射频同轴电缆技术概述

1 射 频 同 轴 电 缆 在 电 缆 行 业 中 的 分 布 图 ------------------------------------------------------- 2 2 射 频 同 轴 电 缆 传 输 理 论 ------------------------------------------------------------------------- 3 3 传 输 特 性 及 相 关 指 标 ------------------------------------------------------------------------------ 6 4 机 械 特 性 -------------------------------------------------------------------------------------------- 27 5. 射 频 电 缆 的 其 他 安 装 使 用 指 标 ------------------------------------------------------------------- 28 6. 射 频 电 缆 原 材 料 介 绍 ----------------------------------------------------------------------------- 30 7. 美 军 标 RG 系 列 电 缆 简 介 及 资 料 ----------------------------------------------------------------- 34 8. 附 件 1 ( 原 材 料 简 写 一 览 表 ) --------------------------------------------------------------------- 57 9 附 件 2 ( 原 材 料 电 性 能 一 览 表 ) ------------------------------------------------------------------- 58 10. 附 件 3 ( 射 频 同 轴 电 缆 常 用 公 式 ) -------------------------------------------------------------- 59 11. 常 用 微 波 波 段 划 分 -------------------------------------------------------------------------------- 60 1. 射 频 同 轴 电 缆 在 电 缆 行 业 中 的 分 布 图. 2. 射 频 同 轴 电 缆 传 输 理 论 在 同 轴 电 缆 中, 传 输 回 路 由 内 导 体 绝 缘 介 质 和 外 导 体 三 部 分 组 成, 它 们 的 材 料 和 尺 寸 决 定 了 电 缆 的 传 输 性 能 和 其 它 电 气 性 能 这 三 部 分 是 同 心 的, 即 有 共 同 的 中 心 轴 电 缆 外 导 体 上 一 般 有 一 层 护 套, 具 体 结 构 在 后 面 的 章 节 中 详 细 讨 论 2.1 场 分 析 同 轴 电 缆 中 的 传 输 可 用 两 种 分 析 方 法 来 研 究, 即 : 基 于 麦 克 斯 威 方 程 的 电 磁 场 分 析 基 于 电 压 和 电 流 的 分 布 电 路 分 析 这 两 种 方 法 是 互 补 的, 在 同 轴 电 缆 传 输 分 析 中, 这 两 种 都 将 用 到 同 轴 电 缆 的 电 磁 场 模 型 是 建 立 在 TEM( 横 向 电 磁 波 的 缩 写 ) 模 式 基 础 上 的 该 模 式 是 一 种 电 磁 波 传 播 方 式, 在 任 何 位 置 电 场 传 播 方 向 磁 场 传 播 方 向 以 及 导 体 轴 向 相 互 正 交, 如 图 2 所 示 电 力 线 磁 力 线 图 2 同 轴 电 缆 中 TEM 模 式 下 的 电 磁 场 模 型 据 电 磁 场 理 论,TEM 模 式 所 有 的 能 量 都 沿 电 缆 轴 向 传 输, 其 主 要 特 性 仍 是 传 输 性 能, 如 特 性 阻 抗 和 衰 减 等 在 一 定 频 率 下,TEM 模 式 是 同 轴 电 缆 中 唯 一 的 传 播 模 式 高 于 此 频 率 时 还 会 激 发 其 它 的 传 播 模 式 这 一 频 率 称 之 为 截 止 频 率, 与 电 缆 的 结 构 和 绝 缘 性 能 有 关 在 同 轴 传 输 中, 这 些 高 级 模 式 是 有 害 的, 因 此, 应 了 解 电 缆 截 止 频 率 并 保 证 电 缆 在 该 频 率 下 使 用 截 止 频 率 可 用 下 面 的 公 式 计 算 : 2c (1) fc= 截 止 频 率 C= 真 空 中 的 光 速 εr= 相 对 介 电 常 数 d= 内 导 体 外 直 径 D= 外 导 体 内 直 径 f c = π ε r ( d + D) 在 截 止 频 率 以 下, 电 缆 的 不 连 续 性 也 会 激 发 电 磁 波 以 高 级 模 式 传 播, 但 衰 减 很 大, 其 影 响 可 以 忽 略 TEM 模 式 是 同 轴 电 缆 传 输 中 所 希 望 的 唯 一 模 式, 电 缆 的 所 有 传 输 特 性 都 是 建 立 在 这 种 模 式 的 基 础 上 除 了 截 止 频 率 以 外, 通 常 还 规 定 了 电 缆 的 最 大 工 作 频 率, 它 考 虑 一 定 的 余 量, 以 安 全 工 作 在 截 止 频 率 下 对 于 某 些 电 缆, 根 据 其 它 结 构 标 准 确 定 的 最 大 工 作 频 率 有 时 和 截 止 频 率 相 差 很 大 图 2 也 表 明 了 电 磁 场 中 另 外 一 种 有 趣 的 现 象 在 有 封 闭 外 导 体 的 同 轴 电 缆 中,TEM 波 在 电 缆 内 部 传 播 如 果 外 导 体 是 完 全 封 闭 的, 则 在 电 缆 内 部 和 外 部 环 境 间 没 有 电 磁 耦 合, 电 缆 既 不 发 射 也 不 接 收 任 何 信 号 这 表 明 有 封 闭 外 导 体 的 同 轴 电 缆 不 会 产 生 任 何 射 频 信 号 干 扰 其 它 系 统, 同 时 对 其 它 系 统 的 射 频 信 号 也 有 屏 蔽 作 用 而 在 漏 泄 电 缆 中, 外 导 体 上 的 槽 孔 可 在 电 缆 内 部 和 外 部 环 境 之 间 建 立 一 种 耦 合 机 制 电 缆 中 传 输 的 能 量 一 部 分 发 射 到 电 缆 外 部 空 间, 电 缆 充 当 天 线 的 作 用 这 些 漏 泄 电 缆 将 有 详 细 讨 论 结 论 : 在 工 作 频 率 ( 截 止 频 率 以 下 ) 内, 唯 一 的 传 播 模 式 是 TEM 模 式, 所 有 的 能 量 沿 电 缆 轴 向 传 输, 这 种 传 播 的 基 本 传 输 性 能 特 点 包 括 特 性 阻 抗 和 衰 减 等 1

在 有 封 闭 外 导 体 的 同 轴 电 缆 中 所 有 的 电 磁 能 量 都 在 电 缆 内 部 传 输, 在 电 缆 内 部 和 外 部 环 境 中 没 有 电 磁 耦 合 2.2 分 布 电 路 分 析 电 磁 场 分 析 描 述 电 磁 场 的 空 间 情 况, 而 分 布 电 路 则 可 计 算 电 压 电 流 阻 抗 和 电 路 网 络 理 论 中 用 到 的 其 它 物 理 量 所 有 传 输 线 都 可 用 二 端 口 网 络 的 等 效 电 路 来 描 述, 如 图 3 基 本 参 数 都 沿 电 路 连 续 分 布, 主 要 有 四 个 : L= 单 位 长 度 电 感,H/Km R= 单 位 长 度 电 阻,Ω/Km G= 单 位 长 度 电 导,S/KM C= 单 位 长 度 电 容,F/Km 另 外, 还 有 四 个 二 次 参 数 : Z= 特 性 阻 抗,Ω α= 单 位 长 度 衰 减 常 数,dB/Km β= 单 位 长 度 相 位 常 数,rad/Km γ= 传 输 常 数 图 3 微 长 度 传 输 线 的 等 效 电 路 电 路 输 入 端 的 电 压 V(z), 输 出 端 V( z+δz), 对 应 的 电 流 I( z) 和 I( z+δz) 可 以 看 出, 输 出 电 压 不 等 于 输 入 电 压, 这 是 由 于 有 电 感 和 电 阻 的 串 联 ; 同 样, 输 出 电 流 不 等 于 输 入 电 流, 这 是 由 于 有 电 导 和 电 容 的 并 联 但 是, 均 匀 传 输 线 任 意 一 点 的 电 压 和 电 流 比 值 为 常 数 V Z = (2) 根 据 下 面 的 公 式 可 以 看 出 Z 取 决 于 L,R,G 和 C 这 几 个 基 本 参 数 : I Z R + jwl = (3) j= 复 数 的 虚 部 ω=2πf, f 是 频 率 G + jwc 另 一 个 重 要 的 传 输 参 数 是 传 播 系 数, 可 用 下 面 公 式 表 示 : γ = α + j β = ( R + jwl)( G + jwc) (4) 衰 减 系 数 的 自 然 单 位 是 Np/m( 奈 培 / 米 ), 但 在 实 际 工 程 中 用 另 一 单 位 db 代 替 Np 下 面 的 公 式 表 示 它 们 之 间 的 关 系 : 1 db=0.115np 1Np=8.686dB 在 高 频 下 (f>1 MHz),R <<ωl,g<<ωc, 则 有 以 下 公 式 近 似 成 立 : L R GZ Z = (5) α = + (6) = w LC C 2Z 2 β (7) 特 征 阻 抗 衰 减 常 数 及 相 位 常 数 是 表 示 传 输 线 特 性 的 三 个 最 重 要 的 物 理 量 然 而 上 面 相 关 的 数 学 表 达 式 在 电 缆 设 计 和 应 用 中 并 无 实 用 价 值 在 下 面 的 章 节 中, 将 从 同 轴 电 缆 工 程 应 用 出 发 以 更 实 用 形 式 来 表 示 这 些 有 关 特 性 的 物 理 量 3 传 输 特 性 及 相 关 指 标 3.1 集 肤 效 应 在 直 流 作 用 下, 电 流 能 均 匀 流 过 导 体 的 横 截 面 在 高 频 下, 电 流 只 流 过 导 体 表 面 此 时, 导 体 有 效 横 截 面 积 减 小, 阻 抗 增 加 在 射 频 频 率 下, 电 流 仅 流 过 表 面 薄 层, 导 体 以 外 的 其 它 任 何 地 方 都 不 存 在 电 磁 场 因 此, 在 射 频 下 即 使 非 常 薄 的 金 属 外 导 体 也 能 将 电 磁 场 完 全 屏 蔽 在 射 频 同 轴 电 缆 内 部 可 用 穿 透 深 度 来 解 释 集 肤 效 应 其 定 义 是 : 和 承 受 集 肤 效 应 的 导 体 具 有 同 样 阻 抗 的 表 面 薄 层 的 厚 度 ( 假 设 电 流 均 匀 分 布 在 其 中 ) 非 磁 性 材 料 的 导 电 层 δ = 15. 9 [mm] (8) σ= 导 电 率,m/Ω mm 2 f = 频 率,KHz σ f 除 了 电 阻, 集 肤 效 应 还 影 响 电 感 特 性 阻 抗 和 传 输 速 率 等 下 表 是 铜 导 体 对 应 的 导 电 层 厚 度 : 频 率 (MHz) 1 10 100 220 450 550 800 900 1000 2

