50Ω物理发泡聚乙烯绝缘皱纹铝管外导体射频同轴电缆的....pdf

2 0 0 9年第 3期 No 3 2 00 9 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e Ca b l e 2 0 0 9年 6月 J un 2 0 0 9 5 0 Q物理发泡聚乙烯绝缘皱纹铝管外导体 射频 同轴电缆的研制 乔 恩 摩 比通讯技术 吉安 有限公 司 江西 吉安 3 4 3 0 0 0 摘要 介绍 了5 0 n 物理发 泡聚乙烯绝缘皱纹铝 管外导体射频 同轴 电缆 的研 制 详细分析 了电缆的设计过 程 和 工 艺控 制要 点 关键词 射频 同轴电缆 物理发泡聚 乙烯绝缘 皱 纹铝 管外导体 设计 工艺 中图分类号 T M 2 4 8 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 6 9 0 1 2 0 0 9 0 3 0 0 1 6 4 De v e l o pme nt o f 5 0 Q Ph ys i c a l l y Fo a m e d Po l y e t h y l e n e I ns ul a t e d RF Coa xi a l Ca bl e s wi t h Co r r u ga t e d Al u m i ni u m Ou t e r Co n du c t o r QI AO E n Mo b i T e l e c o mmu n i c a t i o n s T e c h n o l o g y J i a n C o L t d j i a n 3 4 3 0 0 0 C h i n a Ab s t r a c t Th e d e v e o pme n t o f 50 n p hy s i c a l l y f o a me d po l y e t h y l e ne i n s u l a t e d RF c o a x i a l c a b l e s wi t h c o r r u g a t e d a l u mi n i u m o ut e r c o n d uc t o r i s pr e s e n t e d Th e d e s i g n p r o c e du r e a nd e s s e nt i a l s o f t he pr o c e s s c o nt r o l o f t h e c a bl e a r e a n a l y z e d i n d et a i l Ke y wo r ds RF c o a x i a l c a b l e ph y s i ca l l y f o a me d p o l y e t h y l e n e i ns u l a t i o n c o r r u g a t e d a l umi ni u m o u t e r c o n du c t o r d e s i g n p r o c e s s O 引 言 由于近几 年 原材 料 特 别 是 铜 成 本 的不 断 增 加 使得移 动通信基 站用 5 0 Q 物理 发泡 聚乙烯绝 缘 皱纹 铜管外 导体射 频 同轴 电缆 价格 居 高不 下 而 铝 在 电气 机 械 和射 频 性 能 方 面 与铜 非 常 相 似 射 频 R F 同轴 电缆 国际 上 现有 用 皱 纹铝 管 替代 皱 纹 铜 管 的需 求 所 以摩 比通讯技 术 吉 安 有 限公 司近 期 开发 出 5 0 n 