微波电缆组件的那些事

1958年，创始人Bill Gore和Vieve Gore在家中的地下室成立了戈尔公司，最初从事电子产品行业。1969年， Bill与Vieve的儿子Bob Gore发现了一种新型多功能聚合物——膨体聚四氟乙烯(ePTFE)，从此改写了戈尔的历史，在医疗、纺织、制药及生物工艺、石油及天然气、航空航天、汽车行业、移动电子、音乐及半导体行业领域推出无数创新产品。作为发明ePTFE并将其投入市场的公司，戈尔致力于不断深化研究，保持在含氟聚合物领域的领先地位。凭借深厚的技术知识，戈尔在多个领域推出先进工艺与创新可靠的技术，解决各种难题，并在全球范围内改善人们的生活。

如今，戈尔实现了长久以来的夙愿，将梦想变成了触手可及的宝贵现实，为全球客户及社会带来了巨大变化。戈尔公司的年销售额约30亿美元，在全球有1万多名员工（在戈尔称为“同事”），公司由戈尔家族和同事们共同拥有。戈尔倾向于私有制，并坚信在评估公司业务状况时，它更能体现戈尔文化中“高瞻远瞩”这一关键要素。戈尔公司是美国私有企业200强之一。

凭借在多功能聚合物——聚四氟乙烯(PTFE)领域的多项专利技术，戈尔生产出应用于医疗植入、纺织品层压面料等领域的众多产品，以及用于多种行业的电缆、过滤、密封、薄膜、透气和纤维技术。戈尔在全球拥有逾2,000项专利，涵盖电子、医疗产品和聚合物加工等多个领域。目前全球已有逾4,000万个戈尔医疗产品植入病患体内，成功挽救他们的生命，日益改善人们的生活。戈尔的销售网络遍布全球逾25个国家，同时在美国、德国、英国、中国和日本设有生产工厂。

小编把同学们关于微波电缆组件和戈尔公司的相关问题整理了一下，请戈尔老师给大家讲解：

1、我常听到GMCA的首字母缩写。它代表什么？

GMCA以前代表“Gore Microwave Coaxial Assemblies”——戈尔微波同轴组件，在2002年由一个更名委员会更名为“Gore Microwave CableAssemblies”——戈尔微波电缆组件。这样对客户来说可以减少混淆——因为“CoaxialAssemblies”这个词很难精准地进行翻译。GMCA（戈尔微波同轴组件）与General Motors Acceptance Corporation Financial Services (GMAC)通用汽车金融服务公司，Global Marine Climatic Atlas全球海洋气候图集，或GeorgiaMunicipal Cemetery Association佐治亚市政公墓协会都无关。

2、它们为什么叫“微波电缆”？ 

科学家和工程师喜欢把一切事物分类，电磁波也不例外。微波被定义为波长在1米到1毫米之间的电磁波，对应于0.3GHz到300GHz的频率。GMCA的产品线包含了频率到110GHz的微波电缆。奇怪的是，微波炉里头不用微波电缆。您信赖的微波炉以频率为2.45 GHz的高功率电磁波辐射食物。这些电磁波以每秒近25亿次的速度振荡，这些电磁波导致食物中的水分子相互振动、摩擦，产生热量。因为2.45 GHz在微波频段内，所以得名“微波炉”。

3、哪一个是GORE戈尔产品的正确术语：“电缆”还是“电缆组件”？

GORE戈尔销售的是电缆组件——“微波电缆组件”。电缆组件被定义为电缆两端用适当的连接器端接而形成的组件。术语“电缆”和“电缆组件”是不可互换的。如果没有连接器，它就只是简单的电缆。

4、所有微波电缆组件都具有相同的最大工作频率，唯一的区别只是连接器，对吗？

错误！所有微波电缆组件都不相同。电缆组件的最大工作频率由两个限制因素决定：（1）连接器——连接器自身具有特定的频率限制（2）同轴电缆的直径——电缆的直径越小意味着电缆的工作频率越高。低频连接器配合高频电缆，连接器将成为限制工作频率上限的因素。高频连接器连接低频电缆，电缆将成为制约工作频率上限的因素。举个栗子：将2.4 mm连接器（额定工作频率为50 GHz）连接到0.190英寸G5电缆（额定工作频率为18 GHz）上，如果这样一根电缆组件已经做好，那么由于电缆的限制，其最高频率为18 GHz。

5、什么是同轴电缆？是什么让它与其他类型的电缆不同？

你可能比你想象中更熟悉同轴电缆。如果在您的家中安装了有线电视，那就一定有同轴电缆。其他电缆使用单个导体，而同轴电缆采用的是双导体结构，由绝缘体将内导体和外导体分隔开，这里的绝缘体又称为“介质”。见下图：

