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1、同轴电缆传输一、概述在当今的信息社会，通过同轴电缆传输信号得到了广泛的应用。因此，它有待于人们对 它进行更加深入和全面的了解。自从美国贝尔实验室 1929 年发明同轴电缆以来，已经过了数十年历史。在这期间， 同轴电缆通过了多次改进。第一代电缆采用实芯材料作为填充介质，由于它对高频衰减大， 现在通常主要把它用于传输视频信号。后来人们把聚乙烯采用化学方法发泡作为填充介质。 其发泡度可达 30%，高频传输特性有所提高。我们把这称为第二代电缆。80 年代，第三代纵 孔藕芯电缆出现，它的高频衰减达到目前新型电缆的水平。但化学发泡电缆和纵孔藕芯电缆 的防潮特性都不好。90 年代初，市场推出了物理发泡电缆和
2、竹节电缆。我们称为第四代电 缆。竹节电缆虽然能防潮和高频损耗低，但介质具有不均匀性，在高频有反射点。后来无人 使用。物理发泡电缆的发泡度可达 80%。介质主要成分是氮气，气泡之间是相互隔离的。因 此，它具有防潮和低损耗的特点，是目前综合特性最好的同轴电缆。制轴电纜的纳构圳场分布冃怙屯炖”:由蚌牛占 1關眄片 图二、电缆结构与信号传输特性同轴电缆的结构如上图，在中心内导体外包围一定厚度的绝缘介质，在 介质外是管状外导体，外导体表面再用绝缘塑料保护。它是一种非对称传输线， 电流的去向和回向导体轴是相互重合的。在信号通过电缆时，所建立的电磁场是封闭的，在导体的横切面周围没 有电磁场。因此，内部信号对
3、外界基本没有影响。电缆内部电场建立在中心导体 和外导体之间，方向呈放射状。而磁场则是以中心导体为圆心，呈多个同心圆。 这些场的方向和强弱随信号的方向和大小变化。1、同轴电缆对传输信号的损耗同轴电缆在传输信号过程中，会对信号不断地损耗，从而造成信号到达 终点后幅度减小，有时可能达不到正常工作要求。影响信号损耗的因素主要有电 缆的电阻损耗、介质损耗、失配损耗。同时泄漏损耗在低质电缆工作于高频时， 也是一个不可忽略的问题。我们下面分别对这些损耗进行分析。l 电阻损耗电阻损耗是电缆所具有的直流电阻和导体高频感应所产生的涡流对信号能 量的消耗。 电阻值的大小与电缆使用的材料和生产工艺有关。同时它会随传输
4、 频率的改变而改变，原因是导体在传输交流信号中，具有趋肤效应。随着频率的 增加，有效电阻会不断加大。见图2A删申$二，爛率虺孔向导版点：&策片的优芳屯浦罠电就卷观滦嵐简楝单的摊需图二从图中可看到，当交流电流流通过导体时，会在导体周围产生交变磁场。该磁场 又会使导体内部生成新的感应电流（涡流），该电流的方向如图所示。它与导体 中心的信号电流方向相反。与导体表面的信号电流方向相同。这样，导体内部的 信号电流被反向涡流抵消，电流减小；导体表面的信号电流与同向涡流相加同， 电流增大。这就是交流通过导体的趋肤现象。随着信号频率的增高，感应电流增大，这种现象就越加明显。它使电流只集中在表面很小的截面流动，
5、造成导体的有效电阻明显增加。信号的趋肤深度与频率和材料有关，频率越低，趋肤深度越深；频率越高， 趋肤深度越浅。铁比铜的趋肤深度小许多。 下面给出铜对各种频率的趋肤深度表，供大家参考換平仙1閒1M4M1KLOK1MEUI11LOOKItid&I濾虞（S加ff.633.3QZ.Q59.CB0. K9S6PT. &F导体内部的涡流能量来自于信号源本身，涡流在导体中流动，最终变成热被耗散 掉。频率越高涡流越大，趋肤越严重，导体的有效电阻越大，而传输信号损耗也 就越大，这就是同轴电缆传输信号的频率越高损耗越大的主要原因。通过下面同 轴电缆在200C, 1000米时的导体电阻衰减对照表，可以进一步明确上述
6、概念。介电常数为1.4的75-5物理发泡电缆电阻衰减对照表瞬 1 r-JHi)1S552112/030033 0550；505.9413.2?44.0486.23P7.571031937118139162表二电阻损耗在传输低频时，由导体材料的直流电阻起主要作用；在传输高频时，由 趋肤效应引起变化的电阻起主要作用。介电常数为2.3的75-5实芯电缆电阻衰减对照表贻(MUs )555m27030033000S507506 914斗51 22：L311912513$IM189表三介质损耗。介质损耗是同轴电缆中心导体与外导体间的电介质（绝缘体）对信 号的损耗。量度电介质的一个重要参数是介电常数。它是指
