由式(3)可知，Z_c=58.3Ω已超過標準規定值，這是造成駐波比過大的根本原因，經計算設計，認為導線直徑仍為1.4mm，但絕緣外徑改小為3.9mm是較合理的，在線測試電容為82pF/m。經結構尺寸修正后投入試生產，并對產品進行抽樣試驗。試驗結果見圖3、4，試樣長度為19.5m。

圖3 修正后電纜的駐波及圓圖曲線 

從圖3、4可知，Δf=6.2MHz，相應波阻抗Zc=49.5Ω，在147MHz時損耗α=8.78dB/100m，265MHz時α=12.11dB/100m，460MHz時α=16.87dB/100m，而其駐波峰值在462MHz處為1.33。這些指標均完全滿足使用的要求。由此可知，當產品結構改型時，要首先進行設計計算，否則有可能像上述公司那樣錯誤認為增大絕緣外徑，減小電容，就可獲得較低損耗，但結果卻適得其反。

圖4 修正后電纜衰減-頻率特性曲線

為了更好地說明電纜衰減中導體與介質之間所占比例，可以通過式(1)，以及上述已知測試值（圖3、圖4）進行運算來說明問題。為了簡略起見，把導體常數K1、K2以1代入（圓銅線為1），此時導體衰減分量可能偏小，而計算出介質損耗為最大值，但不影響分析。將上述147MHz（S=1.1）和460MHz（S=1.2）的衰減值代入式(1)可得以下聯列方程

解之可得：sprt(ε) =1.132；tgδ=6.1×10^-4。并將它們代入460MHz頻點的衰減公式(6)可得

從式(7)、式(8)可知，在460MHz頻點時，導體損耗占該電纜總損耗的80%，而其中內導體占總損耗的60%，這說明要降低產品的損耗，首先要從內導體上下工夫。同樣也可以看出：介質損耗與頻率f成正比，而導體損耗僅僅與頻率的開方根成正比。例如，在較低頻率147MHz時，其導體損耗占總損耗90%，但隨著傳輸頻率增加，尤其傳輸頻率達幾千兆赫后，介質損耗起著主導地位，這一點在本文第4節中將詳細介紹。

3 導體的結構和選擇

3.1復合銅線和銅層厚度

射頻同軸電纜是傳輸射頻信號，因此信號在導體傳輸中產生集膚效應，即信號僅僅在電纜的內導體外表面和外導體內表面進行有效傳輸。內導體除采用實心銅線外，還經常使用銅包覆線或空心銅管，以增加強度或節約材料，其中也包含著集膚效應原因，提高有效的傳輸。

對于銅包覆線，如銅包鋼線來說，銅層的厚度δ＞0.07mm·sptr(f)（f單位為MHz），即可實現同規格純銅線的傳輸效果。國家標準規定銅包鋼線電阻率≤0.059Ω·mm²/m(即電導率為29.7%IACS），以直徑為1.6mm銅包鋼線為例，銅電阻率為0.0175Ωmm²/m，鋼電阻率為0.147Ωmm²/m，將鋼絲及其表面銅層看作兩個導體并聯，可算出表面銅層的厚度為0.025mm，代入δ＞0.07·sptr(f)可知，當傳輸頻率大于1.67MHz時，其完全等效于同規格的實心圓銅線。了解了這計算方法，對于企業采購原材料是非常有用的。

3.2實例分析

Amphenol公司中國分公司需要RG-213同軸電纜，作為移動通信基站跳線，但該產品采用3/8in皺紋銅管外導體，彎曲性能太差，故提出電纜改型的要求。開始由英國和瑞士等兩家電纜制造廠提供編織銅絲外導體的電纜樣品供其試用，但經采購認證試驗后達不到使用要求，然后轉向本廠并提出試制的要求。用戶提出的產品技術要求:試樣的長度，即電纜和組件長度為2.25m（即包括兩端接插連接器），在2000MHz以下傳輸損耗＜0.9dB，回波損耗＞15dB。經考慮，作者承諾兩周內送樣，參與國外產品的競爭。

