同轴电缆是什么意思?它的最大频率有多高?
同轴电缆在传输中具有可靠性、高带宽、低损耗、高隔离度的优点,成为射频和微波应用中最常用的传输线。广播电视、雷达、GPS、应急管理系统、飞机和船舶等传输设备的主要制造商采用同轴电缆。同轴电缆的用途复盖了信号损失和衰减的系统。与波导不同,同轴电缆不存在最低截止频率,但其最大频率如何?
频率
与其他电磁频谱部分相同,射频部分也以单位为赫兹(Hz)的频率或单位为米的波长表征。这两个物理量之间有反比关系——频率越高,波长越短,相反。射频信号的强度以瓦为单位。频带是指射频频谱的某个指定部分,如无线电广播中使用的AM和FM频带。另外,频段内的某一部分称为带宽。频率表示交流(AC)电流每秒的交换次数和周期数。例如,广播电台以每秒几千周期的频率工作,因此其频率被称为千赫(kHz)。比千赫高的频率是兆赫(MHz),每秒有数百万周期。射频是指主要用于广播电视信号传播的3MHz~3GHz频带,微波频带涵盖0.3~3GHz的特高频(UHF)、3~30GHz的超高频(SHF)和30~300GHz的极高频(EHF)三个频带。
最大频率
除了一些特殊情况外,大多数同轴电缆实际上没有特定的阻塞频率。相反,同轴电缆中使用的截止频率一词是指制造商测试的最高频率,或者将同轴电缆转换为波导,或者发生横向电磁模型(TEM)以外的模型的频率。由此可见,同轴电缆的截止频率是指技术规格内的最高频率,或者为了避免横磁(TM)的传播模型和横电(TE)的传播模型,合理地设定在这样的传播模型发生频率下的频率上。同轴电缆在TEM模具截止频率高的频率下也能传输信号,但TM和TE模具的效率极低,对很多应用程序来说并不理想。
截止频率和皮肤的深度
趋势深度和截止频率是讨论同轴电缆频率时的两个重要概念。同轴电缆包括芯线和接地外屏蔽层两种导体。高频率下,电子朝导体表面转移,同轴电缆发生皮肤倾斜效果。该效果可导致衰减增大、介电层升温、同轴线阻力损失增大。采用大直径同轴电缆可以减少皮肤倾斜效果造成的损失,同时同轴电缆尺寸的增大可以降低最大频率。具体来说,当电磁能源的波长超过横向电磁模(TEM)时,它将开始沿同轴线弹跳前进。这就是所谓的横电11型(TE11),导致同轴电缆到达截止频率。由于新型传输模型的频率和传输速度与TEM模型不同,因此会发生反射,干扰沿同轴电缆传输的TEM模型信号。该频率称为上限频率或截止频率。
在截止频率下,电磁系统传输的能量开始因衰减而下降,或者因反射而不能继续沿线传输。TE和TM模型是沿着同轴线传播的最低阶段模型。TEM模型的电场和磁场与传播方向交叉,理想的TEM模型可以以任何频率传播。超过期限频率会刺激更高级的传播模式。其中,TE11模型是第一个这样的高级模型。为了获得清晰的信号,必须保证只有一个传播模式,因此信号频率必须保持在截止频率以下。减少同轴电缆的尺寸可以提高截止频率。这样可以将同轴电缆和同轴连接器的截止频率提高到毫米波频率。但另一方面,物理尺寸的缩小也会降低电力处理能力,增加损失。