同轴电缆组件生产工艺

2021-07-27 15:05:21      点击:

对于同轴电缆而言,除了产品手册中给出的插入损耗、回波损耗、电压驻波比(VSWR)等常见参数之外,其他设计和构造方法同样有助于其获得更加准确连贯的性能或者更长的使用寿命。为了确保高度可重复的可靠性能,许多应用均要求产品具有高度精确的结构。本文对部分此类要求、不良电缆结构的不利影响以及电缆制造方法进行深入探讨,以助力获得更高的同轴电缆性能。


插入损耗

介电材料的选择

空气允许信号以接近光速的速度近乎无阻碍地传播,是一种理想的介电材料。然而,由于空气无法提供在结构上将内导体和外导体均匀隔开的支撑力,因此现实中无法应用于市售的同轴结构产品。因此,此类电缆产品使用空气之外的其他介电材料(图1)。

同轴电缆

图1:射频/微波电缆组件的典型结构


导致同轴电缆发生损耗的内在因素主要有:内外导体的阻性损耗;电介质的损耗角正切和传导电流。此两因素中,虽然前者难以避免,但是后一因素却存在多种应对之策。如下式所示,作为一种绝缘材料,电介质的相对电容率(也称介电常数)是同轴电缆总衰减的一个贡献因素:

其中:Ld表示介电材料所致损耗;f为频率;tanδ为损耗角正切;εr为介电常数;c为光速。与介电常数为2.34的高密度聚乙烯(HDPE)和介电常数为2.28的低密度聚乙烯相比,发泡聚乙烯的介电常数低至1.6。通过在介电材料中引入空气,不但能几乎将其介电常数减半,而且还能大幅降低损耗角正切。就插入损耗而言,实心介电材料最高,低密度介电材料居中,膨胀或微孔介电材料最低。


然而,另一方面,实心介电材料有高匀质性和各向同性的优点,而低密度材料却通常存在介电常数沿电缆长度方向不一致的问题。微孔结构等各向异性的异质体系的介电常数很大程度上取决于体系内孔泡的形状1。膨胀介电材料不但对温度最不敏感,而且还有损耗和相位稳定的优点。


同轴粗线


虽然小尺寸的同轴电缆一般在高频下不受传播模限制,但是出于减轻重量和提高柔性的考虑,人们往往选择小直径的同轴电缆。以下弯曲应力表达式可以解释小直径同轴电缆具有更高柔性的原因:

同轴电缆

其中,σ表示弯曲应力,E为弹性模量,y为距中性轴的距离,R为弯曲半径。从该式可以看出,弯曲应力随距中性轴的距离的增大而线性增大。因此,与细的同轴电缆相比,粗同轴电缆距中性轴最远处的受力更大。


另一方面,由于粗同轴电缆含有更多的金属导体材料,因此其阻性损耗更小,因而可以降低总体损耗。从下式可知,每单位长度的损耗量与内外导体的直径成反比。

其中,LR为导体的阻性损耗,d和D分别为内外导体的直径,σin和σout分别为内外导体的电导率,μin和μout分别为内外导体的磁导率。许多低损耗电缆通常比同类RG电缆更粗,而且可用于蜂窝等大型通信设备。对于蜂窝通信设备而言,还存在无源互调失真(PIM)这一主要因素。


高功率多载波系统的PIM


随工作频率和用途的不同,连接器的选择有时会成为能否实现良好性能的关键要素。在采用两种载波频率和高信号电平的蜂窝通信设备中,当此两类信号在传输线路中混合时,便会产生PIM问题。除此之外,多载波系统中使用的环行器、双工器、衰减器、波导和天线等无源器件也存在PIM问题。虽然PIM导致的非线性互调失真(IMD)信号的电平一般较低,但是对于高灵敏度无线电应用而言,