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1、高級工程師高級工程師 李富根李富根 一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用 1744年電線誕生,電線電纜進入實用化,至今已 有250多年的歷史 1938年研制開發的PVCPE,使電線電纜進入大 量應用塑料的時代 20世紀70年代光纖的出現,近期超導和納米技朮 的進展,更使電線電纜的生產發展應用進入 一個全新的階段和領域 1925年,內外導體為硬銅管,采用玻璃片支撐絕 緣的第一根同軸電纜制造成功一一 前言前言
2、 同軸電纜首先在通信領域獲得應用和發展,作為 長途干線開通多路載波或傳輸電視節目.目前這 種應用基本已被光纖光纜取代 現代電信網絡已是有線和無線緊密相連的網絡, 它是以光纜為干線,輔助以電纜,衛星,蜂窩狀移 動通信等多媒體多接入的傳輸系統 同軸電纜在現代通信的電信網絡中起著重要的 作 用 ,采 用 HFC網方式的 CATV 網 絡 ,成為電視 電 腦 電話三網合一 ,信息高速公路的理想接 入網之一 同軸電纜是電線電纜的主要品種之一* 傳輸頻帶寬,可在較低衰減下傳輸高頻信號 同軸電纜的結構特點同軸電纜的結構特點 * 抗干擾性高,對外界干擾的防衛性高* 小的天線效應,輻射損耗小* 結構和安裝簡單經
3、濟EH 同軸電纜及對稱電纜的電磁場 同軸電纜對稱電纜內導體磁場外導體磁場同軸對磁場內導體電流密度分布同軸對中的工作電流與干擾電流外導體電流密度分布同軸對電流密度分布銅對絞電纜(1)同軸電纜(2)波導(3)單模光纖衰減（dB/km）f帶寬0.111010001MHz1GHz1THz各種線路的衰減頻率特性* 通信設備的內部連接元件 同軸電纜的主要用途同軸電纜的主要用途 * 傳統的CATV應用 (75歐引入線,配線,干線)* LAN/計算機電纜* 用作射頻傳輸和接收設備的天饋線,涉及移 動,微波,廣播,電視.微波中繼等領域 * 視頻電纜* 射頻電纜* 特種用途電纜,如地鐵隧道用漏泄電纜* 按種類分
4、同軸電纜的分類同軸電纜的分類 * 按絕緣形式分* 按絕緣外徑尺寸分* 按充許傳輸的功率分* 按柔軟程度分 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按種類分按種類分) ) * 低噪音電纜 適用于振動條件下測量系統* 高壓脈沖電纜 應用于高壓脈沖場合,峰值 功率可達几十兆瓦* 漏泄電纜(LCX) 地鐵隧道等場合,實現無 線和有線的轉換 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按絕緣形式分按絕緣形式分) ) * 實芯絕緣 絕緣層全部是固體介質* 空氣絕緣 絕緣層大部分是空氣* 半空氣絕緣 介于實芯與空氣之間 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按絕緣尺寸分按絕緣尺寸分) ) * 微型 1.0mm* 小型 1.5
5、3.0mm* 中型 3.7 11.5mm* 大型 11.5mm 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按傳輸的功率分按傳輸的功率分) ) * 小功率 0.5 KW* 中功率 0.5 5KW* 大功率 5 KW 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按柔軟程度分按柔軟程度分) ) * 柔 軟 適于移動使用* 半柔軟 可承受多次彎曲* 半 硬 固定使用,只能承受一次彎曲常見同軸線型號常見同軸線型號lCATV公用天線電視寬頻電纜lDBS衛星廣播用電纜lCCTV閉路電視電纜lRG型射頻電纜lJIS可撓性同軸電纜lSYV同軸射頻電纜lSFYVP數字傳輸設備電纜CATV CATV 公用天線電視寬頻電纜公用天線電視
6、寬頻電纜lCATV: Community Antenna Television Cablesl標準依據: SCTE IPS-SP-001, UL 1655,UL444l用于CATV,MATV系統的接入電纜,測試頻率到 1GHzl常用規格 75: RG11/U, RG6/U, RG59/U SCTE: Society of Cable Telecommunication Engineers DBSDBS衛星廣播用電纜衛星廣播用電纜lDBS:Direct Broadcasting Satellite Cablel標準依據: UL1655,UL444l用作衛星系統電纜,測試頻率到 2.2GHzl常用
