同轴电缆导体结构与衰减分析

1、引言现今，移动通信正在向第三代(3G)、第四代(4G)移动通信网络迈进，我国也即将 进入3G网络时代。3(3网络的使用频率将达到2G以上，这就对同轴电缆的电气性 能提出了更高的要求，即更低的衰减。本文就将对影响电缆衰减的因素阐述一下 自己的观点。二，影响同轴电缆衰减的因素 1原材料对衰减的影响 提及同轴电缆的衰减，首先是原材料的问题，影响同轴电缆衰减的三部分包括内 导体、绝缘、外导体。在3G以下频段，金属衰减所占的比例远大于介质衰减所占 比例。也就是说，电缆内外导体材料的性能对电缆的衰减的影响最大。通过计算， 内导体材质对衰减的影响要比外导体材质对衰减的影响更大一些。所以说，电缆 在生产制造过

2、程中，首先要考虑内外导体的材质及性能，特别是内导体的外表面 和外导体内表面的质量，因为肌肤效应和临近效应，交流电流主要集中在内导体 的外表面和外导体的内表面这两部分，如果这两部分氧化严重，将使电缆的衰减 大幅度增加。相对于内外导体材质，绝缘对衰减的影响相对小些，但随着频率的 增加其影响是不断增大的，到达2G频段时，介质衰减也是不容忽视的。由于绝缘 层基本均采用的发泡结构，从实际的情况来看，发泡度是影响电缆介质衰减、特 性阻抗等参数的最主要因素。2外导体结构对衰减的影响 在不考虑相移、驻波的条件下，电缆的衰减常数由金属衰减和介质衰减两部分组 成，具体计算公式为：R G jT其中：社X为金属衰减；

3、为介质衰减；f为频率； 为绝缘的等效介电常数； 为绝缘的等效介质损耗角； Do 为绝缘等效外径； 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，=，/导，其中p为导体电阻率，为国际标准软 铜电阻率。分别表示内、外导体为皱纹管时相对与光滑管时 的增大系数， 的通常取值为110120。以“7/8”电缆1800M衰减为例，=1. 74X10、=1.24、 Do=22 73(已确定考虑了空气层，具体计算参见参考文 献)、 4=9. 00、 Km=K， =1、 K =1、 K =1. 15，算得金属衰减为4. 96dB/100m，介质衰减为0. 32dB /

4、100m。可见，金属衰减的影 响对电缆总衰减的影响比介质衰减的影响大的多。所以进一步精确对金属衰减的计算，对总衰减计算的准确性有着重大的意 义。而在上述计算中，对外导体为皱纹管时相对与光滑管时的 增大系数 的取值尚缺乏足够的依据，事实上， 的取值大 小对金属衰减的影响是很大的。下面，我们将建立一个新的 模型，对电缆的金属衰减进行计算，从某种意义上说，也就 是进一步确定 的取值。金属衰减的计算公式为：电缆沿长度方向任意一个微小段A 0上，铜带均可看作平直的，即为定值，但不同微小段的空气层厚度的不同，使得金 属衰减也不同。遂建立如下模型对金属衰减和介质衰减进行计 皆算。如图1所示， 电缆外导体的实

5、际形状为类似于正弦线的曲 线，为了计算方便，我们将正弦曲线近似为图中的梯形线。 将梯形线每半个周期分成4个部分，分别为图中的第一段到第 飘络电信二零零t年三四日维普资讯 HYPERLINK 四段，其中第一段和第四段铜带没有拉伸，即 = 1，第二 段和第三段，K增大系数与斜线倾角n有关，Ke2=l/cos n。上 面四部分均使用 do 对金属衰减进行计算，对于第二段平均衰减和第三段平均衰减， Do的取值均为该段中点的D。值（也可以采用积分的方式计算平 均衰减，但计算过程十分复杂）。下面是采用该种模型对7/ 8” 电缆衰减的计算结果。 （表1、表2） 不同段的结构参数及电气参数第一段 第二段 第三

6、段 第四段 内导体外径（衄 9 9 9 9 内皮层外径（衄 9 9 2- 9 2 9发泡层外径【II Im 22 22 2094 209 绝缘（外皮）外径（mm 22、4 22. 40 21. 14 2ll 空气层外径（衄 244 2342 2l 77 19 88 绝缘介电常数 1. 227 1. 239 l 244 1. 280 绝缘介质损耗角. 1_8581 1. 858xl l_865x10o 1. 865x10 外导体皱纹增大系数 1. 000 2 366 2366 l 000 金属衰减（血，l0om4.297 6. 2967.077.5875介质衰减（血，l0om0.336 0. 3

7、380.340 0 345该段所占长度比例 61. 41 13. 59a/ , 8. 39/ b, 1661 目瞵踢i叠舞那么对于整段电缆 外导体皱纹增大系数K 2 1. 000X 61. 41%+2. 366X 13. 59%+2. 366X 8. 39% + 1金属衰减_= 4. 297X 61. 41%+6. 296X 13. 59%+7. 077X 8 39%+5. 875X 16. 61%：5. 064 dB / lOOm介质衰减= 0. 336X 61. 41%+0. 338X 13. 59%+0. 340X 8.39%+0. 345X 16. 61%：0. 338 dB/ 100

8、m总衰减II：+ = 5. 403 dB / 100m以上模型是在电缆外导体结构的基础上对电缆的理论衰减进 行计算的一种方法。从计算中可以发现，电缆的金属衰减在电缆 总衰减中占很大的比例，而这种计算方法，更直观地反映了电缆 外导体的结构（波峰、波谷、节距等）对电缆衰减的影响。能够 使我们在电缆的设计和生产中更有方向性的控制电缆的结构。 如果对上面例子中外导体结构参数稍加变化，我们可以发 现，影响电缆衰减的主要因素为，电缆的波峰、波谷的尺寸，以 及波峰到波谷过渡过程中的倾角的大小。更直观的说就是，在 不考虑反射等情况下，电缆的金属衰减的大小取决于外导体内 表面的表面电阻，即外导体的皱纹系数越小，

9、电缆金属衰减 越小。而在电缆设计和制造过程中，电缆的波峰、波谷以及波 峰到波谷过渡过程中的倾角的变化都是对皱纹系数的改变。生 产过程中，扎纹过深，会导致电缆波谷过小，外导体皱纹系数 增大，致使电缆衰减恶化；在生产速度不变的情况下，扎纹机 转速过快，会导致波峰到波谷过渡过程中的倾角过于陡峭，也 会使外导体的皱纹系数增大，导致衰减恶化。3.驻波对衰减的影响 由于电缆本身的结构及生产过程中的不均匀， 电压驻波 比必然存在，部分能量通过多次传输一一反射，最终又返回 到发射端。这种能量的损失，也是影响电缆衰减的因素，形成 。电压驻波比与 关系如下： 一 ） 上式中VSWR为电压驻波比，Ovswr由电压驻波比引起的三 结束语 以上方法是对从外导体结构为出发点，计算电缆理论衰减的 一种方法，在电缆设计生产过程中不可片面依据此分析，任意大幅 度改变电缆外导体结构，设计生产过程中还需要考虑阻抗、驻波、 速比等其他电气参数以及电缆整体结构稳定性等。 电缆衰减是衡量电缆质量水平的重要指标，在电缆结构设计 阶段保证理论衰减的最优化是基础，同时我们也不可以忽略其他因 素对成品电缆衰减的影响，如由于电缆结构的不均匀