3.2 特 征 阻 抗 导 电 层 厚 度 (µm) 66.02 20.88 6.60 4.45 3.11 2.82 2.34 2.20 2.09 频 率 (MHz) 1800 2200 2400 3000 5000 10000 导 电 层 厚 度 (µm) 1.56 1.41 1.35 1.21 0.93 0.66 特 征 阻 抗 是 同 轴 电 缆 的 一 个 很 重 要 的 性 能 从 电 气 意 义 上 说, 它 表 示 导 体 之 间 的 电 势 差 与 流 过 该 导 体 间 的 电 流 比 值 在 均 匀 同 轴 电 缆 中, 特 征 阻 抗 在 电 缆 整 个 长 度 方 向 上 是 一 常 数 电 缆 终 端 负 载 应 与 其 特 征 阻 抗 匹 配, 因 此 有 必 要 对 电 缆 的 特 征 阻 抗 进 行 重 点 阐 述 在 无 线 通 信 中, 最 常 用 的 特 征 阻 抗 是 50 欧 姆, 象 75 欧 姆 等 其 它 值 也 在 其 它 领 域 用 到, 如 有 线 电 视 系 统 等 与 电 缆 相 连 的 所 有 设 备 或 无 源 元 件 都 应 与 电 缆 具 有 相 同 的 特 征 阻 抗 特 征 阻 抗 不 同, 会 出 现 不 匹 配 和 反 射, 从 而 导 致 传 输 失 真 同 轴 电 缆 的 特 征 阻 抗 由 导 体 的 尺 寸 及 绝 缘 的 相 对 介 电 常 数 决 定 从 1.2 节 的 公 式 (3) 可 以 看 出, 特 征 阻 抗 是 一 个 复 数, 且 与 频 率 有 关 当 频 率 增 加, 特 征 阻 抗 的 值 会 趋 近 于 一 个 常 数 ( 为 实 数 ), 因 此 当 频 率 大 于 5MHz 时, 该 值 可 用 下 式 表 示 : Z 60 D ln ε d = (9)Z= 特 征 阻 抗 εr= 绝 缘 相 对 介 电 常 数 D= 外 导 体 内 直 径,mm d= 内 导 体 外 直 径,mm r 从 上 式 看 出, 可 以 根 据 合 理 选 择 导 体 直 径 和 绝 缘 介 电 常 数 来 调 整 特 征 阻 抗 的 大 小 而 相 对 介 电 常 数 取 决 于 其 材 料 和 其 结 构, 实 芯 PE 的 相 对 介 电 常 数 为 2.25~2.34, 高 发 泡 情 况 下 可 以 低 于 1.25, 空 气 的 相 对 介 电 常 数 为 1,PTFE 的 相 对 介 电 常 数 为 2.00~2.10 质 量 好 的 电 缆, 特 征 阻 抗 在 整 个 电 缆 长 度 上 和 不 同 生 产 批 次 上 都 是 非 常 均 匀 的, 且 接 近 一 个 恒 定 值, 根 据 不 同 的 规 格, 通 常 允 许 的 公 差 是 ±1 至 ±3Ω 特 性 阻 抗 随 频 率 的 下 降 而 增 大 某 一 频 率 下 的 阻 抗 值 与 很 高 频 率 下 的 特 征 阻 抗 标 准 值 的 偏 差 近 似 为 : Z 4 = Z D f (10) 可 以 通 过 选 择 合 适 的 特 性 阻 抗 来 优 化 电 缆 的 某 些 电 气 特 性, 下 面 就 常 用 的 特 性 阻 抗 做 些 分 析 : 3.2.1 通 过 功 率 最 大 : 令 直 径 比 D/d=χ, 通 过 功 率 的 公 式 可 表 述 如 下 : 求 P 的 极 大 值, 令 得 到 因 此 通 过 功 率 最 大 的 条 件 为 : 由 此 可 见, 在 固 定 外 导 体 D 的 条 件 下, 同 轴 线 获 得 最 大 通 过 功 率 的 最 佳 直 径 比 D/d 约 为 1.65, 对 于 空 气 绝 缘 的 同 轴 线, 它 的 特 性 阻 抗 为 30 欧 姆 时, 通 过 功 率 最 大 3

3.2.2 衰 减 最 小 对 于 空 气 绝 缘 的 同 轴 线, 衰 减 系 数 如 下 : 求 α 最 小 值 令 因 此 衰 减 系 数 最 小 的 条 件 为 该 超 越 方 程 的 解 为 由 此 可 见, 在 固 定 外 导 体 D 的 条 件 下, 同 轴 线 获 得 最 小 衰 减 系 数 的 最 佳 直 径 比 D/d 约 为 3.6, 对 于 空 气 绝 缘 的 同 轴 线, 它 的 特 性 阻 抗 为 77 欧 姆 时, 衰 减 最 小 目 前 微 波 技 术 中 常 用 的 同 轴 线 特 性 阻 抗 为 75 和 50 欧 姆 为 标 准 值, 前 者 接 近 于 衰 减 最 小 的 要 求, 后 者 兼 顾 了 大 功 率 与 小 衰 减 系 数 的 两 个 要 求 3.3 衰 减 电 缆 两 点 处 能 量 的 减 少 就 是 衰 减 ( 有 时 也 称 为 纵 向 损 耗 ), 电 缆 的 衰 减 用 分 贝 / 单 位 长 度 表 示, 如 db/100m 根 据 上 述 定 义, 电 缆 衰 减 公 式 是 : α = 10log( P 1 / P2 ) (11)P 1 终 端 负 载 与 电 缆 特 征 阻 抗 匹 配 时 电 缆 的 输 入 功 率 P 2 此 电 缆 远 端 的 功 率 电 缆 的 衰 减 也 受 其 结 构 和 使 用 频 率 的 影 响, 可 用 下 述 公 式 计 算 : α α + α = α 1 f + α f (12) α= 给 定 频 率 的 衰 减 αr= 电 阻 性 衰 减 αg= 介 质 性 衰 减 = R g 2 α1= 导 体 损 耗 系 数 α2= 介 质 损 耗 系 数 衰 减 随 频 率 的 升 高 而 增 加, 这 是 由 于 导 体 的 集 肤 效 应 和 介 质 的 损 耗 引 起 的 导 体 损 耗 系 数 与 导 体 电 阻 率 和 尺 寸 有 关, 内 外 导 体 的 表 面 电 导 率 应 尽 可 能 高, 应 用 趋 肤 效 应, 做 大 电 缆 时 可 选 铜 管 或 铜 包 铝 为 内 导 体, 而 小 规 格 高 频 电 缆 则 都 选 用 镀 银 铜 ( 包 钢 ) 介 质 损 耗 系 数 取 决 于 相 对 介 电 常 数 和 介 质 材 料 的 损 耗 因 子 通 常 使 用 PTFE 或 PE, 现 代 的 技 术 中 使 用 发 泡 聚 乙 烯 作 介 质 材 料 可 以 减 少 这 些 系 数,PE 用 注 气 方 法 的 绝 缘 工 艺 可 以 达 到 80% 以 上 的 发 泡 度 注 气 方 法 中, 氮 气 直 接 注 入 到 挤 塑 机 的 介 质 材 料 中 该 方 法 相 对 于 化 学 发 泡 方 法 也 称 为 物 理 发 泡 方 法 用 化 学 发 泡 法, 只 能 得 到 50% 左 右 的 发 泡 度 而 PTFE 也 有 相 类 似 的 方 法, 使 PTFE 里 面 充 满 微 孔, 从 而 降 低 相 对 介 电 常 数 在 频 率 大 于 10MHz 时, 衰 减 可 用 下 面 的 公 式 表 示 ( 见 图 4): 4.58 ε f 1 1 r α = + + 9.1 ε f tanδ (13) r D ln d σ 1 D σ 2 d α= 衰 减,dB/100m εr= 介 质 的 相 对 介 电 常 数 D= 外 导 体 内 径,mm d= 内 导 体 直 径,mm σ 1= 内 导 体 导 电 率,MS/m σ 2= 外 导 体 导 电 率,MS/m tanδ= 介 质 损 耗 因 子 f= 频 率,MHz 图 4 基 本 传 输 公 式 电 缆 衰 减 主 要 是 电 阻 性 衰 减 α R, 它 与 频 率 的 算 术 平 方 根 成 正 比 介 质 的 衰 减 α g 和 频 率 成 正 比, 它 与 电 缆 尺 寸 无 关, 仅 由 绝 缘 材 料 的 数 量 和 质 量 决 定 随 着 频 率 的 增 加 和 电 缆 规 格 增 大, 介 质 衰 减 在 总 衰 减 中 所 占 的 比 例 增 大 这 就 促 使 我 们 对 高 频 率 下 使 用 的 小 规 格 电 缆 则 选 用 发 泡 PTFE 等 高 档 绝 缘 材 料, 大 直 径 电 缆 研 究 物 理 高 发 泡 工 艺 以 减 小 介 质 衰 减, 衰 减 值 一 般 使 用 网 络 分 析 仪 进 行 测 试, 下 图 是 金 信 诺 公 司 的 RG179 电 缆 ( 5.7 米 试 样 ) 的 衰 减 实 测 曲 线 图 : 4

