作者：Kenton Williston

　　射頻電纜組件應(yīng)用廣泛，從航空航天和通信等成熟領(lǐng)域到汽車、工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 等較新的用例。這種不斷擴(kuò)大的應(yīng)用范圍促進(jìn)了新型射頻電纜組件的開發(fā)，為工程師提供了進(jìn)一步優(yōu)化其射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。

　　然而，所有這些增長(zhǎng)都使設(shè)計(jì)過程變得復(fù)雜。市場(chǎng)上有如此多的組件，很難確定特定應(yīng)用的最佳選擇。此外，射頻電纜在新應(yīng)用中的使用將陌生的技術(shù)擺在更多設(shè)計(jì)人員、安裝人員和維護(hù)技術(shù)人員面前。除了空間和環(huán)境考慮之外，這些團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在還必須熟悉頻率兼容性、阻抗匹配、電壓駐波比 (VSWR)、磁耦合和屏蔽。

　　為了確保射頻系統(tǒng)的性能和可靠性，工程師需要細(xì)心的方法和清晰的路線圖，列出等待他們的選項(xiàng)和潛在陷阱。

　　本文首先簡(jiǎn)要概述射頻應(yīng)用，包括其電氣特性、物理結(jié)構(gòu)和典型用例，為選擇、安裝和維護(hù)射頻電纜組件的復(fù)雜任務(wù)提供指導(dǎo)。介紹了Molex的示例來說明關(guān)鍵選擇和使用標(biāo)準(zhǔn)。

　　射頻電纜組件用例的擴(kuò)展

　　射頻技術(shù)跨越多個(gè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都有其獨(dú)特的挑戰(zhàn)。頻率范圍從數(shù)百赫茲 (Hz) 到數(shù)十千兆赫 (GHz)。某些應(yīng)用需要加固。其他人的物理足跡極其有限。為了說明用例的多樣性，請(qǐng)考慮以下常見應(yīng)用：

　　航空航天和國(guó)防：雷達(dá)系統(tǒng)、通信通道和 GPS

　　汽車和交通：信息娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航和車輛通信網(wǎng)絡(luò)

　　電信和廣播：Wi-Fi、LTE 和 5G 網(wǎng)絡(luò)上的 8K 視頻信號(hào)

　　工業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)傳感器、自動(dòng)化裝配線和遙測(cè)

　　醫(yī)療：遠(yuǎn)程患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、先進(jìn)的診斷機(jī)械和機(jī)器人手術(shù)裝置

　　測(cè)試和測(cè)量：制造設(shè)置中的臺(tái)架測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和質(zhì)量保證

　　由于射頻的使用不斷增加，越來越多的工程師和設(shè)計(jì)師開始研究高頻電路，其中許多人沒有這項(xiàng)技術(shù)的背景。面對(duì)緊迫的期限和預(yù)算，他們需要能夠簡(jiǎn)化任務(wù)同時(shí)確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行的解決方案。

　　這就是射頻電纜組件的用武之地。這些組件由預(yù)組裝的連接器和電纜組成，可滿足指定的性能要求，同時(shí)減少工程工作量。使用預(yù)制射頻電纜組件可以節(jié)省設(shè)計(jì)和原型制作過程中的時(shí)間和成本，并提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

　　頻率兼容性、阻抗匹配和 VSWR

　　選擇合適的電纜組件需要仔細(xì)考慮多種因素。首先，組件必須能夠適應(yīng)射頻信號(hào)的頻率范圍。這些頻率范圍從幾百赫茲到 3 至 30 GHz 或更高的超高頻 (SHF) 頻段(圖 1)。

　　圖 1：射頻電纜組件有多種設(shè)計(jì)，可以根據(jù)連接器的尺寸及其最大支持頻率等因素進(jìn)行分類。 (圖片來源：莫仕)

　　為了實(shí)現(xiàn)所需的性能，電纜組件必須能夠處理適當(dāng)?shù)念l率范圍，而不會(huì)出現(xiàn)明顯的信號(hào)損失或失真。例如，電影電視工程師協(xié)會(huì) (SMPTE) 在其 2082-1 指南中制定了嚴(yán)格的信號(hào)質(zhì)量要求，將時(shí)鐘頻率一半時(shí)的損耗限制為 40 分貝 (dB)。

