同轴电缆基础知识.docx
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同轴电缆基础知识
同轴电缆基础知识
产品材料
电缆结构
材料名称
简称
材料特点
内导体
裸铜
BC
又称紫铜，比重为8.89.具有如下特性：
1、导电性好，导热性好。
2、化学稳定性高，抗蚀性好。
3、无磁性，又是反磁性物质，磁化系数极低。
4、机械性能较好，抗拉强度为200~240MN/m2。
伸长率可达50%。
5、塑性好，易于加工。
6、易于焊接。
做为射频电缆的内导体，在空气易于氧化，特别是在80度以上时更容易产品产生黑色的氧化铜，降低产品性能，一般使用在温度100度以下，频率在3GHz以下的场合。
镀锡铜
TC
为在铜线表表面电镀锡层，改善铜线的防腐蚀性和增加可焊接性能。
但由于锡的导电性能较差，一般不做为高频同轴电缆的内导体。
一般使用在温度150度以下，频率在3GHz以下的场合。
镀银铜
SC
为在铜线表面电镀银层，改善铜线的抗氧化性和增加可焊接性能。
但由于银的导电性能较铜更好，一般做为高频同轴电缆的内导体。
同时由于银的高温氧化性更好，因此合适于高温电缆的传输导体。
在频率3GHz以上，连续工作温度可达200度。
铜包铝
CCAl
依据传输高频信号的集肤效应原理，为在铝线的表面包覆一层铜层，在不降低电性能情况下，降低产品的成本和重量，。
由于铜层体积比的不同，一般分为10%和15%两种，同时又分为硬态（H）和软态（A）两种。
铜包钢
CCS
依据传输高频信号的集肤效应原理，为在钢芯线的表面包覆一层铜层，在不降低电性能情况下，降低产品的成本和重量，同时也增加了导体的抗拉强度。
在频率高于10MHz以上的条件下，铜包钢线的电阻与实体铜线几乎一样，而机械强度则为实体铜线的三倍，因此微小型射频同轴电缆常用铜包钢做为内导体。
按导电率可分为21%IACS，30%IACS，40%IACS，同时按退火又分为硬态（H）和软态（A）两种。
镀银铜包钢
SCCS
产品性能相当于镀银铜线和铜包钢线的集合
镀银铜包铝
SCCAl
产品性能相当于镀银铜线和铜包铝线的集合
绝缘
聚乙烯
PE
聚乙烯分子结构对称，不含极性基团，因此具有极其优良的电绝缘性能。
可以分为低密度聚乙烯（高压法生产，密度0.91~0.93），高密度聚乙烯（低压法生产），中密度聚乙烯（中压法生产），介电常数一般为2.3.介质损耗角正切0.0005
发泡聚乙烯
FPE
采用发泡的方法，进一步提高聚乙烯的电性能，降低介电常数。
发泡方式一般分为两种：
化学发泡和物理发泡。
化学发泡特点：
是发泡率不是很高，一般小于40%，适合小线径发泡，易于产品杂质残留，降低电性能。
物理发泡特点：
发泡率高，可达到80%以上，发泡结构良好。
广泛使用于通信电缆的绝缘，同时降低了电缆成本。
交联聚乙烯
交联聚乙烯是通过化学或辐射的方法将聚乙烯进行改性，使它的分子链间相互交联，由线性结构变成网状结构。
使之提高产品的机械性能和耐热性能。
交联聚乙烯的耐热温度可达到125度。
产品更多的使用在电力电缆的产品上，通信电缆一般用于较小的产品上。
聚全氟乙丙烯
FEP
因分子链长度较聚四氟乙烯短，从而降低了粘度，因此能够以挤出的加工形式进行热塑性加工，具有优良的电气绝缘特性和化学稳定性。
硬度和抗拉强度比聚四氟乙烯略提高，可在-85~205度的广阔范围内长期使用，但其也有应力开裂现象和耐电晕性不佳缺点。
聚四氟乙烯
PTFE
具有优异的电性能。
介电常数为2左右，介质损耗0.0002,体积电阻率大于1017Ω*M，有足够的耐热和耐低温性能，可在-195~250度的广阔范围内长期使用，是现有工程塑料中最高的。
加工方式采用的烧结成型，加工麻烦，生产效率低，在加工过程中会有毒物质，需在加工过程中进行很好的防护和通风。
同时价格贵。
低密度聚四氟乙烯
