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戈老师开讲——微波电缆组件的那些事(2)

恒星科技Planetec2018-12-05 16:21:35



     上一讲,我们介绍了一些电缆组件的基础知识,这一讲我们重点介绍一个在电缆组件中非常重要的概念,也是实际应用中经常会遇到的一个问题——电缆组件之间的相位匹配(相位一致性)!  


14、相位/时间匹配:基础知识

专业术语“相位匹配”和“时间匹配”——它们通常在很大程度上可以互换使用。在传统微波领域的客户(Northrop Grumman诺思罗普·格鲁曼, Boeing波音, General Dynamics通用动力等)都倾向于要求相位匹配的电缆组件; 与数字信号处理等密切相关的客户(例如Teradyne泰瑞达,Alcatel阿尔卡特,Tektronix 泰克等等)通常会要求时间匹配的电缆组件。频域/时域是经常与相位/时间匹配联系在一起的专业术语,为了解释这些术语,下面我们来举个例子,用跟各位无比亲密的东西作个类比——工资,比方说你的工资每个月支付一次,或每年支付12次,那12次一年就是频域的表达,它描述事件发生的频率。现在换个角度,考虑到3天前你刚收到你最近的薪水,那么你的下一笔工资将在27天后到账,这就是一个时域表达式,你正在决定什么时间会发生什么事情。

(1)相位匹配跟频域相关,电缆长度用特定频率的相位度数来表示,

问:“用户您好,在你感兴趣的频率上电缆的相位长度要多少度?”

答:“电缆必须在26.5GHz时有30000度那么长!”

(2)时间匹配跟时域相关,电缆长度用信号通过电缆组件所花费的时间来表示,

问:“用户您好,电缆长度要多少纳秒?”或更简单一点“用户您好,您需要的时延是多少?”答:“电缆必须是2.4ns那么长!”

正如最开始我们所介绍的,这两个术语实际上是可以互换的。意思是,36英寸长的GORE电缆组件的相位长度为23328度@18GHz(频域表达式)或3.6纳秒(时域表达式)的时间延迟。当我们谈论一组匹配的电缆组件时,我们正在比较它们的相位长度或时延,确保电缆组件之间的相位或时延的差异都在用户指定的范围内!

Tips:相位长度或时间延迟也可以粗略地称为电缆组件的电长度。

 

15、相位/时间匹配:匹配类型

存在两种不同的匹配类型:

(1)绝对匹配_——单个或多个电缆组件都具有特定的时间延迟或相位长度:目标值±公差值,公差值由用户提供,时延或相位长度的目标值可以由用户决定也可以由GORE决定。

优点:在用户需要大量的匹配电缆组件时,这是一个好办法。如果其中一个电缆组件发生损坏或丢失,你可以单独更换它,同时跟其他未更换的电缆组件保持匹配,你也可以增加新的电缆组件。

缺点:通常比相对匹配(后面会介绍)的电缆组件更贵,特别是组件数量很多时。另外,当公差值给的非常小时,也更难生产。

应用实例:

实例1:客户需要6个电缆组件,36英寸长,相位匹配±2度@10GHz(客户没有给出目标值,因此由GORE决定);

实例2:客户需要1个电缆组件,时延3.6纳秒±0.002纳秒(客户确定延时目标值);

实例3:客户需要12个48英寸长的电缆组件,具有相位长度目标值20736度@ 12 GHz±5度(客户确定相位长度目标值)

(2)相对匹配——两个或多个电缆组件的相对时延或相位长度落在指定的匹配窗口内,窗口值由客户提供。请注意,在相对匹配中,不要管相位长度或时延的绝对值,唯一的要求是组件之间的相对时延或相位长度值能满足客户的匹配窗口要求。

优点:跟绝对匹配的电缆组件相比,生产成本和生产难度都大大降低,尤其是需要大量匹配电缆组件时,这一点尤其明显。

缺点:如果其中一个电缆组件发生损坏或丢失,则所有的电缆组件都必须更换。

应用实例:

实例1:客户需要6个电缆组件,36英寸长,相对相位匹配窗口4度@10GHz;

实例2:客户想要32个电缆组件,长18英寸,相对时延匹配窗口2ps,最终结果将是16个组件,其中任意2个组件之间的相对时延在2ps之内;

实例3:客户需要200个电缆组件,24英寸长,相对时延匹配窗口2.5ps以内。最终结果将是200个组件,从最短到最长的时延,相差不超过2.5ps;

请记住,任何上述示例都可以从时域(时间匹配)转换到频域(相位匹配),反之亦然。为了给出相位匹配的指标,频率信息是必要的,如果是为了给出时间匹配的指标,频率则不必要,当然,频率信息对实际应用是很有帮助的。

 