7、規格 75: RG11/U, RG6/U, RG59/UCCTVCCTV閉路電視用電纜閉路電視用電纜 CCTV :Close Circuit Television Cable 標準依據:UL1655,UL444用于閉路電視系統的引入線,測試頻率到400MHz常用規格75: RG11/U,RG6/U,RG59/U93: RG62/URG型射頻電纜RG:Radio Frequency Cable,General Specification標準依據:Mil-C-17G用于通信系統及信號控制力系統常用規格50: RG58A/U,RG174/U,RG5B/U75: RG59/U,RG6/U93: RG6
8、2/U其中: A,B.表示對基本型的修改 U: General Utility 通用型 R: Means Radio Frequency 射频 G：Means Government 政府批准JIS可撓性同軸電纜JIS :Japanese Industrial Standardl標準依據: JIS C 3501l主要用于高頻機器之配線.l尺寸表示: PE絕緣l絕緣徑 3 C - 2 V CS 導体種類l 特性阻抗 PVC被覆lC: 75 V: 1層編織 + PVC被覆lD: 50 W: 2層編織 + PVC被覆lS:內導体為絞線構成 Z: 1層編織(無被覆)lCS:內導体為銅包鋼 T: 3層編織
9、 + PVC被覆SYVSYV同軸射頻電纜同軸射頻電纜l型號表示 同軸射頻電纜 PE絕緣 (2,3,4,5)芯線絕緣外徑 S Y V - 75 - 2 1 V:PVC護套 特性阻抗 (1,2,3)外導体(編織層數) Y: PE護套 標准依據 GB/T 14864-93SFYVPSFYVP數字傳輸設備電纜數字傳輸設備電纜 S F Y V P - 75 - 2 x 8用于數字傳輸設備,長途數字程控交換機及其配線架間的連接,傳輸速率20Mb/s絕緣材料:F:內層實心氟塑料Y:外層實心PEV:PVC護套特性阻抗同軸射頻電纜芯線絕緣外徑總屏蔽層型號表示 標准依據 FILOTEX ET 298998 LUC
10、ENT,PHKIPS JNL 900-10175 常用規格型號SFYV-75-2-1 SFYV-75-2-1x8SFYZ-75-2-1 SFYZ-75-2-1x8SYV-75-2-1 SYV-75-2-1x8SYV-75-2-2 SYV-75-2-2x8一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用二二 同軸電纜結構同軸電纜結構內導體內導體絕緣絕緣外導體外導體護套護套 同軸電纜主要由導體、絕緣、護套及鎧裝組成 *
11、導體起電信號的引導作用 * 絕緣是電信號賴以傳輸的媒介質 * 護套及鎧裝對導體和絕緣提供保護,使電纜 能承受各種使用環境的要求 外導體同時起著導電和屏蔽作用,它的機械、 物理性能以及密封性能對于電纜成品的質量 有很大影響 護套及鎧裝是保護電纜,使其不受機械損傷及潮 氣,高低溫環境等因素的影響 絕緣是信號傳輸的介質,要求其有盡可能低的 損耗(、tg) 內導體是主要的導電元件,內導體電阻所引起 的損耗是電纜總損耗的主要部分 內導體結構形式 * 實心內導體,其電氣性能好,結構簡單,加工 方便,成本低;缺點是不能用于柔軟性要求高 的使用場合 * 絞線內導體,多根導線絞合而成,柔軟性好, 但電阻損耗增加
12、,成本增加 * 管狀內導體,用于大功率,低衰減電纜中,以 減輕內導體重量,節約材料,但其柔軟性差, 制造加工麻煩 * 皺紋管內導體,管狀導體表面壓螺旋形或圓 環皺紋改善導體的彎曲性能,改善柔軟性, 可連續加工制造 內導體 其它結構形式: 中波廣播饋線采用銅包鋁雙金屬管狀內導體 高壓脈沖電纜采用塑料芯上多根銅線編織的 柔軟內導體 多根細漆包線絞合制成高頻里茨線內導體 內導體材料: * 裸銅線,它導電導熱性好,加工制造方便 * 銅包鋼線,兼具銅的優良電性能和鋼的高強度 * 銅包鋁線,兼具銅的良導電性和鋁比重小 * 鍍銀銅線,提高導電性且耐高溫,連續工作溫 度可達200度 * 鍍錫銅線提高抗氧化及耐