7、在同一电容器中用某 一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常 数”。介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而变化。同轴电缆的内外导体相当于电容的两极。由于实用中的电缆电介质有电阻 存在，介电常数通常大于1。因此，传输中对信号的损耗是必然的。介电常数的 大小与材料和加工工艺（如发泡）有关。介电常数越大，对信号的损耗也越大。 温度越高，频率越高，介电损耗越大。下面是两种不同介电常数电缆在2 0 0C， 1000米时的频率损耗表。殊电常数対1.4的5-5物理发泡电缆允电衰竝对照表袅41555Hl270300J30 IE5507501.050.272恥11.36121
8、61517.77兀53P.dl舟电常数盅2. M的乃乃实芯电缆介电衰减对照表晨S15552LI27DSCO3304M550750Q.IT70.3S3 EJ4.5filS.d32C.722 7127.fi37. PS51 75表五从表中可以看出，介电损耗对于低频（如0-6MHz的视频）影响不大。而在 高频传输时，它的影响就十分明显。崔惜寻淖，也纯和空联卩且竝相同时，低甘忑到最去賀羊慣理75Et# M一佶号軽也菰徂抗不约旬孤与信吟遞及曲札不匹配严.信吟倩输欣刮掘失图三失配损耗失配损耗主要与同轴电缆的物理结构密切相关。如果同轴电缆在设计和 生产中造成电缆脱离标称阻抗或者电缆阻抗不均匀，均会造成信号的
9、失配损耗。 在施工中造成电缆的过度弯曲、变形、损伤和接头进水，也会造成失配损耗。见 图3 同轴电缆的特性阻抗（不是直流电阻）与电缆长度无关，它是由电缆中的 等效电容和电感决定的。而这些等效电容和电感又是由内外导体直径和介质的介 电常数决定的。电缆阻抗不均匀或与信号源及负载不匹配均会造成电缆在传输信号时， 部分信号能量向传输方向相反的方向返回，即反射。它将使原有信号受到影响。 造成传输效率下降。严重时直接影响系统的正常工作。信号在传输中反射的程度通常可用驻波比或反射损耗（回波损耗）来表 示。以反射损耗与传输效率的对照表，可以了解不同的反射损耗对信号传输的影 响。反射勲与功車传输效車对網表怎隹输藏
10、率1兀）1009!)57.5如31.&763719. 9氐眦箜ran3Q12107.4e32L表六 电缆的反射损耗可直接用网络分析仪测得。好的同轴电缆在工作频段内，反射损 耗一般可作到20db以上，也就是说，在不考虑它其它因素时，它的传输效率可 达 99%以上。泄漏损耗泄漏损耗是信号通过电缆屏蔽的编织间隙辐射出去的信号。它同样造成 信号在传输过程中的能量损失。这是高频传输中不可忽略的问题。为此，电缆的 编织覆盖率不能过低。综上所述，同轴电缆对信号的传输损耗具有多种因素。它的最终损耗是 上述各种损耗的总和，这种综合损耗可用网络分析仪测试。电缆的直流电阻只有 在低频时才对信号衰减起主要作用；在高频
11、时，信号的衰减主要由趋肤效应和介 质损耗决定。同轴电缆随着传输信号频率的增加，信号衰减成倍增长。因此，电 缆的传输损耗重要是考虑高频损耗。电缆除了在设计、生产加工外，使用中施工 不当，同样会对电缆正常使用产生重大影响。2、同轴电缆的屏蔽特性同轴电缆的屏蔽特性是反映电缆特性的一个重要指标。但长期以来，许 多厂商和用户未受到重视。具调查，国内电缆生产厂家只有极少数测试过相关的 屏蔽指标。用户对此更是无从了解。他们对该方面性能的唯一了解只有电缆外导 体的编织丝数量。屏蔽与趋肤效应我们从图二(b )可以看出，当外界干扰信号侵入导体时，在导体的厚度 方向上迅速衰减，这种衰减是呈指数下降的。当幅度下降到表
12、面电压的 1/e 的深 度时，该深度定义为趋肤深度。在图二(b)中，左边和右边分别表示高频和低频 信号进入导体内部的衰减情况。显然，高频进入后衰减较快，趋肤深度浅；低频 进入后衰减较慢，趋肤深度深，见表 1。干扰信号的强度集中于外导体的外表面， 电缆传输信号的强度集中于外导体的内表面。同频率的干扰信号与有用信号的趋 肤深度完全相同。如果频率很高，干扰信号和有用信号各自在外导体的两侧表面 传输，相互影响不大。对于低频信号，情况刚好相反。这种现象说明，导体对高 频屏蔽效果好，对低频屏蔽效果差。如果增加屏蔽层的厚度，干扰信号和有用信 号在相交的距离上强度减弱，相互影响减小。a.向导恢東血桀片的揺弔屯浇乩电就卷號深变苟换申的关#,复制 图二（注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与 关注！）
