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1、浅谈移动通信基站用射频同轴电缆电压驻波比的改善（喻志安 江苏中天日立射频电缆有限公司 南通 226010）摘要：本文通过生产中总结的经验简单探讨了一下生产中改善同轴电缆驻波比的控制过程，并结合实际生产例子从各方面介绍了改善射频同轴电缆电压驻波比的一些生产经验。关键词：同轴电缆，电压驻波比（VSWR），集肤效应1、引言随着我国第三代移动通信系统（3G）时代的到来，移动通信事业将迎来一个突飞猛进的发展，各大运营商都已加大了投资，作为基站馈线的射频同轴电缆的市场前景十分看好。此时同轴电缆的产品质量尤为重要，只有优异的产品质量才能让运营商满意。因此，作为同轴电缆产品性能之一的电压驻波比在生产过程中的控
2、制尤为重要。下面就通过电压驻波比的理论知识以及生产实践来浅谈一下生产过程中基站用射频同轴电缆的电压驻波比改善的一些经验。2、电压驻波比的定义在信号传输系统中，若信号源与馈线阻抗不匹配，或负载与馈线阻抗不匹配，则在信号的传输过程中将会产生反射，此时馈线上同时存在入射波和反射波，当入射波的电压振幅与反射波的电压振幅同相叠加为最大电压振幅Umax，成为驻波的波腹，而入射渡的电压振幅与反射波的电压振幅反相叠加为最小电压振幅Umin，成为驻波的波节，这种合成波称为驻波。波腹电压振幅Umax与波节电压振幅Umin之比称为驻波系数，也叫电压驻波比（VSWR）。 （1） （2）公式（1）、（2）中：代表同轴电
3、缆的反射系数；Zc代表同轴电缆的额定阻抗；Z代表电缆内反射面阻抗偏差；代表同轴电缆的等效介电常数；D代表电缆外导体的等效直径，单位mm；d代表电缆内导体的等效直径，单位mm；C代表同轴电缆的电容，单位pF/mm。同轴电缆的电压驻波比（VSWR）是电缆结构均匀性、稳定性在电气性能上的反映，电压驻波比越接近于，阻抗偏差Z越小，传输系统匹配也就越好，因此要想减小电压驻波比，要尽可能减小电缆阻抗在长度方向上的不均匀性。由公式（2）可知，同轴电缆的结构尺寸、绝缘介质的等效介电常数、电容对电缆物阻抗有一定的影响，这就要我们严格控制的电缆的生产过程，让电缆满足设计的工艺要求。但是，在同轴电缆的生产中由于种种
4、因素总会在电缆上出现阻抗周期性不均匀性变化，这样信号在电缆内传输时内部反射产生同相迭加，导致出现很大的反射系数峰值，这种峰值出现的频率f与周期性长度h有以下关系： （3）公式（2）中：h代表周期性长度，单位mm；f代表频率，单位MHz；代表同轴电缆的等效介电常数；V代表同轴电缆中信号的传播速率。在同轴电缆的生产制造过程中可通过公式（3）计算电压驻波比出现峰值对应的周期长度，从而推出相应设备部件是否出现转动不均匀故障，同时也可以通过更改设备部件，将峰值移出在同轴电缆所使用的频段。3 生产过程中的控制3.1 内导体移动通信基站用射频同轴电缆的内导体主要的有三种：铜包铝、光滑铜管、皱纹铜管。内导体质
