氟乙烯介質(zhì)更能滿足柔性及彎曲壽命要求,且更接近彎曲半徑要求,但損耗值可達(dá)0.18db。LMR是雙層屏蔽電纜產(chǎn)品,而SFT則是高屏蔽的三層電纜。每種都使用不同中心結(jié)構(gòu)??梢?jiàn),要在一種產(chǎn)品中達(dá)到所有要求,并不像客戶期望的那么簡(jiǎn)單。
從一種測(cè)試電纜中得到最佳性能及最大價(jià)值
測(cè)試電纜的其他性能也使其成為極佳電纜產(chǎn)品。讓我們?cè)囍鵀榇丝铍娎|選擇合適尺寸的連接器。一種方式是將電纜中心導(dǎo)體直徑與連接器中心針直徑相對(duì)比。相似尺寸的部件使得在連接器處匹配較好,從而使回?fù)p最佳化。
通常,電纜組件的接頭連接處是最容易折損的,所以拉力減緩系統(tǒng)需要提供從堅(jiān)硬的接頭連接位置到電纜的平穩(wěn)過(guò)渡。拉力減緩系統(tǒng)如果不能固定接頭連接部分或無(wú)法起到一個(gè)杠桿受力點(diǎn)的作用,那就起不到相應(yīng)的作用并且接頭會(huì)過(guò)早脫落。如果可能,為編織層以及中心導(dǎo)體選擇焊接接頭方法,能達(dá)到最長(zhǎng)的使用壽命及最佳電氣穩(wěn)定性。
除非測(cè)試系統(tǒng)或組件需要考慮交調(diào)性,一般來(lái)說(shuō)連接器必須使用高質(zhì)量的不銹鋼材料來(lái)代替銅材,以達(dá)到長(zhǎng)久的壽命。使用鋼制的連接器可增加插拔次數(shù),減少金屬顆粒滲入連接器而導(dǎo)致改變連接器阻抗。如果可能,SMA系列接頭應(yīng)該具有堅(jiān)硬厚實(shí)的外導(dǎo)體設(shè)計(jì),以減少在沒(méi)有使用合適扳手的情況下產(chǎn)生的擠壓。
為電纜安裝護(hù)套有助于避免擠壓,過(guò)渡彎曲或絞纏時(shí)帶來(lái)的損害,但是通常情況下柔性護(hù)套不能避免擰扭時(shí)帶來(lái)的損害…這也是連接器/電纜組件失效的一個(gè)常見(jiàn)原因。最后,唯一最有效的方式,是培訓(xùn)如何正確使用及維護(hù),以達(dá)到高效和長(zhǎng)久的使用壽命。
選擇合適的測(cè)試電纜的策略
客戶對(duì)規(guī)格和性能的要求總在不斷的變化,這并不稀奇,希望在所有方面都能達(dá)到最佳要求是很正常的。因此,預(yù)先定制策略可幫助我們較快篩選。我們將在表格一中分類(lèi)一些較普遍使用的參數(shù)。
該列表并非以面蓋全,并不是每一個(gè)參數(shù)都是為測(cè)試電纜而設(shè)。例如,功率處理隨海拔高度增加而減少。如果功率是首選考慮,并且所選電纜的最大功率接近最低需求,我們可能需要考慮該產(chǎn)品是否用于高海拔。一款用于室外的電纜需要考慮到受到潮濕的可能性,同時(shí)也需要能夠抵抗紫外線??钩睗裥詴?huì)影響到連接器結(jié)構(gòu)選擇(推薦使用內(nèi)部和外部都有封閉氣墊)以及電纜選擇(推薦TimesLMR-db防水編織結(jié)構(gòu))。抗紫外線特性需要在護(hù)套材料內(nèi)含有特殊化學(xué)物質(zhì)。最終應(yīng)用將會(huì)決定使用哪種材料。
首先,從參數(shù)列表上看,選擇那些必須滿足的。其次,設(shè)置最小或最大規(guī)格限制,但不要過(guò)度。否則將會(huì)浪費(fèi)成本或錯(cuò)過(guò)一些可能完全適合的選擇。一旦按優(yōu)先次序從最重要的到最不重要的順序排列參數(shù),那些較不重要的將被忽略。
首先我們需要選擇最合適的電纜結(jié)構(gòu)或技術(shù)來(lái)縮小供應(yīng)商查找范圍,此結(jié)構(gòu)或技術(shù)需要最大可能的滿足必需的參數(shù)和指標(biāo)。舉例來(lái)說(shuō),如果250000次彎曲壽命為最高優(yōu)先級(jí)別,那么半剛同軸電纜不是一個(gè)合適的選擇,相關(guān)的技術(shù)或供應(yīng)商可被忽略。然而,大公司比如時(shí)代微波系統(tǒng),能制造使用不止一項(xiàng)技術(shù)或材料的電纜,比如固體發(fā)泡聚乙烯,繞包聚四氟乙烯,以及現(xiàn)有的二氧化硅,我們能夠提供更多選擇。
總之,我們應(yīng)該記住,需要考慮的參數(shù)越多,對(duì)該參數(shù)的要求越高,需要越詳盡的研究及花費(fèi)更高的成本/或更長(zhǎng)的周期。
客戶會(huì)堅(jiān)持要求產(chǎn)品達(dá)到最佳損耗,彎曲半徑及彎折壽命,這些只有通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)才能達(dá)到。當(dāng)這些成為重要因素的同時(shí),一項(xiàng)針對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)需求的研究表明,對(duì)于一英尺長(zhǎng)度的電纜,在1GHz頻率時(shí),應(yīng)用固體聚四氟乙烯介質(zhì)電纜的損耗并不差,并且彎曲壽命不需要很長(zhǎng)或者彎曲半徑不需要很小。彎曲時(shí)的電氣穩(wěn)定性其實(shí)非常重要,然而卻往往被忽略。典型的電纜失效模式為,連接器在電纜由于不斷彎曲而毀損前就已斷裂。