探討對(duì)電纜線衰減和回波損耗的控制

一、引言

射頻電纜是傳輸射頻范圍內(nèi)電磁能量的電纜，射頻電纜是各種無線電通信系統(tǒng)及電子設(shè)備中不可缺少的元件，在無線通信與廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)及儀表等方面廣泛的應(yīng)用。衰減和回波損耗是射頻電纜的重要指標(biāo)。隨著4G的推廣和3G的普遍應(yīng)用，這對(duì)射頻電纜的電氣性能提出了更高的要求，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中如何確保電纜的衰減和回波損耗這兩項(xiàng)指標(biāo)是相當(dāng)重要的。

二、對(duì)電纜線衰減的影響因素

1.原材料對(duì)衰減的影響

射頻電纜中影響衰減的原材料包括內(nèi)導(dǎo)體、絕緣、外導(dǎo)體的材質(zhì)。金屬衰減所占的比例遠(yuǎn)大于介質(zhì)衰減所占的比例，電纜內(nèi)導(dǎo)體材料的性能對(duì)電纜的衰減的影響最大。由于皺膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，電信號(hào)主要集中在內(nèi)導(dǎo)體的外面表和外導(dǎo)體表面這兩部分傳播，如果這兩部分氧化嚴(yán)重，將使電纜的衰減大大增加。相對(duì)于內(nèi)外導(dǎo)體的材質(zhì)，絕緣對(duì)衰減的影響小些，但隨著頻率的增加其影響是不斷增加。由于絕緣層采用物理發(fā)泡或者聚乙烯結(jié)構(gòu)，物理發(fā)泡度是電纜衰減、特性阻抗的主要因數(shù)。

2.駐波比對(duì)衰減的影響

由于電纜本身的結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生過程中無法避免的不均勻性，電壓駐波比必然存在，就出現(xiàn)了傳輸與射頻電纜中的能量，一部分被反射，最終返回到發(fā)射端的現(xiàn)象。這種能量的損失也就是影響電纜衰減的因數(shù)。

3.編織對(duì)衰減的影響

對(duì)于編織外導(dǎo)體電纜，其外導(dǎo)體有鋁塑復(fù)合屏蔽帶+金屬編織線構(gòu)成，鋁塑復(fù)合屏蔽帶一版選用的是單面涂塑鋁，電纜在制造過程中鋁層一面緊貼絕緣層。根據(jù)臨近效應(yīng)，外導(dǎo)體傳導(dǎo)的電信號(hào)集中在外導(dǎo)體的內(nèi)表面，即集中在鋁塑復(fù)合屏蔽帶的鋁層內(nèi)表面。當(dāng)頻率為900MHz時(shí)，鋁層厚度達(dá)到電流的5陪透射深度時(shí)，電信號(hào)將有99%以上的電信號(hào)集中在鋁層中，這一透射深度可以保證電纜的傳輸特性。鋁塑復(fù)合屏蔽層的涂覆層為一層絕緣體，金屬編織線主要作用為屏蔽作用，并不參與電信號(hào)的傳輸。

4.回波損耗的影響因素

駐波比是因?yàn)殡姶挪ㄔ陔娎|中傳輸時(shí)因反射而形成的，其主要原因是因?yàn)樘匦宰杩沟牟痪鶆蛐栽斐傻?。?duì)于理想的射頻電纜，在整個(gè)長度方向上電纜特性阻抗總會(huì)存在一些細(xì)微的變化。在射頻電纜長度方向上阻抗的任何細(xì)小變化，均會(huì)導(dǎo)致在電纜內(nèi)傳輸?shù)囊徊糠中盘?hào)能量被反射回去，就如同在不同介質(zhì)的媒質(zhì)中傳播時(shí)兩媒質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射一樣。信號(hào)的反射不僅會(huì)造成傳輸信號(hào)的能量損失，而且反射回去的信號(hào)會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生干擾，輕者會(huì)導(dǎo)致信號(hào)線性失真，嚴(yán)重的將導(dǎo)致電纜根本無法使用。射頻電纜駐波比性能是電纜結(jié)構(gòu)均勻性、穩(wěn)定性在電氣上的反映。駐波比VSWR的定義如下：

