稳相电缆的衰减稳定性提升的研究

金辰

【摘  要】稳相电缆的导体一般采用镀银软铜线;绝缘由多层微孔聚四氟乙烯薄膜绕包而成;外导体是由镀银铜扁带绕包外加镀银圆铜线编织的双层屏蔽结构组成;护套由聚全氟乙丙烯树脂挤制而成。产品具有低损耗、高相位稳定性及高功率等性能，确保了航空相控阵雷达、卫星跟踪站、电子对抗等设备的精确定位。稳相电缆的相位稳定性包含着温度与机械两个方面。电缆在不同的环境温度下，内外导体金属的线伸胀引起的机械长度变化以及绝缘材料的等效介电常数变化所引起的相移常数变化，都会导致总相位的变化;另外，电缆受到弯曲、扭转、振动等机械外力的作用，会引起组成电缆各部件的尺寸变化及结构变异错位，导致电气长度的变化，从而引起相位的变化。

【关键词】稳相电缆;衰减;稳定性

1 衰 减

衰减是射频电缆最重要的参数之一，它反映了电磁能量沿电缆传输时的损耗的大小。在不考虑相移的条件下，电缆的衰减常数由金属衰减和介质衰减两部分组成，当频率达到较高值（一般是GHz以上）以后，对介质的衰减影响较大，与频率成正比例关系，而对导体的衰减影响较小。因此，在较高频率时，影响电缆衰减的因素有频率、等效介电常数和等效介质损耗角正切值。

本文研究的衰减稳定性是指在抖动条件下的衰减变化量，是模拟车辆在复杂路况上行驶，其车载射频电缆的衰减稳定性。电缆衰减稳定性的试验过程为：首先保证试验在标准测量环境中进行;然后按照规范要求制作定长的组件，把电缆组件放在震动台（或相应的装置，或手动进行）上，电缆组件中的电缆不应用绳或其他物质束缚;接着把电缆组件连接到网络分析仪上，按照固定频率、固定振幅抖动组件一定时间（与连接器相连的10 cm电缆应不参与抖动）;最后记录电缆衰减的变化。

2 衰减稳定性分析

2.1 电缆结构

稳相电缆的一般结构为内导体、绝缘层、外导体和护套层。其结构见图1。

图1 稳相电缆结构图

1—镀银软铜线内导体 2—微孔聚四氟乙烯薄膜绝缘 3—镀银铜扁带外导体1 4—镀银圆铜线外导体2 5—氟塑料护套

2.2 工艺分析

衰减变化的因素有频率、内导体外径、外导体内径以及绝缘介电常数。电缆制作成组件后，在固定频率下进行衰减稳定性测试，所以排除频率因素;同时制作成组件后，电缆在铜带绕包后绝缘层结构固定，而且在测试环境不发生变化时，绝缘材料的介电常数也很难产生变化，可以排除绝缘介电常数因素;稳相电缆使用单根镀银铜线，在测试过程中，外径不会产生变化，可排除内导体外径;外导体是由镀银铜扁带和镀银圆铜线共同组成的，在抖动时，编织层和镀银铜扁带层之间可能会产生位移，引起等效的外导体内径变化。通过以下工艺试验验证衰减稳定性影响因素。

按照常规加工工艺进行加工，在内导体外绕包微孔聚四氟乙烯薄膜绝缘层，然后再绕包镀银铜扁带外导体。这时，电缆半成品具备了内导体、绝缘层、外导体的同轴结构，可以制作成组件进行衰减稳定性的测试。经过对不同外径、不同规格的电缆半成品，每种十多次的测试，绕包铜带后的衰减稳定性均在±0.1 dB以内（测试频点为18 GHz）。证明了内导体外径和绝缘介电常数是不会影响电缆衰减稳定性的。

将衰减稳定性合格的半成品编织外导体和挤出护套后，再进行成品测试，此时电缆的衰减稳定性变化明显加大，绝缘外径3.0 mm以下的小外径电缆变化超过0.1 dB，不满足要求;而绝缘外径大于3 mm的电缆衰减稳定性变化增大，但并未超过0.1 dB。

2.3 解决方案

借鉴实芯聚四氟乙烯绝缘射频电缆双层编织屏蔽中间添加隔离层的经验，在稳相电缆两种不同形式的外导体中间增加一层轻薄的隔离层。同时考虑到加工成电缆后，复合外导体层在制作组件时，两个外导体又必须接触在一起，这样电缆才会具有更好的屏蔽性能和更高的可靠性。因此新增的隔离层选择可熔性的聚酯/铝复合薄膜。

对添加隔离层的产品进行衰减稳定性试验，在18 GHz时，衰减变化值见表1。

表1 衰减稳定性对比表 导出到

3 加工过程

（1）内导体。

为保证产品有较好的柔软性，应选择镀银软圆铜线，银层厚度不小于2.0 μm。

（2）绝缘层。

采用微孔聚四氟乙烯薄膜绕包，相邻层绕包方向应相反，每层薄膜搭盖率应至少在50%。

（3）外导体1。

绕包镀银铜扁带，镀银铜扁带绕包方向与绝缘层的最外层微孔薄膜绕包方向相反，镀银铜扁带的绕包张力是微孔薄膜绕包张力的两倍，搭盖率在40%～50%。

（4）隔離层。

可熔性聚酯/铝复合薄膜的绕包方向与镀银铜扁带的绕包方向相反，且两者的绕包张力相近，搭盖率在30%以上。

（5）外导体2。

采用镀银铜线编织，编织密度在90%以上。

（6）护套。

采用氟塑料挤出护套，挤出过程中对半成品进行预热处理，预热温度在80 ℃，保证护套层有较好的附着力。

4 结束语

本文对稳相电缆的衰减稳定性影响因素进行分析。当电缆绕包镀银铜扁带后，制成组件测试其衰减稳定性，均在±0.1 dB以内;再编织外导体、挤出护套后，电缆反复弯曲而造成外导体内径的波动加重，导致一次参数均匀性会变差，从而影响了电缆的衰减稳定性。

在镀银铜扁带绕包层与镀银铜线编织层之间增加一层隔离层，能减小外导体的内径变化范围，尤其是电缆在抖动时，有利于减少衰减的变化。另外，增加的复合铝箔能减少电磁波从铜带间隙处的辐射，能使外导体的一次参数更均匀和稳定，这也有利于减小电缆的衰减变化。通过隔离层的添加，达到了提升衰减稳定性的设计要求，是提高产品可靠性的有效方法之一。

参考文献：

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[2] 李庆和.同轴电缆的温度相位稳定性及其影响因素分析[J].电线电缆，2007（2）：25-27.

[3] 汪祥兴.射频电缆设计手册[M].上海：中国电子科技集团公司第二十三研究所，2012.

（作者单位：国网南京市江北新区供电公司）