銅包鋼射頻同軸電纜應(yīng)用分析及鍍層測定

嚴(yán)紅成

摘 要：本文介紹了銅包鋼射頻電纜和實(shí)際應(yīng)用中的問題，重點(diǎn)對電磁波信號在銅包鋼導(dǎo)線傳輸中的趨膚效應(yīng)和透射深度進(jìn)行了分析，并通過研究銅包鋼的物理模型和導(dǎo)電性，將信號傳輸中的使用頻率與鍍層厚度、導(dǎo)電率等建立了等式關(guān)系，使其只需通過簡單運(yùn)算就能相互得到需要的數(shù)據(jù)。最后還介紹了一種比較實(shí)用的鍍層測定方法。

關(guān)鍵詞：銅包鋼；射頻同軸電纜；趨膚效應(yīng)；鍍層；化學(xué)測厚

中圖分類號：TQ153 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0098-01

1 引言

射頻電纜是無線電頻率范圍內(nèi)傳輸信號和能量的電纜總稱。射頻同軸電纜是一種射頻傳輸線。射頻傳輸線還包括有波導(dǎo)、微帶傳輸線等，它們是傳輸頻率從幾十兆赫到幾千兆赫的射頻信號的主要傳輸媒介。射頻傳輸線廣泛應(yīng)用于各類無線電通訊設(shè)備、高頻儀器儀表、微波通訊、通訊導(dǎo)航等設(shè)備中，作為傳輸信號和能量的主要信息通道。

銅包鋼射頻同軸電纜是采用銅包鋼線作電纜內(nèi)導(dǎo)體的電纜，用銅包鋼導(dǎo)體代替純銅導(dǎo)體用于射頻、CATV同軸電纜中，可以在確保其導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上，大大降低成本，減輕重量，因此這種銅包鋼同軸電纜也越來越受到普遍重視。這種材料的相對導(dǎo)電率受到鍍層厚度影響，鍍層薄了，達(dá)不到導(dǎo)電率要求，導(dǎo)致信號衰減嚴(yán)重；厚了又使成本增加，造成浪費(fèi)。另外由于高頻電磁波信號在導(dǎo)體中傳輸存在“趨膚效應(yīng)”現(xiàn)象，高頻電磁波信號就集中在導(dǎo)體很薄的環(huán)表面?zhèn)鬏敚S著頻率增大，有效傳輸表面的厚度就越薄，這種現(xiàn)象也同樣限制了銅包鋼電纜某一頻率下的有效應(yīng)用。本文旨在通過對銅包鋼導(dǎo)電性分析和對高頻集膚效應(yīng)透射深度計(jì)算分析以有助于精準(zhǔn)設(shè)計(jì)銅包鋼同軸電纜和有效應(yīng)用，同時(shí)介紹一種比較實(shí)用的銅層厚度的測定方法。

2 集膚效應(yīng)及透射深度計(jì)算

當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流將集中在導(dǎo)體表面流過，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí)，會聚集于總導(dǎo)體表層，而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。所以當(dāng)高頻電流的集膚效應(yīng)分析，當(dāng)工作頻率越高，電流越集中在導(dǎo)體表面流過，交變電流的實(shí)際電阻會越大，銅層實(shí)際有效截面積的減小。

我們用電磁波向?qū)w中透入的過程加以說明，電磁波向?qū)w內(nèi)部透入時(shí)，因?yàn)槟芰繐p失而逐漸衰減。當(dāng)波幅衰減為表面波幅的倍的深度稱為交變電磁場對導(dǎo)體的透入深度δ。以平面電磁波對半無限大導(dǎo)體的透入推導(dǎo)出趨膚深度公式2.1

式中代表頻率（赫），ρ代表導(dǎo)體的電阻率，μ代表相對導(dǎo)磁率。可見高頻透入深度δ隨著不同的工作頻率，金屬相對導(dǎo)磁率和電阻率而變化的。對于銅導(dǎo)線，其相對磁導(dǎo)率μ=1，電阻率ρ=1724微歐厘米，得到銅導(dǎo)線的趨膚深度見2.2。

表1給出了頻率從1Mhz到10Mhz范圍的鍍銅導(dǎo)線的穿透深度對應(yīng)數(shù)據(jù)：

3 銅包鋼線的導(dǎo)電性分析

3.1 銅包鋼物理模型

銅包鋼截面形狀如圖1所示，圖中Ds為鋼芯直徑，Dccs為銅包鋼線直徑，t為銅鍍層厚度，Ds、Dccs、t的單位均為mm。

在現(xiàn)行的銅包鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，都是以銅包鋼線在直流條件下相對于銅的相對導(dǎo)電率作為導(dǎo)電性能指標(biāo)的。因此可以把銅包鋼線在物理上等效為由一個(gè)鋼芯線支路和一個(gè)管狀銅鍍層支路組成的并聯(lián)電路。設(shè)Rs為鋼芯電阻，Rc為銅鍍層電阻，Rccs為銅包鋼線電阻，單位：Ω，則：

上式是用鋼芯線直徑表示的銅鍍層厚度計(jì)算公式，若將Dccs=Ds+2t帶入公式，則得到用銅包鋼線直徑表示的銅鍍層厚度計(jì)算公式2.6，進(jìn)而根據(jù)模型和等效電路公式推導(dǎo)出2.7。