LDPTFE
即微孔PTFE带，使用绕包的生产工艺进行加工生产。
箔类
铝（铜）箔
Alfoil
主要是提高产品的屏蔽性能，降低传输衰减。
一般分为自粘性和非自粘性，就电性能来讲，自粘性的效果好于非自粘性。
但在一些场合，自粘性的加工不是很方便。
编织
裸铜
BC
性能同内导体用铜
镀锡铜
TC
使用镀锡铜做为屏蔽层，主要是防止氧化。
镀银铜
SC
使用镀银铜线做为同轴电缆的屏蔽层主要是使用在高性能要求的电缆，以提高电缆的电性能。
铝镁合金线
Al
做为屏蔽层，铝镁合金线主要是降低产品的成本，只能进行机械方式连接端子，不能进行焊接加工。
护套
聚乙烯
PE
做为护套用的聚乙烯会根据实际使用的场合对产品进行一些改性或添加一些材料，以提高产品的耐候性，抗紫外线，抗环境应力开裂，或防白蚁等特性。
聚氯乙烯
PVC
具有热塑性和大分子的柔软性，由于分子中有氯原子，具有较好的阻燃性和耐化学腐蚀性。
同时由于含用极性基团，电绝缘性能不够理想。
同时耐寒性较差。
价格低，使用广泛。
低烟无卤聚烯烃
LSZH
为聚烯烃材料增加氢氧化铝，氢氧化镁等阻燃材料，使产品具有低烟，阻燃，无毒，无刺激性气体等特性。
同时由于添加了这些无机材料，线材表面易产生白色划痕
产品结构
同轴射频电缆由内导体、绝缘体、外导体、以及护套四部份组成，每一组成部份对电缆的性能都有一定的影响。
必须根据使用要求，从电性能、机械性能及热性能进行严密的计算，选择合理的结构形式。
一、内导体
内导体与外导体是同轴电缆的主要结构元件，它起着电磁波的导向作用，由于内导体尺寸比外导体小得多，因此内导体的损耗在总的导体损耗中占有很大比重，导体损耗是电缆的主要损耗因素，因此对内导体提出了很高的要求。
内导体有实芯、绞线、空管及皱纹管等几种形式。
二、绝缘
考虑衰减、传输功率、承受电压等要求，射频电缆的绝缘结构可制成实体绝缘、空气绝缘及半空气绝缘三种形式。
1、实体绝缘优点是耐电强度高，机械强度高，热阻小以及结构稳定；缺点是用的介质材料多，介电常数大，当频率高时，电缆的衰减较大。
2、空气绝缘是在内外导体之间除了以一定间隔或螺旋式固定在内导体上的支撑物外，均是空气，其等效介电常数及介质损耗角正切都较小，因此在保持同样波阻抗的条件下，内导可以做得更大，从而降低电缆衰减。
3、半空气绝缘各项性能则介于实体与空气绝缘之间。
三、外导体
外导体起着回路和屏蔽双重作用，在外导体上的能量损耗占导体损耗的三分之一左右，因此对外导体材料的电导率要求，不如对内导体要求高，可以采用电导率比铜小的铝作为外导体，这对总衰减影响不大，但在成本及重量上有很大好处。
结构有编织、管状、绞合，镀层等形式。
1、编织外导体一般使用直径0.1~0.3mm的软铜线、镀银铜线、镀锡铜线编织而成。
为减少及改进屏蔽性能，应使用编织覆盖率不小于90%。
2、管状外导体具有衰减低、屏蔽性好，机械强度高，防潮及密封性好等优点，缺点是柔软性差，允许弯曲半径大，不宜用于需要经常移动或反复弯曲的情况下。
而大直径管状外导体需要轧纹，可以改善其弯曲性能。
3、绞合外导体电气性能不如密闭的管状外导体，但比编织外导体好，并且具有足够的柔软性。
4、电镀外导体是用化学方法在绝缘表面镀包一层0.05微米的铜层，电镀增加到0.025毫米。
电镀外导体同轴电缆柔软性好，重量软，屏蔽性好，衰减低，噪声小，电晕电压也较高，是微小型软射频电缆的一种理想外导体结构。
四、护套
电缆护套的作用是保护电缆免受机械损伤、防潮、防腐蚀，并防护热、光等外界环境因素的影响。
，根据电缆使用的环境要求来选择的。
要求是坚固、稳定、柔软、不透潮气，并有抗污染、化学辐射、热、腐蚀、霉菌和阻燃等能力。
性能指标
电缆性能指标分为机械性能指标和电气性指标。
同轴电缆的机械性能指标，目前公司客户目前较为关注的是弯曲半径和粘附力。
1、弯曲半径
