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一 :關(guān)于射頻與微波頻的概念
射頻(RF)是RadioFrequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz~300GHz之間。射頻簡(jiǎn)稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。高頻(大于10K);射頻(300K-300G)是高頻的較高頻段;微波頻段(300M-300G)又是射頻的較高頻段。
在電子學(xué)理論中,電流流過導(dǎo)體,導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng);交變電流通過導(dǎo)體,導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng),稱為電磁波。在電磁波頻率低于100khz時(shí),電磁波會(huì)被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁波頻率高于100kHz時(shí),電磁波可以在空氣中傳播,并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射,形成遠(yuǎn)距離傳輸能力,我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻,射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中被廣泛使用。
射頻電纜也叫同軸電纜,是由互相同軸的內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體以及支撐內(nèi)外導(dǎo)體的介質(zhì)組成的。在無線電通訊、廣播電視的射頻傳輸中,射頻電纜是重要的量備。射頻電纜的特性包括有電器性能和機(jī)械性能,電器性能包括有特性阻抗、傳輸損耗(氟塑料PTFE高的介電強(qiáng)度(高達(dá)24KV/mm)、高的體積電阻(可達(dá)1018級(jí))以及低的介電損耗(可達(dá)10-5 級(jí))。介電常數(shù)及介電損耗基本不隨頻率、溫度的變化而改變。常利用這一特性來生產(chǎn)射頻電纜,這一類射頻電纜通常可在幾十個(gè)千兆赫茲的頻率下工作呈現(xiàn)低損耗。)及其頻率特性、溫度特性、屏蔽特性、額定功率、最大耐壓機(jī)械性能包括有最小彎曲半徑、單位長(zhǎng)度的重量、容許最大的拉力、以及電纜的老化特性和一致性。
二 :關(guān)于微波傳輸線理論及應(yīng)用
凡是能夠引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸的導(dǎo)體、介質(zhì)系統(tǒng)均可成為傳輸線,微波傳輸線不僅可以用來傳輸電磁能量,還可以用來構(gòu)成多種微波元件,傳輸線的種類繁多,按其傳輸的電磁波類型可以分為三類:
1.TEM波傳輸線,其中包括平行雙線、同軸線、帶狀線和微帶線等,這類傳輸線主要用來傳輸TEM波,具有頻帶寬的特點(diǎn),但在高頻傳輸電磁波能量損耗較大.RFMini-coaxial 主要用于Notebook,移動(dòng)電話,GPS,量測(cè)儀器,藍(lán)牙技術(shù)等
2.TE波和TM傳輸線,又稱包微波傳輸線,其中包括矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、脊波導(dǎo)和橢圓波導(dǎo)等,這類傳輸線主要用來傳輸TE波和TM等色散波,具有損耗小、功率容量大、體積大而帶寬窄等特點(diǎn).
3.表面波傳輸線,包括介質(zhì)波導(dǎo)、鏡像線、單極線,他主要用于傳輸表面波,電磁波能量沿傳輸線表面傳輸,這類傳輸線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功率容量大等特點(diǎn),主要用于毫米波段,用來制作表面天線及某些微波元件.
一般對(duì)微波傳輸線基本要求是:能量損耗小、傳輸效率高、功率容量大、工作頻帶寬、尺寸均勻等。目前,微波波段使用最多的是矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線.
分布參數(shù)及分布參數(shù)電路
傳輸線有長(zhǎng)線和短線之分,所謂長(zhǎng)線是指傳輸線的幾何長(zhǎng)度與線上傳輸電磁波的波長(zhǎng)比值(電長(zhǎng)度)大于或接近于1,反之成為短線.
