穩(wěn)相電纜的衰減穩(wěn)定性提升的研究

金辰

【摘??要】穩(wěn)相電纜的導(dǎo)體一般采用鍍銀軟銅線;絕緣由多層微孔聚四氟乙烯薄膜繞包而成;外導(dǎo)體是由鍍銀銅扁帶繞包外加鍍銀圓銅線編織的雙層屏蔽結(jié)構(gòu)組成;護(hù)套由聚全氟乙丙烯樹脂擠制而成。產(chǎn)品具有低損耗、高相位穩(wěn)定性及高功率等性能，確保了航空相控陣?yán)走_(dá)、衛(wèi)星跟蹤站、電子對(duì)抗等設(shè)備的精確定位。穩(wěn)相電纜的相位穩(wěn)定性包含著溫度與機(jī)械兩個(gè)方面。電纜在不同的環(huán)境溫度下，內(nèi)外導(dǎo)體金屬的線伸脹引起的機(jī)械長(zhǎng)度變化以及絕緣材料的等效介電常數(shù)變化所引起的相移常數(shù)變化，都會(huì)導(dǎo)致總相位的變化;另外，電纜受到彎曲、扭轉(zhuǎn)、振動(dòng)等機(jī)械外力的作用，會(huì)引起組成電纜各部件的尺寸變化及結(jié)構(gòu)變異錯(cuò)位，導(dǎo)致電氣長(zhǎng)度的變化，從而引起相位的變化。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)相電纜;衰減;穩(wěn)定性

1?衰?減

衰減是射頻電纜最重要的參數(shù)之一，它反映了電磁能量沿電纜傳輸時(shí)的損耗的大小。在不考慮相移的條件下，電纜的衰減常數(shù)由金屬衰減和介質(zhì)衰減兩部分組成，當(dāng)頻率達(dá)到較高值（一般是GHz以上）以后，對(duì)介質(zhì)的衰減影響較大，與頻率成正比例關(guān)系，而對(duì)導(dǎo)體的衰減影響較小。因此，在較高頻率時(shí)，影響電纜衰減的因素有頻率、等效介電常數(shù)和等效介質(zhì)損耗角正切值。

本文研究的衰減穩(wěn)定性是指在抖動(dòng)條件下的衰減變化量，是模擬車輛在復(fù)雜路況上行駛，其車載射頻電纜的衰減穩(wěn)定性。電纜衰減穩(wěn)定性的試驗(yàn)過程為：首先保證試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量環(huán)境中進(jìn)行;然后按照規(guī)范要求制作定長(zhǎng)的組件，把電纜組件放在震動(dòng)臺(tái)（或相應(yīng)的裝置，或手動(dòng)進(jìn)行）上，電纜組件中的電纜不應(yīng)用繩或其他物質(zhì)束縛;接著把電纜組件連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀上，按照固定頻率、固定振幅抖動(dòng)組件一定時(shí)間（與連接器相連的10?cm電纜應(yīng)不參與抖動(dòng)）;最后記錄電纜衰減的變化。

2?衰減穩(wěn)定性分析

2.1?電纜結(jié)構(gòu)

穩(wěn)相電纜的一般結(jié)構(gòu)為內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體和護(hù)套層。其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1?穩(wěn)相電纜結(jié)構(gòu)圖

1—鍍銀軟銅線內(nèi)導(dǎo)體?2—微孔聚四氟乙烯薄膜絕緣?3—鍍銀銅扁帶外導(dǎo)體1?4—鍍銀圓銅線外導(dǎo)體2?5—氟塑料護(hù)套

2.2?工藝分析

衰減變化的因素有頻率、內(nèi)導(dǎo)體外徑、外導(dǎo)體內(nèi)徑以及絕緣介電常數(shù)。電纜制作成組件后，在固定頻率下進(jìn)行衰減穩(wěn)定性測(cè)試，所以排除頻率因素;同時(shí)制作成組件后，電纜在銅帶繞包后絕緣層結(jié)構(gòu)固定，而且在測(cè)試環(huán)境不發(fā)生變化時(shí)，絕緣材料的介電常數(shù)也很難產(chǎn)生變化，可以排除絕緣介電常數(shù)因素;穩(wěn)相電纜使用單根鍍銀銅線，在測(cè)試過程中，外徑不會(huì)產(chǎn)生變化，可排除內(nèi)導(dǎo)體外徑;外導(dǎo)體是由鍍銀銅扁帶和鍍銀圓銅線共同組成的，在抖動(dòng)時(shí)，編織層和鍍銀銅扁帶層之間可能會(huì)產(chǎn)生位移，引起等效的外導(dǎo)體內(nèi)徑變化。通過以下工藝試驗(yàn)驗(yàn)證衰減穩(wěn)定性影響因素。