16、相位/时间匹配:实践

相位/时间匹配电缆组件的定价是根据生产难度计算出来的,更严格或更难的匹配公差(高难度的匹配电缆组件)意味着更低的成品率,因此价格更高。如果根据客户的要求,计算出来的成品率只有50%或更低时,会受到“墙裂”的质疑——请寻求Gore应用工程师的协助来解决此类请求。

绝对匹配电缆组件和相对匹配电缆组件之间的差价约为8%,绝对匹配的更昂贵。

绝对匹配的电缆组件允许在一个或多个电缆被替换的同时仍能保持匹配。而相对匹配的电缆组件在发生丢失或损坏时,则必须更换整组电缆组件以保持匹配。这些都是客户需要考虑的要点,特别是在匹配电缆组件数量庞大,或是单根电缆组件成本很高的时候。

还有一点非常非常重要,在与用户讨论相位/时间匹配时,一定要说明:电长度优先于物理长度。在达到特定的物理长度(具有严格的公差)的同时,保证达到特定的电长度(具有严格的公差)是非常非常困难的。除非另有规定,一般情况下都是电长度优先,物理长度随电长度而定。

有时候用户并不很清楚的知道他们需要怎样的匹配电缆组件,他们只知道他们需要匹配电缆组件。请寻求Gore应用工程师的协助来解决此类请求。

还有一个要点,是关于幅度匹配的。Gore可以提供相位/时间匹配电缆组件,也可以提供幅度匹配电缆组件,但无法提供同时满足相位/时间匹配和幅度匹配的组件。通常,幅度匹配是指一个或多个电缆组件在指定的频率或频带上,插入损耗相互匹配,匹配指标可以是相对值,也可以是一个特定的插损值±公差,请寻求Gore应用工程师的协助来解决此类请求。

在理想条件下,Gore可以达到亚皮秒级别的匹配公差(1 x 10-12秒或0.000000000001秒),要达到这个级别的匹配,取决于所使用的连接器类型、应用条件和组件的长度。如有任何疑问,请寻求Gore应用工程师的协助。


17、微波/射频连接器

微波/射频行业很早就意识到连接器标准化的需求。建立标准连接器类型,意味着各种组件(电缆,各个厂商生产的仪器,天线等)可以很容易地互相连接,方便制造商和客户选用。我们看一些日常生活中连接器标准化的例子:家中的电源线插头和墙面插座,连接电话线的插孔,PC打印机接口和DVD播放器上的RCA插孔连接器。。。

微波连接器可以分为两类:螺纹式和推拉式。

螺纹式连接器,顾名思义,通过螺纹连接公头和母头,使用力矩扳手拧紧连接器。

推拉式连接器不使用螺纹连接机构,阴头和阳头被简单地用手压在一起,在一些设计中,会把将连接器连接在一起的保持机构设计在连接器中,这会使得连接器连接到一起时,能听到“咔哒”一声!对于其他设计,连接器连接的保持力由外部提供,比如连接块。

微波连接器,特别是螺纹式连接器都有明确的频率限制。 这些都是行业标准,请参考下面的图片,(图片由Gore的Kelly Duvall整理贡献)

                           


GORE的推拉式微波连接器系列也在国防,航天和高速数字信号客户中非常受欢迎,小尺寸、易连接和高密度使其非常有吸引力,是常规螺纹式连接器的替代方案。

GORE使用如下三种名称来销售这一类连接器:SMP、SMPM、GORE 100。

SMP(Sub-Miniature Push-on)和SMPM(Sub-Miniature Push-on Mini)是行业通用的连接器名称,是由Gilbert公司发明首创的。

GORE推拉式连接器有如下3种基本元件:


Bullet – 两端都是同轴母头

Socket – 一个简单的插座, 通常用作连接电缆

Shroud – 一个阳头, 通常用作连接印制板,有时也连接电缆

 

下图显示了GORE的SMP,SMPM,GORE 100三种推拉式连接器的性能和相对大小(以Bullet连接器为例)。下面给出尺寸让大家找一下感觉,SMP—外径0.134”长度0.254”,SMPM外径0.108”长度0.210”GORE100外径0.070”长度0.100”GORE的SMP、SMPM和GORE 100可以用于各种推拉式连接,例如单电缆连接,高密度组合式电缆连接,板卡到电缆的安装连接,和板级的安装连接(背板连接)。

关于适用电缆的类型,SMP和SMPM类型限制电缆直径为0.120”或更小,GORE100的电缆直径限制为0.070”或更小。





    戈老师第二讲,今天就到这啦。欲知下文,请继续关注和支持我们公众号哦。再次感谢Gore公司蒲华剑先生&郑登宇先生对本文的指导。想咨询和购买Gore电缆组件的请给小编留言或跟我们各地销售联系。

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