長(zhǎng)線和短線只是一個(gè)相對(duì)概念,均相對(duì)電磁波波長(zhǎng)而言,長(zhǎng)線并不意味著幾何長(zhǎng)度很長(zhǎng),而短線也并不意味著幾何長(zhǎng)度很短。例如在微波領(lǐng)域中,1M的傳輸線對(duì)于1000MHZ(波長(zhǎng)30cm)的電磁波而言屬于長(zhǎng)線,在電力系統(tǒng)中1000MHz的輸電線對(duì)于頻率50Hz(波長(zhǎng)為6000KM)的交流而言卻是短線,根據(jù)傳輸線的分布參數(shù),目前主流的RF Mini-Coaxial規(guī)格如下圖所述,不過由于5G、IOT等應(yīng)用將采用更高的頻率,從過去的3GHz以下逐漸上升為6GHz甚至2~30GHz,頻率不斷升高的過程中對(duì)線材和板材損耗都會(huì)有非常高的要求,在高頻率下如何做到更低損耗也成為5G天線的一大挑戰(zhàn),此外,由于5G的Massive MiMO天線數(shù)目和復(fù)雜度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G的有源天線系統(tǒng),所以對(duì)于降低天線板的尺寸提出了更高的要求,根據(jù)最新的線纜情報(bào),未來將主流為0.61或者0.64,配合平板和手機(jī)來追求輕薄的體驗(yàn).
根據(jù)RF傳輸線的分布參數(shù),可分為均勻分布參數(shù)和不均勻分布參數(shù),我們主要研究的分布參數(shù),是沿線均勻分布,不隨位置而變化,均勻傳輸線一般有四個(gè)分布參數(shù),分別用單位長(zhǎng)度傳輸線分布電阻、分布電導(dǎo) 、分布電感 、分布電容 來描述,他們的值取決于傳輸線的類型、尺寸、導(dǎo)體材料和周圍介質(zhì)參數(shù),可用靜態(tài)法求得,主流的測(cè)試驗(yàn)證參數(shù)為特性阻抗,衰減(Insertion Loss),駐波比(VSER)或者RL
針對(duì)天線的演進(jìn)方向,各相關(guān)廠商提出了1+1雙子星布局,即一個(gè)扇區(qū)兩面天線,一面天線為超寬頻超多端口天線可支持2G/3G/LTE所有系統(tǒng),亦可支持向4.5G演進(jìn),我們稱之為高階MIMO,另一面天線則為5G massive MIMO天線,可支持3.5G/4.8G毫米波等5G覆蓋頻譜,從現(xiàn)在來看,運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部也是非常認(rèn)可這種觀點(diǎn),另外在5G規(guī)模建設(shè)時(shí),可能64TR massive MIMO的場(chǎng)景,只能針對(duì)超高流量熱點(diǎn)的,針對(duì)通用廣覆蓋,我們提出性價(jià)比較高的4G+、16TR及16TR解耦模式,我們預(yù)期,以上天線產(chǎn)品演進(jìn)方向及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),在5G時(shí)代的未來10年都會(huì)是主流技術(shù),都會(huì)有強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)力.
另外,隨著車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的到來,各種車載天線和近場(chǎng)天線也會(huì)興起...需求巨大
總體而言,新一代通訊技術(shù)5G的出現(xiàn)正推進(jìn)著電子行業(yè)的巨輪往各方面突破,諸如主板工藝、天線設(shè)計(jì)、電池續(xù)航、對(duì)供應(yīng)鏈的把控力等等,顯然廠商接下來要迎接的挑戰(zhàn),遠(yuǎn)比我們想象中的要多,手機(jī)因通訊技術(shù)的變化而改變,正如過去的手機(jī)從物理鍵盤變成觸屏、從電話變成萬物互聯(lián)的起點(diǎn)、轎車從有人到無人駕駛,新通訊技術(shù)的出現(xiàn)讓手機(jī)有了新形態(tài)的可能,接下來的手機(jī)和電子產(chǎn)品的線材需求設(shè)計(jì)和要求,會(huì)因為 5G 而變成什么樣,仍有待我們共同去見證,我們很幸運(yùn)可以見證這么多,我們也正再見證變革!