弯曲半径的意义在于确定电缆使用和安装要求的适用性，其测量方法一般为绕在某一直径的芯轴上，同一部位相对方向做两次180度的弯曲后，再重复做3次，然后再在同一芯轴绕六圈，并保证原弯曲的部位也在这六圈之中，查看电缆表面有无损伤，并要求电气性能符合相应规范的要求。
公司弯曲半径定义为绕一直径的芯轴上，线缆无损伤即可。
2、粘附力
试验方法见下图，用稳定增加的力以不大于100mm/min的速度拉拽，粘附力为粘合破坏时的最大拉力。
同轴电缆的电气性能指标，分为一次参数和二次参数，一次参数包括电阻，电导，电容和电感。
二次参数则包括阻抗，衰减，驻波，回波损耗。
二次参数是一次参数的综合体现。
更能反映电缆在传输高频信号时的性能。
公司同轴电缆的常测电性能指标主要有1、特性阻抗，2、衰减，3、驻波，4、回波损耗，5、三阶互调等。
公司使用的测试设备是安捷伦的N3383A（300KHz~9GHz），惠普8713C（300KHz）,SUMMITEK的SI-2000FE（1920MHz~2170MHz）
1、特性阻抗
特性阻抗是射电缆的最主要的电性能参数。
电缆在使用时，线路是否匹配对传输质量有很大影响。
当线均匀匹配时，没有能量的反射，因而有最高的传输效率。
相反，当线路失配时，则存在反射而使传输效率降低。
更重要的是由于线路上的反射波会与入射波相互干扰而产生驻波，驻波的存在引起线路上衰减或功率损耗加大，容易使电缆发生电击穿和热损坏，并可使用传输信号发生畸变。
因此必须尽可能使线路在匹配条件下工作，这首先要对电缆的波阻抗值及偏差加以限定。
理想结构同轴电缆的特性阻抗简化计算公式：
Z：
同轴电缆的特性阻抗，Ω
D：
外导体的内径，mm
d:
：
内导体的外径，mm
ε：
绝缘材料介电常数，
从上式看出，电缆的特性阻抗是由电缆的几何形状和绝缘部份决定，电缆的长度不影响电缆的特性阻抗。
因此可以根据合理选择导体直径和绝缘介电常数来调整特征阻抗的大小。
而相对介电常数取决于其材料和其结构，实芯PE的相对介电常数为2.25～2.34，高发泡情况下可以低于1.25，空气的相对介电常数为1，PTFE的相对介电常数为2.00～2.10。
下图为阻抗与频率之间的关系。
测试方法一般使用网络分析仪和TDR测试。
使用网络分析仪的smith圆图的测试图像
2、传输衰减
理想同轴电缆结构的传输衰减用下式表式
（奈/公里）
其中：
f频率（MHz）
从上式可知，式中第一项是与
成正比，是金属衰减；第二项是与f成正比，是介质衰减，它与介质损耗值接有关。
当电缆传输频率较高时及导体表面有氧化亚铜存在时，会产生一种新的损耗，视在介质损耗，在一般情况下，式中B值是由绝缘介质的介质损耗所决定的。
因此为减小或消除视在介质损耗，则要求铜导体表面不容许有任何氧化层。
3、驻波
同轴对内部的波阻抗不均匀性及两个制造长度电缆接续时产生的不均匀性是用反射系数P来表示的。
反射系数与阻抗偏差关系：
驻波即：
从以上公式即可以看出，驻波要求是越小越好。
同轴电缆线路上的不均匀性的原因分为如下两类：
第一类是以任意幅值沿长度机遇性的不均匀。
具体体现在内外导体直径的偏差，它们之间的偏心、椭圆度、沿同轴对长度上绝缘的不均匀，以及在制造、运输和施工过程中外导体变形等所引起同轴加路波阻抗的变化。
第二类是沿电缆长度均匀分布的小量值的周期的不均匀性。
它的幅值系由制造工艺本身所决定，因此各周期几乎相等。
这一类不均匀性所引起的反射出在某应的谐振频率上按同相位增加，造成数十兆赫以上个别谐振频率内的传输衰减剧变。
由于以上原因，同轴回路的波阻抗沿线路不均匀时，电磁波在线路上的传输时将发生反射现象。
反射回来的信号引起输入阻抗的变化，从而引起主波信号功率的变化。
输入阻抗对频率不规则的变化产生了衰减频率特性的波动，因而引传输信号的失真。
再次反射回去的信号，在时间上却滞后于主波，造成对主波的干扰。
