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  • 關于射頻同軸連接器的功率容量探討

    2022-01-26 來源:射頻問問 作者:RFTOP-不惑 字號:

    作者:RFTOP 產品經理 不惑

    最近RFASK射頻問問上有用戶提問:N型接頭的產品,支持最大功率是多少W?大家可以通過點擊閱讀原文參與解答。今天我們就來討論下射頻同軸連接器的功率容量問題。

    同軸射頻連接器是微波領域中重要的射頻傳輸元件,在各類微波器件/組件、微波通信設備、儀器儀表及雷達系統中廣泛應用。

    射頻同軸連接器類型

    近幾年來隨著無線通信和雷達技術的飛速發展,要想提升系統的發射距離,務必要提高系統的發射功率。射頻同軸連接器作為整個微波系統的一部分,需要能夠承受大功率能力的傳輸要求。同時射頻工程師也需要經常進行大功率測試與測量,各類測試用的微波器件/組件同樣也需要能夠承受大功率的能力。

    這些都對射頻同軸接頭功率容量提出越來越高的要求,功率容量也是評價射頻同軸連接器質量好壞的重要指標,那么對于射頻同軸連接器的功率容量大家了解多少呢?

    射頻同軸連接器的功率容量是一個比較復雜的問題,對它能夠產生影響的因素很多,且部分因素會相互影響,主要包括:接頭尺寸(含針孔尺寸)、工作頻率、主體材料、絕緣介質的材料、接觸可靠性、接觸電阻、電壓駐波比、環境溫度、海拔高度等。下圖是Megaphase給出的不同射頻接頭在不同頻率下的功率容量推薦值,大家可以在設計射頻產品時根據產品工作頻率和承受功率來選擇合適的接頭。

    rf connector power handling 射頻連接器功率容量表  來源:Megaphase

    接下來我們來詳細介紹一下影響射頻同軸連接器功率容量方面的各個因素。

    接頭尺寸

    對同一頻率的射頻信號,尺寸大的接頭的功率承受大。比如接頭針孔尺寸關系到連接器的電流容量,直接關系到功率。在各種常用的射頻同軸接頭中,7/16(DIN)、4.3-10、N型接頭尺寸相對較大,對應的針孔尺寸也較大,一般N型接頭的功率承受約為SMA的3-4倍。加上N頭更常用,這也是市面上銷售的200W以上衰減器、負載等無源器件大部分都是N型接頭的原因,大家通過RFbuy射頻商城可以很方便的查詢大功率負載、衰減器等無源微波器件。

    工作頻率

    射頻同軸接頭的功率承受會隨信號頻率變高而降低,傳輸信號頻率的變化直接導致損耗和電壓駐波比變化,從而影響到傳輸功率容量,還有趨膚效果等。例如一般的SMA接頭,在2GHz的功率承受約為500W,在18GHz下的平均功率承受不到100W。通過RFbuy射頻商城查詢,頻率高于18GHz的衰減器、負載等無源器件,平均功率承受大部分都在100W以內。針對毫米波的頻段,像1.85mm 67GHz固定衰減器在平均功率承受10W以內,1.85mm 67GHz負載平均功率承受在22W以內。2.92mm的衰減器和負載可以選擇的就比較多,平均功率承受最高可達100W。

    電壓駐波比

    RF 連接器在設計時規定了一定的電長度,在有限長度的線路中,特性阻抗和負載阻抗不相等時,從負載端有一部分電壓和電流,被反射而回到電源側的波,稱為反射波;從電源到負載的電壓和電流稱為入射波。入射波和反射波的合成波,被稱為駐波。駐波的電壓最大值和最小值之比,稱為電壓駐波比(亦可成為駐波系數)。反射波占用通道容量空間,致使傳輸功率容量降低。

    接入損耗

    插入損耗(IL)是指由于RF連接器的引入導致線路上功率的損耗。定義為輸出功率與輸入功率之比。使連接器插損增大的因素很多,主要有:特性阻抗的不匹配、裝配精度誤差、配合端面間隙、軸線傾斜、橫向偏移、偏心、加工精度及電鍍等所造成。由于損耗的存在使輸入與輸出功率之間存在差別,也會影響承受功率。

    海拔氣壓

    氣壓變化導致空氣段介電常數產生變化,且低壓時空氣易電離產生電暈。海拔高度越高,氣壓越低,功率容量越小。

    接觸電阻

    RF連接器的接觸電阻是指連接器插合時內外導體接觸點的電阻,一般在毫歐級,數值應盡量小。它主要考核接觸件的機械性能,測量時應去除體電阻、焊點電阻的影響。接觸電阻的存在會導致接點發熱,從而難以傳輸較大功率的微波信號。

    接頭材料

    同一種接頭,使用材料不同,功率承受也會不一樣。

    總結

    以上所述功率承受指連續波功率,如輸入功率為脈沖則功率承受還要高些。由于以上原因均為不確定因素,且會相互影響,沒有公式可以直接計算,故單獨連接器一般不給出功率容量值指標,只有在衰減器、負載等微波無源器件的技術指標中才會標定功率容量及瞬時(小于5μ秒)最大功率指標。注意如果傳輸過程的匹配不好,駐波過大,則接頭上承受的功率有可能大輸入功率。一般為安全起見,在接頭上加載的功率不應超過其極限功率的1/2。

    主題閱讀:射頻同軸連接器
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