三 :附加:“微波傳輸線有關(guān)特性阻抗、電壓駐波比、衰減的概念”
依據(jù)傳輸的訊號(hào)型式不同,量測(cè)出的阻抗可以分為以下三種,和大家一起分享討論下
單端阻抗 Zse (Single Ended)
差動(dòng)阻抗 Zdiff (Differential Mode)
同模阻抗 Zcom (Common Mode)
現(xiàn)實(shí)的線路不可能做到完全匹配,故訊號(hào)在線路中傳輸其實(shí)是一連串的穿透(吸收)及反射的結(jié)果.
單端阻抗 Zse (Single Ended)
Single Ended(單端式)
優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單的訊號(hào)處理,線材成本低(Coaxial)除外.
缺點(diǎn):工作電壓較高,高頻容易干擾.(Coaxial除外,此結(jié)構(gòu)最不受干擾)
測(cè)試用途:一般而言儀器的端口是以單端50Ω的阻抗最為常見,如欲以NA量測(cè)“差分訊號(hào)”時(shí),需經(jīng)由Bulan裝換將NA的“單端訊號(hào)”轉(zhuǎn)換成差分訊號(hào),TDR的“單端訊號(hào)”轉(zhuǎn)成“差分訊號(hào)”或“同模訊號(hào)”時(shí),只需設(shè)定儀器端口即可.
同模阻抗 Zcom (Common Mode)
Common mode(共/同模)
優(yōu)點(diǎn):基本上同模傳輸是用以模擬雜訊或者作為量測(cè)線材平衡特性的用途,一般不用在線纜路線上的訊號(hào)傳輸.
差動(dòng)阻抗 Zdiff (Differential Mode)
Differential mode(差分/差動(dòng))
優(yōu)點(diǎn):低電壓,有抵消同模雜訊的功能(高頻性能/價(jià)格比,最優(yōu))
缺點(diǎn):訊號(hào)處理成本較高.
測(cè)試用途:特性阻抗是指電纜無限長(zhǎng)時(shí)的阻抗,電纜的特性阻抗是一個(gè)復(fù)雜的特性,它是由電纜的各種物理參數(shù)如:電感、電容、電阻的值決定的,而這些值又取決于導(dǎo)體的形狀、同心度、導(dǎo)體之間的距離以及電纜絕緣層的材料,阻抗的突變會(huì)造成訊號(hào)的反射而使訊號(hào)傳輸產(chǎn)生變化和突變.
特性阻抗是由d, D,Σr 所決定b. 特性阻抗和長(zhǎng)度無關(guān),同軸線影響阻抗的因素﹕ 介電常數(shù)﹔絕緣線徑﹔導(dǎo)體線徑.
介電常數(shù)是材料本身固有的﹐不同的材料具有不同的介電常數(shù) , 可通過發(fā)泡度的大小來改變介電常數(shù)的大小﹐即發(fā)泡度增大—介電常數(shù)減小—阻抗增大﹔發(fā)泡度不均勻—介電常數(shù)不均勻—阻抗不均勻。
絕緣線徑﹕絕緣線徑增大—阻抗增大﹔絕緣線徑不均勻—阻抗不均勻。
導(dǎo)體線徑: 導(dǎo)體線徑增大—阻抗減小﹔導(dǎo)體線徑不均勻—阻抗不均勻。 設(shè)計(jì)改善:阻抗偏小,加大線徑或加大發(fā)泡度 工藝改善:水中電容調(diào)小,對(duì)絞時(shí)注意防止芯線變形,同軸編織時(shí)注意張力調(diào)節(jié)等.
對(duì)絞線影響阻抗的因素﹕ 介電常數(shù)﹔絕緣線徑﹔導(dǎo)體線徑﹔對(duì)絞節(jié)距﹔繞包松緊(對(duì)屏蔽)﹔成纜節(jié)距﹔成纜包帶松緊﹔編織的松緊﹔外被的松緊
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發(fā)泡度:發(fā)泡度增大—介電常數(shù)減小—阻抗增大﹔發(fā)泡度不均勻—介電常數(shù)不均勻—阻抗不均勻.
絕緣線徑﹕絕緣線徑增大—阻抗增大﹔絕緣線徑不均勻—阻抗不均勻.
導(dǎo)體線徑: 導(dǎo)體線徑減小—阻抗增大.
