同軸電纜是被廣泛應用的傳輸媒介,同軸纜按OD的大小可分為:大同軸、中同軸、小同軸、微小同軸。其小同軸線主要應用于移動通信系統、衛星通信以及國防重點項目等領域。按特性阻抗分通常有兩類:75Ω和50Ω。75Ω同軸電纜常用于CATV網,用于模擬傳輸,其傳輸帶寬為1GHz以上;50Ω同軸電纜主要用于數字傳輸,多用于基帶傳輸,目前傳輸帶寬為1GMHz以下,總線型以太網就是50Ω同軸電纜。
一、下面介紹幾種典型的小同軸電纜
1、內導體為多股鍍銀銅包鋼,實心聚四氟塑料絕緣,外導體為鍍銀銅線編織,護套外徑為1.30mm(SFF-50-0.8高溫線)。這種電纜結構簡單,但加工工藝要求嚴格,特別是外徑控制。所以生產設備至關重要,收放線必須通過恒張力調節系統來調整收放線張力,保持速度穩定,導體不拉伸。而且放線張力應能滿足實心銅線、銅包鋼線、銅包鋁線等導體要求。因為在制造過程中外徑公差不控制好,對波阻抗均勻性影響很大,一般來說,電纜的特性阻抗測試公差范圍越少,說明工藝控制越好。
2、內導體為單根裸銅線,絕緣為發泡皮泡皮,外徑1.30mm,外導體為鋁箔加編織,護套外徑為2.8mm(RG-174低損耗電纜)。
該電纜特性阻抗都為50Ω其結構與普通的導體為7/0.16CCS的實心RG-174(絕緣外徑為1.55mm)其本相同,不同的是絕緣采用皮泡皮。采用發泡絕緣大大減少了絕緣層的等效介電常數及介質損耗角正切值。因此在保持同樣波阻抗的條件下,若內導體不變其絕緣外徑可做得更小些,而且衰減可以大大降低。特別是在高頻的條件下,降低衰減的效果更明顯。
采用發泡絕緣具有重量輕、低衰減、大功率、寬頻率等優點,其缺點是耐電壓較低,機械強度較實心差。為了彌補這一缺點,在發泡絕緣體最外面再加上薄薄一層實心PE,這層實心PE既可以用來絕緣著色,又可以防潮防濕,增加絕緣層的機械強度,提高電纜的使用壽命。小同軸皮泡皮在制造過程中,從絕緣料、內結皮以及發泡模具的選擇到生產工藝都要求比較高。
內結皮擠出:為使發泡體和導體線能有效地粘結,導體在進行發泡擠出前,需擠塑一層很薄的LDPE(因為LDPE的粘度比較大)料作為內結皮,其厚度和同心度對最終產品的性能影響很大,而且內結皮的厚度盡量薄些(厚度一般控制在0.05mm左右),因此,設備上一般采用交流電機和交流變頻調速裝置與主控系統及測徑裝置組成的控制系統,以確保穩定、均勻地擠出極薄的內結層。
發泡擠出:因為它具有較高的發泡度(發泡度可達到70~80%),發泡料應全部采用HDPE料,以提高絕緣層的機械強度,能夠承受足夠的外部壓力。擠出主機應采用直流電機和全數字直流調速裝置來實現調速,保證擠出量穩定。螺桿長徑比不低于34:1,保證擠出的絕緣層充分塑化發泡度符合工藝要求。歐勒測控反饋應有報警裝置,輸入的外徑公差不能太大(可以根據設備的過程能力指數,及工藝水平)。另外,注氮充氣最好采用高壓注氣,保證壓力穩定。
外皮擠出:外皮料一般也用HDPE料,外皮螺桿溫度設定盡量偏高些,特別是出口模溫度。因為外表的好壞直接關系到電纜表面質量。小型同軸電纜的外皮厚度不能太厚,一般控制在0.05mm左右。對于外皮著色的電纜,其偏心度一定要好,否則表面顏色深淺不一影響表面質量。