5、量的好坏对同轴电缆的驻波比影响比较大，因此生产过程中主要注意的有以下几个方面：(1) 发泡芯线生产时内导体的放线张力不稳定，会使内导体弯曲或者更严重的是内导体结构不均匀，发泡芯线生产时会产生弯曲与竹节，这样就影响电缆的电压驻波比性能。因此，在发泡芯线的生产过程中内导体的放线张力一定要稳定，而且张力要适当。(2) 由于集肤效应，信号在同轴电缆的内导体的外表面传输的，倘若内导体表面出现缺陷，就会影响信号的传输，对同轴电缆的电压驻波比产生影响，因此，内导体表面要光滑以及不能氧化，发泡芯线生产时内导体拉拔模就相当重要，经常要检查润滑效果与清理铜粉，防止内导体表面受伤。(3) 内导体不能有弯曲和变形，特
6、别在发泡芯线生产时校直装置一定要起作用与调整好，保证内导体能够校直的。在使用某厂的7/8电缆光滑铜管时，由于厂家生产内导体时内端排线不好造成铜管上有许多个小弯曲，发泡芯线生产时内导体铜管没有完全校直，外导体生产完后测试的电压驻波比图形（如图1所示）有许多峰值而且较高，但是剪掉内导体弯曲部分电缆后再测试，此时电缆的电压驻波比较好（如图2所示）。图1 弯曲部分剪掉前图2 弯曲部分剪掉后3.2 物理发泡绝缘芯线对于同轴电缆绝缘芯线的生产来说，在生产过程中对电容、外径的控制至关重要，它的稳定与否将大大影响电缆的电压驻波比，因此生产设备是保证产品质量的首要条件，本人公司就从国外引进了先进的物理发泡生产线
7、，产品质量比较稳定。因此，除了先进的设备外，发泡芯线的生产过程中还要注意的有以下两个方面：(1) 发泡层泡孔大小要均匀，内导体与发泡层之间不能有泡孔或凹坑由于绝缘层泡孔不均匀会影响介电常数与介质损耗的分布不均匀，从而引起电缆阻抗的不均匀性，在生产中我们有时为了达到低的衰减而增大绝缘发泡度，这时就要防止泡孔出现不均匀或破裂，因此在发泡芯线生产过程中，挤塑机的温度要稳定、发泡料的混合要均匀、气体的注入要稳定以及导体的预热要均匀，这样发泡芯线绝缘层泡孔大小才会均匀，同时导体与发泡层之间就不会有泡孔或凹坑。在生产某产品时由于导体的预热温度突然发生了变化，发泡芯线有一段在导体与发泡层之间出现泡孔，测试后
8、发现有泡孔一端的电缆驻波比图形在高频出现了较多的峰值（如下图3所示），通过剪掉有泡孔的电缆后测试的驻波比性能比较好（如下图4所示）。图3 有泡孔部分剪掉前图4 有泡孔部分剪掉后(2) 发泡芯线外径尺寸要均匀，发泡层的同心度要好生产速度、挤塑机转速以及生产线张力的稳定性对发泡芯线的外径与同心度影响比较大，同时冷却不均匀会造成发泡绝缘层的收缩不均匀，发泡芯线外径与同心度也会发生变化，特别在生产起车时发泡芯线的外径与同心度变化较大。3.3 外导体移动通信基站用射频同轴电缆的外导体主要有：圆环形皱纹外导体和螺旋形皱纹外导体。对于外导体的生产线，其线速度、轧纹转速以及生产线张力对同轴电缆外导体的结构尺寸
9、的影响比较大，若其中任何一个发生波动都将会严重影响同轴电缆的驻波比峰值的高低，因此，外导体的生产设备是影响同轴电缆驻波比的主要因素之一，现在国内好多同轴电缆厂家都从国外引进了先进外导体生产设备且轧纹的生产方式有同心式轧纹与偏心式轧纹，本人公司就从国外引进了两条先进的偏心式轧纹外导体生产线，除了生产速度快外生产的同轴电缆电压驻波比也达到国际先进水平，并且性能比较稳定。在外导体的生产过程要注意以下几方面：(1) 外导体生产工艺结构尺寸要合理，阻抗要满足要求现在同轴电缆的生产厂家较多，外导体实际生产的结构尺寸也各不同，而且标准要求的范围较宽，因此，生产中外导体的结构尺寸除非了满足标准要求外还要根据自