對(duì)絞節(jié)距﹕ a)非屏蔽線對(duì)﹕對(duì)絞節(jié)距減小—阻抗減小﹔ b)屏蔽線對(duì)﹕對(duì)絞節(jié)距增大—阻抗減小﹔
繞包﹕繞包張力大—鋁箔緊—阻抗小.
成纜節(jié)距(非對(duì)屏蔽)﹕成纜節(jié)距減小—阻抗減小.
成纜包帶(非對(duì)屏蔽) ﹕成纜包帶緊—阻抗減小.
編織的松緊(非對(duì)屏蔽) ﹕編織緊—阻抗減小.
外被的松緊(非對(duì)屏蔽) ﹕外被緊—阻抗小.
電壓駐波比為英文Voltage Standing Wave Ratio的簡(jiǎn)寫是指反射波比入射波疊加結(jié)果在線纜上形成駐波,造成射線各點(diǎn)的電壓和電流的振幅不同,以Z/2的週期變化,我們定義相鄰的波峰點(diǎn)與波谷點(diǎn)的電壓振幅之比,稱之為電壓駐波比“VSWR”,一般我們用NA來量測(cè).
駐波比就是一個(gè)數(shù)值,用來表示天線和電波發(fā)射臺(tái)是否匹配,如果 SWR 的值等于 1, 則表示發(fā)射傳輸給天線的電波沒有任何反射,全部發(fā)射出去,這是最理想的情況。如果 SWR 值大于 1, 則表示有一部分電波被反射回來,最終變成熱量,使得饋線升溫。被反射的電波在發(fā)射臺(tái)輸出口也可產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓,有可能損壞發(fā)射臺(tái).
負(fù)載等于參考電壓駐波比=1
駐波比要求的線材主要用于Notebook,移動(dòng)電話,GPS,量測(cè)儀器,藍(lán)牙技術(shù)等.
當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播的時(shí)候,由于制程不穩(wěn)定因素的影響,信號(hào)在阻抗不均勻的地方會(huì)形成反射,這時(shí)傳輸線上會(huì)同時(shí)存在反射波和入射波,在入射波和反射波相位相同的地方電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax,而在入射波與反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin,最大電壓振幅Vmax與最小電壓振幅Vmin的比值就稱為電壓駐波比
電壓駐波比越接近于1越好.
應(yīng)用在實(shí)際Cable生產(chǎn)上的參數(shù)特性及舉例說明(制程參數(shù)的影響因數(shù))
導(dǎo)體OD的穩(wěn)定性和光潔度
芯線OD的穩(wěn)定性及同心度的大小
對(duì)絞節(jié)距的穩(wěn)定性,絞距過小,導(dǎo)致導(dǎo)體變形引起阻抗波動(dòng).
機(jī)臺(tái)的不穩(wěn)定性,引起阻抗不穩(wěn)定
導(dǎo)體均勻性﹑絕緣均勻性﹑發(fā)泡度均勻性﹑結(jié)構(gòu)尺寸均勻性
1) 導(dǎo)體直徑不均勻﹑導(dǎo)體有彎﹑導(dǎo)體不圓﹔
2) 絕緣芯線偏心﹑橢圓﹑線徑不均勻﹔
3) 發(fā)泡度不均勻﹔
4) 編織與外被的松緊也可引起回波的產(chǎn)生﹔工藝改善: 芯線制做均勻,導(dǎo)體圓整度,絕緣偏心度,收放線張力穩(wěn)定.
?衰減(Attenuation)高頻電子訊號(hào)在傳動(dòng)時(shí)由于基本材料電阻,產(chǎn)生訊號(hào)強(qiáng)度(電壓)降低以外,尚有因高頻引發(fā)的Impedance,導(dǎo)致電子訊號(hào)強(qiáng)度再被降低,基本電阻的衰減取決于導(dǎo)體材質(zhì)可稱直流衰減,電容電感的衰減取決于頻率高低可稱交流衰減,且頻率越高此衰減越嚴(yán)重.
