轉(zhuǎn)移阻抗與編織參數(shù)關系的分析

余 翔

(廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東 廣州510330)

0 引言

電纜屏蔽層的主要作用是屏蔽和均化電磁場，消除線纜內(nèi)部各線芯間的干擾以及對外界的輻射。隨著線纜技術的快速發(fā)展，工作電壓和工作頻率越來越高，電容耦合和電磁輻射隨之產(chǎn)生，電磁干擾的產(chǎn)生對電纜的屏蔽性能提出了更高的要求。

三同軸測試方法是一種既可以測量同軸電纜又可以測量對稱和屏蔽多芯電纜轉(zhuǎn)移阻抗的試驗方法。IEC 62153－4－3:2000中有兩種測試轉(zhuǎn)移阻抗的方法，匹配短路法和雙短路法。

本文介紹三同軸雙短路法測試轉(zhuǎn)移阻抗的測試原理及測試裝置，分析了編織屏蔽線纜中編織參數(shù)的變化對轉(zhuǎn)移阻抗性能的影響。

1 轉(zhuǎn)移阻抗的定義

轉(zhuǎn)移阻抗ZT是指在單位長度的電纜中，從被干擾系統(tǒng)沿屏蔽層測得的電壓(U2)與干擾系統(tǒng)中流過的電流(I1)之比。

式中，Lc為耦合長度，即同軸管內(nèi)測試夾具間的電纜長度。

定義表明轉(zhuǎn)移阻抗與長度有關。轉(zhuǎn)移阻抗越小，表明線纜屏蔽性能越好。圖1為三同軸雙短路法測試裝置的示意圖。

圖1 三同軸雙短路法示意圖

根據(jù)電磁耦合機理，編織型電纜的轉(zhuǎn)移阻抗由三部分組成:其一，編織層上電流的散射作用產(chǎn)生的阻抗;其二，編織小孔電感產(chǎn)生的阻抗;其三，編織電感產(chǎn)生的阻抗，其中前者在低頻時所占份額大，后二者在高頻時所占份額大。三同軸測量方法適應頻率范圍30 MHz以下(樣品長度1 m)以及頻率范圍100 MHz以下(樣品長度0.3 m)。三同軸裝置實物見圖2。最大耦合長度與最高測試頻率有以下關系:

式中，Lc，max為最大耦合長度;fmax為最高測試頻率;εr1為電纜相對介電常數(shù)。

圖2 三同軸裝置實物圖

2 轉(zhuǎn)移阻抗與編織密度的關系

根據(jù)轉(zhuǎn)移阻抗的理論公式可知，電壓U2是從匹配外電路上感應的縱向電壓，電流I1是饋入內(nèi)電路的電流。不論是外電路的感應還是內(nèi)電路的影響，都與線纜屏蔽性能有直接的關系。

屏蔽層的編織(或纏繞)密度用百分數(shù)表示，按下式計算:

式中，K為編織密度(%);Kf為單向覆蓋系數(shù);L為編織節(jié)距;d為編織線直徑或編織帶厚度;D為屏蔽層直徑(絕緣外徑+2dw);m為錠子總數(shù);n為每錠根數(shù);對于帶子編織，W為帶子寬度，對于圓線編織，W=nd;θ為編織角，θ=arctg(πD/L)。

以下試驗數(shù)據(jù)均為型號60227 IEC 74(RVVYP)300/500V不同規(guī)格的樣品在頻率f=30 MHz下測試所得。

在錠子總數(shù)、每錠根數(shù)、編織節(jié)距一定的情況下，隨著編織密度的增大，屏蔽效應的增強，轉(zhuǎn)移阻抗減小(見圖3)。

3 轉(zhuǎn)移阻抗與編織參數(shù)的關系

根據(jù)編織密度公式，結(jié)合測試數(shù)據(jù)圖表來分析改變編織參數(shù)對轉(zhuǎn)移阻抗的影響。

轉(zhuǎn)移阻抗與編織角的關系見圖4，采用的電纜參數(shù)為m=24，n=9，d=0.143 mm，D=8.75 mm，f=30 MHz。從圖4中可以看出，當編織角在45°時，轉(zhuǎn)移阻抗值最小，這是因為編織電感和小孔耦合電感的符號相反，在45°時的數(shù)值又相等。當編織角大于45°時，編織電感和小孔耦合電感符號又相同了，所以轉(zhuǎn)移阻抗隨編織角增大很快，因此企業(yè)在生產(chǎn)過程中要注意控制好編織角度，通常角度應小于45°為好。

