編織工藝對射頻同軸電纜性能影響的探究

邵偲淳 蔡曉虎 鄭成軍 肖懷遠

摘要：介紹了射頻同軸電纜外導體編織工藝，分別測試了不同編織線張力、編織角和編織密度等工藝條件下電纜的駐波和屏蔽效能，探究了不同編織工藝條件的影響，為射頻同軸電纜的編織工藝改進提供了參考。

關鍵詞：射頻同軸電纜;編織工藝;駐波;屏蔽衰減;影響

0 引言

射頻同軸電纜是雷達、通信設備中不可缺少的元器件，在系統中傳輸電磁波信號，其主要結構是內導體、絕緣、外導體和護套。其中外導體起到屏蔽的作用，也叫屏蔽層，一般采用焊銅管、拔管或編織工藝加工，當使用場景要求柔軟可彎折時，多使用編織工藝。編織過程中，編織線張力、速度、收線張力等工藝的一致性都會影響電纜結構的均勻性，從而影響電纜駐波;編織角和編織密度則會影響編織覆蓋率，進而影響屏蔽效能。

本文首先介紹了編織工藝，然后研究了編織工藝對駐波、屏蔽衰減性能的影響。

1 編織工藝簡介

編織是一種用編織機將金屬絲或扁線按一定規律，交織覆蓋在電纜絕緣表面，成為一個保護層或屏蔽層的工藝。電纜編織層通常使用四股線，即每層至少兩股線，每股線蓋住其他兩股，而本身又被另外兩股蓋住（圖1）。

編織機由編織部分、收線傳動裝置部分組成。編織工作在偶數走馬錠或管式線盤的編織部分進行，一半走馬錠或管式線盤按順時針“8”字型運動，將編織線繞在芯線上，另一半逆時針運動纏繞。編織工藝的影響因素包含編織線張力、速度、收線張力、編織角、編織密度、編織節距、編織速度等。

現階段，射頻同軸電纜屏蔽層選用的材料主要是鋼絲、鋁線、鋁鎂合金線、鍍錫銅線、鍍銀銅線等，可以滿足不同的使用需求。例如，鋼絲可以有效地提升電纜的抗拉、抗扭性能;鍍錫銅線柔軟，導電性能良好，比銅線的耐蝕性、抗氧化性能更好，可以有效地延長電纜的使用壽命。這些材質的屏蔽材料在射頻同軸電纜外導體中占比最大，可達40%～50%。

當前，國內航天、航空事業發展欣欣向榮，電動汽車行業也迎來了黃金時代，這就對設備提出了小型化、輕量化的要求，因此基礎的元器件射頻同軸電纜也在根據需求減輕重量。

為此，可以采取的手段之一就是使用表面鍍金屬的高分子材料，比如表面鍍銀的聚酰亞胺纖維，其兼有金屬材料的導電性能和高分子材料質量小的特點。

2 編織工藝對射頻電纜駐波的影響

駐波作為射頻同軸電纜最重要的指標之一，反映了電纜結構的均勻性。理想狀態下，射頻同軸電纜阻抗匹配，反射系數為零。

但是實際生產中由于工藝缺陷，電纜特性阻抗會發生周期性變化，信號的內部反射在始端產生疊加，會出現反射系數很大的峰值，其頻率與周期長度相關，可以采用以下公式進行計算[1]：

反射的信號不僅會產生能量損失，還會干擾信號源，導致信號失真。生產中影響射頻同軸電纜的因素主要有：內外導體尺寸、磁導率和電導率，絕緣層結構尺寸和相對介電常數，以及使用時的頻率[2]。編織通過張力以及絕緣芯線軸向運動，直接將金屬線交織覆蓋在較軟的絕緣表面，極易改變其外徑均勻性，也會影響到編織層本身的尺寸，是導致成品電纜駐波變大的工藝之一。因此，在射頻同軸電纜編織時，尤其要注意工藝控制。

使用某國產走馬錠編織機，采用扁線厚度為0.05～0.11 mm，寬度為0.9～1.3 mm的某一固定尺寸，對外徑為10 mm的推擠絕緣芯線進行加工，由齒輪調節節距在28～33 mm。圖2是由3臺編織機生產的三盤射頻同軸電纜編織層駐波測試圖，均在4.4～4.7 GHz存在一個較高峰值——1.130、1.305、1.210，不滿足產品標準和使用要求的不超過1.100。電纜速比是92%，根據上述公式，計算出周期的長度范圍是29.36～31.36 mm，與編織節距范圍相近。因此，初步推斷編織存在制造誤差，排除在絕緣推擠加工中存在缺陷。

由于編織速度與收線張力由電機控制，精度較高，故首先從編織線張力尋找原因。重新調節了編織線的張力，分別在3臺設備試裝50 g、100 g、150 g重力錠，每臺的24個走馬錠一致，編織速度與收線張力等其他條件不變。經多次調整，得到了較好的產品。

測試結果（圖3）與之前駐波圖相比，處于4.4～4.7 GHz的駐波峰變小或消失了，說明合適的編織工藝可以減小射頻同軸電纜的駐波。

由于越來越多的使用場景對電纜的屏蔽效能有較高要求，電纜的編織外導體也隨之增加。在加工中也要注意對駐波的影響，按照第一層編織的工藝條件，用上面調整張力后的第一根編織產品，再在原來的設備上進行第二層編織。

駐波測試（圖4）結果表明，在4.66 GHz存在1.123的駐波峰，與之前的結果相比，在編織工藝的長度周期內駐波稍有變大。第二層編織對駐波影響不大。

3 編織工藝對射頻電纜屏蔽效能的影響

編織工藝的射頻同軸電纜的外導體是由金屬線編織而成，是非完全屏蔽的，因此在傳輸信號時，也會輻射部分信號并受到外界信號的干擾，影響通信效果[3]。

隨著電子技術的飛速發展，設備的使用頻率不斷提升，系統對電纜等元器件的屏蔽性能要求也越來越高。同時，手機等電子設備已經成為生活中不可缺少的工具，城市中地鐵和過江隧道建設越來越成熟，在這種時代背景下，就需要敷設電纜能夠向外泄漏一定能量。因此，研究射頻同軸電纜編織外導體的屏蔽效能顯得很有必要。主要可以通過兩個指標對屏蔽效能進行衡量——基于電磁場理論的屏蔽衰減和基于電路理論的轉移阻抗[4]。轉移阻抗越小，屏蔽性能越好。

根據電磁屏蔽原理，電磁屏蔽是通過電磁波在屏蔽層表面的反射和金屬屏蔽體對高頻的衰減來實現的。外部入射電磁波到達編織金屬屏蔽層時，一部分能量被反射，其余部分能量通過編織層上的菱形小孔耦合進入到電纜內部，在電纜的內導體上產生感應電流和感應電壓，對傳輸的信號產生干擾。