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1、高級工程師 李富根,一 前言,三 同軸電纜的傳輸方程,二 同軸電纜結構,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),五 同軸電纜的選取和使用,六 同軸電纜的發(fā)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(fā)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(xiàn),近期超導和納米技朮 的進展,更使電線電纜的生產(chǎn)發(fā)展應用進入 一個全新的階段和領域, 1925年,內(nèi)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 前言, 同軸電纜首先在通信領域獲得應用和發(fā)展,作為 長途干線開通多路載波或傳輸電視節(jié)目.目前這 種應用基本已被光

2、纖光纜取代, 現(xiàn)代電信網(wǎng)絡已是有線和無線緊密相連的網(wǎng)絡, 它是以光纜為干線,輔助以電纜,衛(wèi)星,蜂窩狀移 動通信等多媒體多接入的傳輸系統(tǒng), 同軸電纜在現(xiàn)代通信的電信網(wǎng)絡中起著重要的 作用,采用HFC網(wǎng)方式的CATV網(wǎng)絡,成為電視 電腦電話三網(wǎng)合一,信息高速公路的理想接 入網(wǎng)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,* 抗干擾性高,對外界干擾的防衛(wèi)性高,* 小的天線效應,輻射損耗小,* 結構和安裝簡單經(jīng)濟,同軸電纜及對稱電纜的電磁場,同軸電纜,對稱電纜,內(nèi)導體磁場,外導體磁場,同軸對磁場,內(nèi)導體電流密度分布,同軸對中的工作電流與干擾

3、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,各種線路的衰減頻率特性,* 通信設備的內(nèi)部連接元件, 同軸電纜的主要用途,* 傳統(tǒng)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, 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?shù)墓β史?* 按柔軟程度分,,,,,,, 同軸電纜的分類(按種類分),* 低噪音電纜 適用于振動條件下測量

4、系統(tǒng),* 高壓脈沖電纜 應用于高壓脈沖場合,峰值 功率可達幾十兆瓦,* 漏泄電纜(LCX) 地鐵隧道等場合,實現(xiàn)無 線和有線的轉(zhuǎn)換,, 同軸電纜的分類(按絕緣形式分),* 實芯絕緣 絕緣層全部是固體介質(zhì),* 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(按絕緣尺寸分),* 微型 1.0mm,* 小型 1.5 3.0mm,* 中型 3.7 11.5mm,* 大型 11.5mm,, 同軸電纜的分類(按傳輸?shù)墓β史?,* 小功率 0.5 KW,* 中功率 0.5 5KW,* 大功率 5 KW,, 同

5、軸電纜的分類(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,CATV公用天線電視寬頻電纜 DBS衛(wèi)星廣播用電纜 CCTV閉路電視電纜 RG型射頻電纜 JIS可撓性同軸電纜 SYV同軸射頻電纜 SFYVP數(shù)字傳輸設備電纜,,,,,,,,,CATV 公用天線電視寬頻電纜,CATV: Community Antenna Television Cables 標準依據(jù): SCTE IPS-SP-001, UL 1655,UL444 用于CATV,MATV系統(tǒng)的接入電纜,測試頻率到 1GHz 常用規(guī)格 75: RG1

6、1/U, RG6/U, RG59/U SCTE: Society of Cable Telecommunication Engineers,,DBS衛(wèi)星廣播用電纜,DBS:Direct Broadcasting Satellite Cable 標準依據(jù): UL1655,UL444 用作衛(wèi)星系統(tǒng)電纜,測試頻率到 2.2GHz 常用規(guī)格 75: RG11/U, RG6/U, RG59/U,,CCTV閉路電視用電纜,CCTV :Close Circuit Television Cable 標準依據(jù):UL1655,UL444 用于閉路電視系統(tǒng)的引入線,測試頻率到400MHz 常用規(guī)格 75: RG1

7、1/U,RG6/U,RG59/U 93: RG62/U,,RG型射頻電纜,RG:Radio Frequency Cable,General Specification 標準依據(jù):Mil-C-17G 用于通信系統(tǒng)及信號控制力系統(tǒng) 常用規(guī)格 50: RG58A/U,RG174/U,RG5B/U 75: RG59/U,RG6/U 93: RG62/U 其中: A,B..表示對基本型的修改 U: General Utility 通用型 R: Means Radio Frequency 射頻 G：Means Government 政府批準,,JIS可撓性同軸電纜,JIS :Japanese Ind