内导体（有时也称中心导体）与外导体有着相同的轴心，因此得名同轴电缆。GORE戈尔微波同轴电缆组件可采用实心内导体或是绞合内导体设计。实心内导体是更传统的设计，损耗低，但不太适用于电缆需要被反复手动弯曲或是机械弯曲的应用场景，特别是在弯曲半径较小的情况下，绞合内导体是这种应用的理想选择，绞合内导体可提供您需要的强度和灵活性，然而在相同条件下，与实心内导体设计相比，绞合内导体损耗更大，造成这个差异的主要原因是导体截面积的差异，对于给定长度和直径的导线，实心导体的阻抗比绞合导体更小。在下图中是具有相同直径的两个导体横截面。由于股线之间的空隙，绞合设计具有较小的导体截面积，导体占据横截面面积的分数被通常称为绞合填充因子。

6、什么是A侧和B侧连接器？这是什么意思？

这是识别电缆两端连接器的一种方式。惯例如下：握住电缆组件，以便您可以读取位于中心位置的ID标签，保证标签不会拿倒。在这样做时，A侧连接器将在你的左手; B侧连接器位于您的右手。

7、我常听人提到“插入损耗”一词。它是什么意思？

这个世界上没有什么是完美的，当信号从A点传输到B点时，信号发生衰减（损耗）也是必然的。信号总的衰减量跟信号传输的路径有关。这里举一个日常生活的例子：想象一下，一个美丽的阳光灿烂的日子，阳光刺眼，你随手拿出了一副酷到没边儿的墨镜，瞬间解决你的烦恼——你再也不用眯着眼睛看世界了。到达眼睛的太阳光强度大大减少，主要是两个原因（1）反射，一部分光线被太阳镜片反射回去，（2）衰减，墨镜中的视野变暗意味着光线在通过太阳镜片时被衰减了。插入损耗通常用分贝（dB）来表示。当用于描述电缆组件时，插入损耗表示电缆组件在特定频率的损耗，其中包括电缆和连接器的损耗。一些电缆制造行业的友商在介绍损耗时，只是简单的说明电缆单位长度的损耗，例如3.6dB每英尺，而不说明测试频率，这样的介绍对衰减或插入损耗而言是没有意义的。对于大多数应用而言，插入损耗越小越好。对于给定的频率和长度，直径较小的电缆组件，其插入损耗大于直径较大的电缆组件。GORE同时提供实心内导体和绞合内导体的电缆，在所有其他条件相同的情况下，采取实心内导体设计的电缆组件的插入损耗，比采取绞合内导体设计的电缆组件更小。

8、电缆组件真的那么重要，or只是产品营销的噱头？

微波电缆组件会影响系统的性能，就像轮胎会影响车辆的性能一样。比方说您足够幸运，拥有一辆法拉利跑车，在经历了一个季度的频繁驾驶以后，到了更换轮胎的时间——当然你的意大利赛车围巾也要换个潮流。因为油价上涨让您的钱包有些紧张，最后您选择了一个比较小（pián）众（yi）的轮胎品牌。在你将法拉利原装的倍耐力或者米其林轮胎更换成杂牌替代品以后，就不要指望法拉利还能表现出拉风的性能。对于世界排名前三的矢量网络分析仪（VNA）制造商：Keysight是德科技（安捷伦），Anritsu安立和Rohde & Schwarz罗德&施瓦茨而言，GORE VNA电缆组件就是原装配件（就像法拉利上的倍耐力和米其林一样）。客户为矢量网络分析仪和相关配件花费超过80,000美元，这并不罕见。Keysight（Agilent）、Anritsu、Rhode＆Schwarz知道GORE的产品显著改善了他们设备的表现，这就是他们选择GORE的原因！

9、角位移是什么，为什么很重要？

当客户要求电缆组件两端的弯角连接器呈一定的角度（通常为直角或90°的倍数）时，必须标明连接器的角位移。角位移是指以A侧连接器为基准，B侧连接器的相对角度，有时也用连接器时钟来表示。要确定角位移，请执行以下步骤：

（1）握住电缆，使A侧连接器朝向自己，并且可以从上到下看到整根电缆

（2）转动电缆，使A侧弯角连接器指向时钟上的6点钟位置，这时问自己一个问题：B侧连接器指向时钟上几点的位置？如果B侧连接器也在6点钟位置，这被称为0度角位移；如果在9点钟位置，这就是90度角位移；12点钟位置呢？正确——180度角位移——恭喜你学会了！（参考下图）

除非另有说明，GORE默认为0度角位移。当用户需要指定两个连接器呈一定角度时，请一定记住询问角位移，这么做会让客人对你表示赞叹，原因有二：（1）你非常细致缜密，（2）你提醒了他们这个重要但却经常被忽略的细节;除此之外，角位移只是听起来让人印象深刻而已——在晚餐对话和社交聚会中收放自如地使用这个专业术语，会让家人和朋友惊讶，你居然有这么丰富的词汇量……

