为确保信号完整性和产品可靠性，必须确定可能影响电缆整体性能的电气、机械、环境和应用特定限制。.这些变量对电缆介质和护套所用的材料以及电缆结构有直接影响。.
此外，测试和数据分析对于确保电缆在特定环境下可靠运行至关重要。.
识别局限性：
环境因素对射频/微波电缆组件的影响日益显著。电气性能可能是首要且最重要的考虑因素，许多因素都会损害信号完整性，例如内部和外部电磁干扰 (EMI)、电压驻波比 (VSWR) 和插入损耗。在没有其他环境因素影响的情况下，电气性能通常非常可靠；然而，当受到机械应力、环境应力或特定应用应力时，保持可靠的电气性能就变得更加困难。
电缆在各种运动过程中都会产生机械应力。弯曲会使电缆产生动能，若处理不当，可能造成严重损坏。电缆机械应力的最大来源之一是当电缆是人为操作设备的一部分时。操作人员可能会踩踏或缠绕电缆，从而导致电缆弯曲、挤压或断裂。.
因此，抗拉强度和抗压强度对于克服机械应力至关重要。此外，便携式设备使用的电缆可能会接触到锋利的表面，从而导致电缆被割伤或磨损。当考虑到补偿振动或重力等因素时，机械应力会显著降低电缆的稳定性，并导致电缆过早失效。.
电缆使用环境中的环境应力
会对电缆材料造成以下影响：极端温度和压力会影响电缆材料。低温会使电缆变脆，高温会使电缆变得非常脆弱。
电缆中的油污和添加剂泄漏或滴落会在制造过程中污染洁净室，而静水压力会导致气体或液体渗入电缆护套。辐射会损坏介电材料和电缆护套，具体损坏程度取决于辐射类型和剂量水平。电缆移动产生的摩擦会破坏电缆护套，导致颗粒形成，而泥土、化学物质或金属颗粒等污染物会损坏电缆涂层。环境应力会对介电材料和电缆护套造成显著影响，因此在设计组装电缆时必须考虑这些问题。
由于电缆应用场景特有的限制，导致其承受特定应用应力的结果：
在航空航天应用中，电缆需要尽可能小巧轻便，以最大限度地减少起飞时的质量。如果电缆由技术人员或其他人员使用，则需要考虑易燃性、张力和卤素使用等安全问题。
电缆组件设计的复杂性之一在于其电气性能、机械性能和环境性能相互关联。每项性能都会对其他性能产生直接影响，因此必须在特定应用中对设计进行全面测试。
选择合适的材料：
确保信号稳定、高质量意味着要评估介质和护套材料的特性，这些特性必须在严苛的应用环境中加以考虑。信号电缆中使用的介质材料会影响信号完整性和电缆的耐用性。外护套材料会影响最大电压和耐磨性。护套材料必须能够承受大多数外部因素（例如温度、摩擦、液体和气体），以保护电缆内部的导体。可用于电缆介质和护套的材料种类繁多，其中许多材料是为特定应用而开发的。由于每种材料都具有独特的性能，因此有些材料比其他材料更适合用于专为严苛环境设计的微波电缆。
硅胶。
硅胶主要用作电缆涂层，即使在低温下也具有很高的柔韧性（表1）。然而，它容易被切割，而且其粘性表面摩擦系数较高，因此不适合洁净室环境。
硅胶的拉伸强度和断裂强度较低，因此与其他涂层材料相比，需要更厚。虽然有一些表面处理方法可以降低摩擦系数，但这些处理方法往往会随着时间推移而失效。硅胶具有非常好的抗辐射性能，但用于电缆涂层的硅胶等级在诸如热真空室等浇注应用中容易释放硅油气体。如果重量是考虑因素，那么硅胶并非最佳选择。.
如果柔韧性很重要且重量不是问题，硅胶是一个不错的选择。但是，由于需要更多精力来接触导体，因此端接成本会更高。.