13、腐蝕性,使焊接容易 * 鍍鎳銅線,耐高溫,工作溫度可達260度 * 銅合金線,高強度銅合金,主要是鉻銅,鋯銅和 鎘銅,應用于微小型電纜中 * 高阻線,采用鎳、鎳鉻合金線作大衰減電 纜內導體 絕緣是信號傳輸的介質,要求其材料和結構選 擇得保證電纜有盡可能低的損耗,并須有足夠 的機械強度以保證內外導處于同軸位置 絕緣結構型式可分為: * 實芯絕緣 * 空氣絕緣 * 半空氣絕緣絕緣* 實芯絕緣是指電纜內外導體間充滿密實介質 實芯絕緣 * 絕緣介質可以是均一的,也可由多層同芯組合 成,絕緣介質同心緊密的擠包在內導體上 * 聚乙烯是實芯絕緣最常用的絕緣介質,它具有 損耗低,優秀的耐電強度,良好的使用壽命
14、等一 系列優點,得到最廣泛的應用* 實芯絕緣結構的優點: 結構穩定 電氣強度高 熱阻小 不易受潮氣影響 它適于經常承受彎曲的場合使用* 實芯絕緣結構的缺點: 材料消耗多 介電常數大,電纜衰減大 * 空氣絕緣是指電纜內外導體間,除了以一定間 隔或螺旋式固定在內導體上的支持物外,余均 為空氣 * 空氣絕緣的結構特點是可以從一個導體不經過 固體介質而到達另一導體 空氣絕緣 * 典型的空氣絕緣結構型式:(a)墊片(b)螺旋(c)迭帶螺旋(d)罩子 * 空氣絕緣結構的優點: 有效介電常數和介質損耗小,電纜衰減低 允許傳輸的平均功率大 材料消耗少,介質僅用來保證內外導體同心, 絕大部分都是空氣或其它氣體
15、* 空氣絕緣結構的缺點: 因它大部分是空氣,耐電性能差 由于它的導體(內,外)通常采用管狀結構,電 纜柔軟性較差 縱向易受潮氣侵入,必須使用密封性能良好 的連接器和必要的充氣維護 易受過大的壓力,彎曲,扭轉等機械應力作 用,而使電纜變形,電性能變差半空氣絕緣* 半空氣絕緣有多種 結構型式:(a)星形和管(b)螺旋繩管(c)編織和管(d)縱向空洞(e)泡沫塑料 外導體結構形式: * 編織外導體是由多根細導線相互交替地編織 構成,其柔軟性好,根據屏蔽要求,可雙層或 不同材質的多層編織 * 管狀外導體是電氣上理想結構,電阻低,屏蔽 性好,密封防潮,缺點是柔軟性差,不能承受 多次彎曲,主要作硬同軸應用
16、 外導體 * 半空氣絕緣結構的優點: 它兼具空氣絕緣衰減小,電容低和實芯緣電氣機械強度高,彎曲性能好； * 泡沫絕緣是半空氣絕緣的主要形式,它柔軟性 好,使用方便.它比實芯絕緣衰減小,重量輕,而 又不需空氣絕緣充氣維護； * 半空氣絕緣是指電纜內外導體間,除支持物外, 從內導體到達外導體至少通過一層固體介質； * 皺紋管外導體目的和作用同皺紋管內導體, 它主要應用于大功率低衰減電纜 * 鋁箔縱包及鋁鎂絲編織外導體,具有電性能 良好,成本低的優點,電視電纜廣泛采用這 種結構 * 其它,如電鍍銅,絞合扁銅線等護套及鎧裝 護套材料必須根據電纜的使用環境條件要求 選擇 常用的護套有: * 聚氯乙烯護套
17、,它具有良好耐磨,耐油,酸等性 能,并對火焰有自滅性,適于-40+70使用 * 聚乙烯護套,它不含增塑劑等助劑,不會沾污 電纜的絕緣介質,使電纜電性能不劣化,適用 于-55+85使用 * 聚氨酯護套,它柔軟而堅韌,能在-5590 範圍內保持柔軟性,其耐磨性是聚乙烯的四倍 * 氟塑料護套,它是聚全氟乙丙烯(FEP)擠出或 聚四氟乙烯帶繞包,適用于-70 200 * 其它,如硅橡膠,尼龍,玻璃絲編織等 根據要求,可在護套外加鎧裝以提供高的機械 強度或其它特殊的保護 * 鍍鋅鋼絲編織鎧裝,增加電纜抗張和耐磨保護 * 鋼帶繞包鎧裝,提供抗張及抵抗白蟻,老鼠的 侵蝕 * 皺紋鋼管鎧裝,具有高強度,省材,
18、密封的優點一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程 同軸電纜,從電氣特性上可看為一個四端網絡, 它的等效電路dxxu(x,t)u(x,t)+RdxLdxGdxCdx-dx的電壓變化取決于串聯電阻和電感上的電壓降 在距離x+dx處的電壓和電流變化及dx上變化為-dx的電流變化是由于導體間的漏電導Gdx的傳導電 流和電容Cdx上的位移電流引起得出傳輸方程復數形式 對于傳輸
