输电线路主要是传输电力的电缆,以引导方式将低频电磁波传导到负载,最大限度地减少反射和功率损耗,并使用阻抗匹配来承载功率。 因此,损耗是射频传输线最重要的参数之一。 同轴电缆作为射频传输线的种类之一,是当今最先失去同轴电缆的。
(1)输电线路的种类
传输线是由两个相互平行的导体组成的导电电磁波的结构。 在传输线的情况下,当传输线的物理长度与信号波长相差很大时,传输线的电流和电压与源侧相差不大。 但是,随着频率的增加,传输线的长度可以与信号波长进行比较,并且由于一系列的反射,传输线的端电压和电流会发生变化。
对于任何电磁波传输线,分为两大类:
第一种是通过道路理论发展起来的双导体输电线路,包括:平行双线、同轴线、微带线、带带线等。
另一类是从波理论发展而来的波导传输线,包括矩形波导、圆形波导、介电波导、脊波导、衬底集成波导等。
(2) 同轴电缆损耗
同轴电缆用于将射频能量从一个位置传输到另一个位置。 理想情况下,沿同轴电缆传输到远端的能量应等于起点处的能量。 然而,在实际条件下,当能量沿着电缆传播时,就会发生损耗。 损耗,也称为衰减,是设计中确定要使用的同轴电缆类型的几个重要考虑因素之一。
低损耗SPF-250波纹超柔性防火同轴电缆,带黑色FRPE护套
损耗由给定频率下每单位长度的分贝数定义。 可以看出,同轴电缆越长,损耗越大。 一般来说,频率越高,损耗越大,但损耗和频率之间的关系不一定是线性的。 能量损失有多种形式:
1) 电阻损耗
当导体的电阻和流过导体的电流导致散热时,同轴电缆内部就会发生电阻损耗。 趋肤效应限制了电流可以流过的区域,导致电阻损耗随频率增加。 为了降低电阻损耗的程度, 必须增加导电面积, 使损耗较低的同轴电缆的尺寸大于损耗较高的电缆的尺寸, 并且通常通过使用绞合导体来降低损耗. 电阻损耗通常随着频率的平方根而增加。
75欧姆柔性RG6-CATV同轴电缆,带三重屏蔽黑色PVC(NC)护套
2) 介电损耗
介电损耗是在电缆的绝缘电介质内以热量形式耗散的信号能量,但与同轴电缆的尺寸无关。 介电损耗随频率线性增加,而电阻损耗通常在较低频率下起主导作用。 由于电阻损耗随频率的平方根而增大,而介电损耗随频率线性增加,因此介电损耗在较高频率下起主导作用。
3) 辐射损失
同轴电缆的辐射损耗通常远小于其电阻或介电损耗,但一些同轴电缆由于使用质量较差的外编织层,可能具有更高的辐射损耗。 当传输线携带的信号能量辐射到电缆外部时,会产生辐射功率,从而产生干扰问题。 当大功率发射器的馈线发生泄漏时,可能会对位于同轴电缆附近的敏感接收器造成干扰。 或者,当用于接收功能的电缆在具有嘈杂的电气噪声的环境中布线时,它可能会受到干扰的影响。 为了减少辐射损失或干扰,设计了双屏蔽或三屏蔽同轴电缆,以尽量减少泄漏。
半刚性同轴电缆,铜外导体,直径 0047 英寸
在上述形式的损耗中,辐射损耗通常较少,因为通常只有非常少量的能量从电缆辐射出来。 因此,除某些应用外,降低损耗的重点大多集中在导电损耗和介电损耗上。
4) 随时间推移的磨损
由于电缆会反复弯曲和受潮侵蚀,因此同轴电缆的损耗或衰减往往会随着时间的推移而增加。 虽然一些同轴电缆是柔性的,但如果射频电缆严重弯曲,或者编织层或屏蔽层损坏,损耗或衰减程度会增加。 编织层被外护套内的增塑剂污染或水分渗透会对编织层(导致腐蚀)和电介质(吸收能量)产生影响。 一般来说,使用裸铜编织层或镀锡铜编织层的同轴电缆比使用较高银编织层的同轴电缆更容易出现性能下降。 虽然发泡聚乙烯在首次使用时具有较低的损耗或衰减程度,但它比固体状电介质更容易吸收水分。
低损耗 1 4 超柔性螺旋波纹同轴电缆,带黑色 PE 护套
使用固体介电聚乙烯的电缆更适合损耗水平需要恒定或潮湿的环境。 虽然射频同轴电缆封装在塑料护套中,但所使用的塑料或多或少会吸入其中,因此对于可能发生湿气的应用,应使用专用电缆以避免性能下降。