聚氨酯
是一种优良的涂层材料，但由于其介电强度与其他材料相比较低（表2），因此不用作介电材料。目前已有无卤聚氨酯产品。在机械性能方面，聚氨酯具有良好的柔韧性，并且高度耐切割和耐磨损。阻燃处理不会降低其柔韧性；然而，柔韧性较高的聚氨酯往往具有粘性或黏性，从而导致摩擦系数较高。在环境方面，聚氨酯耐溶剂、耐紫外线、耐辐射和耐真菌。聚氨酯的温度范围并不宽广；它在-40℃左右开始变脆，最高耐温约为100℃。此外，它不耐常用清洁剂。
聚乙烯
更适合用作导体的绝缘材料，因为聚乙烯护套通常较硬，这会影响电缆的柔韧性（表3）。聚乙烯与泡沫材料配合使用时，具有良好且稳定的介电性能。在机械性能方面，聚乙烯分子量高、耐磨、摩擦系数低，而且与其他材料相比强度也较高。与聚氨酯类似，聚乙烯的温度范围也比较有限，并且难以将化学管路粘合到聚乙烯电缆护套上。通常，阻燃处理会降低聚乙烯的机械性能。
氟
聚合物，如氟化乙烯丙烯（FEP）、全氟烷氧基烷烃（PFA）和聚四氟乙烯（PTFE），是优良的护套材料，尤其适用于系统故障成本高昂的应用，见表4。
氟聚合物的介电强度在所有介电材料中名列前茅。氟聚合物能够承受极端温度，但每种材料都有其自身的耐温范围：FEP 的工作温度范围为 -250°C 至 150°C，而 PFA 的工作温度范围为 -250°C 至 200°C。PTFE
适用于 260°C 的低温环境，且不会失去柔韧性。氟聚合物还能耐受强化学品、酸和溶剂的侵蚀，并且本身不易燃。PTFE 及其共聚物还具有低气体排放的优点，这对于超高压 (UHV) 环境至关重要。许多氟聚合物都具有柔韧性，但与耐温性一样，柔韧性也因具体材料而异。PFA 的刚性最高，其次是 FEP 和 PTFE，而经过处理的 PTFE 的柔韧性最佳。添加到电缆介电护套、导体或屏蔽导体中的任何物质在真空条件下都会脱气。当材料脱气时，悬浮颗粒会在较冷的表面上凝结，这些表面通常是应用区域的工作表面。在卫星中，光缆脱气产生的硅油或其他加工润滑剂会导致光学元件起雾。聚四氟乙烯（PTFE）化学性质稳定，不含任何加工添加剂、油、润滑剂或增塑剂，因此是真空环境的最佳材料。
含氟聚合物处理：
含氟聚合物的少数缺点之一是其耐磨性和抗切割性有限。某些含氟聚合物可以进行处理，以改善其物理、化学和电磁性能，从而增强电缆应对微波应用特定挑战的能力。乙烯-四氟乙烯共聚物 (ETFE) 可通过辐照来改善其机械性能和耐化学性；然而，辐照会增加刚度，导致柔韧性显著降低。聚四氟乙烯 (PTFE) 耐热且化学性质稳定，因此在进行电气或机械性能改善处理时，其温度和化学性质保持不变。
为了使聚四氟乙烯（PTFE）能够承受各种环境和机械挑战，人们开发了专门的技术对其进行处理（表5）。用于绝缘导体的介电材料会显著影响插入损耗、电缆尺寸和柔韧性。介电损耗越低，电缆的插入损耗也越低。典型的氟聚合物的介电损耗为2.1。为了减小电缆尺寸，可以对PTFE进行处理，使其介电常数达到1.3。同时，与标准PTFE相比，介电常数可以提高2.5倍，并在10 GHz频率下实现极低的损耗角正切值（0.00015）。凭借这些特性，采用1/2000英寸（50微米）厚的处理后PTFE层绝缘的导体可以达到1000 V的额定电压。另一种处理后的PTFE可以制成半导体，用于提高电缆屏蔽效果。针对耐磨性或抗剪切性问题，PTFE 经过工程改造，其拉伸强度比标准 PTFE 高 50 倍，并能承受高达 300°C 的低温。.
设计验证：
一些行业已制定了电缆的安全、环境和性能标准，但许多使用微波电缆的高可靠性应用需要超越这些标准。在这种情况下，制造商可能需要开发额外的测试，以评估电缆在模拟与实际应用类似的机械和环境应力下的电气性能。在所有测试过程中，必须持续监测电气性能和信号完整性，而所需的具体测试类型取决于应用的环境限制。
多级应用需要对多个相同类型和长度的组件的每个阶段进行密切监控，以最大限度地减少残余系统误差。这些误差最终会影响系统的量程、抗干扰能力和整体精度。每个阶段的跟踪问题通常源于电缆组件制造过程中材料质量差、工艺控制不佳，或组件中使用了不同制造商的部件。因此，必须在电缆的实际使用环境中仔细测试各阶段的跟踪性能和稳定性。.
机械测试用于验证电缆在诸如挤压、磨损、潜在剪切、高角度弯曲、连续弯曲、冲击和振动等环境条件下的电气性能。微波/射频电缆的应用通常需要优异的相位稳定性，而安装、日常维护或正常使用过程中的弯曲会影响相位稳定性。手持式测试仪器经常会遇到意外弯曲的问题，因为电缆组件在运输过程中通常会缠绕在仪器上。这些移动对系统性能的影响必须在系统设计阶段进行评估。在实验室环境中，技术人员可能会将电缆缠绕在椅子上，这意味着冲击力也是一个需要考虑的因素。在测试实验室中很难重现移动过程中发生的意外弯曲，但可以使用重复弯曲180度或以上的“滴答测试”来模拟最坏的情况。然后可以进行拉伸测试，以模拟电缆被用作约束带的情况。在这些测试过程中，应评估插入损耗和ROE（应用效率）。.
必须在模拟电缆实际运行环境（例如极端温度、海拔和压力；振动和加速度；液体或气体暴露；以及湿度）的情况下测量其电气性能。在海拔变化、冲击和振动测试期间监测阻抗至关重要。振动和冲击会导致金属疲劳或焊缝裂纹，从而造成机械和电气故障。温度变化对相长有直接影响。当温度接近极端值时，相长会发生变化；如果相长在温度恢复正常时变化速率与温度变化速率不一致（这种状态称为滞后），则很难对信号应用误差校正技术。在温度循环测试期间施加夹紧力可以监测电缆的介电强度，从而观察护套和导体的变化。.
电缆经过深入的机械和环境测试后，制造商必须再次验证其电气性能以及介电材料和护套材料是否在应用要求范围内保持稳定。.
对于在严苛环境下使用的产品而言，电缆故障的后果通常十分严重。因此，确保电缆的电气和机械完整性对于延长应用寿命至关重要。这包括了解可能影响电缆性能的因素，选择合适的材料来承受这些因素的影响，并通过电气、机械和环境测试来验证电缆的可靠性。.
作者：
Paul Pino，WL Gore&Associates, Inc. 的应用工程师.