8、ustrial Standard 標準依據(jù): JIS C 3501 主要用于高頻機器之配線. 尺寸表示: PE絕緣 絕緣徑 3 C - 2 V CS 導體種類 特性阻抗 PVC被覆 C: 75 V: 1層編織 + PVC被覆 D: 50 W: 2層編織 + PVC被覆 S:內(nèi)導體為絞線構成 Z: 1層編織(無被覆) CS:內(nèi)導體為銅包鋼 T: 3層編織 + PVC被覆,,SYV同軸射頻電纜,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)外導體(編織層數(shù)) Y

9、: PE護套,,標準依據(jù) GB/T 14864-93,SFYVP數(shù)字傳輸設備電纜,S F Y V P - 75 - 2 x 8,,用于數(shù)字傳輸設備,長途數(shù)字程控交換機及其配線架間的連接,傳輸速率20Mb/s,型號表示, 標準依據(jù) FILOTEX ET 298998 LUCENT,PHKIPS JNL 900-10175, 常用規(guī)格型號,SFYV-75-2-1 SFYV-75-2-1x8 SFYZ-75-2-1 SFYZ-75-2-1x8 SYV-75-2-1 SYV-75-2-1x8 SYV-75-2-2 SYV-75-2-2x8,一 前言,三 同軸電纜的傳輸方程,二 同軸

10、電纜結構,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),五 同軸電纜的選取和使用,六 同軸電纜的發(fā)展和應用,,二 同軸電纜結構, 同軸電纜主要由導體、絕緣、護套及鎧裝組成 * 導體起電信號的引導作用 * 絕緣是電信號賴以傳輸?shù)拿浇橘|(zhì) * 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(huán)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(zhì)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(huán)境等因素的影響, 絕緣是信號傳輸?shù)慕橘|(zhì),要求其有盡可能低的 損耗(、tg), 內(nèi)導體是主要的導電元件,內(nèi)導體電阻所引起 的損耗是電纜總損耗的主要部分,,,,,

11、, 內(nèi)導體結構形式 * 實心內(nèi)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(nèi)導體,多根導線絞合而成,柔軟性好, 但電阻損耗增加,成本增加 * 管狀內(nèi)導體,用于大功率,低衰減電纜中,以 減輕內(nèi)導體重量,節(jié)約材料,但其柔軟性差, 制造加工麻煩 * 皺紋管內(nèi)導體,管狀導體表面壓螺旋形或圓 環(huán)皺紋改善導體的彎曲性能,改善柔軟性, 可連續(xù)加工制造,內(nèi)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(nèi)導體 高壓脈沖電纜采用塑料芯上多根銅線編織的 柔軟內(nèi)導體 多根細漆包線絞合制成高頻里茨線內(nèi)導體,內(nèi)導體材料:,* 裸銅線,它導電導

12、熱性好,加工制造方便 * 銅包鋼線,兼具銅的優(yōu)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(xù)工作溫 度可達200度 * 鍍錫銅線提高抗氧化及耐腐蝕性,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(nèi)導體, 絕緣是信號傳輸?shù)慕橘|(zhì),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(nèi)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,,,,,*

13、 實芯絕緣是指電纜內(nèi)外導體間充滿密實介質(zhì), 實芯絕緣,* 絕緣介質(zhì)可以是均一的,也可由多層同芯組合 成,絕緣介質(zhì)同心緊密的擠包在內(nèi)導體上,* 聚乙烯是實芯絕緣最常用的絕緣介質(zhì),它具有 損耗低,優(yōu)秀的耐電強度,良好的使用壽命等一 系列優(yōu)點,得到最廣泛的應用,,* 實芯絕緣結構的優(yōu)點: 結構穩(wěn)定 電氣強度高 熱阻小 不易受潮氣影響 它適于經(jīng)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(shù)大,電纜衰減大,* 空氣絕緣是指電纜內(nèi)外導體間,除了以一定間 隔或螺旋式固定在內(nèi)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(jīng)過 固體介質(zhì)而到達另一導體, 空氣絕緣,

14、* 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(yōu)點: 有效介電常數(shù)和介質(zhì)損耗小,電纜衰減低 允許傳輸?shù)钠骄β蚀?材料消耗少,介質(zhì)僅用來保證內(nèi)外導體同心, 絕大部分都是空氣或其它氣體,* 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(nèi),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(zhuǎn)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

15、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(jù)屏蔽要求,可雙層或 不同材質(zhì)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,外導體,,* 半空氣絕緣結構的優(yōu)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(nèi)外導體間,除支持物外, 從內(nèi)導體到達外導體至少通過一層固體介質(zhì)；,* 皺紋管外