10、为什么相位和幅度稳定性很重要？

在电缆弯曲和温度变化时相位和幅度的稳定性，被业界认为是这是微波电缆组件性能中的“圣杯”。当信号通过电缆传输时，我们关注该信号的两个基本属性：（1）信号通过电缆所需的时间——相位（2）信号的大小——幅度。理想情况下，我们希望微波电缆能够准确地传送输入的信号，无论怎么操作，比如弯曲电缆和温度升高，都不会产生失真，就像一套高保真的音响，微波电缆组件不应该使信号发生仍何改变，只是忠实地复制（传输）它，当然这只是理论上的想象。而现实是在理论与实际应用之间存在差距，实际上微波电缆总会对传输的信号造成一定程度的失真，我们最希望的是尽量减少这种失真。失真的两个主要机制是电缆弯曲和温度。测量弯曲条件下的相位幅度稳定性的方法：将已知信号输入到被测组件中，并将组件缠绕到给定直径的圆轴上，记录并对比电缆在缠绕前后的幅度和相位，弯曲前后指标变化越小越好，如果变化很大就说明电缆较差。在测量温度稳定性时采取相似的做法：把被测组件放在环境试验箱中，输入已知的信号，试验箱内的温度随着预先确定的程序变化，在这个过程中，在特定的温度点，测试并记录组件的相位和幅度，随温度变化越小——电缆越好，变化越大——电缆越差！被测组件需要重复测量多次，以确认每次测到的相位和振幅变化都是一致的，如果多次测量结果不一致，这也不是我们想要的！

11、什么是电压驻波比？有时我听到人们说VSWR，这是什么意思？

VSWR代表电压驻波比。它是一个测量电缆组件好坏的指标。微波电缆存在的理由就是通过行波将能量从A点传输到B点，理想中,所有输入到电缆的能量都应该传输到目的地。而在实践中，电缆组件内部的不一致性会导致行波的一部分能量被反射，产生非行波或驻波，结果就是传输到目的地的能量会变少。电缆内部的不一致性越大，就意味着较大的驻波（较高的VSWR），而较低的VSWR才能带来更好的性能。在数学定义中，VSWR不能小于1。

12、“相位匹配”，它与电缆有什么关系，为什么这么重要？

相位匹配电缆组件在许多应用中都是很重要的，但是到目前为止最关键的还是涉及相控阵雷达的部分。你可能在电视上看到过老式雷达天线的镜头，天线的形状像口锅，旋转起来，看起来很有科技感，令人印象深刻。旋转的天线可以用经过聚焦的高功率微波能量扫描一个区域，这种类型的雷达是很笨重的，机械结构也很复杂，扫描整个区域的速度受限于天线——受限于笨重的天线最快能达到什么样的运动速度，不仅是水平向的扫描，垂直方向的扫描也是一样的道理，这种设计使得跟踪快速移动的目标变得非常困难。相控阵系统是小型雷达天线的集合，天线单元被安装在同一个平面上，协同工作。它们就好比作视频显示中的像素点，每个像素点的工作都是显示图像。在相控阵天线中，天线单元共同协作，在空间形成紧密的定向微波能量波束，波束可以被瞬间导向上方、下方和侧方向移动扫描，而不需要你移动任何部件的物理位置。

到目前为止，你会觉得这一切都非常有趣，但是相位匹配电缆在哪里？

OK，在这里——微波功率源（雷达信号）被微波电缆组件分配到每一个天线单元。这些单元都和控制发射的中央处理单元（CPU）连在一起，CPU控制着每一个天线单元中雷达信号的相位，通过控制每一个天线单元与周围天线单元的相位差，来给最后合成的波束赋形。分配的信号到达每个天线单元的时间都有着严格的误差限制，如果不这么做，CPU就没办法对波束进行控制了。在相控阵系统中使用的微波电缆组件必须非常严格的匹配，即信号穿过电缆组件所需的时间（电缆组件的插入相位）必须严格地控制。这种电缆组件必须匹配良好，并且其性能在一定温度和环境条件下要保持一致。

13、适用于热真空室(T-Vac)的电缆组件

热真空室有着坚固的外壳，用来再现各种温度和压力条件，在航空航天工业中通常被称为T-Vac室，用于地面测试时模拟高空和航天条件。T-Vac室可以很小，只有桌面那么大，也可以很大，大到占满整个房子，如下图照片中显示的那样，可以容纳整个太空望远镜。

在T-Vac室测试期间，工程师对飞行器在极端的温度和真空环境下的响应更感兴趣，他们想了解各个分系统的行为，例如通信、遥测、导航、光学等分系统。很多系统都在微波频段工作，在测试时要观察T-Vac室内各分系统的性能，就必须使用微波电缆组件实现室内外的直接连接。适用于热真空室的电缆组件就是专门为此准备的，适用于严苛的热真空室使用。

准备工作大致包括以下内容：

1、在电缆和连接器中使用非放气材料,我们的电缆组件符合NASA严格的放气标准

2、电缆本身要经历温度循环，以减轻任何机械应力，这将确保电气性能在各温度条件下保持一致

3、所有连接器元件在组装之前都必须去污，除去一切污染物

GMCA在卫星地面测试方面有着悠久的成功历史。通过GORE的太空飞船测试测量组件，帮助世界领先的航空航天公司将设计变成现实。

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。