高频线传输性能基础知识
High Speed Cable 高频基本知识简介
High Speed Cable 高频基础知识简介January 17, 2014Jet Shen前言随着科技的进步,人类对信息通讯产品愈加倚赖，信息电子产品之指令周期传输信息量皆大幅提升，电子零组件之高频特性愈发重要。
例如，PCB、线缆、连接器等过去被视为单纯桥接作用之组件，现有规格都增加了衰减(Insertion Loss)、回损（Return Loss）、特性阻抗(Impedance)、串音(Cross talk)、传输延迟(Propagation delay)、Propagation delay skew、隔离效果(Shielding effectiveness)、等高频特性要求。
内容目录高频的概念高频的参数高频的测试高频与制程的联系高频的概念多快才算高频?一般而言,当待测物长度>( 或=) 信号波长1/10. (有些数据定为波长1/20)我们经常见到的高频传输cable有USB3.0, SATA, SAS, Infiniband, PCIe, Mini-SAS, QSFP, SFP+….等.高频的概念----时域和频域时域和频域的关系•对同一对象的不同观察角度“时域”用来观察信号随着时间轴变化的情形“频域”用来显示信号在不同频率点上的能量分布状况•频域和时域的信息可以藉由傅利叶变换(Foruier Transform)来转换•用于时域的仪器:示波器和TDR(Time Domain Reflectometry)•用于频域的仪器频谱分析仪和网络分析仪(Network Analyzer)高频的概念----时域和频域时域和频域的关系振幅(能量)时域测试方法频域测试方法高频的概念----dBdB值的观念与定义均由能量(Energy) 或功率(Power)的观点出发( Power等于Energy对时间的微分, 或单位时间输出的能量)，dB值重要处在于:1. 对数值显示可以看更广的范围。
2. 仪器制造商以dB值来表示产品性能。
高频电子技术知识点
高频电子技术知识点高频电子技术是电子工程的一个分支领域，主要研究与应用高频信号处理技术和射频通信技术。
在通信、电子、电力、军事等领域中，高频电子技术都有着广泛的应用。
下面，我将就高频电子技术相关的知识点进行介绍。
一、基础电路元件电感：电感是利用电磁感应现象工作的元件，一般用L表示。
电感具有隔直阻交和储存磁能的特性。
高频电子中，电感常用于电路匹配、功率分配、滤波、耦合等。
电容：电容是在两个导体之间存在电场时，储存电荷的元件，一般用C表示。
在高频电子中，电容常用于隔交阻直、调谐、滤波、匹配、降噪等。
电阻：电阻是对电流流动的阻碍，一般用R表示。
在高频电子中，电阻常用于衰减、匹配、限流等。
二、射频器件管子：管子是射频放大中使用的一种器件，有普通三极管、场效应管、双极晶体管、集成放大器等。
管子有非常优秀的放大特性，广泛应用于射频功率放大、频率转换和混频等方面。
二极管：二极管主要用于小信号放大、检波、调制解调等。
常见的二极管有普通二极管、肖特基二极管、调制二极管、开关二极管等。
三极管：三极管在射频电路中被广泛应用，常见的三极管有高频三极管、大功率放大器三极管、全晶体三极管等。
三、射频传输线导线：导线也是射频电路中常见的元件，例如信号传输、匹配等器件组件。
导线的线径和长度会对射频信号的传输和损耗产生影响。
同轴电缆：同轴电缆是一种高频传输线路，具有很好的抗干扰性、低损耗特性和屏蔽性能。
同轴电缆具有较高的传输质量，常用于电缆电视、长距离干扰抑制等方面。
四、射频滤波器低通滤波器：低通滤波器可通过控制高频电路中的信号频率及其它参数，将高频电路中信号的高频成分滤除。
低通滤波器在通信系统中广泛应用，例如对去噪、数据整流处理等方面。
带通滤波器：带通滤波器是一种能够使某一频率范围内的信号通过的滤波器，可以通过对信号的频率范围的选择，使所需要的信号通过，而剩余的信号被滤除。
通常应用到在射频前端的所谓前置选频。
五、多路复用频分复用：频分复用是一种将多路低速信号合成成一个高速信号进行传输的技术。
《高频电子技术》课件
