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射频电缆损耗分析
2021-05-07

在数据信号传输过程中,电缆的衰减是表示电缆有效的传送射频信号的能力,它由介质损耗、导体(铜)损耗和辐射损耗三部分组成。大部分的损耗转换为热能。导体的尺寸越大,损耗越小;而频率越高,则介质损耗越大。另外,温度的增加会使导体电阻和介质功率因素的增加,因此也会导致损耗的增加。射频信息泄漏损耗是一个不容忽视的问题,这些损失在下面进行了分析。

 


一、介质损耗


介质损耗是同轴电缆中心导体与外导体间的电介质(绝缘体)对信号的损耗。度量电介质的一个重要参数是介电常数。它是指在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而发生变化。

 

同轴电缆的内外导体相等于电容的两极。因为实用中的电缆电介质有电阻存在,介电常数通常超过1。因而,传输中对信号的损耗是必定的。介电常数的大小与材料和加工工艺(如发泡)有关。介电常数越大,对信号的损耗也越大。温度越高,频率越高,介电损耗越大。

 

二、电阻损耗

 

电阻损耗是电缆所具备的直流电阻和导体高频感应所造成的涡流对信号能量的消耗。电阻值的大小与电缆采用的原材料和生产工艺相关。同时它会随传输频率的改变而发生变化,缘故是导体在传输交流信号中,具备趋肤效应。随之频率的增加,有效电阻会不断加大。     

 

当交流电流通过导体时,会在导体周边产生交变磁场。该磁场又会使导体内部生成新的感应电流(涡流),该电流的方向。它与导体中心的信号电流方向相反。与导体表面的信号电流方向相同。那样,导体內部的信号电流被反向涡流抵消,电流减小;导体表面的信号电流与同向涡流一样,电流增大。这就是交流通过导体的趋肤现象。

 

随之信号频率的增高,感应电流扩大,这类状况就越加显著。它使电流只集中在表层很小的截面流动,导致导体的有效电阻明显增加。信号的趋肤深度与频率和材料相关,频率越低,趋肤深度越深;频率越高,趋肤深度越浅。铁比铜的趋肤深度小很多。

 

三、失配损耗

 

失配损耗主要与同轴电缆的物理结构密切相关。如果同轴电缆在设计和生产中造成电缆脱离标称阻抗或是电缆阻抗不匀称,均会导致信号的失配损耗。在施工中导致电缆的过度弯曲、变形、损伤和接头进水,也会造成失配损耗。

 

同轴电缆的特性阻抗(不是直流电阻)与电缆长度不相干,这是由电缆中的等效电容和电感决定的。而这种等效电容和电感又是由内外导体直径和介质的介电常数决定的。

 

电缆阻抗不均匀或与信号源及负载不匹配均会造成电缆在传输信号时,一部分信号能量向传输方向相反的方向返回,即反射。它将使原来信号遭受影响。导致传输效率降低。严重时直接危害系统的正常工作。信号在传输中反射的程度通常可用驻波比或反射损耗(回波损耗)来表达。

 

四、泄露损耗

 

泄漏损耗是信号根据电缆屏蔽的编织间隙辐射出去的信号。它一样导致信号在传输过程中的能量损失。它是高频传输中不可忽略的问题。因此,电缆的编织覆盖率不可以过低。

 

总之,同轴电缆对信号的传输损耗具备各种要素。它的*终损失基于上述各种损失的总和,可以使用网络分析仪测试这种类型的综合损失。电缆的直流电阻仅在低频时才在信号衰减中起主要作用。 在高频下,信号衰减主要取决于集肤效应和介电损耗。 随着同轴电缆频率的增加,信号衰减呈指数增加。 因此,电缆的传输损耗对于考虑高频损耗很重要。 除了电缆的设计,生产和加工之外,使用过程中不正确的构造也将对电缆的正常使用产生重大影响。 


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