(1)設計前分析及試制 據查，MIL17/74RG-213/U產品結構為：內導體為7×0.75mm銅絞線，絕緣為實心的聚乙烯，外徑為7.25mm;外導體為φ0.18mm裸銅絲單層編織；外護套為聚氯乙烯，外徑10.3mm，英國公司提供的產品：內導體與絕緣的材料和結構尺寸與RG-213/U相同，不同的是外導體采用雙層編織銅絲，護套PVC外徑為10.8mm，實際上是MIL17/75RG-214/U的標準產品。

電纜及組件的總損耗（包括射頻同軸電纜本體損耗與兩端連接器接入損耗）＜0.9dB。每只連接器接入損耗為0.07·sptr(f) （f單位為GHz），按最高頻率2GHz計算，每只連接器接入損耗約為0.099dB，因此要求電纜損耗小于0.31dB/m。若采用普通型聚乙烯絕緣料(tgδ=5×10^-4)時，按式(1)計算求得的衰減理論值約為0.344dB/m，不能采用；若采用高純凈聚乙烯絕緣料(tgδ=5×10^-4)，衰減理論值約為0.233dB/m，可以滿足指標要求。因此必須采用高純凈聚乙烯絕緣料。

按指標規定回波損耗（SRL）＞15dB，可通過以下公式計算，判別是否可以達到要求。


式中，Γ為反射系數；S為電壓駐波比。通常電壓駐波比S＜1.433，這容易達到的。

對于編織外導體而言，由于耦合（漏泄）損耗也是信號另一不可低估傳輸損耗，為了達到減低耦合損耗的目的，要求編織密度達95%。本產品試制中采用：(1)24×9×0.18mm裸銅絲單層編織；

(2)24×9×0.18mm+24×7×0.18mm雙層編織。為避開回波損耗峰值（由式(2)周期性回波公式可知，2000MHz時對應周期長度約為48.9mm），編織節距選取40mm。

按上述設計要求，試制了產品并進行試驗，試驗結果:(1)單編織外導體產品在2000MHz時電纜衰減為0.412dB/m；(2)雙編織外導體產品衰減為0.367dB/m，均不能滿足＜0.31dB/m的指標要求。

(2)采用銅箔+編織的外導體結構 上述試驗結果表明減小編織織外導體的耦合損耗是多么重要。經思考決定采用銅箔+編織的外導體結構，測試結果如圖5、圖6所示。從圖5可知，當頻率為2000MHz時，電纜衰減為0.287dB/m，完全滿足使用的要求，然后送樣給用戶即通過采購認證試驗。

圖5 RG-213(銅箔+編織)電纜衰減-頻率特性曲線

鋁箔的拉伸成型性能優秀，但抗腐蝕性能差，一般只有3～5年的使用壽命，并且鋁的電阻率比銅大62%，從而導致相同尺寸的同軸電纜，鋁外導體的比銅外導體的損耗大10%左右，這也是不使用鋁箔的原因。銅很穩定，電性能好，但加工性能中夠好，至今不能在同軸電纜上得到很好的應用。作者同航天部四院（西安）的向陽銅箔廠及材料所合作開發的厚度為0.033～0.055mm銅箔+厚度為0.018mmPE復合薄膜，伸長率＞7%（德國標準是4%），剝離力＞5N/cm，折撓性能好，銅箔不易起皺開裂，柔軟，便于縱包成型，利用它設計的一種漏泄同軸電纜已申報了發明專利。

圖6 RG-213(銅箔+編織)電纜電壓駐波比-頻率特性曲線

4 介質及介質損耗角正切

這是一個反映材料本性的指標。以聚乙烯（PE）來說，乙烯分子結構的偶極矩矢量和為零，本身是無極性的(tgδ為0)，但在聚合生產過程中，需要加入催化劑、抗氧化劑、穩定劑等進行改性，最終產品必然有或多或少的金屬離子殘余。通常使用的絕緣用聚乙烯材料的介質損耗角正切tgδ在5×10^-5～5×10^-4（1MHz），隨著工作頻率的升高，其值約以每1000MHz，10%的速率增加。

