损耗是指信号在电缆组件中传输过程中的能量损失。当射频信号在电
缆组件的传输过程中,一部分能量转变成热量消耗掉,一部分能量通过
电缆的外导体泄露出去。这两部分能量的损失之和称之为损耗,或者叫
做衰减。通常用单位长度在某一固定频率点的dB值来表示,因为损耗是
随着频率的升高而增大的。
对一个射频系统,损耗通常有着严格的指标,毕竟损耗对能量的损失
非常大,3dB的衰减对能量的损失为50%。所以说,降低电缆和电缆组件
的损耗对于射频系统来说非常重要。通过选择低损耗的电缆而增加的成
本远远小于因选择高损耗电缆而增大功放的成本。
衰减的大小取决于导体和介质的损耗。从某种程度上看,同轴电缆的
损耗类似于电力电缆的直流电阻。粗的电缆因为导体更粗,从而导体的
损耗更低,从而降低了整个电缆的损耗。而介质的损耗同电缆的大小无
关。介质的损耗同频率变化成线性关系,而导体的损耗同频率的平方根
成线性关系。因此,介质损耗所占的比重随着频率的增加而逐步增大。
影响衰减的因素有很多,可以分成材料因素和工艺因素。从材料因素
上看,主要影响衰减的因素如下项目:
a. 内导体结构(单芯和绞合);
b. 外导体结构(编织和绕包);
c. 导体材料(电导率的不同);
d. 介质材料。
1.1 内导体结构对衰减的影响
在设计同轴电缆的时候,有时候会根据客户对电缆柔软度的需求,选
择单芯导体或者多芯导体,多芯导体对比单芯导体更加柔软。但是选择了
柔软性,同样尺寸和结构的电缆会牺牲了一部分损耗。这主要是因为导体
表面的不圆整而导致的表面电阻的增大。
3.2 外导体结构对衰减的影响
外导体结构相对于内导体的结构有着更丰富的选择。对于柔性电缆,
通常有镀银圆线编织、镀银扁平线编织,镀银铜带绕包。镀银圆线编织是
最传统的RG电缆的基本结构,成本非常低廉;镀银圆线是上个世纪60年代
发明的结构,这种结构衰减相对低,弯曲的稳定性好,高温特性也比较
稳定;而镀银铜带绕包结构是上个世纪80年代发明的结构,其特点是超低
损耗、极佳的机械相位,但是成本也是最高的一种结构,对生产工艺要求
也比较苛刻。该结构目前比较主流的军用电缆结构。
1.2 导体材料对衰减的影响
对于同轴电缆,目前主流的导体材料有镀银铜,无氧铜和铝三种。对
于高端电缆,主要采用铜材和镀银铜两种材料。铜材采用铜包铝以降
低重量和成本,因为射频信号的“趋肤效应”,信号只在导体的表面
传输,所以镀银铜或者铜包铝可以考虑成银的电导率和铜的电导率,
电导率的大小会影响电缆导体的衰减。对于镀银铜导体的镀银厚度,
上海东广公司严格选用按照ASTM标准的镀银厚度以确保电缆在全频段
下的衰减。
1.3 介质材料对衰减的影响
同轴电缆的导体材料也有比较丰富的选择,从军用电缆上看,主要有
固态PTFE材料,低密度PTFE材料。固态PTFE材料是传统RG系列电缆的
主打材料,相对工艺比较简单,成品率高,目前主要用在民品上,尤其是
手机通讯中的智能天线上大量采用。而低密度PTFE材料,也就是微孔
PTFE材料是美国GORE公司发明的材料,PTFE经过拉伸后在保持原有
PTFE材料的特性外,大大提升了材料的电气性能,同时又显著的降低了
材料的重量,目前军用射频电缆大部分采用低密度PTFE材料。按照材料
密度的不同,低密度PTFE又分成76%和83%传输速率两种。
另外,衰减受生产工艺的影响也比较大,介质绕包,材料氧化,编织
工艺等都会对衰减产生一定的影响,良好稳定的生产工艺,是保证电缆
批次衰
减稳定性重要手段。同时,电缆在储存过程应保证电缆两端密封,并处于
室温和较低的湿度条件下,避免电缆因氧化和受潮而引起的衰减增大。
1.4 温度对衰减的影响
衰减通常是在室温25°C下测量,温度的变化对衰减有影响,可以通过
修正系数修正。温度对衰减的影响主要是因为导体的电阻随着温度的增
加和介质的功率因数的增加而导致的。衰减同温度的变化基本上成线性
关系。在室温处因PTFE的裂变过程由于一个小的拐点,基本上可以忽略
不计。每种电缆结构的衰减曲线的斜率略有不同,建议同厂家获得比较
全面的数据。