以 上 提 到 的 衰 减 是 指 室 温 为 20 时 的 值 对 发 泡 PE 绝 缘 的 电 缆, 衰 减 与 温 度 有 下 面 的 近 似 公 式 成 立 : α T = α 1 + 0.004( T 20) (14) α T = 温 度 T 对 应 的 衰 减 α=+20 时 的 衰 减 如 果 电 缆 在 传 输 中 被 加 热, 衰 减 也 会 增 加 当 电 缆 工 作 在 满 负 荷 功 率 容 量 下, 衰 减 出 现 最 大 增 加 量, 约 为 1.12~1.20, 具 体 与 电 缆 的 绝 缘 结 构 有 关, 如 使 用 PTFE 为 绝 缘 材 料, 则 衰 减 的 温 度 变 化 会 小 很 多, 所 以 有 高 要 求 的 温 度 稳 相 电 缆 一 般 都 选 用 PTFE 或 发 泡 PTFE 为 绝 缘 材 料, 具 体 的 问 题 在 稳 相 指 标 中 有 描 述 最 后, 如 果 电 缆 终 端 阻 抗 严 重 不 匹 配, 衰 减 也 会 增 加 图 5 对 此 现 象 进 行 了 解 释 ( 假 定 此 电 缆 与 发 射 端 匹 配 ) 图 5 电 缆 终 端 不 匹 配 引 起 的 附 加 衰 减 衰 减 的 一 致 性 : 对 于 结 构 一 致 性 好 的 电 缆, 衰 减 应 该 是 一 条 比 较 平 滑 的 下 滑 曲 线, 但 如 果 电 缆 有 较 大 的 阻 抗 跳 动 时, 对 应 的 衰 减 曲 线 也 会 出 现 刺 状 的 曲 线, 则 该 电 缆 在 此 频 率 时 各 项 指 标 将 会 是 很 恶 劣 的 衰 减 的 稳 定 性 : 编 织 型 电 缆 的 衰 减 会 随 时 间 的 增 长 或 弯 曲 次 数 的 增 加 而 增 大, 下 图 是 有 关 的 一 些 测 试 随 着 电 缆 使 用 时 间 的 增 长, 衰 减 增 大 的 原 因 一 般 如 下 : 内 导 体 或 外 导 体 因 为 有 外 界 的 潮 湿 空 气 侵 入 而 氧 化, 即 使 有 护 套 材 料 的 保 护, 实 际 中 空 气 也 可 以 很 慢 地 渗 入 进 导 体 中, 所 以 电 缆 生 产 中 有 各 方 法 来 保 护 导 体 免 受 侵 害, 如 内 薄 层 技 术, 防 腐 胶 技 术 等 另 外 导 体 的 材 料 选 用 上 也 有 相 当 的 影 响, 如 裸 铜 线 的 抗 氧 化 能 力 就 不 如 镀 锡 或 镀 银 导 体 等 另 外 绝 缘 材 料 的 变 质 也 会 影 响 衰 减 的 增 加, 如 PE 发 泡 绝 缘, 物 理 发 泡 法 就 比 化 学 发 泡 法 稳 定, 因 为 物 理 发 泡 法 的 PE 是 闭 孔 结 构 的, 而 化 学 发 泡 法 是 开 孔 结 构 的, 所 以 外 界 的 潮 湿 空 气 更 容 易 侵 入 绝 缘 介 质 中 而 使 衰 减 变 坏 而 对 于 多 次 弯 曲 后, 一 般 导 体 材 料, 如 铝 箔 就 容 易 开 裂 而 造 成 导 电 性 能 下 降, 或 绝 缘 介 质 已 经 发 生 变 形 等, 这 些 因 素 都 容 易 使 衰 减 变 化 3.4 回 波 损 耗 和 结 构 回 波 损 耗 在 理 想 同 轴 电 缆 中, 特 征 阻 抗 沿 整 个 电 缆 长 度 方 向 是 均 匀 的 恒 定 的, 而 实 际 中 特 征 阻 抗 会 有 微 小 的 波 动 这 是 由 于 制 造 过 程 中 导 体 尺 寸 和 介 质 材 料 的 微 小 波 动 引 起 的, 电 缆 接 头 和 连 接 处 也 会 引 起 同 轴 电 缆 特 征 阻 抗 微 小 的 局 部 波 动 5

特 征 阻 抗 每 一 小 波 动 都 会 引 起 一 小 部 分 信 号 电 压 反 射 回 去 特 征 阻 抗 变 化 越 大, 被 反 射 的 电 压 越 大 图 6 阐 述 了 此 现 象 图 6 阻 抗 变 化 引 起 的 反 射 开 路 时 会 引 起 信 号 电 压 全 部 发 射 回 去, 反 射 系 数 为 1 短 路 时 会 使 所 有 的 信 号 电 压 反 相 全 部 反 射 回 去, 因 此 反 射 系 数 是 -1~+1 通 常, 当 特 征 阻 抗 从 Z 1 变 至 Z 2 时, 可 根 据 下 式 计 算 反 射 系 数 : Z Z 2 1 ρ = (15)ρ= 反 射 系 数 Z1 Z2= 特 征 阻 抗 值 2 Z + Z 1 回 波 损 耗 按 下 式 定 义 : 1 RL = db (16) ρ 图 6 说 明 了 电 缆 长 度 上 存 在 无 数 微 小 波 动 的 情 形 特 征 阻 抗 的 每 一 这 种 变 化 都 会 产 生 一 个 小 的 反 射 电 压 这 些 电 压 叠 加 到 一 起, 可 在 电 缆 的 输 入 端 测 到 一 总 的 反 射 信 号 电 缆 输 入 端 的 回 波 损 耗 定 义 如 下 : V RL = 20lg db (17)RL= 电 缆 回 波 损 耗 V= 输 入 电 压 Vr= 总 的 反 射 信 号 电 压 V r 图 7 同 轴 电 缆 中 总 的 反 射 信 号 电 缆 终 端 电 阻 若 与 其 特 征 阻 抗 匹 配, 则 电 缆 终 端 不 会 产 生 反 射 对 于 较 短 长 度 的 电 缆, 回 波 损 耗 与 长 度 有 关 ; 但 当 电 缆 较 长, 且 其 衰 减 大 于 6dB 时, 回 波 损 耗 实 际 上 与 电 缆 长 度 无 关 有 时, 也 会 用 另 一 个 量 代 替 回 波 损 耗, 即 电 压 驻 波 比 或 VSWR, 它 的 定 义 如 下 : 1+ ρ VSWR = (18) 1 ρ 回 波 损 耗 和 电 压 驻 波 比 的 一 一 对 应 关 系 如 下 表 ( 图 8): 图 8 回 波 损 耗 和 电 压 驻 波 比 换 算 表 通 常 可 用 两 个 相 关 的 回 波 损 耗 值 来 确 定 反 射 信 号 电 平 大 小 : 回 波 损 耗 (RL) 和 结 构 回 波 损 耗 (SRL) 两 个 都 有 用, 但 它 们 的 定 义 和 应 用 领 域 不 同, 下 面 对 此 作 一 解 释 RL 是 阻 抗 偏 离 标 称 值 ( 如 50Ω) 和 结 构 不 均 匀 性 共 同 影 响 的 结 果 当 重 点 考 虑 系 统 性 能 时, 应 规 定 这 一 指 标 而 SRL 用 来 表 示 电 缆 本 身 结 构 不 均 匀 性 对 特 征 阻 抗 的 影 响 在 SRL 中, 不 考 虑 电 缆 输 入 端 和 输 出 端 阻 抗 不 匹 配 的 影 响 因 此, SRL 可 用 于 评 估 电 缆 本 身 在 电 缆 工 作 频 率 范 围 内,SRL 应 大 于 规 定 的 最 小 值 下 图 是 金 信 诺 公 司 的 RG316 用 网 络 分 析 仪 测 试 的 VSWR 曲 线 图 对 SRL 的 频 率 响 应 进 行 傅 利 叶 变 换 (FFT) 可 得 到 阻 抗 不 均 匀 性 的 时 间 响 应, 通 过 进 一 步 换 算, 得 到 阻 抗 不 均 匀 性 与 电 缆 长 度 6

的 函 数 接 下 来 的 章 节 还 会 对 RL 和 SRL 做 金 信 诺 公 司 培 训 教 程 详 细 的 讨 论 RL 是 一 个 系 统 性 参 数, 包 括 了 以 下 几 个 因 素 的 影 响 : 转 换 器 不 匹 配 输 入 端 连 接 头 不 匹 配 电 缆 本 身 SRL( 在 成 品 上 测 量 ) 安 装 质 量 输 出 端 连 接 头 不 匹 配 天 线 不 匹 配 转 换 器 和 天 线 不 匹 配 与 转 换 器 的 输 出 阻 抗 天 线 的 输 入 阻 抗 和 电 缆 的 特 征 阻 抗 有 关 特 征 阻 抗 是 50Ω±lΩ 的 同 轴 电 缆, 在 其 阻 抗 公 差 范 围 内 对 应 的 RL 值 是 40dB, 对 于 使 用 来 说, 这 一 指 标 已 经 足 够 高 了 连 接 和 安 装 质 量 也 是 影 响 总 的 RL 值 的 非 常 重 要 的 因 素 接 头 都 会 产 生 串 联 电 感 和 并 联 电 容, 从 而 产 生 不 匹 配 不 匹 配 程 度 与 接 头 结 构 和 安 装 方 法 有 关, 应 使 用 质 量 好 的 接 头, 并 严 格 按 照 接 头 供 应 商 提 供 的 安 装 说 明 进 行 譬 如 说, 沿 塔 安 装 电 缆 时 很 要 手 艺 和 技 巧, 若 电 缆 使 用 不 当 安 装 质 量 差 都 会 使 RL 值 明 显 变 坏 同 时, 还 应 注 意 电 缆 的 最 小 弯 曲 半 径 和 最 大 拉 断 力 等 极 限 值, 使 用 适 当 的 夹 具 将 电 缆 固 定 在 安 装 塔 上, 避 免 挤 压 和 变 形, 否 则 会 改 变 电 缆 的 特 征 阻 抗,RL 值 也 会 随 之 变 坏 在 电 缆 的 整 个 使 用 过 程 中, 应 尽 可 能 小 心, 以 免 电 缆 挤 压 到 尖 角 上 引 起 过 量 的 变 形 电 缆 撞 击 和 猛 拉 尖 角 或 粗 糙 表 面 摩 擦 过 量 的 扭 转 或 打 结 等 等 周 期 性 不 均 匀 性 和 SRL 在 每 一 同 轴 电 缆 中, 制 造 过 程 中 导 体 尺 寸 和 介 质 材 料 的 微 小 变 化 会 引 起 电 缆 长 度 方 向 上 结 构 的 微 小 变 化, 在 电 气 性 能 上 会 表 现 为 特 征 阻 抗 的 微 小 变 化, 每 一 变 化 都 会 使 一 小 部 分 信 号 电 平 反 射 回 去 这 些 电 平 叠 加 在 一 起, 可 在 电 缆 输 入 端 测 到 一 个 总 的 反 射 信 号 尽 管 电 缆 各 处 特 征 阻 抗 变 化 很 小, 但 如 果 测 量 不 同 频 率 下 的 RL 时, 会 发 现 这 些 周 期 不 均 匀 性 引 起 的 反 射 在 某 一 频 段 内 按 相 位 叠 加 起 来 而 产 生 峰 值 这 种 反 射 叠 加 产 生 的 SRL 与 电 缆 长 度 有 关 电 缆 越 长, 包 含 的 周 期 性 不 均 匀 性 越 多, 总 的 反 射 信 号 越 大,SRL 越 小 然 而, 当 电 缆 长 到 一 定 长 度 时, 远 端 产 生 的 反 射 信 号 衰 减 比 近 端 大, 这 样 这 种 长 电 缆 的 SRL 与 长 度 关 系 不 大 但 是 在 移 动 通 信 领 域 中, 电 缆 长 度 对 SRL 值 的 影 响 却 很 大 下 面 的 公 式 表 示 SRL 值 (db) 当 与 无 限 长 电 缆 比 较 时 随 长 度 的 增 加 关 系 : SRL = 1 lg 1 e 0.0023α db L 20 (19) ΔSRL=SRL 的 增 加 量,dB α= 衰 减 系 数,dB L= 电 缆 长 度,m 下 表 1 2 给 出 了 五 种 规 格 电 缆 长 度 分 别 为 50 米 100 米 200 米 和 500 米 时 的 ΔSRL 值 由 表 可 见, 当 电 缆 很 短 衰 减 很 小 时,ΔSRL 值 有 可 能 会 超 过 10dB 结 论 : 射 频 电 缆 安 装 后 的 回 波 损 耗 性 能 与 许 多 因 素 有 关 电 缆 制 造 商 应 保 证 电 缆 的 结 构 回 波 损 耗 大 于 某 一 最 小 值 这 些 值 只 与 电 缆 本 身 有 关, 是 电 缆 在 厂 家 的 测 试 结 果 而 SRL 与 长 度 有 关, 其 具 体 数 值 必 须 根 据 长 度 确 定 射 频 电 缆 组 件 总 的 RL 值 与 连 接 情 况 和 安 装 质 量 有 关 生 产 方 应 保 证 电 缆 本 身 的 质 量, 而 安 装 方 应 保 证 电 缆 和 接 头 的 安 装 质 量, 这 样 以 确 保 整 个 传 输 线 具 有 足 够 高 的 RL 值 表 1 950MHz SRL 值 (db) 当 与 无 限 长 电 缆 比 较 时 随 长 度 的 增 加 关 系 电 缆 规 格 ΔSRL,dB 7