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带阻滤波器允许除某一频段外的信号通过，抑制该频段信 号。
滤波器的性能指标
通带和阻带性能
插入损耗
通带和阻带的边缘频率、带宽等参数决定 了滤波器的频率选择性和抑制能力。
滤波器对有用信号的衰减程度，以dB为单 位表示。
群时延
稳定性
滤波器对信号相位变化的量度，反映信号 通过滤波器的速度。
振荡原理
高频电子电路中的元件通 过正反馈和负反馈等机制 ，产生振荡信号，实现信 号的调制和解调等功能。
传输线原理
高频电子电路中的信号传 输遵循传输线理论，信号 在传输过程中会受到线路 的分布参数影响。
03
CHAPTER
高频电子技术中的放大器
放大器的分类与特点
分类
按功能可以分为电压放大器、功率放 大器、跨导放大器等；按频率可分为 低频放大器、高频放大器、微波放大 器等。
特点
高频放大器具有较高的增益和带宽， 能够放大微弱的高频信号；低频放大 器具有较低的噪声系数和较好的线性 度，适用于放大低频信号。
放大器的性能指标
增益
放大器的输出信号幅度与输入信号幅 度之比，反映了放大器的放大能力。
带宽
放大器能够正常工作的频率范围，反 映了放大器的频率响应能力。
线性度
放大器在小信号和大信号输入下的性 能差异，反映了放大器的失真程度。
频率范围
高频电子电路的工作频率范围，通常指几百 千赫兹到几百兆赫兹。
带宽
高频电子电路的频率响应范围，通常指电路 能够正常工作的频率范围。
增益
高频电子电路的放大倍数，用于衡量电路的 放大能力。
噪声系数
高频电子电路的噪声与信号比值，用于衡量 电路的噪声性能。
传输线理论基础知识..
根据复数值与瞬时值的关系并假设A1、A2为实数，则沿线电压的瞬时 值为
现在研究行波状态下电压和电流的沿线变化情况。为讨论方便，距离 变量仍然从始端算起，由于U2 − Z0 I0 ＝0，A2=0，U r(z) =0。考虑到γ =α + jβ ，因此公式（2-14）和（2-15）简化为：
（ 2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号的无 畸变传输； （3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大； （4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。 (为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同型式 的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传输作用,但是, 随着工作频率的升高 , 由于导线的趋肤效应和辐射效应的增大使 它的正常工作被破坏 .因此,在高频和微波波段必须采用与低频时 完全不同的传输线形式)
解得：
将上式代入式（2-6）第一式和式（2-7），注意到l − z = z′ ,并整理求得
2.2.2 已知均匀传输线始端电压U1和始端电流I1
将z=0、U（0）=U1 、I（0）=I1代入式（2-6）第一式和式（2-7）便可 求得
将上式代入式（2-6）和式（2-7），即可得
2.3 均匀传输线入射波和反射波的叠加
几种典型传输线的分布参数计算公式列于表1-1中。 表中μ0、ε分别为对称线周围介质的磁导率和介电常数。
有了分布参数的概念，我们可以将均匀传输线分割成许 多微分段dz（dz＜＜λ），这样每个微分段可看作集中参数电 路。其集中参数分别为R1dz、G1dz、L1dz及C1dz，其等效电 路为一个Γ型网络如图1-1（a）所示。整个传输线的等效电路 是无限多的Γ型网络的级联，如图1-1（b）所示。
高频电路设计
高频电路设计Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!是电子工程领域中一项重要的研究方向，它涉及到的频率范围一般在几百兆赫兹至几夸兆赫兹之间。
在通信、雷达、卫星导航等领域，高频电路的设计应用广泛，因此对于工程师来说，了解高频电路设计的原理和方法是非常必要的。
一、高频电路设计的基础知识在进行高频电路设计之前，首先需要了解一些基础知识。