10、己生产的发泡芯线参数来确定，合理的调整电缆外导的结构尺寸，满足电缆与连接设备的匹配。电缆调试时遇到由于外导体结构尺寸设计不合理，测试后电缆的电压驻波比整体不好，图形悬浮（如下图5所示），这就反应了电缆阻抗不满足要求，与连接器不匹配，通过调整外导体的结构尺寸，电缆的电压驻波比较好（如下图6所示）图5图6(2) 外导体原材料质量要好且稳定，外导体内表面要光滑由于电磁场理论与集肤效应，信号在同轴电缆的外导体的内表面传输的，倘若外导体内表面出现缺陷，就会影响信号的传输，对同轴电缆的电压驻波比产生影响。外导体铜带厚度不均匀或铜带表面氧化将导致焊接不好，经过轧纹后产生开裂较多，而且有时不易发现，特别是在生
11、产小规格电缆时，这对电缆驻波比的影响较大。(3) 生产线速度与轧纹转速要稳定当生产线速度、轧纹机转速变化较大时，均会导致电缆外导体结构尺寸发生突变。(4) 生产线张力要稳定且要适当，不能过大或过小无论是同心式轧纹还是偏心式轧纹，生产线张力发生变化或者张力的大小都会对同轴电缆的外导体结构尺寸有较大的影响，从而引起电缆的驻波比发生变化，特别是偏心式轧纹，若生产中生产线张力不合适或不稳定，对轧纹模具就会沿着电缆方向产生一个力，影响电缆的轧纹情况，使外导体结构尺寸发生变化。(5) 焊接后铜管冷却要充分，防止发泡芯线粘在铜管上与烫伤。在外导体焊接时温度远远高于发泡芯线绝缘材料的融点，通过外导体的热传导，
12、若外导体铜管冷却不充分，很容易烫伤发泡芯线，使发泡芯线粘在铜管上，这样会使外导体结构尺寸发生变化以及发泡芯线绝缘的介电常数与介质损耗的分布不均匀，从而影响同轴电缆的驻波比。因此，焊接后要及时充分冷却铜管，冷却水温度要低。3.4 外护套同轴电缆挤外护套时对同轴电缆的驻波比的影响比较小，但是仍然存在一些影响因素，值得同轴电缆生产厂家注意：(1) 若收线电缆盘内筒凸凹不均，圆整度不好，特别是现在好多厂家所用木盘内筒由多块木板排列组成，若有木板突出，在绕缆后就会造成电缆产生周期性变化，电压驻波比就会产生峰值，本人在生产7/8与1/2电缆中都遇到这个问题，如下图1所示，根据公式（3）计算得来的周期长度与
13、木板宽度几乎相同，经过重新复绕到内筒圆整的盘具后电缆测试的驻波比峰值消失，如下图2所示。图7 复绕前图8 复绕后(2) 若在生产中电缆的张力变化较大或者种种外来因素造成电缆的结构尺寸与表面质量发生变化，像电缆外导体受伤、电缆外导体节距发生变化等，这一切也影响电缆的驻波比，因此，生产过程中要保证张力稳定且不能太大，细心的操作生产。(3) 在生产时外导体电缆在挤塑机的机头内停留时间不能过长，否则，电缆的绝缘层会因为机头内的高温而熔化，这样就影响电缆的电压驻波比。4、结束语我们在同轴电缆的生产过程中总会碰到各种各样的问题需要解决，不同因素可能会产生同样的结果，同时还要兼顾电缆的所有性能，这就需要我们去了解生产，了解设备，通过日常工作积累经验，只有这样才能很好的控制与改善移动通信基站用射频同轴电缆的电压驻波比，生产出高质量的产品。作者简介：喻志安：助理工程师，现任职于中天日立射频电缆有限公司技术部，主要从事射频同轴电缆制造技术工作。