16、導體目的和作用同皺紋管內(nèi)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(yōu)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(jù)電纜的使用環(huán)境條件要求 選擇, 常用的護套有: * 聚氯乙烯護套,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(zhì),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(nèi)保持柔軟性,其耐磨性是聚乙烯的四倍 * 氟塑料護套,它是聚

17、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(jù)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,密封的優(yōu)點,一 前言,三 同軸電纜的傳輸方程,二 同軸電纜結構,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),五 同軸電纜的選取和使用,六 同軸電纜的發(fā)展和應用,,三 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(wǎng)絡, 它的等效電路,,---dx的電壓變化取決于串聯(lián)電阻和電感上的電壓降,

18、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(shù)形式, 對于傳輸方程求解,可應用正弦波電壓電流 相量形式,---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(shù) 形式,---通過邊界條件可獲得A,B,C,D積分常數(shù),U=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(shù), 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

19、存在入射波和反射波,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(shù)；, 特性阻抗Zc和傳播常數(shù)稱為電纜線路的二次 參數(shù),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(shù),電纜線路的二次參數(shù),--- 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

20、射,電纜線上只有入射波,線上的波即稱為行波,行波,U=0.5(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, 反射波與入射波電壓之比稱為反射系數(shù),終端 處反射系數(shù)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(shù)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(tài),=, 駐波使電壓和電流分布曲線只是隨時間上下振 動,而不沿x軸

21、方向傳播, 一般電纜線路終端只發(fā)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(xiàn)象.電壓和電流的波幅也是逐步減小的,電壓波節(jié)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(fā)生波動,出現(xiàn)駐波,無耗開路線上的電壓電流振幅,無耗開路線上的瞬時電壓電流,---K=0 代表純駐波 ---K=1 代表行波 ---K=1/3 代表電壓波節(jié)點上的固定分量在總的電壓振幅中占1/3,行波系數(shù)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(shù)稱為行波系數(shù)K,K=1/S=(1-)/(1+),電壓相量及駐波

22、分布(無耗線Z1=3Zc),,一 前言,三 同軸電纜的傳輸方程,二 同軸電纜結構,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),五 同軸電纜的選取和使用,六 同軸電纜的發(fā)展和應用,,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),一次參數(shù), 同軸電纜的內(nèi)外導體是同心圓柱放置的,從麥克斯韋爾方程出發(fā),應用圓柱坐標系統(tǒng)進行計算可 得到同軸電纜的一次參數(shù)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(nèi)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(nèi)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,,

23、 同軸電纜的工作電容,微微法/米, 同軸電纜的絕緣電導,* 同軸電纜使用的絕緣介質(zhì)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(shù)特性阻抗Zc和傳播常數(shù)來表征的,二次參數(shù), 特性阻抗Zc,對于絞線內(nèi)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(nèi)外導體都是銅時,考慮各種結構因素,=R +G,分貝/米,分貝/米, 同軸電纜的相位移,,度/公里,符號說明,d

24、-----電纜內(nèi)導體直徑(mm) D-----電纜外導體直徑(mm) a,b -內(nèi)外導體材料相對磁導率 a,b-內(nèi)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(shù) tgr--絕緣等效介質(zhì)損耗角正切 k1-----內(nèi)導體直徑有效系數(shù) dw-----外導體編織線的單根直徑(mm) kz-----內(nèi)導體因絞線引起的衰減增加的系數(shù) kb-----外導體因絞線引起的衰減增加的編織系數(shù) kt1,kt-內(nèi)外導體材料與標準軟銅不同時使衰減增中的系數(shù),同軸電纜性能參數(shù)測試, 同軸電纜性能參數(shù)測試是鑒定,考核電纜結構 和性能是否達到設計和標準要求的唯一準繩; 測試

25、方法和測試儀器正確選用及其先進性和 準確性,反映一個國家或企業(yè)的技朮水平。, 以往同軸電纜性能參數(shù)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(chǎn)一流的同軸電纜,配備一流的HP8753D HP8753ES矢量網(wǎng)絡分析儀對產(chǎn)品進行型式考核測試;生產(chǎn)現(xiàn)場配備有DCM CMS-COAX同軸電纜測 試系統(tǒng)對產(chǎn)品生產(chǎn)進行實時監(jiān)控測試。, DCM CMS-COAX測試系統(tǒng),在30KHz3GHz內(nèi)可直觀快速測試并打印以下性能參數(shù): * 特性阻抗 * 衰減 * 傳輸速率 * 輸入阻抗 *

