转移阻抗与编织参数关系的分析

余 翔

(广东产品质量监督检验研究院，广东 广州510330)

0 引言

电缆屏蔽层的主要作用是屏蔽和均化电磁场，消除线缆内部各线芯间的干扰以及对外界的辐射。随着线缆技术的快速发展，工作电压和工作频率越来越高，电容耦合和电磁辐射随之产生，电磁干扰的产生对电缆的屏蔽性能提出了更高的要求。

三同轴测试方法是一种既可以测量同轴电缆又可以测量对称和屏蔽多芯电缆转移阻抗的试验方法。IEC 62153－4－3:2000中有两种测试转移阻抗的方法，匹配短路法和双短路法。

本文介绍三同轴双短路法测试转移阻抗的测试原理及测试装置，分析了编织屏蔽线缆中编织参数的变化对转移阻抗性能的影响。

1 转移阻抗的定义

转移阻抗ZT是指在单位长度的电缆中，从被干扰系统沿屏蔽层测得的电压(U2)与干扰系统中流过的电流(I1)之比。

式中，Lc为耦合长度，即同轴管内测试夹具间的电缆长度。

定义表明转移阻抗与长度有关。转移阻抗越小，表明线缆屏蔽性能越好。图1为三同轴双短路法测试装置的示意图。

图1 三同轴双短路法示意图

根据电磁耦合机理，编织型电缆的转移阻抗由三部分组成:其一，编织层上电流的散射作用产生的阻抗;其二，编织小孔电感产生的阻抗;其三，编织电感产生的阻抗，其中前者在低频时所占份额大，后二者在高频时所占份额大。三同轴测量方法适应频率范围30 MHz以下(样品长度1 m)以及频率范围100 MHz以下(样品长度0.3 m)。三同轴装置实物见图2。最大耦合长度与最高测试频率有以下关系:

式中，Lc，max为最大耦合长度;fmax为最高测试频率;εr1为电缆相对介电常数。

图2 三同轴装置实物图

2 转移阻抗与编织密度的关系

根据转移阻抗的理论公式可知，电压U2是从匹配外电路上感应的纵向电压，电流I1是馈入内电路的电流。不论是外电路的感应还是内电路的影响，都与线缆屏蔽性能有直接的关系。

屏蔽层的编织(或缠绕)密度用百分数表示，按下式计算:

式中，K为编织密度(%);Kf为单向覆盖系数;L为编织节距;d为编织线直径或编织带厚度;D为屏蔽层直径(绝缘外径+2dw);m为锭子总数;n为每锭根数;对于带子编织，W为带子宽度，对于圆线编织，W=nd;θ为编织角，θ=arctg(πD/L)。

以下试验数据均为型号60227 IEC 74(RVVYP)300/500V不同规格的样品在频率f=30 MHz下测试所得。

在锭子总数、每锭根数、编织节距一定的情况下，随着编织密度的增大，屏蔽效应的增强，转移阻抗减小(见图3)。

3 转移阻抗与编织参数的关系

根据编织密度公式，结合测试数据图表来分析改变编织参数对转移阻抗的影响。

转移阻抗与编织角的关系见图4，采用的电缆参数为m=24，n=9，d=0.143 mm，D=8.75 mm，f=30 MHz。从图4中可以看出，当编织角在45°时，转移阻抗值最小，这是因为编织电感和小孔耦合电感的符号相反，在45°时的数值又相等。当编织角大于45°时，编织电感和小孔耦合电感符号又相同了，所以转移阻抗随编织角增大很快，因此企业在生产过程中要注意控制好编织角度，通常角度应小于45°为好。

图3 转移阻抗与编织密度K的关系

图4 转移阻抗与编织角的关系

转移阻抗与锭子总数的关系见图5，采用的电缆参数为n=9，d=0.143 mm，D=10.36 mm，f=30 MHz，L=66.68 mm。由图5可以看出，当其它几个参数不变的情况下，转移阻抗随着锭子总数的增加而减小。也可以认为锭子总数增大，使得在同参数情况下，由此计算得到的编织密度K变大，屏蔽效果更好，这和图3试验结果相吻合。

图5 转移阻抗与锭子总数的关系

转移阻抗与每锭根数的关系见图6，采用的电缆参数为m=24，d=0.143 mm，L=65.28 mm，f=30 MHz。从图6可以看出当每锭根数变化时，转移阻抗的变化规律。根数的增加虽然小孔电感减小，但是由此带来的编织电感增长地更快，综合在一起就表现出，转移阻抗随着每锭根数的增加而增大，因此合理地选择每锭根数既可以控制生产成本，又可以控制编织屏蔽电缆的转移阻抗。

转移阻抗与编织单丝直径的关系见图7，采用的电缆参数为m=22，n=9，L=57.96 mm，D=9.25 mm，f=30 MHz。由图7可知，随着编织线的单丝直径的增大，转移阻抗也随之增大。

图6 转移阻抗与每锭根数的关系

图7 转移阻抗与单丝直径的关系

在实际生产过程中通常是改变编织密度计算公式中的某几个参数来实现对编织屏蔽电缆转移阻抗的控制。从图4～图7可知，编织屏蔽电缆的转移阻抗随着每锭根数、单丝直径增大而增大;随着锭子总数的增大而减小;当编织角大于45°时，转移阻抗随着编织角的增大而增大。通常可以通过控制编织节距来控制编织角度。由此，为了减小转移阻抗，可以增大锭子总数;减小每锭根数和单丝直径;适当控制编织节距和编织角度。

4 结束语

根据编织密度计算公式，并结合网络分析仪的试验测试，分析了各编织参数与编织屏蔽电缆转移阻抗的关系，有助于生产企业更好地控制编织屏蔽电缆的转移阻抗，进一步提高产品质量。

［1］EN 50289－1－6:2002转移阻抗:三同轴法［S］.

［2］IEC 62153－4－3:2006金属通信电缆测试方法(表面转移阻抗——三同轴方法)［S］.

［3］马 晖，葛景滂，吴 锴，等.编织型同轴电缆转移阻抗的研究［J］.电线电缆，1993(6):2-7.

［4］朱荣华，李谦若.表面转移阻抗的测量——三同轴方法［J］.光纤与电缆及其应用技术，2005(4):8-11.

［5］Morriello A，Benson T，Duffy A，et al.Surface transfer impedance measurement:A comparision between current probe and pull-on braid methods for coaxial cables［J］.IEEE Trans.Electromagn.Compat，1998(40):69-76.

［6］陈志峰，周忠元，蒋全兴.射频同轴电缆转移阻抗的测试［J］.安全与电磁兼容，2002(6):15-17.