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來源：DigiKey 作者：Kenton Williston 射頻電纜組件應用廣泛，既包括航空航天和通信等成熟領域，也包括汽車、工業和物聯網 (IoT) 等新興行業。應用領域的不斷擴大促進了新型射頻電纜組件的開發，為工程師優化射頻系統設計提供了更多機會。 然而，所有這些增長都使設計過程變得更加復雜。市場上有如此之多的組件，很難為特定應用確定最佳選擇。此外，射頻布線在新應用中的使用也讓更多的設計人員、安裝人員和維護技術人員不得不面臨棘手的陌生技術。除了空間和環境方面的考慮，這些人員現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。 為了確保射頻系統的性能和可靠性，工程師們需要采用細致入微的方法和清晰的路線圖，以了解等待他們的選擇和潛在隱患。 本文首先簡要介紹了射頻應用，包括其電氣特征、物理結構和典型用例，然后指導大家完成復雜的射頻電纜組件選擇、安裝和維護任務。其間介紹了 Molex 的幾個實例，以說明關鍵選擇和使用標準。 不斷擴大的射頻電纜組件使用范圍 射頻技術涉及多個領域，每個領域都有其獨特的挑戰。頻率范圍從數百赫茲 (Hz) 到數萬兆赫茲 (GHz) 不等。有些應用要求堅固耐用。還有一些應用對封裝尺寸有著極致限制。以下為一些常見應用，展示了使用案例的多樣性： · 航空航天和國防：雷達系統、通信頻道和 GPS · 汽車和運輸：信息娛樂系統、導航和車載通信網絡 · 電信和廣播：通過 Wi-Fi、LTE 和 5G 網絡傳輸 8K 視頻信號 · 工業：物聯網傳感器、自動裝配線和遙測技術 · 醫療：遠程病人監護系統、高級診斷設備和機器人手術裝置 · 測試與計量：臺架測量、現場測試和生產設備質保 由于射頻應用日益廣泛，越來越多的工程師和設計師開始接觸高頻電路，其中許多人并不具備相關技術背景。面對緊迫的期限和預算，他們需要既能簡化任務又能確保系統可靠運行的解決方案。 這就是射頻電纜組件的用武之地。這些組件由預先組裝好的連接器和電纜組成，既能滿足指定的性能要求，又能減少工程設計工作量。使用預制射頻電纜組件可節省設計和原型開發的時間和成本，并提高生產質量和效率。 頻率兼容性、阻抗匹配和 VSWR 選擇合適的電纜組件需要仔細考慮多個因素。首先，組件必須能夠適應射頻信號的頻率范圍。這些頻率從幾百赫茲到 3 至 30 千兆赫或更高的超高頻 (SHF) 頻段不等（圖 1）。 
圖 1：射頻電纜組件的設計多種多樣，可根據連接器的尺寸和最大支持頻率等因素進行分類。（圖片來源：Molex） 要實現所需的性能，電纜組件必須能應對適當的頻率范圍，且不會出現明顯的信號損失或失真。例如，美國電影電視工程師學會 (SMPTE) 在其 2082-1 準則中規定了嚴格的信號質量要求，將一半時鐘頻率時的損耗限制在 40 分貝 (dB) 以內。 采用 Molex BNC 小型射頻電纜組件是滿足這些要求的方法之一，它們在最高 12 GHz 的頻率下具有高回波損耗性能。這一性能超過了串行傳輸 8K 高清電視 (HDTV) 視頻的要求，因此未來無需更改硬件即可擴展帶寬。 阻抗匹配是另一個關鍵參數。射頻信號容易受到入射波和反射波的干擾，這些干擾是由信號線上的阻抗失配造成的。為盡量減少信號損耗，電纜組件應具有與所連接負載相同的阻抗，通常為 50 或 75 歐姆 (Ω)。好的做法是將連接器和電纜一起設計，以實現最佳匹配。 采用這種做法的一個實例是 0897629290 組件，該組件將 Molex BNC 連接器與 Belden 4794R 電纜配對在一起，可用于高端 75 Ω 應用。 對于測試與計量等要求特別苛刻的應用，可能需要仔細考慮電壓駐波比 (VSWR) 和插損等附加參數。VSWR 是入射信號與反射信號之比，用于衡量射頻信號從信號源到負載的傳輸效率。插損是指信號沿連接器和電纜傳輸時損失的能量。圖 2 各舉了一些實例。