特別指出的是:生產發泡皮泡皮小同軸電纜時,在線檢測系統應具備外徑和電容測量裝置,外徑測量裝置應包括內結皮外徑及絕緣層外徑(一般生產廠家不重視內結皮厚度控制)。外徑和電容測量均應具備反饋功能,使生產線構成閉環反饋,自動控制電纜的絕緣外徑和發泡度等,以充分保證電纜的質量。
二、對微小型同軸電纜的設計中導體和絕緣材料的選料很關鍵:
我們都知道微小同軸電纜的內導體都很細,而電纜的使用頻率以及工作溫度卻較高。所以單一的銅導體并不是很理想的內導體。銅在空氣中會氧化而產生黑色的氧化皮,特別是當溫度在80℃以上時氧化速度加快,當溫度達到176℃時氧化將極為迅速。黑色氧化皮的生成,將使其電性能下降。因此銅導體最高使用溫度一般限制在100℃。在使用頻率上一般也只限于3000MHz以下。銅包鋼線具有高的強度、耐疲勞的特性,在頻率高于10MHz以上的條件下,銅包鋼的電阻與實體銅線幾乎一樣,而機械強度則為實體的三倍。因此,微小同軸射頻電纜常用銅包鋼、鍍銀銅包鋼或鍍錫銅包鋼線作為內導體。錫的電導率雖然比銅小得多,但具有抗氧化、耐蝕等優點,工作溫度一般可用到150℃,在極個別情況下也可用到200℃。鍍銀銅線防蝕能力更好其電導率比銅高得多,因而廣泛用在高溫和高頻條件下。其連續工作溫度可達200℃,短時間使用溫度可達250℃。
同軸電纜的絕緣材料最常用的是聚乙烯。實心聚乙烯絕緣的優點是耐電強度、機械強度高,熱阻小以及結構穩定;缺點是介電常數大,當頻率很高時衰減更大。聚乙烯最高使用溫度一般為85℃,所以在要求耐高溫情況下,應采用聚四氟乙烯(F4)及聚全氟乙丙烯(F46)。他們有較好的熱穩定性和化學穩定性,其電氣性能也較優異。聚四氟乙烯的長期工作溫度可達250℃,聚全氟乙丙烯的長期工作溫度可達200℃。
微小同軸線最常用的外導體是編織,而且編織密度一般在95%以上。這主要是因為其傳輸高頻較高,而電纜屏蔽衰減較大(與管狀外導體相比,一般情況下衰減將增大到1.5~4倍,特別在高頻下衰減值還會急劇上升)。編織的優點是電纜比較柔軟,容易彎曲。管狀(銅管、鋁管)外導體具有衰減低、屏蔽性好、機械強度高、防潮及密封性好等優點;缺點是柔軟性差,允許彎曲半徑大,不適用于移動場合。最后還有一種是電鍍外導體,它是先用化學鍍覆的方法在絕緣表面上鍍包一層0.05微米厚的銅層,電鍍增厚到0.025毫米。電鍍外導體同軸電纜柔軟性好,重量輕,屏蔽性好,衰減低,噪聲小,電暈電壓也較高,是微小型軟射頻電纜的一種理想外導體結構。
在各種射頻配電、接收與測量系統中,都要求使用低衰減電纜。因為在通信與電子設備轉入地下時,就要加大電纜與整機間的距離。隨著傳輸距離的增大,低衰減的要求就顯得更加突出。特別是整機的小型化、多功能以及使用頻率越來越高,電纜的衰減值和尺寸與使用頻率的矛盾也越來越突出。所以電纜生產商必須很好解決小型化、低衰減,高頻率之間的矛盾,而低衰減要求往往與電纜的柔軟性相抵觸。各種光管外導體電纜是衰減最小的結構,但是在柔軟性上往往不能滿足使用要求,而普通的編織結構柔軟電纜,其電氣性能卻較差,特別是衰減大,尤其在幾千兆赫的頻率下更差。