26、轉(zhuǎn)移阻抗 * 回波損耗 * 反射系數(shù) * 阻抗不均勻性 * 內(nèi)導體電阻 * 外導體電阻 * 電容,DCM CMS-COAX測試系統(tǒng), HP8753ES矢量網(wǎng)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(shù)等,以供分析比較., HP8753系列矢量網(wǎng)絡分析儀,具有測試快速,測試精度高,操作簡便.并可從頻域變換為時域,直 觀電纜內(nèi)部特性,確定失配出現(xiàn)的位置和幅值。,HP8753ES矢量網(wǎng)絡分析儀,一 前言,三 同軸電纜的傳輸方程,二 同軸電纜結構,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),五 同軸電纜的選取和使用,六

27、 同軸電纜的發(fā)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(shù)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(tài)(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(xiàn)的阻抗,* 特性阻抗,取決于電纜導體的結構尺寸和絕 緣結構的等效介電常數(shù),* 同軸電纜應盡可能選用三種標準阻抗值 502 用于射頻及微波,測試儀表及同軸波導轉(zhuǎn)換器 753 用于視頻及脈沖數(shù)據(jù)傳輸CATV電纜電視系統(tǒng) 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

28、表示電纜在行波狀態(tài)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?shù)男?* 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(nèi)外導體,可使衰 減降低,但電纜的柔軟性降低,成本增加,* 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(shù),* 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

29、纜的延遲時間與電纜尺寸無關,僅取決于 介質(zhì)的等效介電常數(shù),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(fā)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(fā)生電壓擊穿的峰值功率的規(guī)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,* 電纜的額定平均功率,即代表電纜長期安全運行 而不發(fā)生熱損壞的平均功率值,電纜在額定功率 下運行時,內(nèi)導體的溫度不應超過所規(guī)定充許值,* 電纜的平均功率過大時,電纜內(nèi)部過熱,使得 ---絕緣介質(zhì)變軟,內(nèi)導體偏心,嚴重時至使內(nèi)外導體短路

30、---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(zhì)發(fā)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(nèi)部發(fā)熱散 熱能力和絕緣介質(zhì)的耐高溫能力, 傳輸功率,* 電纜的衰減越低,則內(nèi)部發(fā)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(huán) 境溫度絕緣介質(zhì)的耐高溫能力越高,則允許傳 輸?shù)墓β示驮酱?* 電纜內(nèi)部發(fā)熱最高處是內(nèi)導體,加之散熱困難,內(nèi) 導體是最熱的地方.內(nèi)導體本身雖可承受高溫,但 與其接觸的介質(zhì)受不了.因此,電纜的發(fā)熱限制主 要是指內(nèi)導體上的溫度不超過絕緣介質(zhì)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

31、尺寸與工作頻率下的波長可相比 擬時,會出現(xiàn)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(xiàn)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(fā)展,現(xiàn)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(xiàn)的頻率,(MHz),* 同軸電纜的使用頻率受到對電纜的低衰減低駐 駐波要求的限制, 最高使用頻率,* 各種介質(zhì)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(yōu)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

32、部完全不存在電磁場,* 同軸電纜在高功率雷達廣播電臺電力線路 或其它工業(yè)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(chǎn)生干擾電流,通過外導體產(chǎn)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(shù)屏 蔽衰減轉(zhuǎn)移阻抗來反映。,* 屏蔽系數(shù)定義為屏蔽層設置前后的場強之比：,---E,H表示無

33、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,dB分貝, 屏蔽特性,---UT 外導體外表面上單位長度上的電壓； ---I 內(nèi)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(chǎn)生的電壓越小,電纜的的屏蔽性能越好。,ZT,轉(zhuǎn)移阻抗, 回波損耗,* 電纜的阻抗內(nèi)部的不均勻性,采用有效特性阻抗 Ze與額定特性阻抗Zc的偏差來表示,偏差越大,反 映電纜內(nèi)部不均勻性越厲害。,* 回波損耗SRL越大,表明反射系數(shù)越小,即電纜 的輸入駐波比越小,

34、電纜內(nèi)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(nèi)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(shù),* 電纜內(nèi)部不均勻性,用電纜輸入駐波比S來表示,S=(1+)/(1-),Ze=, 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(zhì)量,* 電纜制造時,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(shù)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

35、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(nèi)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, 駐波比反射系數(shù)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(nèi)導體表面具有最大 的電場強度,這是電纜的薄弱區(qū)域,必須考慮, 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