19、方程求解,可應用正弦波電壓電流 相量形式-(R+j L)I-(G+j C)Uu=U Cos(t+ )=Re (U)i=I Cos(t+ )=Re (I)-方程式的解為： 對于傳輸方程進行x微分,可得波動方程的復數形式-通過邊界條件可獲得A,B,C,D積分常數(R + jL)(G + jC)U= U(R + jL)(G + jC) I= IU=A + B I=C + D -Uo,Io分別是電纜線路始端電壓和電流相量-Zc是電纜波阻抗.入射電壓與電流之比及反射電壓與電流之比都是此常數 電壓和電流沿電纜線路的變化方程式同軸電纜上任意一點的電壓和電流都是由入射波和反射波組成,即電纜上同時存在入射波和反
20、射波I =1/Zc0.5(Uo+IoZc) + 0.5(Uo-IoZc) U=0.5(Uo+IoZc) + 0.5(Uo-IoZc) -R,L,G,C分別是電纜單位長度的有效電阻,電 感,絕緣電導和電容；- R,L,G,C稱為電纜的一次參數； 特性阻抗Zc和傳播常數稱為電纜線路的二次 參數信號在電纜上的傳輸情況主要取決于電纜的特性阻抗Zc和傳播常數電纜線路的二次參數- Ul, Il分別是電纜線路終端電壓和電流相量 電壓和電流沿電纜線路的變化,也可用終端電 壓Ul和電流Il表述當Ul-IlZc=0時,即電纜終端與電纜特性阻抗Zc匹配時,終端無反射,電纜線上只有入射波,線上的波即稱為行波行波U=0
21、.5(Ul+IlZc) + 0.5(Ul-IlZc) I =1/Zc0.5(Ul+IlZc) + 0.5(Ul-IlZc) 電壓行波隨著時間t的變化,電壓分布波形曲線不斷向著x增加方向即終端前進,這定性地反映了行波這一概念t=0t=T/4t=T/2X=0X=/4X=/2X=3/4X=X=5/4X=3/2X=7/4Uo-Uox 反射波與入射波電壓之比稱為反射系數,終端 處反射系數為 電纜終端負載與電纜特性阻抗Zc不匹配時,電纜 線路上存在反射波-反射系數越大,反射越大.=1, 全反射駐波-Zc=Zl時(匹配),=0,無反射,線路處于行波工作狀態= 駐波使電壓和電流分布曲線只是隨時間上下振 動,而
22、不沿x軸方向傳播 一般電纜線路終端只發生部分反射,線路是有損耗的,此時電纜線路上既有行波傳輸又有駐波現象.電壓和電流的波幅也是逐步減小的,電壓波節點上的電壓不為0駐波 駐波比是最大電壓與最小電壓之比 存在反射波的情況下,反射波與入射波會相互迭 加,使線路上電壓和電流發生波動,出現駐波無耗開路線上的電壓電流振幅U1U1 /ZcxU,I0/4/23/4x0/23/25/2無耗開路線上的瞬時電壓電流t=0t=T/8,7T/8t=3T/8,5T/8t=T/2t=0, T/2t=5T8,7T/8t=T8,3T/8t= T/4t= 3T/4t=T/4,6T/8xuxi-K=0 代表純駐波-K=1 代表行波
23、-K=1/3 代表電壓波節點上的固定分量在總的電壓振幅中占1/3行波系數K可以反映出波的行波分量在整個波形中所占的比例駐波駐波比S的倒數稱為行波系數K K=1/S=(1-)/(1+)電壓相量及駐波分布(無耗線Z1=3Zc)/ 25/ 83/ 8/ 4/ 800/4/23/45/4UlUl/3一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數一次參數 同軸電纜的內外導體是
24、同心圓柱放置的,從麥克斯韋爾方程出發,應用圓柱坐標系統進行計算可得到同軸電纜的一次參數的工程計算式。有效電阻電感工作電容絕緣電導 同軸電纜的有效電阻,等于內導體和外導體電 阻之和R=Ra+Rb=6.33 歐/米 同軸電纜的電感由內導體和外導體的電感La,Lb及導體間的電感Le組成：隨f增加,La,Lb在高頻下可以忽略L=La+Lb+Le=亨/米 同軸電纜的工作電容C=24.12微微法/米 同軸電纜的絕緣電導* 同軸電纜使用的絕緣介質一般絕緣性能較好, 故其直流電導很小,可以忽略G=Go+GG2fctgr歐/米 信號在電纜上的傳輸情況,主要通過電纜的二次 參數特性阻抗Zc和傳播常數來表征的二次參
25、數 特性阻抗Zc對于絞線內導體和編織外導體組成的柔軟同軸電纜,其特性阻抗Zc為：歐/米歐/米 衰減同軸電纜的衰減 它反映了電信號沿電纜傳輸時的損耗大小,電纜的衰減越大,表明電信號損耗越嚴重,電纜的傳輸效率也越差。當內外導體都是銅時,考慮各種結構因素=R +G =Rd +RD +G tgtg分貝/米分貝/米 同軸電纜的相位移度/公里符號說明d-電纜內導體直徑(mm)D-電纜外導體直徑(mm)a,b -內外導體材料相對磁導率a,b-內外導體材料相對電導率(ohm.mm2/m)f-頻率(Hz)r-絕緣等效介電常數tgr-絕緣等效介質損耗角正切k1-內導體直徑有效系數dw-外導體編織線的單根直徑(mm