高频电路的特点是在设计时需要考虑电磁波的传输和辐射效应，因此对于传输线、滤波器、功率放大器、混频器等组件的特性要有深入的了解。
高频电子线路第五版课后习题答案
高频电子线路第五版课后习题答案高频电子线路第五版课后习题答案高频电子线路是电子工程中的一个重要分支，其研究的是高频电路的设计、分析和优化。
在学习高频电子线路的过程中，课后习题是巩固知识、提高技能的重要方式。
本文将为大家提供高频电子线路第五版课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
第一章：基础知识1. 什么是高频电子线路？高频电子线路是指工作频率在几十千赫兹（kHz）到几百千赫兹（MHz）之间的电子线路。
它主要应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
2. 高频电子线路的特点有哪些？高频电子线路的特点包括信号失真小、传输损耗小、耦合效应显著、传输线效应显著、元器件参数变化大等。
3. 什么是S参数？S参数是描述高频电子线路中信号传输和反射特性的参数。
S参数包括S11、S12、S21和S22四个参数，分别表示输入端反射系数、传输系数、输出端反射系数和逆传输系数。
第二章：传输线1. 什么是传输线？传输线是一根用于传输高频信号的导线。
常见的传输线有平行线、同轴电缆和微带线等。
2. 传输线的特性阻抗有哪些？传输线的特性阻抗包括平行线的特性阻抗、同轴电缆的特性阻抗和微带线的特性阻抗等。
3. 传输线的特性阻抗如何计算？平行线的特性阻抗可以通过导线间距、导线半径和介质介电常数等参数计算得到。
同轴电缆的特性阻抗可以通过内外导体半径和介质介电常数等参数计算得到。
微带线的特性阻抗可以通过导线宽度、介质厚度和介质介电常数等参数计算得到。
第三章：射频二极管1. 什么是射频二极管？射频二极管是一种特殊的二极管，其工作频率在几十千赫兹（kHz）到几百千赫兹（MHz）之间。
射频二极管具有快速开关速度和低噪声等特点。
2. 射频二极管的工作原理是什么？射频二极管的工作原理是基于PN结的电子流动和载流子的注入与抽取。
当正向偏置时，电子从N区域流向P区域，形成电流；当反向偏置时，电子不能流动，形成电流截止。
3. 射频二极管的主要参数有哪些？射频二极管的主要参数包括最大工作频率、最大直流电流、最大反向电压、最大功率损耗和最大噪声系数等。
高速连接器基础知识
高速连接器基础知识一、什么是高速连接器1.1 定义高速连接器是一种用于传输高频信号的连接器，通常用于电子设备内部或设备之间的信号传输。
它具有高速传输、抗干扰、可靠性高等特点，被广泛应用于通讯设备、计算机、汽车电子、航空航天等领域。
1.2 分类高速连接器根据传输速度和用途的不同，可以分为以下几类：1.高速数据连接器：用于传输高速数据信号，如PCI Express、USB、HDMI等。
2.光纤连接器：用光纤作为传输媒介，实现高速光信号传输。
3.高频射频连接器：用于传输高频信号，如天线连接器、微波连接器等。
4.高速电源连接器：用于连接高功率设备的电源线，如服务器、工控设备等。
二、高速连接器的特点2.1 高速传输高速连接器具有较高的传输速度，能够满足大数据量、高带宽的传输需求。
它们采用了优化的信号传输路径、减小了信号损耗和串扰，并采用特殊的信号编码和解码技术，实现高速数据传输。
2.2 抗干扰能力强高速连接器具有优秀的抗干扰能力，能够有效抵御外界电磁干扰、噪声等对信号质量的影响。
它们采用了屏蔽技术、接地设计、信号隔离等手段，减小了干扰对信号传输的影响。
2.3 可靠性高高速连接器在设计和制造过程中注重产品的可靠性和稳定性。
它们采用了高质量材料、精密加工工艺、可靠的连接方式等，确保连接器在长期使用过程中不受损坏，信号传输稳定可靠。
2.4 小型化随着电子设备的小型化趋势，高速连接器也朝着小型化、紧凑化的方向发展。
它们体积小、重量轻，节省了空间，适应了小型设备的需求。
三、高速连接器的应用领域高速连接器在各个领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 通讯设备通讯设备是高速连接器的主要应用领域之一。
在手机、路由器、交换机等设备中，高速连接器用于实现数据的高速传输和通信功能。