　　滿足這些需求的一種方法是使用 Molex BNC 迷你射頻電纜組件，它可以在高達(dá) 12 GHz 的頻率下提供高回波損耗性能。該性能超出了8K高清電視(HDTV)視頻串行傳輸?shù)囊螅试S未來在不改變硬件的情況下擴(kuò)展帶寬。

　　阻抗匹配是另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。 RF 信號(hào)容易受到信號(hào)線阻抗失配引起的入射波和反射波的干擾。為了最大限度地減少信號(hào)損失，電纜組件應(yīng)具有與連接負(fù)載相同的阻抗，通常為 50 或 75 歐姆 (Ω)。最好將連接器和電纜設(shè)計(jì)在一起以實(shí)現(xiàn)最佳匹配。

　　這種做法的一個(gè)真實(shí)示例是0897629290組件，它將 Molex BNC 連接器與 Belden 4794R 電纜配對(duì)，用于高端 75 Ω 應(yīng)用。

　　對(duì)于測(cè)試和測(cè)量等要求特別高的應(yīng)用，可能需要仔細(xì)考慮 VSWR 和插入損耗等其他參數(shù)。 VSWR 是入射信號(hào)與反射信號(hào)的比率，用于衡量射頻信號(hào)從源傳輸?shù)截?fù)載的效率。插入損耗是信號(hào)沿連接器和電纜傳輸時(shí)損失的能量。圖 2 展示了各自的一些示例。

　　訂單號(hào)。連接器對(duì)連接器電纜類型長(zhǎng)度電壓駐波比(VSWR)插入損耗

　　圖 2：所示為高效、低損耗微波頻率電纜的 VSWR 和插入損耗數(shù)據(jù)示例。 (圖片來源：莫仕)

　　屏蔽、磁耦合和其他注意事項(xiàng)

　　屏蔽是另一個(gè)重要的考慮因素。任何承載射頻信號(hào)的電纜都可以像天線一樣廣播或接收信號(hào)，從而產(chǎn)生干擾。為了最大限度地減少這種干擾，電纜需要通過接地金屬外殼進(jìn)行屏蔽(圖 3)。

　　圖 3：所示為典型的屏蔽電纜。從電纜內(nèi)部開始，有芯導(dǎo)體、將芯線與屏蔽層分開的介電材料、編織金屬屏蔽層和電纜護(hù)套。 (圖片來源：莫仕)

　　屏蔽材料的選擇受到一系列因素的影響，包括性能要求、環(huán)境條件和預(yù)算限制。例如，銅在大多數(shù)頻率下都非常有效，但也相對(duì)較重且昂貴，而鋁質(zhì)輕且便宜，但效率較低且更容易腐蝕。

　　還需要考慮屏蔽的形式。帶有 RG-136 電纜的0897616761 MCX 組件上的金屬編織層可提供出色的機(jī)械強(qiáng)度和物理保護(hù)。相比之下，箔屏蔽通常由層壓到聚酯或聚丙烯薄膜上的鋁制成，是一種輕質(zhì)、廉價(jià)且靈活的替代方案。還有其他類型，例如螺旋式、帶式和組合式，它們?cè)陬l率覆蓋百分比、靈活性、壽命、機(jī)械強(qiáng)度、成本和端接難易程度方面有所不同。

　　可能還需要考慮獨(dú)特的應(yīng)用程序要求。例如，醫(yī)療應(yīng)用通常涉及可能受磁場(chǎng)影響的傳感器。在這里，像0897616791 MMCX 電纜組件這樣的解決方案是一個(gè)可行的選擇，因?yàn)檫@些組件提供非磁性耦合版本，以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)兼容性。

　　空間限制、環(huán)境危害和維護(hù)