26、)kz-內導體因絞線引起的衰減增加的系數kb-外導體因絞線引起的衰減增加的編織系數kt1,kt-內外導體材料與標准軟銅不同時使衰減增中的系數同軸電纜性能參數測試 同軸電纜性能參數測試是鑒定,考核電纜結構 和性能是否達到設計和標准要求的唯一准繩; 測試方法和測試儀器正確選用及其先進性和 准確性,反映一個國家或企業的技朮水平。 以往同軸電纜性能參數測試方法主要是用諧 振法和電橋法,通過測電容和諧振頻率等來測定電纜的電容,阻抗,衰減等,這種方法和儀器存在誤差大,費時費工,不直觀等缺點。 LTK生產一流的同軸電纜,配備一流的HP8753D HP8753ES矢量網絡分析儀對產品進行型式考核測試;生產現場
27、配備有DCM CMS-COAX同軸電纜測 試系統對產品生產進行實時監控測試。 DCM CMS-COAX測試系統,在30KHz3GHz內可直觀快速測試并打印以下性能參數: * 特性阻抗 * 衰減 * 傳輸速率 * 輸入阻抗 * 轉移阻抗 * 回波損耗 * 反射系數 * 阻抗不均勻性 * 內導體電阻 * 外導體電阻 * 電容 DCM CMS-COAX測試系統 HP8753ES矢量網絡分析儀,測試頻率可在30KHz6GHz測試顯示相位,群延遲,駐波比等,從SmithChart(史密斯圓圖)顯示反射和傳輸參數等,以供分析比較. HP8753系列矢量網絡分析儀,具有測試快速,測試精度高,操作簡便.并可從
28、頻域變換為時域,直 觀電纜內部特性,確定失配出現的位置和幅值。HP8753ES矢量網絡分析儀一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用五 同軸電纜的選取和使用 同軸電纜選取的電性能參數考慮特性阻抗傳輸效率電容和延遲回波損耗工作電壓傳輸功率最高使用頻率(截止頻率)屏蔽特性 特性阻抗* 特性阻抗,定義為電纜處于匹配狀態(即線路 無反射波)時,沿線的電壓與電流的比值,實 際上它代表無限長線路始端呈現的阻抗* 特性阻抗
29、,取決于電纜導體的結構尺寸和絕 緣結構的等效介電常數* 同軸電纜應盡可能選用三種標准阻抗值 502 用于射頻及微波,測試儀表及同軸波導轉換器 753 用于視頻及脈沖數據傳輸CATV電纜電視系統 1005用于低電容電纜以及其它特種電纜 傳輸效率(衰減)* 電纜的衰減表示電纜在行波狀態下工作時傳輸 功率或電壓的損耗程度,它反映了電信號沿電 纜傳輸的效率* 電纜的衰減越大,則電信號損耗越嚴重,電纜 的傳輸效率也越差 -當電纜總衰減為3dB時,則表明信號沿電纜傳輸后 電流或電壓的幅度約下降30%,信號功率下降50%* 空氣或半空氣絕緣結構和管狀內外導體,可使衰 減降低,但電纜的柔軟性降低,成本增加*
30、選取電纜衰減指標時,還要考慮價格,外徑尺 寸,柔軟性等因素 電容和延遲* 電容是同軸電纜的一個重要的參數* 信號沿同軸電纜傳輸時,單位長度上的延遲時間* 低電容有利于減少信號的波形畸變,特別是在傳 輸脈沖信號的示波器計算機等 使用場合* 同軸電纜的延遲時間與電纜尺寸無關,僅取決于 介質的等效介電常數T T毫微秒/米 傳輸功率* 電纜在傳輸大功率時,電纜在承受很高電壓的同 時,還會有大電流通過,電纜充許傳輸功率會受 到電壓擊穿以及電流發熱的限制* 電纜的額定峰值功率,即代表電纜可以長期運行 而不發生電壓擊穿的峰值功率的規定值V-電纜運行時最大工作電壓Zc-電纜的特性阻抗 傳輸功率* 電纜的額定平
31、均功率,即代表電纜長期安全運行 而不發生熱損壞的平均功率值,電纜在額定功率 下運行時,內導體的溫度不應超過所規定充許值* 電纜的平均功率過大時,電纜內部過熱,使得 -絕緣介質變軟,內導體偏心,嚴重時至使內外導體短路 -引起電纜各部分的熱膨脹程度不同,造成機械損壞 -絕緣介質發生化學損壞,使電纜壽命下降* 電纜的額定平均功率,取決于電纜內部發熱散 熱能力和絕緣介質的耐高溫能力 傳輸功率* 電纜的衰減越低,則內部發熱就低電纜的散熱 能力取決于電纜的熱力學特性以及敷設條件,環 境溫度絕緣介質的耐高溫能力越高,則允許傳 輸的功率就越大* 電纜內部發熱最高處是內導體,加之散熱困難,內 導體是最熱的地方.
