穩相電纜的衰減穩定性提升的研究

金辰

【摘??要】穩相電纜的導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構組成;護套由聚全氟乙丙烯樹脂擠制而成。產品具有低損耗、高相位穩定性及高功率等性能，確保了航空相控陣雷達、衛星跟蹤站、電子對抗等設備的精確定位。穩相電纜的相位穩定性包含著溫度與機械兩個方面。電纜在不同的環境溫度下，內外導體金屬的線伸脹引起的機械長度變化以及絕緣材料的等效介電常數變化所引起的相移常數變化，都會導致總相位的變化;另外，電纜受到彎曲、扭轉、振動等機械外力的作用，會引起組成電纜各部件的尺寸變化及結構變異錯位，導致電氣長度的變化，從而引起相位的變化。

【關鍵詞】穩相電纜;衰減;穩定性

1?衰?減

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

本文研究的衰減穩定性是指在抖動條件下的衰減變化量，是模擬車輛在復雜路況上行駛，其車載射頻電纜的衰減穩定性。電纜衰減穩定性的試驗過程為：首先保證試驗在標準測量環境中進行;然后按照規范要求制作定長的組件，把電纜組件放在震動臺（或相應的裝置，或手動進行）上，電纜組件中的電纜不應用繩或其他物質束縛;接著把電纜組件連接到網絡分析儀上，按照固定頻率、固定振幅抖動組件一定時間（與連接器相連的10?cm電纜應不參與抖動）;最后記錄電纜衰減的變化。

2?衰減穩定性分析

2.1?電纜結構

穩相電纜的一般結構為內導體、絕緣層、外導體和護套層。其結構見圖1。

圖1?穩相電纜結構圖

1—鍍銀軟銅線內導體?2—微孔聚四氟乙烯薄膜絕緣?3—鍍銀銅扁帶外導體1?4—鍍銀圓銅線外導體2?5—氟塑料護套

2.2?工藝分析

衰減變化的因素有頻率、內導體外徑、外導體內徑以及絕緣介電常數。電纜制作成組件后，在固定頻率下進行衰減穩定性測試，所以排除頻率因素;同時制作成組件后，電纜在銅帶繞包后絕緣層結構固定，而且在測試環境不發生變化時，絕緣材料的介電常數也很難產生變化，可以排除絕緣介電常數因素;穩相電纜使用單根鍍銀銅線，在測試過程中，外徑不會產生變化，可排除內導體外徑;外導體是由鍍銀銅扁帶和鍍銀圓銅線共同組成的，在抖動時，編織層和鍍銀銅扁帶層之間可能會產生位移，引起等效的外導體內徑變化。通過以下工藝試驗驗證衰減穩定性影響因素。

按照常規加工工藝進行加工，在內導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體。這時，電纜半成品具備了內導體、絕緣層、外導體的同軸結構，可以制作成組件進行衰減穩定性的測試。經過對不同外徑、不同規格的電纜半成品，每種十多次的測試，繞包銅帶后的衰減穩定性均在±0.1?dB以內（測試頻點為18?GHz）。證明了內導體外徑和絕緣介電常數是不會影響電纜衰減穩定性的。

將衰減穩定性合格的半成品編織外導體和擠出護套后，再進行成品測試，此時電纜的衰減穩定性變化明顯加大，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的電纜衰減穩定性變化增大，但并未超過0.1?dB。

2.3?解決方案

借鑒實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驗，在穩相電纜兩種不同形式的外導體中間增加一層輕薄的隔離層。同時考慮到加工成電纜后，復合外導體層在制作組件時，兩個外導體又必須接觸在一起，這樣電纜才會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/鋁復合薄膜。

對添加隔離層的產品進行衰減穩定性試驗，在18?GHz時，衰減變化值見表1。

表1?衰減穩定性對比表?導出到

3?加工過程

（1）內導體。

為保證產品有較好的柔軟性，應選擇鍍銀軟圓銅線，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，相鄰層繞包方向應相反，每層薄膜搭蓋率應至少在50%。

（3）外導體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）外導體2。

采用鍍銀銅線編織，編織密度在90%以上。

（6）護套。

采用氟塑料擠出護套，擠出過程中對半成品進行預熱處理，預熱溫度在80?℃，保證護套層有較好的附著力。

4?結束語

本文對穩相電纜的衰減穩定性影響因素進行分析。當電纜繞包鍍銀銅扁帶后，制成組件測試其衰減穩定性，均在±0.1?dB以內;再編織外導體、擠出護套后，電纜反復彎曲而造成外導體內徑的波動加重，導致一次參數均勻性會變差，從而影響了電纜的衰減穩定性。

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，能減小外導體的內徑變化范圍，尤其是電纜在抖動時，有利于減少衰減的變化。另外，增加的復合鋁箔能減少電磁波從銅帶間隙處的輻射，能使外導體的一次參數更均勻和穩定，這也有利于減小電纜的衰減變化。通過隔離層的添加，達到了提升衰減穩定性的設計要求，是提高產品可靠性的有效方法之一。

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（作者單位：國網南京市江北新區供電公司）