物理发 泡 聚 乙烯绝 缘 皱纹 铝 管外 导体 射频同轴电缆 该产品具有非常高的性价 比 它的 开发可以适应 目前高速发展的无线网络 为用户提 供高质 量 的移 动业 务 该产 品在保 留了 5 0 Q 皱 纹 铜管外导体射频同轴电缆机械性能的同时 减轻了 产 品重量 也 增加 了选 择 电缆产 品的灵活性 具有 非 常 明显的成本 优势 5 0 Q皱纹铝 管外导体射频 同轴电缆用于替代 同种规格的皱纹铜管外导体射频 同轴电缆 电缆的 工作频 率 范 围为 1 0 0 3 0 0 0 M Hz 本 文 以 7 8 i n 收稿 日期 2 0 0 8 1 0 1 5 作者简 介 乔恩 1 9 7 9一 男 助理工程 师 电缆 事业 部研发经理 作者地址 江西吉安市吉州区工业 园 3 4 3 0 0 0 皱纹铝管外导体射频同轴电缆 以下简称 7 8 i n铝 馈线 为例 分析了 5 O Q皱纹铝管外导体射频同轴 电缆 的开发 与生产 过程 1 产品设计 7 8 i n铝馈 线 型 号为 H C T A Y 一 5 0 2 2 A 是 参照 了 Y D T 1 0 9 2 2 0 0 4 通 信 电缆 无 线 通信 用 5 0 n泡 沫 聚乙烯绝 缘皱 纹 铜管 外导 体 射频 同轴 电缆 以及国外产 品样本及相关技术资料进行设计和研 制 1 1产 品结构 图 1为 7 8 i n铝馈 线 结 构 示 意 图 表 1为 7 8 i n铝 馈线结 构尺 寸 4 2 1 图 1 7 8 i n铝馈 线 结 构 示 意 图 1一内导体2一物理发泡聚 乙烯绝缘 3一环形皱纹铝管外导体4一护套 1 2 产品性能参数 1 特性阻抗特性阻抗是 R F同轴电缆的主 要参数之一 电缆在使用时线路阻抗匹配与否对传 2 0 0 9年第 3期 No 3 2 0 09 电 线 电 缆 El e c t ric Wi r e Ca b l e 2 0 0 9年 6月 J u n 2 0 0 9 表 1 7 8 i n铝 馈线的结构尺寸 名称 原材料 结构 尺寸 mm 管壁外径 9 0 0 0 1 0 内导体 光滑铜管 管壁厚度 0 6 4 0 O 6 绝缘 P E F 物理 标称外径 2 2 2 波峰外径 2 4 9 0 3 0 外导体 皱纹铝管 波谷标称 外径 2 2 0 皱纹节距 7 O 0 O 3 O 最大外径 2 8 8 护套 L L D P E 最小厚度 1 1 0 烯 输质量有很大影响 当线路阻抗匹配时 没有能量反 射 因而具有最好的传输效率 R F同轴电缆的特性 阻抗计算公式如下 z 一 g 式 中 Z 为特性阻抗 n d为内导体外径 m m D 为物理 发泡 聚 乙烯 绝缘 直径 m m 将 Z 5 0 Q 和内导体直径 d 9 0 0 m m 和绝 缘直径 D 2 2 2 m m代入式 1 可计算出发泡绝缘 的等效介电常数 1一P 1 一 l 1 或采用发泡度简易计算公式计算 一 0 0 式中 占 为绝缘介 质的相对介电常数 聚 乙烯材料 通常取 2 3 P为发泡聚乙烯绝缘的发泡度 电容计算公式如下 1 0 0 0 s 1 一 1 8 l n 式 中 C为 电容 p F 由式 1 式 4 可计算 出物 理发泡绝缘的发泡度和 电容 并作为绝缘挤 出时工 艺 控制 的依据 2 衰减常数衰减常数 也是 R F同轴电缆 的主要参数之一 它反映了电磁波能量沿电缆传输 时的损耗大小 通 常设计 电缆时 要求有较小 的衰 减常数 其计算公式如下 a 金属 介质 l g D 2 o d D J d 0 9 1 Q 厂 D t g 6 D 1 0 一 d B