淺談同軸饋管的制作與連接

黃文樑 黃樣華 蘭衛(wèi)東 余 凱

同軸饋線系統(tǒng)又稱為同軸硬饋，是由內(nèi)外導(dǎo)體組成的波導(dǎo)系統(tǒng)，具有損耗低、頻帶寬、體積小、方便連接等特點，在功率傳輸系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。同軸硬饋的內(nèi)外導(dǎo)體采用空心紫銅管制成，外管材料多使用紫銅，有時也用黃銅、鋁材等。內(nèi)管又稱管芯，內(nèi)外管半徑?jīng)Q定了其阻抗和功率容量。內(nèi)外管間隙的介質(zhì)一般是空氣，內(nèi)管加裝十字架或墊圈支撐，支撐經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，不會增加饋管的反射損耗。在電磁波傳輸過程中，內(nèi)導(dǎo)體接射頻信號，外導(dǎo)體與地線連接。同軸饋管采用良導(dǎo)體材料，其電場方向可以看作從管芯外表面指向外管內(nèi)表面。

同軸饋管的制作和連接質(zhì)量，對饋管的功率容量和特性阻抗等性能指標(biāo)影響極大。例如，同軸饋管在廣播電視無線發(fā)射系統(tǒng)運行時打火、發(fā)熱，將直接影響臺站設(shè)備、廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的安全和質(zhì)量。在同軸饋管的制作和安裝施工過程中，需要對饋電系統(tǒng)零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、定位精度及阻抗補償?shù)冗M行優(yōu)化設(shè)計。

一、饋線的特性參數(shù)

饋線的特性參數(shù)包括特性阻抗、衰減量、傳輸效率和功率容量等。饋線特性阻抗僅與外導(dǎo)體內(nèi)徑、內(nèi)導(dǎo)體外徑以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)相關(guān)，與饋線長度、工作頻率及饋線末端連接負載阻抗等因素?zé)o關(guān)。在廣播發(fā)射系統(tǒng)中，饋線通常采用的特性阻抗有50Ω、75Ω和300Ω三種。衰減量作為同軸線上的一個重要指標(biāo)，用于表示電磁波在路徑上傳播過程中振幅 (即能量)的衰耗情況，通常是指在環(huán)境溫度20℃時每100米長同軸線的衰減值，用dB表示。傳輸效率是指終端負載上接收到的有效功率與初始端輸出功率的比值。在傳輸過程中，能量衰減、匹配不佳及能量反射等現(xiàn)象均會造成能量的損耗。功率容量是指內(nèi)、外導(dǎo)體間任一部位均在規(guī)定的溫升范圍內(nèi)且無放電現(xiàn)象時輸送的平均功率。在空間溫度為25℃的大氣中，水平狀態(tài)工作時，饋線外導(dǎo)體溫升到40℃時傳輸功率的1/2作為規(guī)定使用功率。

二、同軸硬饋的制作與連接

（一）同軸硬饋管的切割

可以使用手鋸、電鋸、饋管切刀等工具對同軸硬饋管進行切割。建議采用專用的饋管切刀切割硬饋管，其優(yōu)點是切割口平整、切割尺寸精度高、鋸口小、安全快捷。使用饋管切刀切割及處理同軸硬饋管所需工具包括各種規(guī)格饋管切刀（用于饋管切割）、記號筆（用于標(biāo)記饋管切割尺寸）、銼刀（用于打磨饋管切口）、饋管刮刀（用于清理饋管切面毛刺）、卷尺（用于測量饋管尺寸）、砂紙/拉絲布（用于饋管打磨和拋光）。

1.使用饋管切刀切割同軸硬饋管

使用饋管切刀切割同軸硬饋管的操作步驟如下。

第一，確定需要切割饋管的尺寸。在饋管連接處，饋管內(nèi)外導(dǎo)體有長度差，以便于安裝饋管插芯，確定饋管內(nèi)外導(dǎo)體長度時要特別注意。例如，某公司提供的饋管插芯的尺寸要求，在饋管連接處，饋管外導(dǎo)體須比饋管內(nèi)導(dǎo)體長1.5mm。如果一個饋管的兩端都使用該公司的饋管連接組件進行連接，此段饋管的外導(dǎo)體就比內(nèi)導(dǎo)體長3mm。不同公司提供的饋管連接組件尺寸均不相同，要求饋管外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體的長度差也會有差別，實際計算的時候要特別注意這一點。

