幾種典型的小同軸電纜及設(shè)計(jì)中的選料
同軸電纜是被廣泛應(yīng)用的傳輸媒介,同軸纜按OD的大小可分為:大同軸、中同軸、小同軸、微小同軸。其小同軸線主要應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信以及國防重點(diǎn)項(xiàng)目等領(lǐng)域。按特性阻抗分通常有兩類:75Ω和50Ω。75Ω同軸電纜常用于CATV網(wǎng),用于模擬傳輸,其傳輸帶寬為1GHz以上;50Ω同軸電纜主要用于數(shù)字傳輸,多用于基帶傳輸,目前傳輸帶寬為1GMHz以下,總線型以太網(wǎng)就是50Ω同軸電纜。
一、下面介紹幾種典型的小同軸電纜
1、內(nèi)導(dǎo)體為多股鍍銀銅包鋼,實(shí)心聚四氟塑料絕緣,外導(dǎo)體為鍍銀銅線編織,護(hù)套外徑為1.30mm(SFF-50-0.8高溫線)。這種電纜結(jié)構(gòu)簡單,但加工工藝要求嚴(yán)格,特別是外徑控制。所以生產(chǎn)設(shè)備至關(guān)重要,收放線必須通過恒張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整收放線張力,保持速度穩(wěn)定,導(dǎo)體不拉伸。而且放線張力應(yīng)能滿足實(shí)心銅線、銅包鋼線、銅包鋁線等導(dǎo)體要求。因?yàn)樵谥圃爝^程中外徑公差不控制好,對波阻抗均勻性影響很大,一般來說,電纜的特性阻抗測試公差范圍越少,說明工藝控制越好。
2、內(nèi)導(dǎo)體為單根裸銅線,絕緣為發(fā)泡皮泡皮,外徑1.30mm,外導(dǎo)體為鋁箔加編織,護(hù)套外徑為2.8mm(RG-174低損耗電纜)。
該電纜特性阻抗都為50Ω其結(jié)構(gòu)與普通的導(dǎo)體為7/0.16CCS的實(shí)心RG-174(絕緣外徑為1.55mm)其本相同,不同的是絕緣采用皮泡皮。采用發(fā)泡絕緣大大減少了絕緣層的等效介電常數(shù)及介質(zhì)損耗角正切值。因此在保持同樣波阻抗的條件下,若內(nèi)導(dǎo)體不變其絕緣外徑可做得更小些,而且衰減可以大大降低。特別是在高頻的條件下,降低衰減的效果更明顯。
采用發(fā)泡絕緣具有重量輕、低衰減、大功率、寬頻率等優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是耐電壓較低,機(jī)械強(qiáng)度較實(shí)心差。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn),在發(fā)泡絕緣體最外面再加上薄薄一層實(shí)心PE,這層實(shí)心PE既可以用來絕緣著色,又可以防潮防濕,增加絕緣層的機(jī)械強(qiáng)度,提高電纜的使用壽命。小同軸皮泡皮在制造過程中,從絕緣料、內(nèi)結(jié)皮以及發(fā)泡模具的選擇到生產(chǎn)工藝都要求比較高。
內(nèi)結(jié)皮擠出:為使發(fā)泡體和導(dǎo)體線能有效地粘結(jié),導(dǎo)體在進(jìn)行發(fā)泡擠出前,需擠塑一層很薄的LDPE(因?yàn)長DPE的粘度比較大)料作為內(nèi)結(jié)皮,其厚度和同心度對最終產(chǎn)品的性能影響很大,而且內(nèi)結(jié)皮的厚度盡量薄些(厚度一般控制在0.05mm左右),因此,設(shè)備上一般采用交流電機(jī)和交流變頻調(diào)速裝置與主控系統(tǒng)及測徑裝置組成的控制系統(tǒng),以確保穩(wěn)定、均勻地?cái)D出極薄的內(nèi)結(jié)層。
發(fā)泡擠出:因?yàn)樗哂休^高的發(fā)泡度(發(fā)泡度可達(dá)到70~80%),發(fā)泡料應(yīng)全部采用HDPE料,以提高絕緣層的機(jī)械強(qiáng)度,能夠承受足夠的外部壓力。擠出主機(jī)應(yīng)采用直流電機(jī)和全數(shù)字直流調(diào)速裝置來實(shí)現(xiàn)調(diào)速,保證擠出量穩(wěn)定。螺桿長徑比不低于34:1,保證擠出的絕緣層充分塑化發(fā)泡度符合工藝要求。歐勒測控反饋應(yīng)有報(bào)警裝置,輸入的外徑公差不能太大(可以根據(jù)設(shè)備的過程能力指數(shù),及工藝水平)。另外,注氮充氣最好采用高壓注氣,保證壓力穩(wěn)定。
外皮擠出:外皮料一般也用HDPE料,外皮螺桿溫度設(shè)定盡量偏高些,特別是出口模溫度。因?yàn)橥獗淼暮脡闹苯雨P(guān)系到電纜表面質(zhì)量。小型同軸電纜的外皮厚度不能太厚,一般控制在0.05mm左右。對于外皮著色的電纜,其偏心度一定要好,否則表面顏色深淺不一影響表面質(zhì)量。