m 式中 金 属 为金属衰减 介 质 为介质衰减 为传输频 率 MH z t g 6 为绝缘等效介质损耗 D 为绝缘等 效外径 d 为内导体等效外径 k k 分别 表示 内 外导体材料与标准软铜不同时的电阻增大系数 k v p o 其中P为导体电阻率 P 为国际标准软铜 电阻率 k k 分别表示 内 外导体为皱纹管时相对 于光滑管时增大的系数 k k 的取值通常在 1 1 0 1 2 0 通过计算可得 7 8 i n铝馈线在不同传输频 率下 的衰 减 见 表 2 表 2 7 8 i n铝馈线在不 同传输频 率下的衰减 频率 MH z 衰减 d B 1 0 0 m 频率 MH z 衰减 d B 1 0 0 m 1 5 0 1 8 5 1 5 0 0 6 0 8 2 8 0 2 5 5 1 8 0 0 6 6 9 4 5 0 3 2 5 2 0 0 0 7 0 7 8 0 0 4 3 7 2 4 0 0 7 7 9 9 0 0 4 6 5 3 O O 0 8 7 8 3 电 压 驻 波 比 V S WR 电 压 驻 波 比 V S WR 也是 R F同轴 电缆主要参数之一 反映 了 电缆 波阻抗 沿 电缆 长 度 方 向 的均 匀 性 也 即 电缆 内 导体 绝缘 外导体等结构的均匀性 稳定性在电气 上 的反 映 V S WR定 义如 下 VS W R 1一 l P l 式中 P为反射 系数 V S WR性能 不仅 影响传输信 号的线性度 还会对 电缆的纵 向损耗 传输功率产生 影响 因此在皱纹铝 管外导体射频同轴 电缆制造过 程中应努力提高其性能 这就要求生产过程中提高 电缆 内导体 绝缘 外导体 工艺和结构尺寸 的稳 定 性 2生产工艺控 制 7 8 i n铝馈 线 生产过 程 中要 经历 物 理发 泡绝 缘 工序 皱纹铝管外导体工序 护套工序等三个工序 前两个工序的工艺稳定性对产品的电气性能至关重 要 2 1 物理 发泡绝 缘 工序 的工 艺控制 物理发泡绝缘的均匀性将直接影响 R F同轴电 缆的电气性能及铝管外导体的焊接质量 因此在制 造过程中应满足以下工艺要求 1 为确保铜管 内导体结构尺寸 的均匀 防止 微弯的产生 在物理发泡绝缘 内皮层挤 出前需对铜 管进行校直 拉拔和清洗 对铜管 内导体预热 可提 高物理发泡绝缘内皮层与导体之间的粘结强度 增 加发泡层 的附着力 另外铜管放线 张力要稳定 以 免铜管受力弯曲 1 7 2 0 0 9年第 3 期 NO 3 2 00 9 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 0 9年 6月 J u n 2 0 09 2 物 理发泡 内皮层 采用 粘性材 料和低 密度 聚 乙烯 L D P E 混 合 使 泡 沫层 与 内 导 体 紧 密 粘 合 其厚 度 应 尽 可 能 的薄 且 均 匀 一 致 一 般 为 0 0 5 0 1 0 m m 薄 的内皮层 可提 高发 泡 绝缘 的 等效 介 电 常数 有利 于降低 产品 的衰减 常数 3 物 理 发 泡 绝 缘 料 由 高 密 度 聚 乙 烯 H D P E 低 密度 聚乙烯 L D P E 和成 核剂 组成 高 密度 聚 乙 烯 H D P E 通 常 具 有 低 的介 质 损 耗 特 性 t 常用作 物 理发 泡 材 料 但 因其 线 性 结 构 将 使 得熔体粘度大 弹性低 熔体张力低 不利 于产生均 匀 细密 的泡 孔结 构 因 而不 能 独立 用 作 高 发泡 度 塑 料 低密度 聚 乙烯 L D P E 分子 链 呈 长 支链 结 构 介 质损 耗特性 t g 