4、回波损耗
回波损耗即
从以上公式可以看出，回波损耗要求是越大越好。
5、三阶互调
无源互调是由无线通信系统中的非线性无源元件引起的。
这些无源元件如：
双向滤波器、合波器、连接头、馈线、天线等等，在它们的连接界面非线性不连续点处会产生互调。
有时天线的空间会受到基站电缆塔的限制，这样，只好将几个发射机和接收机的信号合并到同一馈线和天线上。
高功率同步发射机的载波信号就会在非线性不连续点处相互干扰，在接收频道上产生互调干扰。
互调性能差时，就会使许多接收频道受到严重的干扰。
非线性电路中会产生谐振频率，基频与谐振频率在一起会引起互调。
因此所有可以移动的连接处，如接头等都是产生互调的潜在来源。
例如，接头的非线性来源可能有：
·铁磁材料
·非线性介质
·接触界面两种性能相差很远的材料
·氧化或不良的接触表面
·接触不良或接触压力很小引起微电弧。
·腐蚀、脏物、废物、油脂、指纹
两个传输频率产生的互调频率可按下式计算：
m,n=任一正整数
f1,f2=传输频率
互调阶数：
m+n
例如：
900MHz处的三阶无源互调情况：
发射机/接收机的930/885MHz和955/910MHz信号接至同一传输线，发射信号955/930MHz会产生互调信号905/980MHz。
这样就会干扰950/905MHz的发射/接收信号对。
三阶互调可用两个标准功率（20w）的载波测量，其值为测试信号和互调产物的功率差值。
下图是金信诺公司的实测图（43dBm的测试功率下）.
周边配合
连接器的选择即要考虑性能要求又要考虑经济因素，性能必须满足系统电气设备的要求，经济上须符合价值工程要求。
重要参数要求有：
1、阻抗，2、耐电压，3、最高工作频率。
常见的连接器有SMA、N型、7/16型、TNC、BNC等。
电缆在与连接器连接时，因为连接器的性能指标，和连接时的工艺不同对整个测试结果造成一定的影响，因些需要对连接器与连接工艺进行必要的了解。
由于连接头弯头对性能指示影响更大，需要更加关注。
一般情况下有如下原则，直头比弯头好，焊接比压接强。
转接次数少比多要好。
以下为常见连接头的一个介绍。
SMA系列产品是一种应用广泛的小型螺纹连接的同轴连接器，符合标准MIL-C-39012、IEC169-15以及CECC22110的相关规定，寿命长、性能优越、可靠性高。
广泛用于微波设备和数字通信设备的射频回路中连接射频同轴电缆或微带.配用软电缆使用时频率低于12.4GHz，配用半刚电缆时最高使用频率达26GHz。
有50欧姆和75欧姆两类。
N系列产品是按照MIL-C-39012、IEC169-16和CECC22210详细规范研制生产的一种具有螺纹结构的中大功率连接器、具有抗震性强、可靠性高、机械和电器性能优良等特点，广泛用于震动和环境恶劣条件下的无线电设备和仪器中连接射频同轴电缆用。
频率可达11GHz，有50欧姆和75欧姆两类。
7/16（L29）系列是按照IEC169-4、CECC22190和DIN74223的相关要求生产的一种较大型螺纹连接同轴连接器，具有坚固稳定、低损耗、工作电压高等特点，且大部分具有防水结构，可用于户外作为中、高能量传输的连接器，广泛用于微波传输和移动通信系统中。
TNC系列产品是按MIL-C-39012和IEC169-17详细规范研制生产的一种螺纹连接式射频同轴连接器，具有工作频带宽、连接可靠、抗震性能好等特点，供无线电设备和仪器中连接射频同轴电缆用。
特别适用于在震动条件下的移动通信设备中。
除了螺口外，其界面与BNC相仿，在11GHz仍能应用，在振动条件下性能优良。
BNC系列产品是按照MIL-C-39012和IEC169-8详细规范研制生产的一种卡口式射频同轴连接器、具有连接迅速、接触可靠等特点，广泛适用于无线电设备和电子仪器领域连接射频同轴电缆。
我公司还可制造BNC反极性系列同轴连接器。