32、內導體本身雖可承受高溫,但 與其接觸的介質受不了.因此,電纜的發熱限制主 要是指內導體上的溫度不超過絕緣介質的允許值 最高使用頻率* 同軸電纜在正常情況下是傳輸橫電磁波(TEM), 如果電纜的橫向尺寸與工作頻率下的波長可相比 擬時,會出現高次波的傳輸從而大大消耗能量而 不能使用,通常把高次波出現的頻率稱之為同軸 電纜的最高使用頻率(截止頻率)* 同軸電纜的使用頻率正在不斷地向更高頻率以及 微波波段發展,現代的射頻同軸電纜已可使用到 高達65GHz 最高使用頻率* 同軸電纜的直徑增大,截止頻率fc不斷下降* 同軸電纜的截止頻率是指TE11波出現的頻率(MHz)* 同軸電纜的使用頻率受到對電纜的低
33、衰減低駐 駐波要求的限制 最高使用頻率* 各種介質結構的截止頻率(計算值) 屏蔽特性* 同軸電纜的一個顯著的優點是屏蔽性能好,從它 的電磁場分布看,它是封閉型電磁場,即同軸外 部完全不存在電磁場* 同軸電纜在高功率雷達廣播電台電力線路 或其它工業用電裝置附近使用時,它會從這些外 界干擾吸收噪聲信號而影響其正常工作 屏蔽特性同軸電纜可以通過以下途徑接收干擾 * 通過接地回路來接收干擾噪聲,因為外導體 常會在電源負載或其它中間點上接地,從 而在外導體上構成接地回路,干擾場在這個 回路中會產生干擾電流,通過外導體產生干 擾作用； * 通過電容性的或高頻輻射場接收干擾噪聲； * 通過磁性的或低頻輻射場
34、接收干擾噪聲。 屏蔽特性 * 同軸電纜的屏蔽性能好壞,可以用屏蔽系數屏 蔽衰減轉移阻抗來反映。 * 屏蔽系數定義為屏蔽層設置前后的場強之比：-E,H表示無屏蔽時某點上的場強；-E,H表示屏蔽后同一點上的場強；-S=1代表無屏蔽作用,S=0代表屏蔽最佳； 屏蔽特性 * 屏蔽衰減-屏蔽衰減越大,表示電纜的屏蔽性能越好。s sdB分貝 屏蔽特性-UT 外導體外表面上單位長度上的電壓；-I 內導體上流通的電流；-ZT 越小,表示一定的電流在外導體外表面 上產生的電壓越小,電纜的的屏蔽性能越好。Z ZT T單位長度UTII轉移阻抗 回波損耗* 電纜的阻抗內部的不均勻性,采用有效特性阻抗 Ze與額定特性阻
35、抗Zc的偏差來表示,偏差越大,反 映電纜內部不均勻性越厲害。* 回波損耗SRL越大,表明反射系數越小,即電纜 的輸入駐波比越小,電纜內部的均勻性越好； SRL=-20lg分貝* 回波損耗SRL表征了電纜的阻抗內部的不均勻性 回波損耗* 電纜的有效特性阻抗Ze ,國際電工委員會定義為-Z是電纜有效特性阻抗Ze與額定特性阻抗Zc之偏差- 代表輸入端反射系數* 電纜內部不均勻性,用電纜輸入駐波比S來表示S=(1+)/(1-)Ze=- 電纜終端短路時的輸入阻抗- 電纜終端開路時的輸入阻抗 回波損耗 * 電纜的阻抗不均勻性會引起輸入阻抗變化外,還 存在二次反射的惡劣影響,影響主信號的傳輸質量* 電纜制造
36、時,導體直徑絕緣外徑總是或多或少 存在著變化,絕緣的介電常數也會沿長度而變化, 加之可能存在的偏心等影響,使得電纜上每一處 的阻抗都不一定一樣,即電纜任意截面處的特性 阻抗(局部特性阻抗)不相等,從而沿電纜存在阻 抗不均勻性 * 電纜的內部阻抗不均勻性的大小,實則反映電纜 結構的不均勻程度,也就是電纜制造工藝水平 駐波比駐波比反射系數與回波損耗反射系數與回波損耗 工作電壓* 最大允許工作場強E (千伏/厘米) * 同軸電纜的允許工作電壓(計算值) V=0.115Ed lg(D/d) 千伏(峰值) U=0.081Ed lg(D/d) 千伏(有效值)* 同軸電纜承受一定電壓時,內導體表面具有最大