50 米 100 米 200 米 500 米 1/2 5.0 1.8 0.3 0.0 5/8 7.1 3.3 0.9 0.0 7/8 8.7 4.5 1.5 0.1 1-1/4 10.9 6.2 2.6 0.3 1-5/8 12.6 7.6 3.6 0.6 表 2 1800MHzSRL 值 (db) 当 与 无 限 长 电 缆 比 较 时 随 长 度 的 增 加 关 系 电 缆 规 格 ΔSRL,dB 50 米 100 米 200 米 500 米 1/2 3.2 0.9 0.1 0.0 5/8 5.0 1.8 0.3 0.0 7/8 6.3 2.7 0.6 0.0 1-1/4 8.2 4.1 1.3 0.1 1-5/8 9.7 5.2 2.0 0.2 3.5 屏 蔽 衰 减 输 入 信 号 在 同 轴 电 缆 中 传 输 时, 因 为 外 导 体 在 结 构 上 不 可 能 对 信 号 有 100% 的 屏 蔽, 总 有 一 部 分 的 信 号 从 外 导 体 中 泄 漏 出 去, 除 了 专 用 的 泄 漏 电 缆 应 用 场 合, 该 泄 漏 出 去 的 能 量 都 是 一 种 损 失, 在 传 输 中 应 该 尽 量 避 免 屏 蔽 衰 减 与 传 输 衰 减 有 着 相 似 的 定 义, 以 电 缆 输 入 端 信 号 的 功 率 与 导 体 外 的 泄 露 信 号 功 率 值 的 对 数 比, 电 缆 的 衰 减 用 分 贝 (db) 表 示 根 据 上 述 定 义, 电 缆 屏 蔽 衰 减 公 式 是 : α P 1 终 端 负 载 与 电 缆 特 征 阻 抗 匹 配 时 电 缆 的 输 入 功 率 P 2 此 电 缆 导 体 外 的 信 号 的 功 率 = 10log( P 1 / P2 ) 屏 蔽 衰 减 随 频 率 的 改 变 而 改 变, 这 是 由 于 导 体 的 泄 漏 孔 的 形 状 大 小 和 排 列 与 通 过 频 率 之 间 的 关 系 决 定, 信 号 的 波 长 与 孔 的 尺 寸 相 比 越 大, 信 号 越 不 容 易 泄 露 出 去, 这 也 意 味 着 相 同 外 导 体 结 构 的 电 缆, 频 率 高 的 信 号 越 容 易 泄 露, 屏 蔽 指 标 也 越 低 测 量 射 频 同 轴 电 缆 屏 蔽 衰 减 的 方 法 有 两 种 : 泄 漏 法 ( 吸 收 钳 法 ) 和 渗 透 法 (GTEM 室 法 ) 泄 漏 法 是 在 同 轴 电 缆 内 产 生 强 电 磁 场, 由 于 电 缆 屏 蔽 不 够 好, 电 缆 内 外 导 体 间 的 强 电 磁 场 可 通 过 外 导 体 的 缝 隙 泄 漏 出 来 测 量 泄 漏 场 强 来 表 征 电 缆 的 屏 蔽 衰 减, 吸 收 钳 法 使 用 的 是 泄 漏 法 渗 透 法 是 将 被 测 电 缆 放 在 均 匀 电 磁 场 中, 由 于 电 缆 的 外 导 体 有 缝 隙, 电 磁 场 通 过 缝 隙 渗 透 到 电 缆 内 部, 测 量 渗 透 场 强 也 可 表 征 电 缆 的 屏 蔽 衰 减 随 着 电 磁 兼 容 测 量 设 备 的 发 展, 用 可 以 产 生 均 匀 横 向 电 磁 砀 的 GTEM 室 来 测 量 电 缆 的 屏 蔽 衰 减 这 种 测 量 方 法 称 为 GTEM 室 法, 属 于 渗 透 法, 比 吸 收 钳 法 复 杂 通 常 在 120 db 以 内 可 以 用 吸 收 钳 法, 但 120 db 以 上 则 使 用 GTEM 室 法, 因 为 从 理 论 上 讲,GTEM 室 可 以 产 生 的 电 磁 场 强 度 仅 与 输 入 信 号 功 率 有 关, 只 要 功 率 放 大 器 足 够 大, 就 可 产 生 很 高 的 场 强 这 使 GTEM 室 测 量 屏 蔽 衰 减 的 灵 敏 度 大 大 提 高 在 强 功 率 的 射 频 传 输 情 况 下, 泄 漏 的 信 号 不 但 使 传 输 衰 减 变 差, 同 时 也 大 大 的 干 扰 了 系 统 其 他 部 分 的 工 作, 反 过 来 说, 系 统 空 间 中 的 其 他 电 磁 场 也 容 易 进 入 电 缆, 而 使 系 统 的 抗 干 扰 性 变 坏, 这 都 是 我 们 在 设 计 传 输 时 要 尽 量 避 免 的, 特 别 是 在 高 频, 超 高 频 时 尤 为 明 显 在 电 缆 的 外 导 体 结 构 中, 以 下 的 方 法 都 可 以 在 不 同 程 度 上 改 善 屏 蔽 性 能 : a. 增 加 编 织 网 的 覆 盖 密 度 b. 增 加 编 织 网 的 层 数, 如 采 用 双 层 编 织 结 构. c. 使 用 金 属 箔 完 全 包 覆 绝 缘, 甚 至 采 用 有 合 理 的 搭 接 率 和 有 黏 结 层 的 结 构 d. 采 用 金 属 带 绕 包 绝 缘 e. 采 用 金 属 管 状 结 构 ( 焊 接 或 无 缝 技 术 ) f. 采 用 高 密 度 金 属 丝 编 织 + 浸 锡 结 构 ( 半 柔 电 缆 ). 还 有 很 多 其 他 方 法, 都 可 以 对 屏 蔽 指 标 进 行 改 善, 下 面 就 一 些 通 常 结 构 的 屏 蔽 指 标 简 列 如 下, 作 为 设 计 时 的 大 概 参 考 : 8

(1) (2) 90% 编 织 密 度 :60 70 db (3) 60% 编 织 密 度 + 铝 箔 :50 60 db (4) 双 层 90% 编 织 密 度 :70 80 db (5) 自 粘 铝 箔 +60% 编 织 密 度 + 铝 箔 + 60% 编 织 密 度 :90 100 db (6) 金 属 带 绕 包 +90% 编 织 密 度 :100 db (7) 半 柔 电 缆 ( 浸 锡 结 构 ):100 110 db (8) 轧 纹 电 缆 : 110 120 db 半 刚 电 缆 :150 180 db 结 论 外 导 体 是 射 频 同 轴 电 缆 的 重 要 部 分, 它 直 接 构 成 和 影 响 了 电 缆 的 很 多 因 素, 所 以 选 择 使 用 合 适 的 外 导 体 结 构 以 保 证 有 足 够 的 屏 蔽 性 能, 这 也 保 证 了 传 输 时 系 统 的 抗 干 扰 性 能. 3.6 传 输 速 率 和 延 时 3.6.1 指 标 在 自 由 空 间 和 空 气 中, 电 磁 波 以 光 速 传 播 在 同 轴 电 缆 中, 信 号 传 输 速 率 小 于 光 速, 与 介 质 材 料 有 关 两 者 的 比 值 称 为 传 输 速 率, 用 公 式 表 示 为 : v l VF = 100 % = 100 % (20) c l e v= 同 轴 电 缆 中 的 传 输 速 率 c= 自 由 空 间 中 的 速 度,300X10 3 Km /s l= 电 缆 几 何 长 度,m le= 电 缆 电 气 长 度,m 从 下 面 的 公 式 可 进 一 步 发 现 传 输 速 率 与 相 对 介 电 常 数 的 关 系 : VF = (21) 用 实 芯 PTFE 传 输 速 率 可 达 到 0.70 左 右, 而 用 物 理 高 发 泡 聚 乙 烯 传 输 速 率 可 达 0.88 以 上 传 输 速 率 用 来 计 算 传 输 波 长 和 延 时 特 定 频 率 下 的 波 长 可 根 据 下 式 计 算 : c λ = VF (22) f 3 333. 6 10 延 时 公 式 定 义 为 :t ϕ = =100 [ns/m] (23) VF VF c0 1 ε r 9