特別指出的是:生產(chǎn)發(fā)泡皮泡皮小同軸電纜時,在線檢測系統(tǒng)應(yīng)具備外徑和電容測量裝置,外徑測量裝置應(yīng)包括內(nèi)結(jié)皮外徑及絕緣層外徑(一般生產(chǎn)廠家不重視內(nèi)結(jié)皮厚度控制)。外徑和電容測量均應(yīng)具備反饋功能,使生產(chǎn)線構(gòu)成閉環(huán)反饋,自動控制電纜的絕緣外徑和發(fā)泡度等,以充分保證電纜的質(zhì)量。
二、對微小型同軸電纜的設(shè)計(jì)中導(dǎo)體和絕緣材料的選料很關(guān)鍵:
我們都知道微小同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體都很細(xì),而電纜的使用頻率以及工作溫度卻較高。所以單一的銅導(dǎo)體并不是很理想的內(nèi)導(dǎo)體。銅在空氣中會氧化而產(chǎn)生黑色的氧化皮,特別是當(dāng)溫度在80℃以上時氧化速度加快,當(dāng)溫度達(dá)到176℃時氧化將極為迅速。黑色氧化皮的生成,將使其電性能下降。因此銅導(dǎo)體最高使用溫度一般限制在100℃。在使用頻率上一般也只限于3000MHz以下。銅包鋼線具有高的強(qiáng)度、耐疲勞的特性,在頻率高于10MHz以上的條件下,銅包鋼的電阻與實(shí)體銅線幾乎一樣,而機(jī)械強(qiáng)度則為實(shí)體的三倍。因此,微小同軸射頻電纜常用銅包鋼、鍍銀銅包鋼或鍍錫銅包鋼線作為內(nèi)導(dǎo)體。錫的電導(dǎo)率雖然比銅小得多,但具有抗氧化、耐蝕等優(yōu)點(diǎn),工作溫度一般可用到150℃,在極個別情況下也可用到200℃。鍍銀銅線防蝕能力更好其電導(dǎo)率比銅高得多,因而廣泛用在高溫和高頻條件下。其連續(xù)工作溫度可達(dá)200℃,短時間使用溫度可達(dá)250℃。
同軸電纜的絕緣材料最常用的是聚乙烯。實(shí)心聚乙烯絕緣的優(yōu)點(diǎn)是耐電強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度高,熱阻小以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;缺點(diǎn)是介電常數(shù)大,當(dāng)頻率很高時衰減更大。聚乙烯最高使用溫度一般為85℃,所以在要求耐高溫情況下,應(yīng)采用聚四氟乙烯(F4)及聚全氟乙丙烯(F46)。他們有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,其電氣性能也較優(yōu)異。聚四氟乙烯的長期工作溫度可達(dá)250℃,聚全氟乙丙烯的長期工作溫度可達(dá)200℃。
微小同軸線最常用的外導(dǎo)體是編織,而且編織密度一般在95%以上。這主要是因?yàn)槠鋫鬏敻哳l較高,而電纜屏蔽衰減較大(與管狀外導(dǎo)體相比,一般情況下衰減將增大到1.5~4倍,特別在高頻下衰減值還會急劇上升)。編織的優(yōu)點(diǎn)是電纜比較柔軟,容易彎曲。管狀(銅管、鋁管)外導(dǎo)體具有衰減低、屏蔽性好、機(jī)械強(qiáng)度高、防潮及密封性好等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是柔軟性差,允許彎曲半徑大,不適用于移動場合。最后還有一種是電鍍外導(dǎo)體,它是先用化學(xué)鍍覆的方法在絕緣表面上鍍包一層0.05微米厚的銅層,電鍍增厚到0.025毫米。電鍍外導(dǎo)體同軸電纜柔軟性好,重量輕,屏蔽性好,衰減低,噪聲小,電暈電壓也較高,是微小型軟射頻電纜的一種理想外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
在各種射頻配電、接收與測量系統(tǒng)中,都要求使用低衰減電纜。因?yàn)樵谕ㄐ排c電子設(shè)備轉(zhuǎn)入地下時,就要加大電纜與整機(jī)間的距離。隨著傳輸距離的增大,低衰減的要求就顯得更加突出。特別是整機(jī)的小型化、多功能以及使用頻率越來越高,電纜的衰減值和尺寸與使用頻率的矛盾也越來越突出。所以電纜生產(chǎn)商必須很好解決小型化、低衰減,高頻率之間的矛盾,而低衰減要求往往與電纜的柔軟性相抵觸。各種光管外導(dǎo)體電纜是衰減最小的結(jié)構(gòu),但是在柔軟性上往往不能滿足使用要求,而普通的編織結(jié)構(gòu)柔軟電纜,其電氣性能卻較差,特別是衰減大,尤其在幾千兆赫的頻率下更差。