3.2 计算机计算机是高速连接器的另一个重要应用领域。
在主板、显卡、硬盘、显示器等设备中，高速连接器用于传输数据、视频信号，保证计算机的稳定性和性能。
射频知识基本概念和术
E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图；
H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。
一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。
12、天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝表示。
TNC型：外导体内径为6.5mm(0.256英寸)、特性阻抗50Ω的螺纹式射频同轴连接器。(IEC169-17)
SMA型：外导体内径为4.13mm(0.163英寸)、特性阻抗50Ω的螺纹式射频同轴连接器。(IEC169-15)
SMB型：外导体内径为3mm(0.12英寸)、特性阻抗50Ω的推入锁定式射频同轴连接器。(IEC169-10)
SSMC型：外导体内径为2.08mm(0.082英寸)、特性阻抗50Ω的螺纹式射频同轴连接器。(IEC169-20)
SC型（SC-A和SC-B型）：外导体内径为9.5mm(0.374英寸)、特性阻抗50Ω的螺纹式(两种型号有不同类型连接螺纹)射频同轴连接器。(IEC169-21)
APC7型：外导体内径为7mm(0.276英寸)、特性阻抗50Ω的精密中型射频同轴连接器。(IEC457-2)
10、蜂窝：用正六边形无线小区（又称蜂窝小区）邻接构成的整个通信面状服务区的形状很象蜂窝，故形象地称为蜂窝状网（Cellular System）,也称为蜂窝移动通信网。
四、电连接器命名方法
通用射频连接器的型号由主称代号和结构形式代号两部分组成，中间用短横线"-"隔开。其它需说明的情况可在详细轨范中作出规定，并用短横线与结构形式代号隔开。
11、尾 纤：一端带有光纤连接器的单芯光缆。
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设计改善:衰减偏大,加大导体线径,加大绝缘线径,加大发泡度, 更改绝缘材料.(降低介质损耗角正切) 工艺改善:芯线押出时尽量圆整,发泡度均匀,水中电容调小,具 体原因具体分析.
3.Return loss(反射衰减或回波损耗) 反射衰减或回波损耗) 反射衰减或回波损耗
– 远程串音衰减(FXET) 主串回路发送功率与串到被串回路远程功率的比值﹐取对数 *10倍﹐单位“dB”。 – 衰减串音比(远程串音防卫度) ACR 被串回路远程收到的信号电平与串到该接收端的串音电平的差。 当主串与被串回路相同时﹐可简化为远程串音衰减与衰减的 差。(它直接影响信号的误码程度)。串音的影响取决于接收 的有功信号与串音功率的相对大小﹐因在远程信号经过衰 减﹐信号相对较近端小﹐故通讯工程中串音防卫度是指远程 串音防卫度。 干扰参数的影响因素 – 数十KHz以下的短电缆(制造长度)采用一次参数研究﹔高频或长 电缆时回路间串音用一次参数很难确定﹐就用二次参数来衡量串 音程度。一次干扰参数/二次干扰参数与回路间的相对位置及结 构﹐通讯方式﹐结构上均匀性﹐及所用材料的质量﹐回路长度﹐ 信号的传输频率有关。
由于材料﹐结构尺寸与制造工艺(绝缘押出量不均﹐牵引 轮偏心﹐收放线转动不均匀)等缺陷和分散性的影响﹐造 成阻抗沿长度的分布是不均匀的。电磁波在线路上传输 遇到不均匀点产生多次反射﹐奇次反射波回到发射端﹐ 会引起输入阻抗的变化﹐并引起主波信号功率变化﹐产 生衰减频率特性波动﹐引起信号失真。偶次反射波形成 伴流﹐滞后并迭加在主波上﹐造成干扰﹐尤其脉冲信号 传输时﹐会引起波形畸变﹐造成信号失真。尤其存在周 期性不均匀时﹐影响最为严重。 另一种反射系数:电压注波比 电压注波比(VSWR:voltage standing wave 电压注波比 ratio):数值越小越好,无反射时VSWR=1.0. 一般要求为:1.11换算成RL:26dB 工艺改善:芯线制做均匀,导体圆整度,绝缘偏心度,收放线 张力稳定.