由 于 集 肤 效 应 的 影 响, 传 播 速 度 与 频 率 有 关 随 着 频 率 下 降, 速 度 减 小, 延 时 增 加 依 据 公 式 (10) 可 以 计 算 出 相 对 偏 差 类 似 于 特 性 阻 抗 的 情 况, 射 频 电 缆 的 相 对 传 播 速 度 可 理 解 为 非 常 高 频 率 下 的 极 限 值 传 输 速 率 是 在 频 率 为 200MHz 附 近 测 得 的 并 把 它 作 为 标 准 值 传 输 速 率 也 会 有 波 动, 但 对 传 输 性 能 没 有 直 接 影 响 ; 然 而, 如 果 要 求 电 缆 必 须 调 整 为 相 同 的 电 气 长 度 时, 它 们 就 会 对 传 输 性 能 产 生 影 响, 因 为 电 长 度 相 同 时, 几 何 长 度 有 可 能 不 同 一 定 长 度 和 温 度 范 围 的 电 缆, 可 根 据 公 式 (26) 计 算 相 位 差 : l ϕ e =120 10 6 ppm f (26) Vr l= 电 缆 长 度,m V r = 对 传 播 速 度,% ppm = 电 长 度 改 变 量,ppm f = 频 率,MHz 例 如 : 一 根 长 10 米 1/2 型 电 缆, 在 频 率 为 1GHz, 温 度 范 围 -10 0 c 40 0 c 时, 从 图 9 可 查 出 电 长 度 改 变 量 是 370, 则 最 大 相 位 差 是 : 6 10 0 ϕ = 120 10 370 1000 = 5.0 88 3.6.2 延 时 线 在 射 频 微 波 传 输 中, 有 一 种 产 品 叫 延 时 线 (DELAY LINES), 通 常 用 于 提 供 5 至 100ns 的 短 延 时, 因 延 时 线 需 要 高 的 可 靠 性 和 精 确 度, 所 以 毫 无 例 外 都 选 择 半 刚 电 缆 作 为 延 时 线 的 主 要 材 料 以 下 为 国 外 著 名 公 司 产 品 的 有 关 资 料 : Cable Size Delay (n s) Max. Dimensions inches(mm) Diameter Max. Weight ounce s(g) *see below Part Number Height.086 5±0.5 EZ86DL5.19 (4.83) 2.57 (65.3) 3.52 (99.8).086 10±0.5 EZ86DL10.38 (9.65) 2.57 (65.3) 4.48 (127).086 25±0.5 EZ86DL25 1.42 (36.1) 2.38 (60.5) 7.20 (204).086 50±1.0 EZ86DL50 1.32 (33.5) 2.76 (70.1) 11.70 (331).086 100±1.0 EZ86DL100 1.70 (43.2) 3.14 (79.8) 19.50 (554).141 5±0.5 EZ141DL5.45 (11.4) 2.60 (66.0) 4.80 (136).141 10±0.5 EZ141DL10.90 (22.9) 2.60 (66.0) 6.72 (191).141 25±0.5 EZ141DL25 1.35 (34.3) 2.90 (73.7) 12.80 (363).141 50±1.0 EZ141DL50 1.95 (49.5) 3.20 (81.3) 23.20 (658).141 100±1.0 EZ141DL100 3.00 (76.2) 3.50 (88.9) 44.00 (1247).250 5±0.5 EZ250DL5 1.65 (41.9) 2.55 (64.8) 8.80 (249).250 10±0.5 EZ250DL10 1.65 (41.9) 3.10 (78.7) 14.40 (408).250 25±0.5 EZ250DL25 2.20 (55.9) 3.65 (92.7) 32.00 (907).250 50±1.0 EZ250DL50 3.03 (77.0) 4.20 (107) 61.60 (1746).250 100±1.0 EZ250DL100 3.58 (90.9) 5.30 (135) 120.00 (3402) 目 前 延 时 线 的 精 确 度 国 际 上 已 经 可 以 低 于 15ps, 使 用 温 度 范 围 可 从 -65 到 +260, 一 般 商 业 用 途 都 使 用 实 芯 PTFE 绝 缘 的 半 刚 电 缆 ( 如 上 表 的 数 值 ), 如 果 需 要 更 高 的 温 度 稳 定 场 合, 则 需 要 选 用 发 泡 PTFE 绝 缘 的 半 刚 电 缆, 该 类 型 延 时 线 是 目 前 国 际 上 最 高 端 的 产 品, 一 般 只 用 于 军 事 通 讯 的 产 品 因 以 上 产 品 需 要 大 长 度 的 半 刚 电 缆, 金 信 诺 公 司 引 进 美 国 技 术 生 产 的 半 刚 电 缆 能 全 部 满 足 上 述 的 商 业 和 军 事 用 途, 长 度 也 达 到 国 际 的 先 进 水 平 : 超 过 100 英 尺 10

结 论 因 射 频 同 轴 电 缆 结 构 通 常 有 绝 缘 介 质, 这 就 决 定 了 电 缆 的 传 输 速 度 必 然 低 于 光 速, 信 号 在 电 缆 里 面 传 输 时 就 有 一 定 的 延 时, 选 择 适 当 的 介 质 结 构, 使 传 输 速 率 和 延 时 都 在 一 个 适 当 的 数 值 内, 以 达 到 系 统 的 要 求. 3.7 电 长 度 和 长 度 调 整 电 长 度 定 义 为 : 100l l e = [m] (24) VF l= 几 何 长 度,m VF= 相 对 传 播 速 度,% 电 长 度 和 相 位 角 之 间 存 在 下 面 的 关 系 式 : l e ϕ =2 π f [rad] (25) 300 l e = 电 长 度,m f= 频 率,MHz 在 很 多 情 况, 电 缆 既 要 有 相 同 电 长 度 的, 又 要 有 不 同 电 长 度 的 电 视 发 射 馈 线 和 天 线 组 或 天 线 阵 列 之 间 的 连 接 线 就 是 典 型 的 例 子, 必 须 精 确 调 整 这 些 电 缆 的 长 度 在 470MHz 到 860MHz 的 频 率 范 围 里, 能 实 现 相 位 角 精 度 是 ±5 为 了 减 少 长 度 调 整 后 操 作 过 程 引 起 的 长 度 变 化, 我 们 建 仪 只 对 较 长 的 电 缆 在 安 装 后 调 整, 而 较 短 的, 宜 在 厂 家 供 货 时 进 行 调 整 射 频 电 缆 的 电 长 度 与 温 度 有 关, 如 果 是 空 气 绝 缘 电 缆, 还 受 其 中 的 空 气 压 力 和 湿 度 影 响 这 些 影 响 很 小, 但 如 果 电 缆 长 度 比 工 作 波 长 长 很 多 时, 应 当 考 虑 这 些 微 小 影 响 下 图 7 为 电 气 长 度 随 温 度 变 化 曲 线 建 议 将 调 整 过 长 度 的 电 缆 安 装 在 相 同 的 环 境 条 件 下, 如 相 同 的 温 度 阳 光 辐 射 等 对 要 求 不 太 苛 刻 的 应 用 领 域, 可 用 相 位 稳 定 的 电 缆 这 种 电 缆 经 过 了 一 段 时 间 的 处 理, 消 除 了 磁 滞 效 应 电 长 度 随 温 度 的 变 化 情 况 受 电 缆 与 固 定 器 之 间 的 连 接 件 影 响 随 温 度 升 高 能 自 由 膨 胀 的 电 缆 与 固 定 夹 紧 的 电 缆 相 比 有 着 不 同 的 电 缆 长 度 图 9 为 电 气 长 度 随 温 度 变 化 曲 线 图 9 电 气 长 度 随 温 度 变 化 曲 线 3.8 电 容 电 容 的 影 响 包 含 在 特 征 阻 抗 中, 它 本 身 并 不 是 一 项 很 重 要 的 传 输 性 能 但 是 它 也 包 含 了 电 缆 另 外 一 些 信 息, 它 与 相 对 介 电 常 数 和 特 征 阻 抗 之 间 存 在 以 下 关 系 : r 4 C = ε 10 pf / m (27) 3Z 3.9 功 率 原 理 同 轴 电 缆 的 输 入 功 率 定 义 为 当 电 缆 终 端 接 一 匹 配 阻 抗 时, 任 意 频 率 温 度 压 力 下 能 连 续 工 作 的 最 大 输 入 功 率 影 响 功 率 的 因 素 包 括 电 缆 允 许 的 最 高 工 作 电 压 和 内 导 体 能 承 受 的 最 高 温 度, 据 此 可 将 功 率 分 为 以 下 两 种 : 峰 值 功 率 容 量, 受 电 缆 允 许 的 最 高 电 压 限 制 平 均 功 率 容 量, 受 导 体 允 许 的 最 高 温 度 限 制 3.9.1 峰 值 功 率 容 量 11

峰 值 功 率 容 量 根 据 内 外 导 体 间 的 绝 缘 耐 电 压 定 义, 是 指 电 缆 在 匹 配 状 态 运 行 时 达 到 峰 值 额 定 电 压 时 的 输 入 功 率 定 义 式 为 : ^ 2 ^ U P = 500 KW (28) ^ Z c U = 额 定 电 压,KV Z = 特 性 阻 抗,Ω c 峰 值 功 率 与 频 率 无 关 射 频 电 缆 的 峰 值 功 率 容 量 是 在 如 下 条 件 下 确 定 的 : 温 度 :20 气 压 :1 bar ( 海 平 面 ) 当 射 频 电 缆 用 额 定 峰 值 电 压 二 倍 的 直 流 电 压 做 生 产 检 测 时, 电 压 安 全 系 数 为 2, 峰 值 功 率 安 全 系 数 为 4 电 缆 内 部 的 超 压 会 使 峰 值 功 率 容 量 明 显 减 小 如 果 电 缆 内 部 压 力 与 环 境 压 力 一 致 时, 峰 值 功 率 容 量 会 随 高 度 减 小 而 减 小, 见 图 10 图 10 峰 值 功 率 容 量 随 高 度 的 变 化 尽 管 由 于 射 频 电 缆 的 绝 缘 介 质 比 空 气 介 电 强 度 高, 可 实 际 上 在 电 缆 的 终 端 与 接 头 相 接 的 地 方 总 有 段 空 气 柱, 这 个 空 气 柱 限 制 了 射 频 电 缆 组 件 的 峰 值 功 率 容 量, 仍 与 相 同 面 积 的 空 气 绝 缘 电 缆 一 样 射 频 电 缆 的 峰 值 功 率 容 量 考 虑 了 该 段 空 气 介 质 的 影 响, 因 而 比 电 缆 绝 缘 所 允 许 的 值 要 低 峰 值 功 率 容 量 可 能 会 影 响 低 中 频 范 围 内 的 调 幅 信 号, 但 绝 不 会 影 响 模 拟 通 信 的 使 用 3.9.2 平 均 功 率 容 量 平 均 功 率 容 量 的 定 义 式 如 下 : 0.8686P P = v max [kw] (29) 2 α t Pv = 最 大 允 许 功 率 耗 损,W/m α t = 工 作 条 件 下 的 衰 减,dB/100m 电 缆 中 的 信 号 衰 减 会 引 起 导 体 温 度 升 高, 内 导 体 的 影 响 比 外 导 体 大, 因 为 内 导 体 直 径 较 小, 电 阻 较 大 另 外, 内 导 体 温 度 升 高 会 影 响 导 体 之 间 的 绝 缘 介 质 因 此, 介 质 长 期 工 作 允 许 的 最 高 温 度 决 定 了 电 缆 的 平 均 功 率 容 量, 平 均 功 率 就 是 指 某 种 绝 缘 材 料 允 许 内 导 体 达 到 的 最 高 温 度 时 的 输 入 功 率 一 般 来 说,PTFE 的 最 高 温 度 为 260, 实 芯 聚 乙 烯 允 许 的 最 高 温 度 为 115, 发 泡 聚 乙 烯 为 100 平 均 功 率 容 量 与 下 面 参 数 有 关 : 介 质 允 许 的 最 高 工 作 温 度 ( 如 100 ) 介 质 的 热 传 导 率 电 缆 表 面 的 传 热 特 性 室 温 ( 通 常 是 40 ) 随 频 率 升 高 衰 减 增 加, 大 部 分 能 量 转 换 成 热 量, 因 此 平 均 功 率 容 量 会 随 之 下 降 在 低 频 段, 平 均 功 率 12

