同轴射频电缆是射频和微波行业中的固定产品. 这是因为，从日常生活中使用的智能手机和笔记本电脑，到军事和航空航天领域的雷达和全球定位系统（GPS），所有重要设备都需要此类电缆进行连接. 然而，对于几乎每种应用，如何保持足够的信号完整性在将信号从一个设备传输到另一个设备的过程中都是一项艰巨的任务. 为了实现复杂的动态信号路径，需要可应用于各种环境和用途的高度灵活的平台. 为了解决这个问题，著名的工程师和数学家奥利弗·海维赛德（Oliver Heaviside）于1880年提出了一种屏蔽电报传输线设计，并获得了该设计的专利权.

1929年，为了克服Heaviside设计的各种局限性，贝尔实验室的Lloyd Espenschied和Herman Affel开发了一种带有空气介质层的宽带同轴电缆. 本发明使同轴电缆技术在材料和性能上有了长足的进步，并为各种射频/微波/毫米波互连问题提供了解决方案.

上面显示了满足不同电气和机械性能标准的各种同轴电缆. 其中，每根同轴电缆的物理尺寸取决于相应的频率和功率要求.

最基本的同轴电缆结构包括中心导体，圆柱形对称导电屏蔽层以及将两者分开的空气状介质. 这种“圆筒形”导体结构使低于最大截止频率的电磁信号能够在两个导体之间的分离区域中产生横向电磁波（或具有垂直磁性和电气成分的电磁波）.

对于超过截止频率的信号，由于其极小的波长，还可以生成非垂直的横向电和横向磁波导模式. 这两个附加的波导模式可能导致信号完整性和信号性能下降. 一般来说，同轴电缆的直径越大，截止频率越低. 此外，同轴电缆可以承受的功率随着尺寸的增加而增加. 由于上述横向电磁波在同轴电缆中非常敏感，因此电缆的所有几何分量在整个传输线上必须保持一致. 否则，在信号反射减少和相变方面将存在许多问题. “工程师必须将电缆组件的重要性提高到与其他微波设备相同的水平. 为了实现设计目标，工程师通常需要花费数千美元来获得复杂的放大器，滤波器或对系统性能的其他重大影响. 受影响的设备“，” Pasternack的互连产品经理Steve Ellis先生说.

“如果不合理地使用电缆，则会大大影响系统的性能. ”埃利斯先生进一步指出: “有些人认为电缆组件的功能就像一条PVC管道. 充其量只是将信号从一个地方传递到另一个地方. 一个地方. 实际上，选择或布置电缆是如果不加考虑，将会对性能产生非常不利的影响，这就是为什么电压驻波比（VSWR），插入损耗，相长和其他性能参数如此重要的原因，也是客户的原因. 购买高端电缆产品时”.

同轴电缆材料的电性能会因振动，温度，湿度，电流，挠度和应力等因素而异. 这些因素的变化将影响电缆性能. 另外，存在皮肤效应的问题. 趋肤效应是指一种物理现象，当导体中的信号频率增加时，更多的电子沿着导体的表面积迁移. 由于集肤效应剥线机，同轴电缆中的信号对导体表面处理引起的缺陷非常敏感.

为响应上述敏感要求，同轴电缆设计人员开发了各种先进的方法和材料，以满足成本，重量，柔韧性，损耗和耐用性的要求，同时尽可能地确保高性能.

同轴电缆中的介电层保持两个导体的同轴几何形状，因此它是同轴电缆的关键组成部分. 同时，介电层还对同轴电缆提出了额外的挑战，因为其性能必须尽可能接近空气. 接近空气意味着具有与空气相似的磁导率μ/μ0和介电常数ε/ε0（或ε和μ约为1，两者都是材料的损耗角正切δ）.

由于很少有材料具有与空气相同的电磁特性，因此通常使用可以减少干扰介电材料数量的技术. 这些技术包括使用以下材料: 高空气含量的泡沫塑料泡沫；螺旋缠绕介电层；可以容纳空气的电介质条；和设计上更接近空气的材料.

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为了保持类似于空气的电介质的机械和热性能，许多研究集中在塑料化学材料的开发上. 最初，由于特富龙材料的高电稳定性，高耐化学性，高耐热性和低成本优势，实心特氟龙管被用作上述同轴电介质. 但是，由于铁氟龙可以在室温下液化和流动，因此在大多数低成本应用中已被聚四氟乙烯（PTFE）泡沫或尼龙材料取代.