按照常規(guī)加工工藝進(jìn)行加工，在內(nèi)導(dǎo)體外繞包微孔聚四氟乙烯薄膜絕緣層，然后再繞包鍍銀銅扁帶外導(dǎo)體。這時(shí)，電纜半成品具備了內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體的同軸結(jié)構(gòu)，可以制作成組件進(jìn)行衰減穩(wěn)定性的測(cè)試。經(jīng)過對(duì)不同外徑、不同規(guī)格的電纜半成品，每種十多次的測(cè)試，繞包銅帶后的衰減穩(wěn)定性均在±0.1?dB以內(nèi)（測(cè)試頻點(diǎn)為18?GHz）。證明了內(nèi)導(dǎo)體外徑和絕緣介電常數(shù)是不會(huì)影響電纜衰減穩(wěn)定性的。

將衰減穩(wěn)定性合格的半成品編織外導(dǎo)體和擠出護(hù)套后，再進(jìn)行成品測(cè)試，此時(shí)電纜的衰減穩(wěn)定性變化明顯加大，絕緣外徑3.0?mm以下的小外徑電纜變化超過0.1?dB，不滿足要求;而絕緣外徑大于3?mm的電纜衰減穩(wěn)定性變化增大，但并未超過0.1?dB。

2.3?解決方案

借鑒實(shí)芯聚四氟乙烯絕緣射頻電纜雙層編織屏蔽中間添加隔離層的經(jīng)驗(yàn)，在穩(wěn)相電纜兩種不同形式的外導(dǎo)體中間增加一層輕薄的隔離層。同時(shí)考慮到加工成電纜后，復(fù)合外導(dǎo)體層在制作組件時(shí)，兩個(gè)外導(dǎo)體又必須接觸在一起，這樣電纜才會(huì)具有更好的屏蔽性能和更高的可靠性。因此新增的隔離層選擇可熔性的聚酯/鋁復(fù)合薄膜。

對(duì)添加隔離層的產(chǎn)品進(jìn)行衰減穩(wěn)定性試驗(yàn)，在18?GHz時(shí)，衰減變化值見表1。

表1?衰減穩(wěn)定性對(duì)比表?導(dǎo)出到

3?加工過程

（1）內(nèi)導(dǎo)體。

為保證產(chǎn)品有較好的柔軟性，應(yīng)選擇鍍銀軟圓銅線，銀層厚度不小于2.0?μm。

（2）絕緣層。

采用微孔聚四氟乙烯薄膜繞包，相鄰層繞包方向應(yīng)相反，每層薄膜搭蓋率應(yīng)至少在50%。

（3）外導(dǎo)體1。

繞包鍍銀銅扁帶，鍍銀銅扁帶繞包方向與絕緣層的最外層微孔薄膜繞包方向相反，鍍銀銅扁帶的繞包張力是微孔薄膜繞包張力的兩倍，搭蓋率在40%～50%。

（4）隔離層。

可熔性聚酯/鋁復(fù)合薄膜的繞包方向與鍍銀銅扁帶的繞包方向相反，且兩者的繞包張力相近，搭蓋率在30%以上。

（5）外導(dǎo)體2。

采用鍍銀銅線編織，編織密度在90%以上。

（6）護(hù)套。

采用氟塑料擠出護(hù)套，擠出過程中對(duì)半成品進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度在80?℃，保證護(hù)套層有較好的附著力。

4?結(jié)束語

本文對(duì)穩(wěn)相電纜的衰減穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行分析。當(dāng)電纜繞包鍍銀銅扁帶后，制成組件測(cè)試其衰減穩(wěn)定性，均在±0.1?dB以內(nèi);再編織外導(dǎo)體、擠出護(hù)套后，電纜反復(fù)彎曲而造成外導(dǎo)體內(nèi)徑的波動(dòng)加重，導(dǎo)致一次參數(shù)均勻性會(huì)變差，從而影響了電纜的衰減穩(wěn)定性。

在鍍銀銅扁帶繞包層與鍍銀銅線編織層之間增加一層隔離層，能減小外導(dǎo)體的內(nèi)徑變化范圍，尤其是電纜在抖動(dòng)時(shí)，有利于減少衰減的變化。另外，增加的復(fù)合鋁箔能減少電磁波從銅帶間隙處的輻射，能使外導(dǎo)體的一次參數(shù)更均勻和穩(wěn)定，這也有利于減小電纜的衰減變化。通過隔離層的添加，達(dá)到了提升衰減穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求，是提高產(chǎn)品可靠性的有效方法之一。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)南京市江北新區(qū)供電公司）