容 量 受 电 缆 长 度 的 影 响 金 信 诺 公 司 培 训 教 程 馈 线 电 缆 因 下 述 因 素 而 具 有 极 好 的 平 均 功 率 容 量 性 能 : 低 衰 减 : 只 有 小 部 分 能 量 转 换 成 热 量 介 质 的 高 温 稳 定 性 介 质 的 高 热 传 导 率 如 高 发 泡 扎 纹 电 缆, 平 均 功 率 容 量 是 在 如 下 条 件 下 定 义 的 : 内 导 体 温 度 :100 室 温 :40 所 有 电 缆 的 平 均 功 率 容 量 都 按 照 IEC1196-1 中 第 11.9 条 进 行 测 试 如 果 室 温 不 是 40, 可 根 据 下 式 计 算 其 平 均 功 率 : 1 = T Ta PT P 40 ( ) (30) T 40 t 40 1 P = Ta 温 度 对 应 的 平 均 功 率 容 量 P = 40 时 的 平 均 功 率 容 量 T 1 = 内 导 体 最 高 温 度 (100 ) T a = 室 温, 图 11 平 均 功 率 容 量 随 温 度 变 化 曲 线 图 12 电 缆 平 均 功 率 容 量 与 电 缆 内 部 压 力 ( 空 气 或 氮 气 ) 关 系 曲 线 图 如 果 电 缆 受 太 阳 直 接 照 射, 平 均 功 率 将 会 减 小 下 降 系 数 见 图 13 图 13 太 阳 直 射 对 平 均 功 率 的 影 响, 最 糟 糕 的 情 况 : 电 缆 完 全 暴 露 且 受 到 太 阳 垂 直 照 射 埋 在 地 下 的 电 缆 的 平 均 额 定 功 率 计 算 中, 应 该 用 土 壤 的 热 阻 代 替 电 缆 护 套 相 对 空 气 的 热 阻, 电 缆 所 埋 深 度 处 土 壤 的 平 均 温 度 代 替 室 因 为 土 壤 的 热 阻 很 大 程 度 上 取 决 于 它 本 身 的 性 质, 如 : 土 壤 湿 度 和 土 质 的 13

类 型, 再 者, 由 于 电 缆 散 发 大 量 的 热, 会 使 其 周 围 的 土 壤 变 得 干 燥 所 以 有 必 要 从 下 表 中 查 找 相 关 的 资 料 总 的 来 说, 对 于 温 和 气 候 下 的 标 准 土 壤, 埋 地 小 电 缆 的 平 均 功 率 容 量 会 增 加, 大 电 缆 的 反 而 会 减 小 如 果 一 个 埋 地 大 电 缆 在 内 部 超 压 下 运 行, 其 平 均 额 定 功 率 仍 不 会 恢 复 到 地 面 上 正 常 工 作 时 那 么 大 安 装 场 地 详 细 情 况 : (1) 海 拔 高 度 (2) 周 围 温 度 和 太 阳 辐 射 强 度 (3) 地 下 温 度, 土 壤 类 型 和 地 下 水 深 度 安 装 情 况 : (1) 装 在 桅 杆 上, 还 是 装 在 电 缆 槽 里 ; 放 在 地 面 上, 还 是 埋 在 地 下 (2) 超 压 的 可 能 性 (3) 平 行 电 缆 引 起 的 局 部 热 源 (4) 接 头 类 型 运 行 条 件 : (1) 电 缆 的 数 量 和 长 度 (2) 频 率 和 允 许 衰 减 量 (3) 发 射 机 的 峰 值 和 平 均 输 出 功 率 (4) 天 线 的 VSWR 这 种 平 均 功 率 容 量 的 电 缆 完 全 可 安 全 用 于 移 动 通 信 中 以 GSM 为 例, 根 据 输 出 功 率 不 同 定 义 了 8 类 基 站, 第 一 类 功 率 最 高,320W 但 它 仍 远 低 于 最 小 规 格 的 1/2" 电 缆 的 平 均 功 率 容 量 ( 最 小 规 格 的 电 缆 衰 减 最 大 ) 因 此, 很 容 易 根 据 数 据 表 中 给 出 的 衰 减 和 平 均 功 率 选 择 合 适 的 电 缆 如 果 电 缆 中 的 功 率 接 近 其 平 均 功 率 容 量, 安 装 时, 应 在 电 缆 周 围 留 50mm 的 自 由 空 间 结 论 射 频 电 缆 是 为 了 满 足 现 代 微 波 通 信 和 其 它 无 线 通 信 应 用 要 求 而 设 计 的 电 缆 性 能 与 电 缆 结 构 材 料 和 制 造 工 艺 有 关 除 了 极 好 的 传 输 性 能 力 学 性 能 和 耐 气 候 性 能 外, 高 功 率 使 用 性 能 也 是 设 计 的 一 个 目 标 在 实 际 的 微 波 通 信 中, 应 根 据 实 际 的 传 输 方 式 和 使 用 环 境 而 选 择 最 适 合 的 射 频 电 缆 射 频 电 缆 是 为 了 满 足 现 代 微 波 通 信 和 其 它 无 线 通 信 应 用 要 求 而 设 计 的, 电 缆 性 能 与 如 果 电 缆 终 端 阻 抗 不 匹 配, 沿 电 缆 方 向 的 驻 波 将 会 引 起 很 大 的 功 率 损 耗, 因 此, 馈 入 功 率 随 之 减 小 总 之, 根 据 某 一 功 率 容 量 选 择 电 缆 大 小 时, 必 须 满 足 下 列 条 件 : ^ P max ^ P s (31) K 1 s P max P (32) K K K ^ _ P P 发 射 机 的 峰 值 功 率 和 平 均 功 率 ^ P _ max max P 电 缆 的 峰 值 功 率 容 量 和 平 均 功 率 容 量 S= 电 压 驻 波 比 VSWR K = 内 部 超 压 引 起 的 峰 值 功 率 系 数, 见 图 13 1 K = 内 部 超 压 引 起 的 平 均 功 率 系 数, 见 图 11 2 K = 太 阳 直 射 引 起 的 平 均 功 率 系 数, 见 图 12 3 K = 周 围 环 境 温 度 引 起 的 平 均 功 率 系 数, 见 图 10 4 2 3 电 缆 规 格 品 种 多, 为 每 一 领 域 使 用 最 合 适 的 电 缆 提 供 了 可 能 对 于 有 效 平 均 功 率, 一 般 可 以 用 以 下 公 式 做 工 程 上 的 调 整 : 4 14

调 整 的 曲 线 或 公 式 如 下 :() 3.10 无 源 互 调 无 源 互 调 是 由 无 线 通 信 系 统 中 的 非 线 性 无 源 元 件 引 起 的 这 些 无 源 元 件 如 : 双 向 滤 波 器 合 波 器 连 接 头 馈 线 天 线 等 等, 在 它 们 的 连 接 界 面 非 线 性 不 连 续 点 处 会 产 生 互 调 有 时 天 线 的 空 间 会 受 到 基 站 电 缆 塔 的 限 制, 这 样, 只 好 将 几 个 发 射 机 和 接 收 机 的 信 号 合 并 到 同 一 馈 线 和 天 线 上 高 功 率 同 步 发 射 机 的 载 波 信 号 就 会 在 非 线 性 不 连 续 点 处 相 互 干 扰, 在 接 收 频 道 上 产 生 互 调 干 扰 互 调 性 能 差 时, 就 会 使 许 多 接 收 频 道 受 到 严 重 的 干 扰 非 线 性 电 路 中 会 产 生 谐 振 频 率, 基 频 与 谐 振 频 率 在 一 起 会 引 起 互 调 因 此 所 有 可 以 移 动 的 连 接 处, 如 接 头 等 都 是 产 生 互 调 的 潜 在 来 源 例 如, 接 头 的 非 线 性 来 源 可 能 有 : 铁 磁 材 料 非 线 性 介 质 接 触 界 面 两 种 性 能 相 差 很 远 的 材 料 氧 化 或 不 良 的 接 触 表 面 接 触 不 良 或 接 触 压 力 很 小 引 起 微 电 弧 腐 蚀 脏 物 废 物 油 脂 指 纹 两 个 传 输 频 率 产 生 的 互 调 频 率 可 按 下 式 计 算 : ± m f 1± n f 2 m, n = 任 一 正 整 数 f1, f2 = 传 输 频 率 互 调 阶 数 :m+n 例 如 :900MHz 处 的 三 阶 无 源 互 调 情 况 : 发 射 机 / 接 收 机 的 930/885MHz 和 955/910MHz 信 号 接 至 同 一 传 输 线, 发 射 信 号 955/930MHz 会 产 生 互 调 信 号 905/980MHz 这 样 就 会 干 扰 950/905MHz 的 发 射 / 接 收 信 号 对 三 阶 互 调 可 用 两 个 标 准 功 率 (20w) 的 载 波 测 量, 其 值 为 测 试 信 号 和 互 调 产 物 的 功 率 差 值 下 图 是 金 信 诺 公 司 的 670-141 半 柔 电 缆 的 IM3 实 测 图 (43dBm 的 测 试 功 率 下 ). 3.11 相 位 ( 稳 相 电 缆 ) 在 特 殊 要 求 的 场 合, 特 别 是 高 频 微 波 领 域, 对 射 频 电 缆 传 输 的 相 位 稳 定 性 有 更 加 严 格 的 要 求, 如 2.6 节 的 介 绍, 对 相 位 的 要 求 体 现 在 射 频 电 缆 的 电 长 度 的 微 观 变 化 上, 在 实 际 的 应 用 场 合 通 常 分 为 以 下 两 类 的 稳 相 要 求 : 3.11.1 温 度 稳 相 性 即 在 温 度 变 化 时, 对 应 的 相 位 变 化 情 况, 通 常 的 测 试 数 据 如 下 ( 图 14): 15