6 一 般 稍 逊 于 H D P E 介 电 常数 s 较 H D P E低 但有 较大 的熔 体 弹性 和 较 高 的熔 体 张 力 当发泡 度较高 时 L D P E熔 体 强 度 和粘 度 较低 易 于产生大 小均匀 的泡孔且 制 品强度 较低 因此在 高发泡中常采用 H P D E和 L D P E混合料作物理发泡 绝缘 料 以求 得泡 沫结 构 韧 性 和泡 孔 均 匀性 之 间 的 平衡 H D P E和 L D P E 的混 配 比例 由 两 方 面 决 定 一 方面电缆低损耗要求 希望 H D P E配比高 另一方 面 取决于熔 体粘 弹性 合 适 的混配 比例是保 证熔 体 粘 弹性 的 重 要 手 段 在 实 际 生 产 中 电 缆 衰 减 随 H D P E 比例增 加而 下降 增 加 H D P E的 比例 可 以使 制 品的结构 韧 性 增 加 但 泡 孔 均 匀 性 会 下 降 增 加 L D P E的比例 可 以使 制 品 的泡孔 均 匀性 增 加 但 结 构韧性会降低 衰减会上 升 我公司生产的 7 8 i n 铝馈 线物 理 发 泡 绝 缘料 配 比为 H D P E L D P E 成 核 剂 7 0 3 0 2 5 4 物理 发泡绝 缘外皮 层采用 H D P E或 L D P E 以提 高泡沫层 的强 度 和 光洁 度 且 具 有 良好 的 防潮 防水性 能 其厚度一 般取 0 0 5 0 0 8 m m 5 物 理发泡挤 出温度 的设 定依挤 塑机 螺杆结 构的不 同而 有所 差 异 通 常 挤 出温 度 控 制 在 1 5 0 2 0 0 q C 为宜 温度过 高 绝 缘材料 会 产生 焦烧 且往 往 伴 随绝缘 成型 困难 温度过低 绝缘 材料 塑化不 良且 往往伴 随发 泡度难 以达 到 严重 时还会损 坏挤 塑机 6 此外 内皮模具 发泡模具 的设计 收放线 装置 牵引装置 冷却水槽 电气控制等都会影响到 物理 发泡绝 缘 的稳 定 性 在 生 产过 程 中也 应 该考 虑 这些 因素 2 2皱纹铝 管外导体 工序 工艺控 制 皱 纹铝管 外导体 工 序是 制造 5 0 Q 皱 纹铝 管 外 导体射频同轴电缆的重要工序 与皱纹铜管外导体 电缆相 比这也是 它 的难点之 一 皱 纹铝管 外导体 制 造过程 中应满 足 以下 要求 1 8 1 铝带牌号的选择 为降低电缆外导体直流 电阻和 提高铝 带 的焊 接性 能 应采 用牌号 为 1 0 6 0的 纯 铝带 2 铝带 厚度 的选 择 铝 与 铜 相 比 强度 不 如 铜好 因此铝 带的 厚度 应 比铜带 的厚 铝 带太 薄 难 以焊 接 铝带 太 厚 难 以成 型 经过 试验 我 公 司采 用厚度为 0 4 0 mm的铝带 既保证 了焊接质量 又 达到 了成型 良好 的效果 3 铝带 宽度 的选择 铝 带宽 度 计算 公 式 b w d 2 式中 d 为焊接定径模直径 一般与外导体 波峰标 称直径 相 同 t 为铝带 切边 宽 度 一 般取 1 2 m m 0 4 成 型装置 的改进 铝 的特点决 定 了铝带与 金属成 型装置 接触 时 铝带 表 面 容易 被 划 伤 因此 必 须对铜带成型装置加以改进 将铜带成型压轮和铜 带进带夹具的材料更换成尼龙材料并增大夹具之间 的间 隙 5 焊接 模 定 径模 轧纹 模 的改 进 铝 带 铝 管 在经过焊接模 定径模 轧纹模时因摩擦而产生 较多的热量 容易使铝带与模具之间发生粘连 从而 影响产品的电气指标 为解决这一 问题 需要采用尼 龙材料制作上述模具 但铝带与定径模的摩擦作用 仍会导 