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同轴线缆设计要素有哪些?

网络整理 2020-11-16

对于同轴线缆而言,除了产品规格书中列出的插入损耗、回波损耗、电压驻波比(VSWR)等常见参数之外,还有其他设计和构造方法能够有助于其获得更为准确一致的性能表现或者更长的使用寿命。为了确保高重复性和高可靠性,许多应用均要求产品具有精密结构。本文将就这一类要求,不良线缆结构所带来的不利影响,以及线缆制造方法进行深入探讨,以助力同轴线缆获得更高性能。

 

插入损耗

 

介电材料的选择  空气是一种理想的介电材料,其允许信号以接近光速的速度几乎无阻碍地传播。然而,由于空气无法在线缆结构上提供将内导体和外导体均匀隔开的支撑力,因此现实中这一理想状态并不能应用于市售的同轴结构产品。这类线缆产品必须使用空气之外的其他介电材料。

 

如下两点是导致同轴线缆发生损耗的主要内在因素:

内外导体的阻性损耗;电解质的损耗角正切和传导电流。

 

此两点因素中,第一点难以避免,然而后者却存在多种应对之策。作为一种绝缘材料,电介质的相对电容率(也称介电常数)是同轴线缆总衰减度的一个贡献因素:

 

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线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。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

 

虽然小尺寸的同轴线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线缆。以下弯曲应力表达式可以解释小直径同轴线缆具有更高柔性的原因:

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。弯曲应力随距中性轴的距离的增大而线性增大。因此,与细的同轴线缆相比,粗同轴线缆距中性轴最远处的受力更大。

 

另一方面,由于粗同轴线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。许多低损耗线缆通常比同类RG线缆更粗,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)这一主要考虑因素。

 

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