( 图 14 相 位 变 化 VS 温 度 ) 因 温 度 的 变 化 而 会 造 成 内, 外 导 体 和 绝 缘 材 料 的 热 胀 冷 缩, 这 都 会 造 成 电 缆 电 长 度 的 改 变 而 使 相 位 发 生 变 化, 特 别 是 绝 缘 材 料 的 伸 长 收 缩, 对 相 位 的 变 化 影 响 最 大, 为 减 低 这 一 影 响, 通 常 会 选 用 耐 高 低 温 的 PTFE, 特 别 是 发 泡 PTFE 作 为 绝 缘 材 料, 因 为 PTFE 的 长 期 耐 温 在 -60 至 260 之 间 都 有 极 稳 定 的 电 气 性 能 3.11.2 弯 曲 稳 相 性 通 常 弯 曲 稳 相 测 试 都 是 选 用 一 定 长 度 的 电 缆 组 件, 在 没 有 弯 曲 时 测 出 标 准 的 相 位 和 振 幅, 然 后 把 电 缆 在 一 定 的 半 径 下 弯 曲 一 圈 或 多 圈, 测 出 相 位 和 振 幅 的 变 化 值, 把 电 缆 恢 复 原 来 的 状 态, 再 测 出 相 位 和 振 幅 的 变 化 值, 变 化 不 同 的 测 试 频 率, 即 可 得 出 下 表 ( 图 15) 的 结 果 图 15 ( 相 位 变 化 VS 弯 曲 ) 电 缆 弯 曲 稳 相 性 与 电 缆 的 材 料 和 结 构 有 很 重 要 的 关 系, 最 重 要 的 是 内 外 导 体 结 构 需 和 绝 缘 结 合 紧 密 稳 定, 这 样 在 弯 曲 时 电 长 度 的 改 变 就 会 较 小, 电 性 能 就 能 更 稳 定 就 这 一 问 题, 我 们 顺 便 提 以 下 微 波 测 试 仪 器 的 测 试 线, 如 网 络 分 析 仪 等, 测 试 线 的 要 求 就 集 中 体 现 在 弯 曲 稳 相 性 上, 好 的 稳 相 性 能 通 常 能 够 在 多 次 反 复 弯 曲 时, 仪 器 的 波 形 变 化 都 很 小, 而 不 用 反 复 校 正 结 论 : 高 稳 相 性 能 的 射 频 电 缆 是 我 国 目 前 最 高 端 要 求 的 电 缆, 目 前 全 部 必 须 从 国 外 进 口, 从 上 面 分 析 可 知, 除 了 材 料 必 须 使 用 更 特 殊 的 外, 在 生 产 电 缆 的 机 器 上 也 有 更 为 严 格 和 特 殊 的 要 求, 以 便 能 生 产 出 这 种 高 端 产 品 3.12 噪 音 ( 低 噪 音 电 缆 ) 在 弯 曲 振 动 冲 击 温 度 变 化 等 外 界 因 素 作 用 下, 正 常 情 况 下 不 经 处 理 的 电 缆, 噪 音 指 数 可 达 几 百 到 几 千 毫 伏, 而 低 噪 音 电 缆 本 身 产 生 的 脉 冲 信 号 小 于 5mV 的 电 缆, 故 也 称 防 震 仪 表 电 缆 主 要 用 于 工 业 医 学 国 防 等 多 个 领 域 微 小 信 号 的 测 量 有 聚 乙 烯 绝 缘 低 噪 音 电 缆 FEP 和 PTFE 绝 缘 低 噪 音 电 缆 耐 辐 照 低 噪 音 电 缆 低 电 容 低 噪 音 电 缆 水 听 器 电 缆 水 密 低 噪 音 电 缆 等 多 种 型 号 规 格 的 电 缆 电 缆 中 产 生 噪 音 的 原 因 有 : 1) 介 质 本 身 内 部 分 子 摩 擦 ; 2) 电 缆 电 容 的 改 变 ; 3) 电 缆 介 质 的 压 电 效 应 ; 4) 电 缆 中 导 体 和 介 质 摩 擦 产 生 电 荷, 即 当 导 体 和 绝 缘 之 间 接 触 破 坏 时 产 生 电 荷 的 分 离 在 绝 缘 表 面 挤 上 一 层 薄 薄 半 导 电 ( 厚 度 0.20-0.30mm) 的 低 噪 音 电 缆 得 到 了 迅 速 的 发 展, 其 噪 音 值 在 2-3mV, 对 于 工 作 在 400 度 的 低 噪 音 电 缆, 可 采 用 耐 高 温 半 导 电 纤 维 绕 包 的 办 法 来 解 决, 其 噪 音 可 达 5mV 4 机 械 特 性 4.1 抗 拉 强 度 射 频 电 缆 的 抗 拉 强 度 是 由 导 体 的 材 料 结 构 和 横 截 面 积 所 决 定 的 对 于 编 织 射 频 电 缆, 抗 拉 强 度 的 70% 由 外 编 织 层 来 承 担, 所 以 如 果 要 提 高 抗 拉 强 度, 通 常 可 以 选 用 高 强 度 合 金 或 镀 银 铜 包 钢 等 材 料 对 于 波 纹 管 等 大 电 缆, 皱 纹 导 体 电 缆 的 抗 拉 强 度 明 显 小 于 光 滑 导 体 电 缆 当 把 电 缆 吊 到 桅 杆 上 或 从 电 缆 槽 中 抽 出 时, 为 了 不 损 坏 电 缆, 不 应 超 过 电 缆 所 允 许 的 最 大 拉 力 值 所 给 出 的 抗 拉 强 度 值 都 是 假 设 内 外 导 体 紧 系 在 一 起 可 同 时 承 受 重 力 的 基 础 上 测 得 的 4.2 弯 曲 性 能 及 柔 软 性 4.2.1 弯 曲 性 能 16

射 频 电 缆 有 各 种 不 同 的 结 构, 弯 曲 性 能 也 有 明 显 的 不 同, 从 给 出 的 最 小 允 许 弯 曲 半 径 值 可 以 看 出 通 常 有 三 个 指 标 可 反 映 弯 曲 性 能 : 单 次 弯 曲 半 径 在 电 缆 的 弯 曲 半 径 达 到 最 小 值 后 电 缆 不 能 再 弯 曲 回 去, 否 则, 会 损 坏 电 缆 反 复 弯 曲 半 径 可 多 次 反 复 弯 曲 到 的 一 个 弯 曲 半 径, 表 示 实 际 操 作 中 的 最 小 弯 曲 半 径, 同 时, 也 表 示 电 缆 盘 轴 芯 的 最 小 半 径 标 准 的 编 织 外 导 体 电 缆 都 能 承 受 1000 次 的 弯 曲 ( 弯 曲 半 经 为 20 倍 电 缆 直 径,180 度 / 次 ) 所 以 一 般 该 电 缆 可 以 在 线 轴 直 径 为 10 倍 线 经 的 电 缆 轴 上 保 存 和 运 输 半 刚 电 缆 则 只 能 承 受 10 次 以 下 的 弯 曲 ( 弯 曲 半 经 为 20 倍 电 缆 直 径,180 度 / 次 ), 线 轴 的 直 径 则 建 议 为 20 倍 电 缆 线 经 通 常 在 固 定 安 装 的 情 况 下, 建 议 弯 曲 半 径 为 5 倍 电 缆 直 径, 更 小 的 安 装 半 径 也 是 允 许 的 对 于 需 要 经 常 性 弯 曲 和 扭 转 的 使 用 场 合, 通 常 需 要 作 相 关 的 弯 曲 和 扭 转 实 验, 以 确 定 该 电 缆 所 能 承 受 的 弯 曲 寿 命. 4.2.2 柔 软 性 在 需 要 多 次 弯 曲 的 使 用 场 合, 一 般 都 使 用 多 股 内 导 体 和 编 织 外 导 体 的 结 构, 但 多 股 内 导 体 通 常 的 衰 减 都 比 同 等 直 径 的 单 根 内 导 体 要 差, 驻 波 比 也 要 差 些, 根 数 越 多, 柔 软 性 越 好, 同 时 衰 减 也 会 改 善 4.3 抗 挤 压 有 些 外 露 安 装 的 射 频 电 缆 需 要 有 抗 挤 压 能 力 举 个 例 子, 可 从 以 下 数 据 看 出 : 为 了 将 一 根 长 90mm7/8 型 电 缆 的 横 截 面 直 径 压 缩 1%, 就 需 要 提 供 4000 牛 的 力 才 能 完 成 或 将 电 缆 的 标 准 长 度 (20CM) 上 加 上 适 当 的 负 荷, 如 表 面 没 有 损 坏, 而 且 电 缆 的 驻 波 比 的 改 变 值 在 5% 以 内, 则 该 最 大 的 负 荷 值 为 该 电 缆 的 最 大 抗 挤 压 力 4.4 密 封 性 和 耐 压 性 电 缆 具 有 很 好 的 气 密 性, 因 而 可 以 保 持 0.1~0.3bar 的 超 压, 这 样 可 以 防 止 水 汽 的 凝 结 和 潮 气 的 侵 入 另 外, 使 电 缆 在 内 部 超 压 状 态 下 工 作, 如 通 过 注 入 干 燥 空 气 氮 气 或 其 它 气 体 使 其 内 压 达 到 3bar, 可 以 明 显 地 提 高 电 缆 的 功 率 容 量 高 压 状 态 下 使 用 的 电 缆 应 做 特 殊 的 密 封 性 试 验 5. 射 频 同 轴 电 缆 的 其 他 安 装 使 用 指 标 5.1 工 作 温 度 编 织 型 的 柔 软 电 缆 的 工 作 温 度 范 围 取 决 于 电 缆 的 绝 缘 和 护 套 的 材 料, 下 表 是 常 用 的 材 料 使 用 温 度, 另 外 对 于 长 期 使 用 超 过 80 的 场 合, 目 前 只 有 镀 银 导 体 是 最 好 的 选 择 5.2 耐 环 境 性 ( 电 缆 寿 命 ) 电 缆 的 寿 命 有 很 多 因 素 对 它 产 生 影 响, 在 上 面 的 电 性 能 : 衰 减 章 节 中 就 已 经 有 部 分 的 介 绍, 而 本 节 是 把 其 他 的 因 素 也 介 绍 一 下 : 5.2.1 阳 光 阳 光 中 的 紫 外 线 对 护 套 的 伤 害 最 为 主 要, 在 通 常 的 材 料 中, 一 般 建 议 用 护 套 级 聚 乙 烯 (PE), 聚 氯 乙 烯 (PVC) 也 可 以 选 用, 但 寿 命 一 般 只 有 护 套 级 聚 乙 烯 的 一 半 以 下 5.2.2 潮 湿 空 气 17