多用于频率低于4GHz的射出频连接。
有50欧姆和75欧姆两类。
产品名称对照表
1、半刚系列电缆
半刚系列电缆
电子行业军标（半硬同轴电缆）
SMT680-034
SFT-50-1-51
SMT680-047
SFT-50-1-52
SMT680-063
SMT680-086，RG405
SFT-50-2-51
SMT680-141，RG402
SFT-50-3-51
SMT680-250
SFT-50-5-51
适用范围：
适用于通信设备和采用类似技术的高频、超高频电子装置。
半柔电缆
公司型号
SFX-50-1
670-047
SFX-50-2
670-086
SFX-50-3
670-141
SFX-50-5
670-250
2、RG系列
RG系列
国内行业标准
RG6
SYWV-75-5，SYFV-75-5
RG11
SYWV-75-7，SYFV-75-7
RG58
SYV-50-3
RG142
SFF-50-3-52
RG174
SYV-50-2-1
RG178
SFF-50-1
RG179
SFF-75-1.5-1
RG213
SYV-50-7
RG303
SFF-50-3-51
RG304
SFF-50-5-51
RG316
SFF-50-2-51
RG393
SFF-50-7-2
RG400
SFF-50-3-53
3、皱纹管系列
皱纹管系列
俗称
国内行业标准
1/4”RF射频电缆
1/4”馈线
HCAAY-50-6
铜包铝内导，PE护套
HAYZ-50-6
铜内导，PE阻燃护套
1/4”超柔RF电缆
1/4”超柔
HCAHY-50-5
铜包铝内导，PE护套
HHYZ-50-5
铜内导，PE阻燃护套
HRYZ-50-5
3/8”RF射频电缆
3/8”馈线
HCAAY-50-8
铜包铝内导，PE护套
HAYZ-50-8
铜内导，PE阻燃护套
3/8”超柔RF电缆
3/8”超柔
HCAHY-50-7
铜包铝内导，PE护套
HRCAY-50-7
HHYZ-50-7
铜内导，PE阻燃护套
1/2”RF射频电缆
1/2”馈线
HCAAY-50-12
铜包铝内导，PE护套
HHYZ-50-12
铜内导，PE阻燃护套
1/2”超柔RF电缆
1/2”超柔
HCAHY-50-9
铜包铝内导，PE护套
HRCAY-50-9
HHYZ-50-9
铜内导，PE阻燃护套
5/8”RF射频电缆
5/8”馈线
HCTAY-50-17
7/8”RF射频电缆
7/8”馈线
HCTAY-50-22
7/8”超柔RF电缆
HHTHY-50-21
1-1/4”RF射频电缆
1-1/4”馈线
HCTAY-50-32
1-1/4”超柔RF电缆
1-5/8”RF射频电缆
1-5/8”馈线
HHTAY-50-42
适用范围：
适用于连接无线通信设备至天线以及射频电子设备之间的工作频率范围主要在100-3OOOMHz之间的无线通信用.
4、FB系列
型号
国内行业标准
3D-FB
5D-FB
HFBV-50-5
铜内导，PVC护套，
HCAFBY-50-5
铜包铝内导，PE护套
7D-FB
HFBV-50-7
铜内导，PVC护套，
HCAFBY-50-7
铜包铝内导，PE护套
8D-FB
HFBV-50-8
铜内导，PVC护套，
HCAFBY-50-8
铜包铝内导，PE护套
10D-FB
HFBV-50-10
铜内导，PVC护套，
HCAFBY-50-10
铜包铝内导，PE护套
12D-FB
HFBV-50-12
铜内导，PVC护套，
HCAFBY-50-12
铜包铝内导，PE护套
适用范围：
适用于100-2500MHz工作频率范围内，移动通信、微波通信、无线电广播系统、航空和航海雷达系统中的天线馈线和通信设备连接线的设计、生产与应用。
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