铜包钢射频同轴电缆应用分析及镀层测定

严红成

摘 要：本文介绍了铜包钢射频电缆和实际应用中的问题，重点对电磁波信号在铜包钢导线传输中的趋肤效应和透射深度进行了分析，并通过研究铜包钢的物理模型和导电性，将信号传输中的使用频率与镀层厚度、导电率等建立了等式关系，使其只需通过简单运算就能相互得到需要的数据。最后还介绍了一种比较实用的镀层测定方法。

关键词：铜包钢；射频同轴电缆；趋肤效应；镀层；化学测厚

中图分类号：TQ153 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0098-01

1 引言

射频电缆是无线电频率范围内传输信号和能量的电缆总称。射频同轴电缆是一种射频传输线。射频传输线还包括有波导、微带传输线等，它们是传输频率从几十兆赫到几千兆赫的射频信号的主要传输媒介。射频传输线广泛应用于各类无线电通讯设备、高频仪器仪表、微波通讯、通讯导航等设备中，作为传输信号和能量的主要信息通道。

铜包钢射频同轴电缆是采用铜包钢线作电缆内导体的电缆，用铜包钢导体代替纯铜导体用于射频、CATV同轴电缆中，可以在确保其导电性能的基础上，大大降低成本，减轻重量，因此这种铜包钢同轴电缆也越来越受到普遍重视。这种材料的相对导电率受到镀层厚度影响，镀层薄了，达不到导电率要求，导致信号衰减严重；厚了又使成本增加，造成浪费。另外由于高频电磁波信号在导体中传输存在“趋肤效应”现象，高频电磁波信号就集中在导体很薄的环表面传输，随着频率增大，有效传输表面的厚度就越薄，这种现象也同样限制了铜包钢电缆某一频率下的有效应用。本文旨在通过对铜包钢导电性分析和对高频集肤效应透射深度计算分析以有助于精准设计铜包钢同轴电缆和有效应用，同时介绍一种比较实用的铜层厚度的测定方法。

2 集肤效应及透射深度计算

当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫集肤效应。是电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于总导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。所以当高频电流的集肤效应分析，当工作频率越高，电流越集中在导体表面流过，交变电流的实际电阻会越大，铜层实际有效截面积的减小。

我们用电磁波向导体中透入的过程加以说明，电磁波向导体内部透入时，因为能量损失而逐渐衰减。当波幅衰减为表面波幅的倍的深度称为交变电磁场对导体的透入深度δ。以平面电磁波对半无限大导体的透入推导出趋肤深度公式2.1

式中代表频率（赫），ρ代表导体的电阻率，μ代表相对导磁率。可见高频透入深度δ随着不同的工作频率，金属相对导磁率和电阻率而变化的。对于铜导线，其相对磁导率μ=1，电阻率ρ=1724微欧厘米，得到铜导线的趋肤深度见2.2。

表1給出了频率从1Mhz到10Mhz范围的镀铜导线的穿透深度对应数据：

3 铜包钢线的导电性分析

3.1 铜包钢物理模型

铜包钢截面形状如图1所示，图中Ds为钢芯直径，Dccs为铜包钢线直径，t为铜镀层厚度，Ds、Dccs、t的单位均为mm。

在现行的铜包钢技术标准中，都是以铜包钢线在直流条件下相对于铜的相对导电率作为导电性能指标的。因此可以把铜包钢线在物理上等效为由一个钢芯线支路和一个管状铜镀层支路组成的并联电路。设Rs为钢芯电阻，Rc为铜镀层电阻，Rccs为铜包钢线电阻，单位：Ω，则：

上式是用钢芯线直径表示的铜镀层厚度计算公式，若将Dccs=Ds+2t带入公式，则得到用铜包钢线直径表示的铜镀层厚度计算公式2.6，进而根据模型和等效电路公式推导出2.7。