致模具 被磨 出 凹痕 从而影 响焊接 的稳定 性 因此采用尼龙材料的定径模需经常检查磨损情况并 及时更 换 6 保护气体的选择 铝在空气中极易与氧结 合生成 致密 结 实的 A 1 O 膜薄 厚 度约 0 1 m A 1 0 的 熔 点 高 达 2 0 5 0 远 远 超 过 铜 的 熔 点 1 0 8 3 因此铝 带焊接 需要 比铜 带更 多 的热 量 因此保护气体不能采用单纯的氩气 若采用单纯的 氩 气焊 接 会导 致焊 不透现 象 的产 生 焊 接后 的铝管 在弯曲处开裂 为 了减少焊接处热量的损失 通常 采用 氦氩 混合气 体 经 反 复 试验 证 明 氦 氩混 合 气 体 的 比例 以 3 1为宜 7 电极材 料 的选 择 焊接铝 带所用 的电极 通 常采用钍钨材料制成 而且必须采用高纯度的钍钨 使焊接时产生的电弧集中 为避免电弧漂移并利于 焊缝变窄 焊接牢固 通常焊接铝带所用的电极直径 比焊接 铜带 的电极直 径小 一些 8 外导 体 结 构 尺 寸 的控 制 外 导 体 波 峰 外 径 轧纹 节距 波谷外 径等要 靠进 刀量 轧 纹角度 轧 纹速 比 焊管直径 外导体张力 绝缘放线张力等几 方面决定 进刀量即轧纹刀片的轴心与焊接铝管轴 心 的距 离 在其 它参 数 不变 的情 况 下 进 刀量 越深 波谷外径越小 同时波峰外径会有一定程度的增大 2 0 0 9年第 3期 No 3 20 0 9 电 线 电 缆 El e ct r i c W i r e Ca bl e 2 0 0 9年 6月 J u n 2 0 0 9 轧纹 角度 即轧 纹刀 片 与 铝管 正 截 面 的夹 角 在 其 它 参数 不变 的情况 下 轧 纹 角 度 越 大 轧 纹 节距 越 大 轧纹速比 即轧纹头转速与牵引速度的 比值 轧纹 速 比 计 算 公 式 为 塾 弓 誉 瓦 1 0 0 0 式 中轧 纹模 内孔 直径 焊管 直径 轧纹 节距 等 的单位 均为 m m 在 其 它 参 数 不 变 的情 况 下 轧 纹 速 比 越 大 轧纹 节距 越小 焊 管直径 取决 于焊 接定 径模 的 尺 寸 在其它参数不变 的情况下 焊管直径越大 波峰 外 径越 大 在 其它参 数 不变 的情 况下 增加 外导 体 张 力 轧 纹节距 有所 增 大 波 峰 外 径 有 所 减小 在 其他 参 数不 变情 况下 增 加 绝缘线 芯 放线 张力 轧纹 节距 有 所减 小 波峰外 径有 所增 大 9 外导体表面油污的处理 外导体轧纹时为 加强润滑并冷却轧纹头 通常采用牌号为 L F c 5 的主轴 油润 滑 但 润 滑 油 会 残存 在 外导 体 表 面 若 不 及时 清除 护套 时容 易 起 泡 通 常 采 用 热水 清洗 并 经强 风吹 干的方 法去 除外 导体 表 面油污 图 2 7 8 i n铝 馈 线 检 测 图形 4 结束语 5 O Q 皱纹 铝 管 外 导 体 射频 同 轴 电 缆 的研 制 成 功对于解决当前移动通信用基站馈线成本过高有着 显 著 的 积 极作 用 随 着 我 国 3 G建 设 的全 面 展 开 5 0 Q 皱纹 铝管 外 导 体 射 频 同 轴 电 缆 必将 得 到进 一 步 的推广 应用 3 电缆 的测试 参考文献 使用矢量 网络 分 析 仪 对 电缆 的 电压 驻 波 比 V S WR 衰减和特性 阻抗 等主要 电气参数进行测 试 为降低接头反射对测试 的影响 可 以采用专为 7 8 i n铝 馈 线 设 计 的连 接 器 连 接 器 的外 导体 材料 为 铝 测 试 图 2为我 公 司研 制 的 7 8 i n铝 馈 线