淺談對電纜線衰減和回波損耗的控制

浙江省電子信息產(chǎn)品檢驗所 汪紹峰 劉紹武

一、引言

射頻電纜是傳輸射頻范圍內(nèi)電磁能量的電纜，射頻電纜是各種無線電通信系統(tǒng)及電子設(shè)備中不可缺少的元件，在無線通信與廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、計算機(jī)及儀表等方面廣泛的應(yīng)用。衰減和回波損耗是射頻電纜的重要指標(biāo)。隨著4G的推廣和3G的普遍應(yīng)用，這對射頻電纜的電氣性能提出了更高的要求，在設(shè)計和生產(chǎn)中如何確保電纜的衰減和回波損耗這兩項指標(biāo)是相當(dāng)重要的。

二、對電纜線衰減的影響因素

1.原材料對衰減的影響

射頻電纜中影響衰減的原材料包括內(nèi)導(dǎo)體、絕緣、外導(dǎo)體的材質(zhì)。金屬衰減所占的比例遠(yuǎn)大于介質(zhì)衰減所占的比例，電纜內(nèi)導(dǎo)體材料的性能對電纜的衰減的影響最大。由于皺膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，電信號主要集中在內(nèi)導(dǎo)體的外面表和外導(dǎo)體表面這兩部分傳播，如果這兩部分氧化嚴(yán)重，將使電纜的衰減大大增加。相對于內(nèi)外導(dǎo)體的材質(zhì)，絕緣對衰減的影響小些，但隨著頻率的增加其影響是不斷增加。由于絕緣層采用物理發(fā)泡或者聚乙烯結(jié)構(gòu)，物理發(fā)泡度是電纜衰減、特性阻抗的主要因數(shù)。

2.駐波比對衰減的影響

由于電纜本身的結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生過程中無法避免的不均勻性，電壓駐波比必然存在，就出現(xiàn)了傳輸與射頻電纜中的能量，一部分被反射，最終返回到發(fā)射端的現(xiàn)象。這種能量的損失也就是影響電纜衰減的因數(shù)。

3.編織對衰減的影響

對于編織外導(dǎo)體電纜，其外導(dǎo)體有鋁塑復(fù)合屏蔽帶+金屬編織線構(gòu)成，鋁塑復(fù)合屏蔽帶一版選用的是單面涂塑鋁，電纜在制造過程中鋁層一面緊貼絕緣層。根據(jù)臨近效應(yīng)，外導(dǎo)體傳導(dǎo)的電信號集中在外導(dǎo)體的內(nèi)表面，即集中在鋁塑復(fù)合屏蔽帶的鋁層內(nèi)表面。當(dāng)頻率為900MHz時，鋁層厚度達(dá)到電流的5陪透射深度時，電信號將有99%以上的電信號集中在鋁層中，這一透射深度可以保證電纜的傳輸特性。鋁塑復(fù)合屏蔽層的涂覆層為一層絕緣體，金屬編織線主要作用為屏蔽作用，并不參與電信號的傳輸。

4.回波損耗的影響因素

駐波比是因為電磁波在電纜中傳輸時因反射而形成的，其主要原因是因為特性阻抗的不均勻性造成的。對于理想的射頻電纜，在整個長度方向上電纜特性阻抗總會存在一些細(xì)微的變化。在射頻電纜長度方向上阻抗的任何細(xì)小變化，均會導(dǎo)致在電纜內(nèi)傳輸?shù)囊徊糠中盘柲芰勘环瓷浠厝?，就如同在不同介質(zhì)的媒質(zhì)中傳播時兩媒質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射一樣。信號的反射不僅會造成傳輸信號的能量損失，而且反射回去的信號會對信號源產(chǎn)生干擾，輕者會導(dǎo)致信號線性失真，嚴(yán)重的將導(dǎo)致電纜根本無法使用。射頻電纜駐波比性能是電纜結(jié)構(gòu)均勻性、穩(wěn)定性在電氣上的反映。駐波比VSWR的定義如下：