37、的電場強度,這是電纜的薄弱區域,必須考慮介質形式工作條件實心絕緣或內導體包有介質的半空氣絕緣空氣.半空氣絕緣氧化鎂礦物絕緣單芯內導體絞線內導體直流40056010脈沖10014010射頻507010 工作電壓* 同軸電纜使用的工作電壓應不超過電暈放電電壓(實際試驗以取電暈熄滅為止時電壓)；* 同軸電纜實際使用時,允許工作電壓應考慮: -介質與內導體間或介質內部往往存在的空氣隙,在比介質擊穿電壓低得多的電壓下,氣隙發生電暈放電,使介質逐漸損壞并產生損耗和噪聲,影響傳輸質量； -電纜允許工作電壓應比發生電暈放電電壓低 -電暈放電電壓一般是允許工作電壓值(計算值)的二分之一； * 同軸電纜在射頻使用
38、時: 工作電壓=電(滅)暈電壓X0.35 ； 同軸電纜選取的使用條件要求考慮 -環境溫度 -敷設條件 -特殊性能 * 同軸電纜的使用環境溫度不同, 決定了電纜應 使用不同耐溫等級的絕緣和護套材料 環境溫度*常用的絕緣材料所適于使用溫度範圍: -聚乙烯絕緣 -55+85 -輻照交聯聚乙烯絕緣 -55+125 -聚四氟乙烯與六氟丙烯共聚物 -55+200 -聚四氟乙烯絕緣 -55+250 *常用護套材料所適于使用溫度範圍: -普通聚氯乙烯護套 -40+65 -特殊用途聚氯乙烯護套 -40+105 -聚乙烯護套 -40+85 -聚全氟乙烯護套 -55+200 -聚四氟乙烯護套 -55+250* 同軸
39、電纜為適應不同環境溫度使用要求,除在絕 緣和護套材料作相應適配外, 部分結構元件也須作相應適配,如耐高溫電纜使用鍍銀銅線內導體 和編織外導體； * 同軸電纜因敷設使用條件不同,對電纜結構.使用會有不同要求； -經常承受彎曲,移動場合使用,選用實芯絕緣.編織外導體結構； -較少移動彎曲場合,可選用空氣或半空氣絕緣,管狀外導體結構； -戶外或埋地敷設使用,應使用耐潮,防紫外老化和阻水結構和材料； 一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和
40、應用同軸電纜的發展和應用* 同軸電纜從結構上,有向大小兩極發展的趨勢。 * 同軸電纜為滿足通常使用,已經發展成標準產 品的品種就有幾百種,還有適應滿足各種特殊性能要求的各類品種層出不窮； * 同軸電纜隨著信息產業的迅速發展,電子設備在 各個領域的廣泛使用,為滿足各類電子系統和不 同使用場合的需求,同軸電纜的品種和數量還在 迅猛發展； 六 同軸電纜的發展和應用 * 編織型結構的柔軟射頻同軸電纜,電纜外徑已可做到1.3毫米左右 * 半硬型鍍銀銅管外導體同軸電纜, 電纜外徑做 到了0.2毫米,這種電纜具有結構穩定,衰減小. 屏蔽性能好的特點；新型的编织屏蔽浸锡半软软，正在取代半硬电缆； * 鍍銅外導
41、體同軸電纜,外徑可達0.25毫米, 這種電纜解決了柔軟性和屏蔽性間矛盾主要应用于航天、航空领域。 電纜的小型化是為適應電子設備小型化.徽型化需要而發展的。* 采用氟-46或聚四氟乙烯撐腳,皺紋管內外導體的電纜外徑曾做到了312毫米,其平均傳輸功率可達2200千瓦(30兆赫)；. 電纜的大型化是為適應和滿足廣播電視發射機功率不斷提高的需要而發展的* 大功率低衰減同軸電纜,除增大尺寸,改進結構和所用材料外,還通過加壓或充惰性氣體,以提高耐電擊穿強度和熱傳導,在內外導體表面涂熱輻射 材料,改善散熱,來提高傳輸功率；* 近來衛星徽波傳輸和有線電視的發展,使廣播電 視不單純靠增加發射機功率,提高廣播電視