　　在考慮物理參數(shù)時(shí)，空間和布線的限制通常是主要障礙?？紤]一下國(guó)防應(yīng)用，這是出了名的狹窄。在這里，像0897611760 SSMCX 電纜組件這樣的解決方案是實(shí)用的。 SSMCX 連接器是市場(chǎng)上最小的連接器之一，提供垂直和直角方向，以適應(yīng)具有挑戰(zhàn)性的空間和布線限制。

　　設(shè)計(jì)人員在選擇組件時(shí)還需要考慮最小彎曲半徑。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，射頻電纜往往相當(dāng)僵硬。對(duì)于需要急轉(zhuǎn)彎的情況，請(qǐng)尋找Molex 的靈活微波組件等解決方案(圖 4)。這些電纜專為較小的靜態(tài)彎曲半徑而設(shè)計(jì)。

　　電纜部件號(hào)阻抗通用技術(shù)委員會(huì)電容靜態(tài)彎曲半徑(最小)中心導(dǎo)體絕緣夾克外徑截止頻率 

　　圖 4：所示為具有較小靜態(tài)彎曲半徑的射頻電纜樣本。 (圖片來源：莫仕)

　　極端溫度也可能是一個(gè)問題，特別是對(duì)于電信領(lǐng)域的戶外應(yīng)用。對(duì)于此類應(yīng)用，射頻電纜組件上常見的熱塑性護(hù)套不適合。相反，需要更耐用的材料。例如，前面提到的柔性微波組件使用 Temp-Flex 氟化乙烯丙烯 (FEP) 材料作為護(hù)套，這是一種類似于聚四氟乙烯的堅(jiān)韌材料。

　　振動(dòng)和沖擊可能會(huì)損害設(shè)計(jì)，特別是在航空等應(yīng)用中。為了確?？煽康倪\(yùn)行，所使用的射頻電纜組件必須具有非常安全的連接。 Molex 的0732306110電纜組件就是一個(gè)很好的例子，它利用了該公司獲得專利的 MHF 連接器鎖定機(jī)制(圖 5)。

　　圖 5：Molex 的 MHF 連接器系統(tǒng)使用獲得專利的鎖定機(jī)制來確保安全連接。 (圖片來源：莫仕)

　　維護(hù)必須被視為設(shè)計(jì)過程的一部分。重要的是要查看電纜組件的平均無故障時(shí)間 (MTBF)，并考慮如何安排設(shè)計(jì)以便于維護(hù)和維修，并合理地訪問可能需要最小心的子組件和連接。

　　設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮制定正常維護(hù)的檢查計(jì)劃，以及用戶檢查表，以查找電纜組件可能需要維修或更換的跡象，以主動(dòng)管理復(fù)雜情況。常見的維護(hù)步驟包括檢查組件是否磨損，以及清潔電纜和連接器以去除可能滲透連接并降低性能的污染物。

　　最后，評(píng)估電纜組件制造商也很重要。標(biāo)準(zhǔn)包括適當(dāng)?shù)恼J(rèn)證、生產(chǎn)相關(guān)組件的經(jīng)驗(yàn)、支持設(shè)計(jì)靈活性的充足產(chǎn)品選項(xiàng)以及避免性能問題的質(zhì)量保證流程。例如，Molex 一直是電纜和連接器技術(shù)的領(lǐng)先開發(fā)商，其創(chuàng)新受到 8,100 多項(xiàng)專利的支持，并在質(zhì)量和技術(shù)支持(包括定制電纜創(chuàng)建工具)方面享有盛譽(yù)。

　　結(jié)論

　　選擇正確的射頻電纜組件具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗枰私獠⒆屑?xì)考慮頻率兼容性、屏蔽、環(huán)境條件、空間限制和維護(hù)等因素。如圖所示，與經(jīng)驗(yàn)豐富的制造商合作，提供專業(yè)知識(shí)、質(zhì)量保證和創(chuàng)新，可能是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，特別是對(duì)于剛接觸射頻的工程師和設(shè)計(jì)師而言。這樣的合作伙伴可以指導(dǎo)選擇、安裝和維護(hù)這些電纜的過程，以確保設(shè)備和系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下可靠運(yùn)行。