通過式(1)計算及分析，對于絕緣內、外徑比為2.8∶1的50Ω物理發泡同軸電纜來說：(1)當絕緣材料使用普通聚乙烯(tgδ=5×10^-4)時，工作頻率1000MHz時，介質損耗占總傳輸損耗的23%；3000MHz時，占總損耗的35%。(2)當絕緣材料使用高純度聚乙烯(tgδ=5×10^-5)時，工作頻率1000MHz時，介質損耗占總損耗的3%；3000MHz時，占總損耗的5%。通俗地說，當電纜的工作頻率不太高時（幾百兆赫以下），絕緣材料是否純凈影響不大，而當工作效率為1.0千兆赫以上時，則相同結構尺寸的同軸電纜，使用普通PE料的比使用高純凈PE料的衰減要大20%～30%，隨著頻率升高而迅速遞增，由此也就給出了如何根據同軸電纜用戶使用的頻率和傳輸損耗要求來選擇絕緣材料的關系（性能價格比）。

需要說明一下的是，一般情況下對同軸電纜絕緣的耐壓等級要求不高，但在高壓脈沖信號傳輸等應用場合則要考慮到，當高聚物中混有雜質時，會使電纜的熱擊穿電壓下降；而隨著工作頻率的增加，則介質損耗同步增大，更易導致熱擊穿。物理發泡聚乙烯絕緣結構由于相對的介質層厚度較薄和同部細孔的存在，因此，擊穿場強也大大下降，所以要注意使用場合。

近年來通信設備產業大規模向中國轉移，隨之高性能機柜用電線電纜有了需求，要求電纜耐高溫、阻燃、防化學反應和抗腐蝕等，從而導致氟塑料電纜需要的增加。早先的聚四氟乙烯不能擠出成型，現在則有多種熱塑性氟塑料投入市場，一般的PE擠出機即可生產，對同軸電纜制造企業來說并不困難。簡單地說，低檔的TEFZEL（四氟乙烯-乙烯共聚物）最易加工，工作溫度為150℃，介質損耗角正切7×10^-4，略偏高；LDPTFE（低密度聚四氟乙烯）介質損耗角正切可低至2×10^-5，工作溫度達到250℃，但加工溫度狹窄；綜合來說，FEP（聚全氟乙丙烯）可工作到200℃，介質損耗角正切為1×10^-4，加工也容易，最適合用作高要求同軸電纜的絕緣介質。

5 擠出機與擠出工藝

擠出機是同軸電纜制造最重要的工具，按理說不必談它，然而由于技術部門同生產部門的脫節，許多企業人員卻并未真正掌握其工藝原理。

(1)壓力分布

典型的擠出機內壓力分布曲線可參見圖7，在擠出機模口處壓力釋放。擠出機旁路狀態下的壓力分布將隨著生產線牽引的啟動而大幅下降，理解這一點對于物理發泡生產線尤其重要，在生產線啟動后需相應下調注氣壓力，否則在制造高發泡度絕緣時可能出現擠出不穩定。

圖7 擠出機內部壓力曲線示意圖 

(2)溫度分布

加工PE料時，進料段溫度不應超過160℃。通過改變機頭溫度可大幅度改變機筒內部壓力，對于物理發泡工藝來說，高壓才能出高發泡度。制造薄壁結構時，料溫愈高(230℃)愈佳，但應避免PE料滯留時間過長導致裂解。

(3)擠出成型

模具的各種結構型式不必再述，總之要使出料過程順滑，高精度的模具出精度的產品。要說的是，一定要考慮同軸電纜絕緣擠出時冷卻水的溫度和材料的收縮程度，記錄生產時的在線電容和外徑，同經過5h冷卻后的值進行比較，并同最終制成品的值（應該與設計值一致）比較，從而得出需要修正的工藝數據。

(4)螺桿與機筒的間隙

為了制造出高質量的絕緣線芯，擠出機長徑比越來越大，螺桿與機筒的間隙則越來越小。這里需要提醒的是，間隙過小將損傷擠出機！作者也是偶然發現這一現象的，出問題的是一臺進口的φ100，長徑比L/D=36的擠出機。