36、許工作電壓應考慮: ---介質(zhì)與內(nèi)導體間或介質(zhì)內(nèi)部往往存在的空氣隙,在比介質(zhì)擊穿電壓低得多的電壓下,氣隙發(fā)生電暈放電,使介質(zhì)逐漸損壞并產(chǎn)生損耗和噪聲,影響傳輸質(zhì)量； ---電纜允許工作電壓應比發(fā)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(huán)境溫度 ---敷設條件 ---特殊性能,* 同軸電纜的使用環(huán)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(huán)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

37、聯(lián)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,* 同軸電纜為適應不同環(huán)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(nèi)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(jīng)常承受彎曲,移動場合使用,選用實

38、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 前言,三 同軸電纜的傳輸方程,二 同軸電纜結構,四 同軸電纜的主要性能參數(shù),五 同軸電纜的選取和使用,六 同軸電纜的發(fā)展和應用,,* 同軸電纜從結構上,有向大小兩極發(fā)展的趨勢。,* 同軸電纜為滿足通常使用,已經(jīng)發(fā)展成標準產(chǎn) 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(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,電子設備在 各個領域的廣泛使用,為滿足各類電子系統(tǒng)和不 同使用場合的需求,同軸電纜的品種和數(shù)量還在 迅

39、猛發(fā)展；,六 同軸電纜的發(fā)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(wěn)定,衰減小. 屏蔽性能好的特點；新型的編織屏蔽浸錫半軟軟，正在取代半硬電纜； * 鍍銅外導體同軸電纜,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應用于航天、航空領域。, 電纜的小型化是為適應電子設備小型化.徽型化需要而發(fā)展的。,* 采用氟-46或聚四氟乙烯撐腳,皺紋管內(nèi)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(fā)

40、射機功率不斷提高的需要而發(fā)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(nèi)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(wèi)星徽波傳輸和有線電視的發(fā)展,使廣播電 視不單純靠增加發(fā)射機功率,提高廣播電視塔來 擴大其覆蓋面,使大功率低衰減同軸電纜的研發(fā), 轉(zhuǎn)向移動通信基站用RF電纜方向發(fā)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(fā)展,派生出一系列產(chǎn)品,* 低噪音電纜,* 漏泄同軸電纜(輻射電纜),* 高壓脈沖電纜,* 穩(wěn)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(huán)

41、境溫度變化條件下, 在測量系統(tǒng)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(chǎn)生的噪音較小,不影響所傳輸?shù)娜跣盘? 提高了主信號傳輸?shù)臏蚀_性.這種性能對于宇航火箭系統(tǒng)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(chǎn)生靜電荷,電荷的再分配,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(shù)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

42、道,地下街道等場合,實現(xiàn)移動與固定或移動電臺間的通 信,實現(xiàn)和組成一個有線和無線間的通信系統(tǒng)；,* 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?shù)耐瑫r,一部分能量作為輻射波形式沿電纜線均勻地發(fā)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 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(diào)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；,*

43、 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(zhì)層采用橡皮絕緣。,,穩(wěn)相電纜,* 穩(wěn)相電纜是適用于相控陣雷達,射電望遠鏡,衛(wèi)星跟蹤站,對電纜的相移要求不隨溫度.壓力等環(huán)境因素影響,保持相位穩(wěn)定不變的要求；,電纜由于環(huán)境溫度的變化,會引起電纜長度及介 質(zhì)材料的介電常數(shù)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(zhì)等效介電常數(shù)的變化,一般是負值；,,* 穩(wěn)相電纜的結構設計,使電纜機械長度變化和介 電常數(shù)變化所引起的相位變化,正好相抵消,獲得高度穩(wěn)相的電纜。,* 世界正在加速進入網(wǎng)絡時代,數(shù)據(jù)通信,圖像傳 輸,電視電話等信息通道的發(fā)展,實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),數(shù)據(jù)合一已成為當務之急。, 綜合結構同軸電纜是同軸電纜發(fā)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。,* 當前的技術水平，先進的生產(chǎn)制造設備，科學的管理體系和完善的質(zhì)保體系，計算機控制的測試儀器,開發(fā)生產(chǎn)家用網(wǎng)絡多媒體電纜,使得電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、CATV網(wǎng)三網(wǎng)合一得以實用化。,* 同軸電纜的寬帶化,數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)電纜 及光纖的混合電纜(Hybrid Cable)應運而生,Thank you! (謝謝!) !,