第二，標(biāo)記刻度。在饋管上標(biāo)記需要切割的長度，標(biāo)記要盡量準(zhǔn)確，以保證切割尺寸的精度。將饋管切刀放置到位，切刀的刀片正對所作的標(biāo)記，旋緊饋管切刀。

第三，切割饋管。切割過程中應(yīng)盡量保持饋管固定不動。將饋管切刀旋轉(zhuǎn)一圈，檢查切刀留下的切線是否閉合成一個完整的圓。如果切線完整，證明饋管切刀位置合適，如圖1所示。由于饋管切刀的刀片位置不可避免地存在誤差，切割饋管時有可能會出現(xiàn)切線不閉合的情況，此時的切線類似于螺旋線，需要重新調(diào)整饋管切刀刀片的角度和位置。由于切線的存在，此時可以方便地測量切割饋管的實際長度。如果長度不符合要求，同樣需要調(diào)整刀片的位置。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)饋管切刀，同時旋進切刀刀片，增加切刀的深度。隨著饋管切刀的旋轉(zhuǎn)和刀片的進給，饋管就會被切割下來。切割饋管時，切刀刀片的進給量不能太大太快，防止饋管的切割面收口變形。一般情況下，切割饋管的壁厚越小，刀片的進給量應(yīng)越小。用卷尺測量切割下來的饋管的長度，看是否符合要求。一般情況下，長度誤差在2mm以內(nèi)可以認為合格。如果誤差超過2mm，就需要重新切割饋管。

圖1 第一圈切線

第四，打磨饋管切口。使用專用的饋管刮刀，清除饋管內(nèi)外導(dǎo)體切面的毛刺，使切面內(nèi)圓光滑、無毛刺，如圖2所示。使用小號銼刀，修理饋管內(nèi)外導(dǎo)體切面的外圓，使切面外圓光滑、無毛刺。使用砂紙或拉絲布，修理饋管切面的內(nèi)外圓，使之更加光滑。饋管外導(dǎo)體的外表面一般噴涂上一層保護漆，保護饋管外導(dǎo)體不會氧化變色。因此，切割饋管外導(dǎo)體之后，在饋管兩端連接處，需要將此層保護漆打磨干凈，否則會影響?zhàn)伖芡鈱?dǎo)體與抱箍之間的接觸。需要打磨的長度根據(jù)不同規(guī)格的饋管抱箍的長度決定，打磨長度應(yīng)該超過抱箍長度的1/2。可以用膠帶將需要保留的保護漆部分纏繞好之后再用砂紙打磨，這樣可以保證打磨處整齊美觀。

圖2 用饋管刮刀清理饋管切面的毛刺

第五，清理饋管。仔細清潔同軸硬饋管的內(nèi)外導(dǎo)體表面，保證饋管的內(nèi)外導(dǎo)體無銅屑、灰塵、油污及其他雜物。可用干凈棉布蘸酒精擦拭饋管內(nèi)導(dǎo)體的內(nèi)外表面，以及饋管外導(dǎo)體的內(nèi)表面。饋管外導(dǎo)體的外表面不可用酒精擦拭，防止破壞保護漆面，用干凈棉布小心擦拭即可。

2.使用手鋸切割饋管

在使用手鋸切割同軸硬饋管時，確定饋管長度，饋管修理和打磨等步驟與使用饋管切刀的步驟大體相同，這里只敘述切割的過程。使用手鋸切割外導(dǎo)體硬饋管過程中，可以使用抱箍進行輔助定位。用同等規(guī)格的抱箍和喉箍，抱緊饋管切割處，使得抱箍的端口切面與所做標(biāo)記的尺寸一致，抱箍的橫切面首尾需保證在同一平面，這樣可以保證饋管切割口平整。用手鋸對準(zhǔn)切割標(biāo)記，沿抱箍的端口拉動鋸弓，同時旋動饋管，鋸出一條完整的切線，如圖3所示。除去抱箍和喉箍，用手鋸沿切線拉動鋸弓，同時旋轉(zhuǎn)饋管，將饋管鋸下來。可以看到，與使用專用饋管切刀切割的饋管相比，使用手鋸切割饋管的切口毛刺更多，且不容易切割平整。用手鋸切割饋管內(nèi)導(dǎo)體時，由于沒有合適的抱箍輔助定位，切割時需要小心謹(jǐn)慎，保證切面垂直。用手鋸鋸開饋管后，后續(xù)的修理和打磨步驟參照使用饋管切刀切割同軸硬饋管操作步驟的第四步和第五步。

