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晋城ADSS光缆厂家:同轴电缆绝缘材料的发展

文章来源:www.bjadss.com 发布时间:2019-06-17 09:13:35 浏览:
  提到射频同轴电缆,从使用频段上分,可按照1GHz、3GHz、6GHz、18GHz、26.5GHz、40GHz、67GHz来划分线缆类型,从线缆的机械性能上分,可按照半钢电缆、半柔电缆、普通柔性电缆(SYV、RG系列)、超柔电缆、绕包电缆(稳相、低损耗、大功率系列)、波纹管电缆、漏泄电缆。无论有多少种类型,有一个因素决定这根线缆的性能属于什么级别,即绝缘层材质。晋城ADSS光缆厂家:同轴电缆绝缘材料的发展
 
  眼下我们常见的射频同轴电缆,绝缘层材质有主要是PE、PTFE,而PE材质的绝缘层对应的线缆,频段都是≤6GHz的,而PTFE绝缘材质,其对应的线缆最高频段可达67GHz。所以一定意义上,评判一根电缆性能好、稳定可靠,绝缘层的材质是关键因素之一。
 
  正如先前文章所提到的稳相电缆,该类型电缆在军工行业很受追捧的,工程师对其期盼值很高,不但要求电气性能指标好,同时要确保批次的使用稳定,而这个“稳定”对于我们线缆生产厂家来说就要落实好每一批次绝缘料的介电系数稳定,同时再加上生产工艺稳定。
 
  一.绝缘料的发展史
 
  Oliver Heaviside将一根电话线用绝缘体包裹,会提高信号质量及有效通信距离,1880年他申请了世界上第一根同轴电缆的专利。1929年美国电话电报公司贝尔电话实验室的工程师申请了第一根现代同轴电缆的专利。以今天的标准来看,它由两根同轴金属管构成,以空气做隔离,显得比较粗糙。19世纪30年代杜仲橡胶(一种天然橡胶)是早期柔性同轴电缆的主要介质选择。
 
  第二次世界大战期间,聚乙烯成为主要的绝缘介质材料。19世纪50年代开发出“发泡”工艺,减少了电缆电容及损耗。60年代固体全密度聚四氟乙烯(PTFE)或Teflon被广泛使用。其拥有更高的温度范围,更低的损耗因数,更低的介电常数及在更宽的温度和频率范围下的性能一致性,使之成为理想的同轴电缆介质。70年代与80年代,制造商开始使用拉伸扩展型的低密度版本的PTFE,进一步达到了较理想的性能指标。90年代对电长度稳定性需求的增加,使制造商开始使用超低密度PTFE介质。这些产品的确有了显著的改善,但仍有一些内在局限性。其中最主要的限制是相位对温度的“拐点”问题:由于PTFE分子的基本材料特性而导致的电长度阶跃变化。这种效应可以最小化,但不可能消除。
 
  二.性能指标
 
  理想的微波电缆组件应具有零损耗,零能量反射,及零电长度变化。这些理想的属性应在系统部件所处的任何环境条件下保持不变。在实际应用中我们要努力实现这些理想的属性。但实际上同轴电缆组件电长度的变化确实与其所在的环境温度变化有关。晋城ADSS光缆厂家:同轴电缆绝缘材料的发展
 
  1.相位变化和温度变化的关系
 
  众所周知,用于构成同轴电缆组件的金属具有正向的扩张温度系数。电长度与物理长度是直接相关的。很明显,温度升高,物理长度会增加,电长度也会随之增加。相反,大多数微波电缆组件的电长度具有负向的温度系数。中心导体的轴向长度随温度升高而增加。外导体也同样随温度而增长并直接影响外导体直径的变化。这会导致介质密度的细微变化从而改变相对介电常数。该相互作用对介电常数产生了影响,使电长度的变化与金属的膨胀-收缩作用成反比。这一现象至关重要,使理论上平衡两者以达到温度相位零变化成为可能。实际上,使用PTFE作为传播媒介的电缆组件,在室温下介电常数总会有一个阶跃变化,导致电长度发生相应改变。
 
  2.相位跟踪和温度的关系
 
  实际上,相位匹配的电缆组件不会随着温度的变化而保持相对匹配。相位跟踪是指保持电缆组件之间初始相位值不变的性能。众多因素决定良好的相位跟踪性能。最关键的是电缆在单位长度上各方面的一致性。包括电容量,阻抗,及导体机械性能的一致性,这些都对相位跟踪性能的好坏起关键作用。任何温度下的相位匹配值,是初始匹配值与相位跟踪的变化值相加得到。
 
  3.室温下的相位匹配
 
  对于相位敏感应用的电缆组件,我们期望每根组件相位是匹配的,环境温度导致的相位变化与最初的电长度成一定比例,具有相同电长度的组件,在相同温度下,保持相位一致。
 
  4.相位重复性与温度的关系
 
  相位重复性类似相位跟踪。几乎所有的系统应用都会经历几十或几百次温度循环。计量在每次特定温度循环下是非常重要的。半刚电缆表现出最好的一致性。一根制作良好的柔性电缆也有较好的重复性,但同时它又存在内在变化性,这是由扩张/收缩的介质和外导体结构之间的相互作用引起的。事实上,实际的相位跟踪与温度之间的关系是由以上这些因素所共同组成的。
 
  目前及未来相当一段时期内,PTFE是最常见的用于微波和毫米波电缆电介质材料。它有两个基本大类,高密度(=2.01)和低密度(=1.73)。另外还有超低密度PTFE(=1.42),其被优化用于构成相位稳定的电缆。这些电缆由于超低密度结构提供极少的机械支持,极易受到机械损坏。总而言之,单位长度低密度PTFE电介质密度一致性的差异,会直接导致相位跟踪性能的差异,这在达到电缆额定温度时尤其明显。
 
  对于相控阵天线和其他系统结构应用,优秀的相位温度性能是不可或缺的,而且对于实验室环境的应用更为重要,因为实验室的环境温度范围往往就是PTFE拐点产生的温度范围。而且从一个较冷的房间去到较暖的房间过程中,之间的温度差异对相位敏感的测试来说会有极大的影响。不管在何种应用中,只要用到相位敏感的设备,一定要考虑哪怕是最基本的元器件对整体性能的影响。晋城ADSS光缆厂家:同轴电缆绝缘材料的发展
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