在相稳定性和传播速度（VOP）方面，其他材料（例如挤出的含氟聚合物树脂）优于PTFE. 铁氟龙和尼龙介质提供的相速度通常为70％至79％. 与之相比，聚四氟乙烯泡沫空气介质的相速度可达80％?85％，含氟聚合物树脂的相速度可达85％?89％.

根据不同的应用要求，同轴电缆可以以各种方式使用由多种不同导电材料制成的中心导体. 传统的中心导体不过是一条穿过同轴电缆的简单实心铜线. 为了提高电缆的柔韧性，可以使用编织的或绞合的中心导体，但要牺牲高频性能. 另外，为了减轻中心导体的重量和成本，也可以使用镀铝，镀钢，镀银或镀锡铜线.

由于此方法中的表面导体仍主要为铜，因此仍可以确保较高频率下的良好电性能. 在某些应用中，空心金属中心导体也可以用来达到增加柔韧性同时降低重量和成本的目的. 但是，该方法仅适用于不需要在较低频率下传输高功率的高频应用.

外导体也可以使用与中心导体类似的技术来减轻重量和成本. 此外，设计人员还集中精力改善外导体的柔韧性并减少其环境压力. 由于外部导体为电信号提供返回路径，因此在大多数应用中，外部导体必须保持足够的厚度以防止信号路径中的泄漏或干扰. 然而，保持足够的厚度和坚固性意味着重量增加和柔韧性降低. 在两阶段权衡的基础上，技术人员开发了编织，加捻和缠绕技术，以确保足够高的性能并同时获得高保护.

对于诸如有线电视之类的低成本应用，可以使用最少的编织技术来降低成本，重量和尺寸. 正如戈尔微波电缆产品公司首席电气工程师Paul Pino先生所说: “为了达到不同的性能，成本和可制造性目标，电缆制造商使用各种类型的材料. 中心导体主要是镀银铜线. 同时，其中一些是镀锡铜线. 镀银的铜包铝线用于轻型应用. 此外，同轴屏蔽层还可以由多种材料制成，例如模制铍铜，镀银铜和金属化聚合物等. ”

高性能电缆往往质量更轻，尺寸更小. 为了实现这一目标，已经开发出通过编织，缠绕或包裹技术制成的屏蔽层.

但是，这些技术不利于电缆弯曲和机械运动性能. 因此，还需要能够在压力下实现高电性能的其他技术. 例如，在多个屏蔽层之间布置机械绝缘介电层的方法不仅有助于防止屏蔽层变形以及电缆随着时间和移动而发生磨损，而且还可以提高屏蔽层的屏蔽能力（屏蔽材料包括导电胶带（通常是铝），由缠绕带，编织带，编织线和缠绕带制成.

此外，可以在高性能电缆的外圆周上放置压力保护层. 该层通常是缠绕的圆柱形钢套筒，以防止在高压和高扭矩使用条件下损坏. 戈尔微波电缆产品公司首席设计工程师Paul Warren表示: “尽管增加介质的密度会增加其抗压强度，但也会导致同轴电缆的性能受损. ”因此剥线机，最常见的方法是使用高刚性护套. 例如，在同轴屏蔽层的外部添加不锈钢编织护套可以提高抗压性，同时又可以减轻重量和柔韧性. 在这方面，尽管铠装电缆护套是最有效的选择，但它仍然具有较重且昂贵的缺点.

根据使用环境，可以使用几种其他方法在同轴电缆上添加护套，以达到保护性能的目的. 例如，可以使用标准的护套材料-聚氯乙烯（PVC）制成各种厚度和颜色的护套. 尽管PVC具有高的耐化学性和耐高温性，但它不能承受较高的机械压力. 在某些情况下，为了改善同轴电缆的机械性能，也可以使用由高强度合成材料制成的编织护套. 这种护套可以紧紧地套在电缆上，并且具有更好的抗切割和抗磨性能.

“真正影响电缆组件性能的另一个因素是机械性能，这就是为什么电缆组件的性能会有如此多的变量的原因. ”埃利斯先生指出: “电缆的性能必须与使用环境相符. 例如，海军雷达系统的电缆经常受到盐雾，高温和低温以及振动因素的影响因为它们缠绕在船外. 如今，许多开发工作都集中在为这种极端使用环境开发可靠耐用的电缆上. ”

为了满足这种极端环境的使用需求，一些公司开发了专有技术的电缆材料和护套，可以在各种条件下提高性能，并将其应用于航空航天，海洋，军事等领域.