7.Central office cable
1.导体：实心或绞合镀锡或裸铜 2.结构：DS3/4(同轴,75ohm),T1(美规对绞 100ohm),E1(欧规对绞120ohm) 3.电气性能 阻抗,衰减,延时,串音, 4.应用:交换机内用线
8.IEEE 1394
1.导体:绞合镀锡(22~32AWG),绝缘:FOAM-PE,PE,SR-PVC 2.结构:标准6C(28AWGX2P+22AWGX2C);DV-100(32AWGX2P,实心绝 缘);DV-200 (32AWGX2P,发泡绝缘);DV-400(30AWGX2P,发泡绝缘) 3.电气性能: 阻抗110+/-6(1~100MHZ) 衰减: 频率(MHZ) dB/4.5 100MHZ <7 200MHZ <10 400MHZ <12 延时:<=4.5ns/m 延时差:<=151ps/m(对內) <=2.42ns/m(对间) 远程串音:<26dB/cable 应用:1394电缆具备”即插即用”功能,可传输影像.用于家庭多媒体 网络,数码相机,数码摄像机,扫描仪等
2.3 2.14 1.99 1.85 1.71 1.64 1.58 1.52 1.46 1.39
5.05 4.88 4.7 4.53 4.36 4.27 4.19 4.10 4.02 3.93
VOP 66% 68.3% 70.8% 73.5% 76.4% 78% 79.5% 81.1% 82.9% 84.7%
5.SATA(Serial ATA)
1.导体:镀银 2.结构:1p,2p,4P,8P
3.电气性能: 阻抗:100+/-5(dif) 衰减dB/m : <6(4.5GHZ) 延时:<=4.25ns/m 延时差:<=10ps/m(对內) <=50ps/m(对間) 串音:>26dB/cable(10~4500MHZ)
2.Attenuation(衰减)
衰减表征因线路的材料等原因而引起的信号损失。由两部份 组成﹐一为介质内偶极子受交变电场作用做取向运动引起的 介质损耗﹐一为导体上热磁涡流及导体发热引起的能量损失。 单位为“dB/m” 。 发送设备及接收设备的灵敏度确定后﹐线路的允许衰减就确 定。线路衰减越低﹐通信距离就越长。载波通讯可通过设立 增音站来延长通讯距离。但通讯距离受信号传输时间限制﹐ 以免影响通讯质量。 公式:
7.转移阻抗 转移阻抗(transfer impedance)和屏蔽效应 和屏蔽效应(Shielding 转移阻抗 和屏蔽效应 effectiveness) 由于电子装备复杂程度增加,电线的电磁干扰(EMI)越来越受 重视.相对应的两个评估参数:转移阻抗和屏蔽效应 转移阻抗:电缆屏蔽上测得的电流来表达的干扰场与它在屏蔽 与内导体体之间所产生的电压之比. 屏蔽效应:通过屏蔽传输的电磁场与在注入于屏蔽上的电磁场 中所占的比例.
IEEE(电气和电子工程师学会 电气和电子工程师学会) 电气和电子工程师学会 The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits)
9.国标系列(华为多管同轴,多对线)
1.导体:实心或绞合裸铜,镀锡,镀银;绝缘:PVC,SRPVC,PE,FOAM-PE,FEP 2.结构:4,8,16,32管同轴;2~34P对绞线. 3.电气性能: 阻抗:100+/-10ohm,120+/-15ohm 衰减,串音, 4.应用:交换机内或其它通讯设备内.