潮 湿 空 气 可 以 从 编 织 网 的 孔 隙, 甚 至 是 直 接 从 塑 料 护 套 中 直 接 进 入 电 缆, 目 前 所 有 的 塑 料 都 不 能 完 全 防 止 潮 湿 空 气 的 侵 入, 甚 至 是 FEP 也 一 样, 侵 入 的 潮 湿 空 气 直 接 使 导 体 腐 蚀 氧 化 而 缩 短 寿 命 5.2.3 盐 溶 液 的 侵 入 在 某 些 特 殊 的 场 合, 如 海 洋 环 境 等, 如 果 盐 溶 液 有 侵 入, 则 对 电 缆 是 致 命 的 伤 害 5.2.4 腐 蚀 性 气 体 在 化 工 厂, 电 镀 厂 等 特 殊 环 境, 腐 蚀 性 气 体 的 侵 入 将 比 潮 湿 空 气 更 为 严 重 5.2.5 电 缆 埋 地 土 地 中 的 水 分 将 是 最 大 的 敌 人, 所 以 埋 地 的 电 缆 一 定 要 用 无 针 孔 的 护 套 材 料, 甚 至 最 好 有 铠 装, 以 防 止 白 蚁 和 老 鼠 的 破 坏 5.2.6 电 缆 的 防 火 等 级 电 缆 的 防 火 等 级 取 决 于 护 套 和 绝 缘 的 材 料, 通 常 PVC 有 不 同 等 级 的 防 火 性 能, 燃 烧 后 能 自 熄,PE 则 无 防 火 性 能,PTFE 和 FEP 有 很 高 的 氧 指 数, 所 以 防 火 性 能 很 好 下 表 是 美 国 国 家 电 气 规 程 (NEC) 中 电 缆 的 阻 燃 等 级 及 应 用 对 照 : 6. 射 频 电 缆 原 材 料 介 绍 从 射 频 同 轴 电 缆 的 结 构 上 看, 原 材 料 可 以 分 为 塑 料 和 金 属 导 体 两 大 类, 具 体 列 表 如 下 : 材 料 名 称 用 途 柔 软 程 度 使 用 温 度 和 环 境 PVC ( 聚 氯 护 套 好 -40 至 乙 烯 ) +105 室 内 使 用 护 套 PE ( 聚 乙 烯 ) LSZH ( 低 烟 无 卤 聚 烯 烃 ) 绝 缘 PE ( 聚 乙 烯 ) PTFE ( 聚 四 氟 乙 烯 ) FEP( 四 氟 乙 烯 和 六 氟 丙 烯 的 共 聚 物 ) PFA( 四 氟 乙 烯 与 全 氟 烷 基 乙 烯 基 醚 的 共 聚 物 ) 护 套 一 般 -40 至 +80 室 外 使 用 护 套 好 -25 至 +90 室 内 使 用 绝 缘 好 -40 至 +80 电 缆 内 部 绝 缘 一 般 -70 至 护 套 好 +260 各 种 环 境 护 套 绝 缘 护 套 绝 缘 射 频 电 缆 常 用 塑 料 一 般 -70 至 +200 各 种 环 境 一 般 -70 至 +260 各 种 环 境 加 工 阻 燃 其 余 特 性 好 好 因 价 格 合 适, 目 前 国 内 使 用 最 多, 但 因 含 氯, 燃 烧 后 会 产 生 毒 烟, 所 以 在 欧 美 已 经 逐 渐 停 止 使 用 好 一 般 因 价 格 合 适 且 耐 气 候 性 好, 所 以 目 前 国 内 使 用 最 多 在 室 外 电 缆 的 护 套 上, 缺 点 是 易 燃, 较 硬, 电 缆 柔 软 性 一 般. 好 (-) 好 因 燃 烧 后 无 毒, 所 以 主 要 是 在 某 些 用 途 替 代 PVC 材 料, 但 价 格 较 贵. 好 差 因 是 绝 缘 用 途, 所 以 必 须 使 用 高 纯 PE, 以 保 证 电 性 能. 差 极 好 目 前 是 高 频 电 缆 的 绝 缘 首 选 材 料, 电 性 能 和 耐 温 都 很 优 异, 但 价 格 很 贵, 加 工 麻 烦, 生 产 效 率 低. 稍 好 极 好 因 加 工 性 比 PTFE 好, 目 前 是 高 频 电 缆 的 护 套 首 选 材 料, 在 要 求 不 高 的 场 合 也 可 以 做 绝 缘, 价 格 很 贵. 稍 好 极 好 是 FEP 的 改 良 品 种, 电 性 能 非 常 接 近 PTFE, 且 加 工 性 良 好, 故 根 据 情 况 使 用, 价 格 最 贵. 在 以 下 的 频 段 中, 作 为 主 要 导 电 的 材 料 推 介 如 下 镀 锡 铜 线 ( 丝 ) : 低 于 100 MHz 高 纯 无 氧 铜 : 100 MHz 至 1000 MHz 镀 银 铜 ( 包 钢 ) : 高 于 1000 MHz 18

以 上 仅 为 大 约 推 介 频 段, 具 体 使 用 将 可 根 据 实 际 情 况 来 调 整 19

射 频 电 缆 常 用 金 属 材 料 材 料 名 称 用 途 导 电 性 拉 伸 强 度 延 伸 率 其 余 特 性 高 纯 无 氧 铜 内 导 体 外 编 织 低 频 : 好 高 频 : 好 适 中 高 该 材 料 广 泛 用 于 射 频 同 轴 电 缆 行 业, 并 以 杆, 丝, 管, 箔 等 形 状 在 内 外 导 体 上 广 泛 使 用 镀 锡 铜 线 ( 丝 ) 铜 包 钢 线 ( 丝 ) 内 导 体 外 编 织 内 导 体 外 编 织 低 频 : 好 适 中 高 在 低 频 场 合 可 以 用 作 内 导 体, 其 余 大 部 分 的 场 合 都 是 作 为 外 导 体 编 织. 优 点 是 抗 氧 化 性 较 好. 低 频 : 一 般 高 频 : 好 铜 包 铝 线 内 导 体 低 频 : 一 般 高 频 : 好 镀 银 铜 线 ( 丝, 带 ) 镀 银 铜 包 钢 线 ( 丝,) 内 导 体 外 编 织 内 导 体 外 编 织 低 频 : 好 高 频 : 很 好 低 频 : 一 般 高 频 : 很 好 铝 ( 铜 ) 箔 外 导 体 低 频 : 高 频 : 很 好 高 适 中 用 于 需 要 有 好 的 强 度, 但 高 频 导 电 性 也 要 好 的 场 合, 一 般 在 尺 寸 小 的 导 体 时 选 用. 适 中 适 中 一 般 用 于 大 尺 寸 的 内 导 体, 主 要 是 降 低 重 量, 同 时 也 保 持 了 好 的 高 频 导 电 性. 适 中 高 一 般 用 于 导 电 要 求 高 的 高 频 场 合, 但 成 本 很 贵. 高 适 中 一 般 用 于 导 电 要 求 高 的 高 频 场 合, 且 尺 寸 小 强 度 高 的 内 外 导 体 上, 成 本 最 贵. 适 中 适 中 在 发 泡 聚 乙 烯 电 缆 中 使 用 最 普 遍, 能 改 善 电 缆 的 率 减 和 屏 蔽 指 标. 电 缆 导 体 的 规 格 目 前 使 用 美 国 线 规 表 示 : AMERICAN WIRE GUAGE (AWG), 附 表 如 下 : 7. 美 军 标 RG 系 列 电 缆 简 介 及 资 料 美 国 在 军 标 级 射 频 同 轴 电 缆 上 使 用 MIL-C-17 的 标 准, 该 标 准 从 1940 年 就 颁 布 了 第 一 版, 后 来 随 着 材 料 和 技 术 的 不 断 发 展, 版 本 也 不 断 更 新, 目 前 使 用 的 最 新 版 本 是 G 版 本, 即 为 REVISION G, 所 以 简 称 RG 电 缆,RG 电 缆 后 的 数 字 是 随 先 后 登 记 的, 所 以 没 有 任 何 规 律 来 作 为 命 名 附 后 的 表 格 是 RG 电 缆 的 基 本 资 料 另 外 在 英 国 也 有 一 类 似 的 军 标 电 缆 系 列 :URM 电 缆 系 列, 该 系 列 则 是 参 考 RG 电 缆 制 定 的, 规 格 也 较 少 和 简 单 21

原 材 料 简 写 一 览 表 金 信 诺 公 司 培 训 教 程 22

射 频 电 缆 计 算 公 式 一 览 表 23

常 用 微 波 波 段 划 分 表 波 段 名 称 波 长 范 围 频 率 范 围 分 米 波 1 m 10 cm 300 MHz 3 GHz 厘 米 波 10 cm 1 cm 3 GHz 30 GHz 毫 米 波 1 cm 1 mm 30 GHz 300 GHz 亚 毫 米 波 1 mm 0.1 mm 300 GHz 3000 GHz 波 段 代 号 频 率 范 围 /GHz UHF 0.30 1.12 L 1.12 1.70 LS 1.70 2.60 S 2.60 3.95 C 3.95 5.85 XC 5.85 8.20 X 8.20 12.40 Ku 12.40 18.00 K 18.00 26.50 Ka 26.50 40.00 Q 33.00 50.00 U 40.00 60.00 M 50.00 75.00 E 60.00 90.00 F 90.00 140.00 G 140.00 220.00 R 220.00 325.00 24