衰減(Attenuation)測(cè)試分析
Z0表示傳輸線特性阻抗,單位為Ω(傳輸線理論)
理論上,這雖是頻域中的衰減,但衰減卻與頻率沒有內(nèi)在聯(lián)繫,然而事實(shí)上,在現(xiàn)實(shí)世界中,對(duì)于非常好的傳輸,由于趨膚效應(yīng)的影響,單位長(zhǎng)度串聯(lián)電阻隨著頻率的平方根增加;由于介質(zhì)損耗因數(shù)的影響,單位長(zhǎng)度并聯(lián)電導(dǎo)隨著頻率而增加,這意味著衰減也會(huì)隨著頻率的升高而增加,高頻率正弦波的衰減要大于低頻率的衰減。
隨著頻率的升高,介質(zhì)引起衰減的增加速度要比導(dǎo)線引起衰減的增加速度快,那麼會(huì)存在某一頻率,使得在這一頻率之上時(shí)介質(zhì)引起的衰減處于主導(dǎo)地位.
低衰減因素
低衰減可歸于下列因素:
a.很大的中心導(dǎo)體直徑(d)或絕緣介電材質(zhì)的直徑。
介電材質(zhì)能防止高頻能量經(jīng)由電阻成份散逸而保存的能力.介電材質(zhì)散逸
系數(shù)越低, 代表其傳遞高頻能量之能力越高。
b.中心導(dǎo)體直徑或覆被低阻值。
c.低介電系數(shù)。
d.低的集膚效應(yīng)深度
如果ATT數(shù)值越趨近于0時(shí),表示訊號(hào)損耗的情況越少。反之,ATT數(shù)值越負(fù)(越小)時(shí),表示訊號(hào)損耗的情況越嚴(yán)重.
1. 芯線的皮厚
2. 附著力不穩(wěn)定及芯線外觀不良粗糙
3. 芯線的絕緣材質(zhì)
4. 導(dǎo)體的大小
5. 測(cè)試線材的長(zhǎng)短
6. 測(cè)試的環(huán)境及線材的屏蔽效果(遮蔽率)
材料衰減:有電壓的情況下,分子會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng),擺動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱 量,即而把部分能量轉(zhuǎn)化為熱能.
導(dǎo)體衰減:導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱,消耗的為熱能
反射衰減:遇到材料不均勻點(diǎn)
不同線種的應(yīng)用設(shè)計(jì)理論重點(diǎn)
電線主要分為兩種,一種為同軸系列,一種為對(duì)絞系列
同軸線影響衰減的因素﹕阻抗﹑絕緣線徑﹑導(dǎo)體直徑﹑編織錠子數(shù)﹑每錠根數(shù)。
1) 阻抗增大—衰減減小﹔
2) 絕緣線徑增大—阻抗增大—衰減減小﹔
3) 導(dǎo)體直徑增大—衰減減小﹔
4) 發(fā)泡度增加—介電常數(shù)減小—衰減減小﹔
5) 外導(dǎo)體變化的影響
a) 編織密度增加—衰減減小﹔
b) 編織+鋁箔結(jié)構(gòu)—衰減減小﹔
c) 鋁箔厚度增加—衰減減小﹔
對(duì)絞線-
對(duì)屏蔽厚度﹕ 鋁箔厚度增加—衰減減小﹔ 鋁箔厚,繞包時(shí)不容易繞緊﹐可導(dǎo)致高頻衰減跳動(dòng)。
7) 成纜節(jié)距: 成纜節(jié)距增大—衰減減小﹔
8) 總屏蔽: 屏蔽厚度及密度增加—衰減減小﹔
9 )對(duì)內(nèi)延時(shí)差大—衰減偏大。設(shè)計(jì)改善:衰減偏大,加大導(dǎo)體線徑,加大絕緣線徑,加大發(fā)泡度,更改絕緣材料.(降低介質(zhì)損耗角正切)工藝改善:芯線押出時(shí)盡量圓整,發(fā)泡度均勻,水中電容調(diào)小.
在衰減參數(shù)的應(yīng)用里面一般有兩個(gè)系數(shù)比較重要,如附表
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