圖 2：表中所示為高效、低損耗微波頻率電纜所具備的電壓駐波比和插損值示例。（圖片來源：Molex） 屏蔽、磁耦合和其他考慮因素 屏蔽是另一個重要的考慮因素。任何攜帶射頻信號的電纜都可能像天線一樣廣播或接收信號，從而產生干擾。為盡量減少這種干擾，電纜需要用接地的金屬外殼屏蔽（圖 3）。
圖 3：所示為典型的屏蔽電纜。從電纜內部開始依次是線芯導體、將線芯與屏蔽層隔開的絕緣材料、編織金屬屏蔽層和電纜護套。（圖片來源：Molex） 屏蔽材料的選擇受一系列因素的影響，包括性能要求、環境條件和預算限制。例如，銅在大多數頻率下都非常有效，但相對較重且成本較高，而鋁輕且價格低廉，但效果較差且更容易腐蝕。 另外還要考慮屏蔽的形式。比如在連接 RG-136 電纜的 0897616761 MCX 組件上所使用的金屬編織層，就具有出色的機械強度和物理保護能力。相比之下，鋁箔屏蔽通常由鋁與聚酯或聚丙烯薄膜壓合而成，是一種重量輕、價格低廉且靈活的替代品。還有其他類型，如螺旋式、帶式和組合式，它們在頻率覆蓋百分比、柔性、使用壽命、機械強度、成本和端接難易程度方面各不相同。 此外還可能需要考慮獨特的應用要求。例如，醫療應用中的傳感器通常會受到磁場的影響。此時，像 0897616791 MMCX 電纜組件這樣的解決方案就是一個可行的選擇，因為這些組件有非磁性耦合版本，具有更好的設計兼容性。 空間限制、環境危害和維護 在考慮物理參數時，空間和布線的限制往往是主要障礙。考慮到國防應用，其空間狹小是出了名的。此時像 0897611760 SSMCX 電纜組件這樣的解決方案就非常實用。SSMCX 連接器是市場上體積最小的連接器之一，有垂直和直角兩種方向可供選擇，以適應具有挑戰性的空間和布線限制。 設計人員在選擇組件時還需要考慮最小彎曲半徑。由于結構復雜，射頻電纜往往比較堅硬。對于需要急轉彎的情況，可采用像 Molex 的柔性微波組件這樣的解決方案（圖 4）。這類電纜專為較小的靜態彎曲半徑而設計。
圖 4：所示為靜態彎曲半徑較小時射頻電纜采樣值。（圖片來源：Molex） 極端溫度也是一個問題，尤其是對于電信行業的戶外應用。對于此類應用，射頻電纜組件上常見的熱塑性護套并不適用。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) 材料作為外套，這是一種類似于特氟龍的堅韌材料。 此外，振動和沖擊會影響設計，尤其是在航空等應用領域。為確保運行可靠性，所使用的射頻電纜組件必須具有非常牢固的連接。Molex 的 0732306110 電纜組件就是一個很好的例子，它采用了該公司獲得專利的 MHF 連接器鎖定機構（圖 5）。
圖 5：Molex 的 MHF 連接器系統采用專利鎖定機構，確保了連接安全。（圖片來源：Molex） 設計過程中必須考慮維護問題。所以必須研究電纜組件的平均無故障時間 (MTBF)，并考慮如何安排設計，使之便于維護和修理，同時對這些可能最需要維護的組件和連接提供合理的檢修通道。 設計人員還應考慮為正常維護制定檢查計劃，并為電纜組件可能需要維修或更換的跡象制定用戶檢查表，以主動管理這些故障因素。常見的維護步驟包括檢查組件的磨損情況，以及清潔電纜和連接器，以清除可能滲入連接處并降低性能的污染物。 最后，評估電纜組件制造商也很重要。標準包括適當的認證、生產相關組件的經驗、足夠的產品選件以支持設計靈活性，以及避免性能問題的質量保證流程。例如，Molex 一直是領先的電纜和連接器技術開發商，其創新技術依托 8100 多項專利，在質量和技術支持（包括電纜定制工具）方面享有盛譽。 結語 選擇合適的射頻電纜組件是一種挑戰，因為這需要了解并仔細考慮頻率兼容性、屏蔽措施、環境條件、空間限制和維護等因素。綜上所述，與資深制造商合作，讓他們提供專業知識、質量保證和創新，是應對這些挑戰的關鍵，尤其是對于剛剛接觸射頻技術的工程師和設計師而言。這樣的合作伙伴可以指導您進行電纜選擇、安裝和維護，確保設備和系統以最佳狀態可靠地運行。 |