圖3 用手鋸切割

3.使用電鋸切割饋管

當(dāng)切割大量饋管時，可以選擇使用電鋸進行切割。相比用饋管切刀和手鋸進行切割，電鋸的工作效率最高，但切割的誤差較大，同時有一定的危險性，需要專業(yè)人員進行操作。

（二）同軸硬饋管的連接

一是饋管同饋管的連接。這種情況一般出現(xiàn)在傳輸路線較長，一根饋管不能完成兩個端口之間的連接時，如發(fā)射機輸出到濾波器或多工器、濾波器或多工器到天線等。這種情況就需要將兩根或多根硬饋管連接起來使用。

二是饋管同端口的連接。這里的端口是指無源器件的端口，如濾波器、耦合器、彎頭、過渡器等。這種情況在工程上最為常見。

三是端口同端口的連接。這種情況一般出現(xiàn)在兩種器件相連的場合中，如濾波器同耦合器相連，濾波器同彎頭相連等。由于端口內(nèi)外導(dǎo)體的尺寸與硬饋管內(nèi)外導(dǎo)體的尺寸完全相同，把端口看作是一小段同軸硬饋管。

進行同軸硬饋管連接時，需要注意以下事項。

其一，兩段饋管的內(nèi)導(dǎo)體通過插芯連接。饋管內(nèi)導(dǎo)體和插芯之間要安裝到位，保證接觸良好。過松或過緊的插芯都不能使用。

其二，兩段同軸饋管的外導(dǎo)體通過喉箍和抱箍連接。要保證外導(dǎo)體端面平整、光滑，安裝到位，二者之間不能有大的縫隙。對于水平方向的饋管連接，連接處的抱箍的開口方向不要向上，防止灰塵或液體從縫隙處落入饋管內(nèi)部。

其三，連接處的喉箍要分布均勻，擰緊。喉箍的數(shù)量依照不同的饋管規(guī)格而定，如表1所示。

表1

其四，當(dāng)一段同軸硬饋管長度較長時，為了防止內(nèi)導(dǎo)體變形對同軸饋管的阻抗和功率容量產(chǎn)生影響，需要在內(nèi)外導(dǎo)體間添加饋管內(nèi)支撐，保證內(nèi)外導(dǎo)體的同心度。不安裝饋管內(nèi)支撐的最大饋管長度與同軸饋管規(guī)格的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。由于饋管內(nèi)支撐和普通的饋管插芯的尺寸不同，安裝饋管內(nèi)支撐時，饋管內(nèi)導(dǎo)體的長度需要仔細考量。

表2

其五，法蘭轉(zhuǎn)直通和法蘭插芯。將法蘭轉(zhuǎn)直通安裝到直管上，直管端口就轉(zhuǎn)變?yōu)榉ㄌm端口，再與另外的法蘭端口相連，連接方式如圖4所示。

圖4 法蘭轉(zhuǎn)直通安裝示意圖

（三）注意事項

在同軸饋管連接安裝時，需要考慮饋線的特性參數(shù)，系統(tǒng)最大發(fā)射功率不能超過同軸饋管的極限功率容量，同時還要考慮系統(tǒng)發(fā)射的最大頻率須低于上限頻率，以及諧波超過上限頻率的可能性。在安裝同軸饋管時，要盡可能提前確定好長度、尺寸等參數(shù)，盡量減少接頭，必要連接時也盡可能減少彎頭和轉(zhuǎn)換器的使用。同時，在完成切割和連接后，還要做好同軸饋管外管的接地。

三、結(jié)語

在同軸饋管的制作和安裝施工中，需要在綜合考慮饋電系統(tǒng)零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、定位精度及阻抗補償?shù)雀鞣N情況后進行優(yōu)化設(shè)計。重視制作與安裝環(huán)節(jié)能夠保證同軸饋管的功率容量，提高饋電系統(tǒng)的可靠性，確保廣播電視播出設(shè)備正常運行。