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几种典型的小同轴电缆及设计中的选料

2015-04-18   来源:互联网   点击:
同轴电缆是被广泛应用的传输媒介,同轴缆按OD的大小可分为:大同轴、中同轴、小同轴、微小同轴。其小同轴线主要应用于移动通信系统、卫星通信以及国防重点项目等领域。按特性阻抗分通常有两类:75Ω和50&

同轴电缆是被广泛应用的传输媒介,同轴缆按OD的大小可分为:大同轴、中同轴、小同轴、微小同轴。其小同轴线主要应用于移动通信系统、卫星通信以及国防重点项目等领域。按特性阻抗分通常有两类:75Ω和50Ω。75Ω同轴电缆常用于CATV网,用于模拟传输,其传输带宽为1GHz以上;50Ω同轴电缆主要用于数字传输,多用于基带传输,目前传输带宽为1GMHz以下,总线型以太网就是50Ω同轴电缆。

一、下面介绍几种典型的小同轴电缆

1、内导体为多股镀银铜包钢,实心聚四氟塑料绝缘,外导体为镀银铜线编织,护套外径为1.30mm(SFF-50-0.8高温线)。这种电缆结构简单,但加工工艺要求严格,特别是外径控制。所以生产设备至关重要,收放线必须通过恒张力调节系统来调整收放线张力,保持速度稳定,导体不拉伸。而且放线张力应能满足实心铜线、铜包钢线、铜包铝线等导体要求。因为在制造过程中外径公差不控制好,对波阻抗均匀性影响很大,一般来说,电缆的特性阻抗测试公差范围越少,说明工艺控制越好。

2、内导体为单根裸铜线,绝缘为发泡皮泡皮,外径1.30mm,外导体为铝箔加编织,护套外径为2.8mm(RG-174低损耗电缆)。

该电缆特性阻抗都为50Ω其结构与普通的导体为7/0.16CCS的实心RG-174(绝缘外径为1.55mm)其本相同,不同的是绝缘采用皮泡皮。采用发泡绝缘大大减少了绝缘层的等效介电常数及介质损耗角正切值。因此在保持同样波阻抗的条件下,若内导体不变其绝缘外径可做得更小些,而且衰减可以大大降低。特别是在高频的条件下,降低衰减的效果更明显。

采用发泡绝缘具有重量轻、低衰减、大功率、宽频率等优点,其缺点是耐电压较低,机械强度较实心差。为了弥补这一缺点,在发泡绝缘体最外面再加上薄薄一层实心PE,这层实心PE既可以用来绝缘着色,又可以防潮防湿,增加绝缘层的机械强度,提高电缆的使用寿命。小同轴皮泡皮在制造过程中,从绝缘料、内结皮以及发泡模具的选择到生产工艺都要求比较高。

内结皮挤出:为使发泡体和导体线能有效地粘结,导体在进行发泡挤出前,需挤塑一层很薄的LDPE(因为LDPE的粘度比较大)料作为内结皮,其厚度和同心度对最终产品的性能影响很大,而且内结皮的厚度尽量薄些(厚度一般控制在0.05mm左右),因此,设备上一般采用交流电机和交流变频调速装置与主控系统及测径装置组成的控制系统,以确保稳定、均匀地挤出极薄的内结层。

发泡挤出:因为它具有较高的发泡度(发泡度可达到70~80%),发泡料应全部采用HDPE料,以提高绝缘层的机械强度,能够承受足够的外部压力。挤出主机应采用直流电机和全数字直流调速装置来实现调速,保证挤出量稳定。螺杆长径比不低于34:1,保证挤出的绝缘层充分塑化发泡度符合工艺要求。欧勒测控反馈应有报警装置,输入的外径公差不能太大(可以根据设备的过程能力指数,及工艺水平)。另外,注氮充气最好采用高压注气,保证压力稳定。