工作時擠出機筒的下邊為冷空氣，上邊為熱空氣，這導致其上、下邊界產生溫度差，由于熱脹冷縮，將出現機筒向上彎曲翹起，對前述尺寸的擠出機來說，上、下邊界每差1℃，機筒會向上彎折0.38mm。同時，機筒內部金屬結構傳導熱量快，溫度分布由外圓柱面向內趨于一致，即螺桿無顯著彎曲。實際現象是，冷態時，螺桿頭部距離下部機筒內壁0.08mm，距上壁0.45mm；靜止加熱到150℃，下部間隙0.56mm，上邊頂死。機筒上內壁磨出坑，金屬碎屑都混入了絕緣介質！

(5)生產設備運行的穩定性

設備運行過程中出現波動是不可避免的。綜合起來評價，擠出生產線的均勻性可以通過生產過程中在線測試的絕緣線芯的電容變化區間和外徑的變化區間進行比較，外徑變化導致相應的電容變化，超出范圍的電容波動則是由介質的介電常數ε的變化所引起，通過計算即可定量地得出結果。一般可將所有的波動折算成擠出機出膠量的變化，這個值小于3%，波動的周期大于3min，那么就可以認為系統足夠穩定。

6 射頻同軸電纜使用領域的發展趨勢

寬帶通信的需求是同軸電纜發展創新的動力。無線通信頻率越來越緊張，從幾十億歐元一張的3G執照可見一斑。以前民用無線接入頻率最多900MHz而已，而信息產業部無線電管理局目前的規劃已擴展到FDD中高速無線接入的3400～3600MHz，甚至5.8GHz的“藍牙”，這顯然對傳輸射頻信號的同軸電纜提出了更高的要求。

傳統的編織外導體結構同軸電纜需要減小編織的節距，采用性能良好的高速編織機以提高產品的回波損耗性能，可知參考的指標是：2500MH以下，電壓駐波比（VSWR）＜1.2；3800MHz以下，VSWR＜1.3。為了解決信號的屏蔽干擾和傳輸損耗偏大的問題，采用銅箔+編織結構是明智的選擇，同時它還具有生產效率高、容易安裝的優勢，使用壽命超過15年。

對于射頻同軸電纜制造業來說，解決“最后一公里”的固定無線接入網FDD是未來幾年一塊真正的大蛋糕。信息產業部的政策表明，在我國廣大的中西部地區，用戶接入網的建設將以無線方式為主，而隨著我國加入WTO，中國電信、網通、聯通、移動等經過新的改制重組，都將獲得電信運營的全部執照，對于后幾家公司現在基本不具備用戶接入網，因此，由于固定無線接入方式建設快捷、組網靈活、成本低廉、性能先進，也就意味著這是最好的選擇。作者亦正與信息產業部有關部門進行商討，力爭以銅箔+編織（32mm節距）外導體結構的HCCBY(SYWLY)-50-7物理發泡絕緣射頻同軸電纜（工作頻率到3800MHz）作為FDD天線饋線的通信行業使用的標準產品。

隨著銅/鋁箔制造技術的提高，國外已出現取消編織層，單純以銅/鋁箔縱包或雙邊抱合縱包構成外導體的結構（注：雙邊抱合縱包結構是指：由兩片銅/鋁箔帶呈半圓形縱包成型，并左右兩邊重迭的結構，其彎曲性能優于單片縱包成型結構），例如美國Times Microwave系統公司（它是美國軍用標準MIL-17及RG系列同軸電纜標準的主要起草者），從上世紀90年代以來已將此類結構作為非皺紋銅管外導體結構的新型射頻同軸電纜推向市場。作者本人于近年亦曾對此結構在設計選材和制造工藝方面進行了實踐，制造的銅箔縱包外導體物理發泡同軸電纜樣品經測試表明，工作頻段可擴展到20GHz(HP8720矢量網絡分析儀的測試上限），其VSWR＜1.65，傳輸損耗僅略低于同尺寸皺紋銅管同軸電纜，加上柔軟易于安裝，從而在整體上具有明顯優勢。

作者：廣東穗榕電纜廠  王建華  聯創光電科技股份有限公司  王發耀