42、塔來 擴大其覆蓋面,使大功率低衰減同軸電纜的研發, 轉向移動通信基站用RF電纜方向發展. 同軸電纜從性能要求上,向滿足各種特種性能要 求的方向發展,派生出一系列產品 * 低噪音電纜* 漏泄同軸電纜(輻射電纜)* 高壓脈沖電纜* 穩相電纜 低噪音電纜* 低噪音電纜是適用于振動,沖擊,彎曲及環境溫度變化條件下, 在測量系統中傳輸弱信號的電纜；* 低噪音電纜的特點是,當電纜在機械振動和沖擊時,它所產生的噪音較小,不影響所傳輸的弱信號, 提高了主信號傳輸的準確性.這種性能對于宇航火箭系統的電子設備儀器是至關重要的；* 電纜噪音起因是:電纜受到振動沖擊或彎曲時,導體和絕緣的磨擦,產生靜電荷,電荷的再分配
43、,通過電纜終端放電,形成虛假信號-噪音；* 為減小和避免噪音,在電纜導體和絕緣問涂覆低磨擦系數的潤滑油(如矽油)和半導體層(如石墨)等, 減小和吸收因磨擦引起的靜電荷.電鍍銅外導體是一種理想的低噪音結構。漏泄同軸電纜(輻射電纜)* 漏泄同軸電纜應用于地鐵,隧道,礦井巷道,地下街道等場合,實現移動與固定或移動電台間的通信,實現和組成一個有線和無線間的通信系統；* 漏泄同軸電纜的特點是使電纜具有天線和傳輸線兩方面的特性.電磁信號沿電纜傳輸的同時,一部分能量作為輻射波形式沿電纜線均勻地發射出去漏泄同軸電纜(輻射電纜)八字槽式結構開橢圓孔式結構開縱槽式結構* 漏泄同軸電纜有多種形式,其中以八字槽結構的
44、 技術性能較好 高壓脈沖電纜* 高壓脈沖電纜適用雷達和原子能應用中大功率脈沖調制器傳輸高壓直流脈沖信號,其峰值功率可達幾十兆瓦,承受20200千伏(峰值)的高電壓；* 高壓脈沖電纜對電纜的電(滅)暈電壓,屏蔽性能及低衰減性能有較高的要求；* 高壓脈沖電纜一般是采用有兩個屏蔽層的三同軸結構,電纜的絕緣和介質層采用橡皮絕緣。穩相電纜* 穩相電纜是適用于相控陣雷達,射電望遠鏡,衛星跟蹤站,對電纜的相移要求不隨溫度.壓力等環境因素影響,保持相位穩定不變的要求； 電纜由于環境溫度的變化,會引起電纜長度及介質材料的介電常數變化,從而引起相位變化；* 電纜機械長度的熱脹冷縮引起的相位變化是正值,而介質等效介
45、電常數的變化,一般是負值；* 穩相電纜的結構設計,使電纜機械長度變化和介 電常數變化所引起的相位變化,正好相抵消,獲得高度穩相的電纜。* 世界正在加速進入網絡時代,數據通信,圖像傳 輸,電視電話等信息通道的發展,實現聯網,數據合一已成為當務之急。 綜合結構同軸電纜是同軸電纜發展和應用的又 一新領域； 為滿足各種特殊性能和要求的電纜,有耐高溫, 超低溫,防輻射等等品種,難以贅述。* 当前的技術水平，先進的生產制造設備，科學的管理體系和完善的質保體系，計算機控制的測試儀器,開發生產家用網絡多媒體電纜,使得電信網、計算機網、CATV網三網合一得以實用化。* 同軸電纜的寬帶化,數據電纜的高頻化,光纖光 纜普及化,使得以同軸電纜為主,帶有數據電纜 及光纖的混合電纜(Hybrid Cable)應運而生 一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用