外皮挤出:外皮料一般也用HDPE料,外皮螺杆温度设定尽量偏高些,特别是出口模温度。因为外表的好坏直接关系到电缆表面质量。小型同轴电缆的外皮厚度不能太厚,一般控制在0.05mm左右。对于外皮着色的电缆,其偏心度一定要好,否则表面颜色深浅不一影响表面质量。

特别指出的是:生产发泡皮泡皮小同轴电缆时,在线检测系统应具备外径和电容测量装置,外径测量装置应包括内结皮外径及绝缘层外径(一般生产厂家不重视内结皮厚度控制)。外径和电容测量均应具备反馈功能,使生产线构成闭环反馈,自动控制电缆的绝缘外径和发泡度等,以充分保证电缆的质量。

二、对微小型同轴电缆的设计中导体和绝缘材料的选料很关键:

我们都知道微小同轴电缆的内导体都很细,而电缆的使用频率以及工作温度却较高。所以单一的铜导体并不是很理想的内导体。铜在空气中会氧化而产生黑色的氧化皮,特别是当温度在80℃以上时氧化速度加快,当温度达到176℃时氧化将极为迅速。黑色氧化皮的生成,将使其电性能下降。因此铜导体最高使用温度一般限制在100℃。在使用频率上一般也只限于3000MHz以下。铜包钢线具有高的强度、耐疲劳的特性,在频率高于10MHz以上的条件下,铜包钢的电阻与实体铜线几乎一样,而机械强度则为实体的三倍。因此,微小同轴射频电缆常用铜包钢、镀银铜包钢或镀锡铜包钢线作为内导体。锡的电导率虽然比铜小得多,但具有抗氧化、耐蚀等优点,工作温度一般可用到150℃,在极个别情况下也可用到200℃。镀银铜线防蚀能力更好其电导率比铜高得多,因而广泛用在高温和高频条件下。其连续工作温度可达200℃,短时间使用温度可达250℃。

同轴电缆的绝缘材料最常用的是聚乙烯。实心聚乙烯绝缘的优点是耐电强度、机械强度高,热阻小以及结构稳定;缺点是介电常数大,当频率很高时衰减更大。聚乙烯最高使用温度一般为85℃,所以在要求耐高温情况下,应采用聚四氟乙烯(F4)及聚全氟乙丙烯(F46)。他们有较好的热稳定性和化学稳定性,其电气性能也较优异。聚四氟乙烯的长期工作温度可达250℃,聚全氟乙丙烯的长期工作温度可达200℃。

微小同轴线最常用的外导体是编织,而且编织密度一般在95%以上。这主要是因为其传输高频较高,而电缆屏蔽衰减较大(与管状外导体相比,一般情况下衰减将增大到1.5~4倍,特别在高频下衰减值还会急剧上升)。编织的优点是电缆比较柔软,容易弯曲。管状(铜管、铝管)外导体具有衰减低、屏蔽性好、机械强度高、防潮及密封性好等优点;缺点是柔软性差,允许弯曲半径大,不适用于移动场合。最后还有一种是电镀外导体,它是先用化学镀覆的方法在绝缘表面上镀包一层0.05微米厚的铜层,电镀增厚到0.025毫米。电镀外导体同轴电缆柔软性好,重量轻,屏蔽性好,衰减低,噪声小,电晕电压也较高,是微小型软射频电缆的一种理想外导体结构。

在各种射频配电、接收与测量系统中,都要求使用低衰减电缆。因为在通信与电子设备转入地下时,就要加大电缆与整机间的距离。随着传输距离的增大,低衰减的要求就显得更加突出。特别是整机的小型化、多功能以及使用频率越来越高,电缆的衰减值和尺寸与使用频率的矛盾也越来越突出。所以电缆生产商必须很好解决小型化、低衰减,高频率之间的矛盾,而低衰减要求往往与电缆的柔软性相抵触。各种光管外导体电缆是衰减最小的结构,但是在柔软性上往往不能满足使用要求,而普通的编织结构柔软电缆,其电气性能却较差,特别是衰减大,尤其在几千兆赫的频率下更差。

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