4.应用:HDMI是一种全数字的消费电子产品接口规格，其中整合了 高分辨率的视讯和多信道的音频.传递数据量速度达到每秒5Gigabit
3.RG系列(同轴线)
1.导体:镀银,镀银铜包钢,裸铜 2.绝缘:FEP,FOAM-PE,PE 3.编织:镀锡,镀银 4.外被:PVC,FEP 5.电气性能: 阻抗:75OHM&50OHM 衰减(可达3GHZ),延时,静电容量,VOP(波速 比),VSWR(电压注波比),RL(回波损耗) 6.应用:机站,手机,射频设备等.
4.应用:计算机主机与硬盘之间联机
N CABLE
1.导体:实心或绞合裸铜;绝缘:HD-PE，FOAMPE,PP 2.结构： CAT5,CAT 5E(UTP,STP) ; 2P,4P,25P 3.电气性能: 特性阻抗,回波损耗,衰减,近端串音,近端串音功率 和,等效远程串音,等效远程串音功率和,ACR,VOP. 4.应用:网络用线,Patch Cable.
设计改善:编织密度加大 工艺改善:编织均匀
二.工厂高频线简介
1.DVI(Digital Visual Interface) Digital
1.导体范围22~30AWG,绝缘:FOAM-PE 2.结构:4P+5C(SINGLE LINK),7P+5C(DUAL LINK) 3.电气性能: 阻抗:100+/-10(dif) ; 33+/-10(com) 衰减: 频率(MHZ) dB/cable频率(MHZ) dB/cable 1 0.09 200 0.64 10 0.18 400 0.94 65 0.34 600 1.36 100 0.44 800 1.79 1600 3.49 延时:<=4.2ns/m 延时差:<=100ps/m(对間) <=50ps/m(对内) 4.应用:液晶显示器(LCD)与计算机主机之间的联机
延时:线路中单位长度﹐电磁波传播所需时间﹐单位“ns/m”。只 延时 与绝缘材料介质有关. 计算公式:T= 3.33 ε 设计改善:调节发泡度,变更材料,节距更改 延时差:对于线对内或线对间的芯线﹐电磁波传播延时的差值。 延时差 (对内intra-pair和对间inter-pair) 工艺改善:对绞放线张力均匀,芯线制做均匀. 6.VOP(velocity of propagation)传播速率 传播速率 计算公式:VOP= 1 C
串音节距选择:
h1 2v ± 1 = h2 2w
h1,h2:相互配合线对节距 v,w:大于0的任意整数 设计改善:对绞节距改小,对绞节距配合 工艺改善:对绞时张力要稳定,节距要均匀,发泡要均匀. (减小阻抗不均匀性来改善串音)
5.Time delay(延时)/Time delay skew(延时差)
ε
设计改善:调节发泡度,变更材料 等效介电常数εe 等效介电常数 2 + 1 2P ( e = 2 + 1+ P (
ε
ε ε
ε 1 )ε ε 1)
以下是发泡度,介电常数,延时,VOP的一个常用转换表格: P(发泡度) E(介电常数) T:延时
0 10% 20% 30% 40% 45% 50% 55% 60% 65%
10.其它线材
1.一些对绞线(有阻抗(105ohm,110ohm)和衰减,串 音等要求) 2.InterFlex LVDS High-Flex Cable(多对线 3.GPS(Global Positioning System)全球定位系统所 用天线(同轴:镀银导体,镀银编织,FEP绝缘,FEP外 被) )
2.HDMI(High-DefinitionMultimedia Interface)
1.导体范围22~30AWG,绝缘:FOAM-PE 2.结构:4P+1P+5C 3.电气性能: 阻抗1ns:100+/-10(dif); 2.5ns:100+/-10(dif) 衰减: 频率(MHZ) dB/cable 300KHZ~825MHZ <8 825MHZ~2.47GHZ <21 2.47GHZ~4.125GHZ <30 延时:<=4.5ns/m 延时差:<=151ps/m(对内) <=2.42ns/m(对间) 远程串音:>26dB/cable 目前可做:30AWG(6M),28AWG(6M)26AWG(8M),24AWG(10M),22AWG(12M)