為反射系數(shù)，Z1、Z2為反射界面兩側(cè)電纜的阻抗。當(dāng)越大(即信號(hào)反射界面兩側(cè)的阻抗差值越大)，VSWR也越大;因此要改善電纜的VSWR性能就必須盡可能降低，也就是要盡可能減小電纜阻抗在長度方向的不均勻性，這就是改善射頻電纜VSWR質(zhì)量水平的依據(jù)。

電纜的VSWR是電纜設(shè)計(jì)和制造水平的綜合反映。使用的導(dǎo)體材料在長度方向的均勻性、絕緣外徑的均勻性、泡孔的均勻性、外導(dǎo)體各部分尺寸的一致性等任何影響電纜長度方向上均勻一致性的因數(shù)都可能導(dǎo)致電纜長度方向的阻抗變化。

三、對(duì)電纜線衰減和回波損耗的控制

它是由于電纜長度上特性阻抗的不均勻性引起的，歸根到底是由于電纜結(jié)構(gòu)的不均勻性所引起的。由于信號(hào)在電纜中的不同地點(diǎn)引起的反射，到達(dá)接收端的信號(hào)相當(dāng)于在無線信道傳播中的多徑效應(yīng)，從而引起信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)散和頻率選擇性衰落，時(shí)間擴(kuò)散導(dǎo)致脈沖展寬，使接收端信號(hào)脈沖重疊而無法判決，信號(hào)在電纜中的多次反射也導(dǎo)致信號(hào)功率的衰減，影響接收端的信噪比?？刂齐娎|衰減和回波損耗主要有以下幾個(gè)方面：

1.由于外導(dǎo)體生產(chǎn)線線速、扎紋機(jī)轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)線張力的波動(dòng)等，均勻會(huì)導(dǎo)致電纜外導(dǎo)體及絕緣線芯尺寸的不均勻變化，因此外導(dǎo)體生產(chǎn)線是影響電纜衰減和回波損耗的重要因素。

2.生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置(特別是扎紋參數(shù)如：扎紋模具結(jié)構(gòu)、焊接模和定徑模位置和導(dǎo)向?？讖健⒃y轉(zhuǎn)速等)如不合適將導(dǎo)致扎紋外導(dǎo)體和絕緣線芯結(jié)構(gòu)尺寸的不均勻，電纜的外徑和節(jié)距不合格，甚至導(dǎo)致橢圓、扎紋變形和扎紋卡死等現(xiàn)象，從而影響電纜VSWR性能。小規(guī)格電纜生產(chǎn)時(shí)上述生產(chǎn)工藝參數(shù)對(duì)電纜VSWR性能的影響特別明顯。

3.外導(dǎo)體加工設(shè)備或裝置如存在機(jī)械故障將嚴(yán)重影響電纜衰減和回波損耗。通常旋轉(zhuǎn)設(shè)備或部件如存在機(jī)械損傷，將會(huì)導(dǎo)致外導(dǎo)體上生產(chǎn)周期性缺陷，從而在基頻和陪頻處導(dǎo)致明顯的VSWR峰值。

4.外導(dǎo)體銅帶厚度不均與或銅帶表面被氧化將導(dǎo)致銅帶的電導(dǎo)率及電纜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻性變化，從而引起電纜衰減和回波損耗。

5.中心絕緣纜芯與外導(dǎo)體銅管的占空比是影響電纜電壓駐波比的一個(gè)不可忽視的因數(shù)。歲外導(dǎo)體銅管來說，相對(duì)較大的絕緣纜芯，有利于電壓駐波比的改善，即占空比越小，駐波比指標(biāo)越好。