圖3 轉(zhuǎn)移阻抗與編織密度K的關系

圖4 轉(zhuǎn)移阻抗與編織角的關系

轉(zhuǎn)移阻抗與錠子總數(shù)的關系見圖5，采用的電纜參數(shù)為n=9，d=0.143 mm，D=10.36 mm，f=30 MHz，L=66.68 mm。由圖5可以看出，當其它幾個參數(shù)不變的情況下，轉(zhuǎn)移阻抗隨著錠子總數(shù)的增加而減小。也可以認為錠子總數(shù)增大，使得在同參數(shù)情況下，由此計算得到的編織密度K變大，屏蔽效果更好，這和圖3試驗結(jié)果相吻合。

圖5 轉(zhuǎn)移阻抗與錠子總數(shù)的關系

轉(zhuǎn)移阻抗與每錠根數(shù)的關系見圖6，采用的電纜參數(shù)為m=24，d=0.143 mm，L=65.28 mm，f=30 MHz。從圖6可以看出當每錠根數(shù)變化時，轉(zhuǎn)移阻抗的變化規(guī)律。根數(shù)的增加雖然小孔電感減小，但是由此帶來的編織電感增長地更快，綜合在一起就表現(xiàn)出，轉(zhuǎn)移阻抗隨著每錠根數(shù)的增加而增大，因此合理地選擇每錠根數(shù)既可以控制生產(chǎn)成本，又可以控制編織屏蔽電纜的轉(zhuǎn)移阻抗。

轉(zhuǎn)移阻抗與編織單絲直徑的關系見圖7，采用的電纜參數(shù)為m=22，n=9，L=57.96 mm，D=9.25 mm，f=30 MHz。由圖7可知，隨著編織線的單絲直徑的增大，轉(zhuǎn)移阻抗也隨之增大。

圖6 轉(zhuǎn)移阻抗與每錠根數(shù)的關系

圖7 轉(zhuǎn)移阻抗與單絲直徑的關系

在實際生產(chǎn)過程中通常是改變編織密度計算公式中的某幾個參數(shù)來實現(xiàn)對編織屏蔽電纜轉(zhuǎn)移阻抗的控制。從圖4～圖7可知，編織屏蔽電纜的轉(zhuǎn)移阻抗隨著每錠根數(shù)、單絲直徑增大而增大;隨著錠子總數(shù)的增大而減小;當編織角大于45°時，轉(zhuǎn)移阻抗隨著編織角的增大而增大。通常可以通過控制編織節(jié)距來控制編織角度。由此，為了減小轉(zhuǎn)移阻抗，可以增大錠子總數(shù);減小每錠根數(shù)和單絲直徑;適當控制編織節(jié)距和編織角度。

4 結(jié)束語

根據(jù)編織密度計算公式，并結(jié)合網(wǎng)絡分析儀的試驗測試，分析了各編織參數(shù)與編織屏蔽電纜轉(zhuǎn)移阻抗的關系，有助于生產(chǎn)企業(yè)更好地控制編織屏蔽電纜的轉(zhuǎn)移阻抗，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］EN 50289－1－6:2002轉(zhuǎn)移阻抗:三同軸法［S］.

［2］IEC 62153－4－3:2006金屬通信電纜測試方法(表面轉(zhuǎn)移阻抗——三同軸方法)［S］.

［3］馬 暉，葛景滂，吳 鍇，等.編織型同軸電纜轉(zhuǎn)移阻抗的研究［J］.電線電纜，1993(6):2-7.

［4］朱榮華，李謙若.表面轉(zhuǎn)移阻抗的測量——三同軸方法［J］.光纖與電纜及其應用技術，2005(4):8-11.

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［6］陳志峰，周忠元，蔣全興.射頻同軸電纜轉(zhuǎn)移阻抗的測試［J］.安全與電磁兼容，2002(6):15-17.