電纜的VSWR是電纜設(shè)計和制造水平的綜合反映。使用的導(dǎo)體材料在長度方向的均勻性、絕緣外徑的均勻性、泡孔的均勻性、外導(dǎo)體各部分尺寸的一致性等任何影響電纜長度方向上均勻一致性的因數(shù)都可能導(dǎo)致電纜長度方向的阻抗變化。

三、對電纜線衰減和回波損耗的控制

它是由于電纜長度上特性阻抗的不均勻性引起的，歸根到底是由于電纜結(jié)構(gòu)的不均勻性所引起的。由于信號在電纜中的不同地點引起的反射，到達(dá)接收端的信號相當(dāng)于在無線信道傳播中的多徑效應(yīng)，從而引起信號的時間擴(kuò)散和頻率選擇性衰落，時間擴(kuò)散導(dǎo)致脈沖展寬，使接收端信號脈沖重疊而無法判決，信號在電纜中的多次反射也導(dǎo)致信號功率的衰減，影響接收端的信噪比?？刂齐娎|衰減和回波損耗主要有以下幾個方面：

1.由于外導(dǎo)體生產(chǎn)線線速、扎紋機(jī)轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)線張力的波動等，均勻會導(dǎo)致電纜外導(dǎo)體及絕緣線芯尺寸的不均勻變化，因此外導(dǎo)體生產(chǎn)線是影響電纜衰減和回波損耗的重要因素。

2.生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置（特別是扎紋參數(shù)如：扎紋模具結(jié)構(gòu)、焊接模和定徑模位置和導(dǎo)向?？讖?、扎紋轉(zhuǎn)速等）如不合適將導(dǎo)致扎紋外導(dǎo)體和絕緣線芯結(jié)構(gòu)尺寸的不均勻，電纜的外徑和節(jié)距不合格，甚至導(dǎo)致橢圓、扎紋變形和扎紋卡死等現(xiàn)象，從而影響電纜VSWR性能。小規(guī)格電纜生產(chǎn)時上述生產(chǎn)工藝參數(shù)對電纜VSWR性能的影響特別明顯。

3.外導(dǎo)體加工設(shè)備或裝置如存在機(jī)械故障將嚴(yán)重影響電纜衰減和回波損耗。通常旋轉(zhuǎn)設(shè)備或部件如存在機(jī)械損傷，將會導(dǎo)致外導(dǎo)體上生產(chǎn)周期性缺陷，從而在基頻和陪頻處導(dǎo)致明顯的VSWR峰值。

4.外導(dǎo)體銅帶厚度不均與或銅帶表面被氧化將導(dǎo)致銅帶的電導(dǎo)率及電纜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻性變化，從而引起電纜衰減和回波損耗。

5.中心絕緣纜芯與外導(dǎo)體銅管的占空比是影響電纜電壓駐波比的一個不可忽視的因數(shù)。歲外導(dǎo)體銅管來說，相對較大的絕緣纜芯，有利于電壓駐波比的改善，即占空比越小，駐波比指標(biāo)越好。

四、結(jié)束語

同軸電纜衰減和回波損耗的準(zhǔn)確計算，對電纜的設(shè)計開發(fā)，電纜的質(zhì)量控都有著重要的意義。電纜衰減是衡量電纜質(zhì)量水平的重要指標(biāo)，在電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計階段保證衰減的最優(yōu)化是基礎(chǔ)，同時我們也不可以忽略其他因素對電纜衰減的影響，由于電纜結(jié)構(gòu)的不均勻性造成的回波損耗，導(dǎo)致電纜衰減惡化；由于電纜與設(shè)備匹配不好造成的回波損耗，導(dǎo)致電纜衰減偏大，原材料質(zhì)量、溫度對衰減的影響等因素，都可能使得電纜衰減和回波損耗的影響。

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