编织外导体射频同轴电缆的衰减计算分析

责任编辑：匿名 (未验证) 2011/07/25 作者：郭志宏

一、引言
      随着通信技术的飞速发展，通信基站、通信机房趋于小型化，射频拉远以及集束电缆等技术的出现，使得弯曲性能优良、制造成本相对较低的编织射频同轴电缆的应用前景更加广阔。
      无线通信用50Ω泡沫聚乙烯绝缘编织外导体（复合屏蔽）射频同轴电缆其主要工作频率为100～2500MHz，适用于移动通信、微波通信、无线电广播系统、航空和航海雷达系统中的天线馈线和通信设备连接。其主要执行标准是YD/T 1319-2004。本文主要就该电缆的衰减计算方式进行分析探讨，用以对该系列电缆的设计和制造提供依据。

二、编织外导体射频同轴电缆结构及理论衰减计算
      编织外导体射频同轴电缆，其结构如图1，内导体为铜包铝线或纯铜线，绝缘层为“皮—泡—皮”三层结构的物理发泡方式，外导体由“铝塑复合屏蔽带+金属编织线”构成。铝塑复合屏蔽带选用单面涂塑铝带，在产品生产过程中铝层一面紧贴绝缘层。

图1 编织外导体射频同轴电缆结构示意图

在不考虑相移的条件下，编织外导体射频同轴电缆的衰减常数由金属衰减和介质衰减两部分组成，理论计算公式为：

（1）
其中：α_金属为金属衰减(dB/m)；α_介质为介质衰减(dB/m)；f为频率(MHz)；

为绝缘的等效介电常数；

为绝缘的等效介质损耗角；D₀为绝缘等效外径(mm)；d₀为内导体等效外径(mm)；

、

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，，其中

为导体电阻率，

为国际标准软铜电阻率。外导体为铝塑复合带时，一般取值为1.48。

三、实际测试值和理论值之间的差异
为了精确分析理论值和实测值之间的关系，这里通过对HCAFBY-50-7、-8、-10、三种主要规格电缆的大量实测数据进行汇总，并将测试值和根据理论公式的计算值进行对比分析。

表1 HCAFBY-50-7、-8、-10电缆的衰减理论计算公式和实际测试值

规格代号	HCAFBY-50-7				HCAFBY-50-8				HCAFBY-50-10
衰减常数 20℃ dB/100m	标准值	理论值	实测值	差值	标准值	理论值	实测值	差值	标准值	理论值	实测值	差值
150MHz	5.30	5.17	4.98	-0.19	5.20	4.84	4.83	-0.01	4.10	3.74	3.82	0.08
280MHz	7.30	7.08	6.95	-0.13	7.20	6.64	6.75	0.11	5.60	5.13	5.31	0.18
350MHz	8.30	7.92	7.85	-0.07	8.20	7.43	7.58	0.15	6.30	5.75	6.03	0.28
400MHz	9.10	8.48	8.60	0.12	8.80	7.95	8.14	0.19	6.90	6.15	6.48	0.33
800MHz	13.00	12.05	12.23	0.18	12.90	11.30	11.86	0.56	10.20	8.76	9.33	0.57
900MHz	14.30	12.79	13.14	0.35	14.00	12.00	12.37	0.37	11.10	9.30	9.95	0.65
1200MHz	17.00	14.81	15.3	0.49	16.70	13.90	14.8	0.9	13.40	10.78	12.10	1.33
1500MHz	19.70	16.60	17.21	0.61	19.20	15.58	16.44	0.86	15.30	12.10	13.30	1.19
1900MHz	22.90	18.74	19.66	0.92	22.20	17.59	18.86	1.27	17.70	13.67	15.30	1.62

      通过表1可以看到：
      （1）实测值一般要大于理论计算值；
      （2）随着频率的升高，实测值和理论值之间的差值在增大，说明理论计算值在高频段需要进行较大的加权修正；
      （3）规格尺寸越大的编织电缆，实测值和理论值之间的差值越大。对不同规格的电缆修正系数要相应调整。编织外导体射频同轴电缆的衰减计算可以根据表1数据按照不同频率下的平均差值进行修正。

四、编织密度对电缆衰减的影响
      编织外导体射频同轴电缆一般使用频段为100～2500MHz的高频部分，电磁波的集肤效应和临近效应明显，电信号集中在在铝塑复合带的铝层内表面传输。

表2 电流在铝层传输的透射深度

使用频段	150MHz	280MHz	350MHz	400MHz	800MHz	900MHz	1200MHz	1500MHz	1900MHz
铝透射深度（mm）	0.0069	0.00505	0.0045	0.0042	0.00299	0.00282	0.0024	0.002	0.0019
5倍透射深度（mm）	0.0345	0.02525	0.0226	0.0211	0.01494	0.01409	0.0122	0.011	0.0097

      通常使用的铝塑复合带总体厚度: 0.035mm、其中铝层厚度: 0.015mm，在频率较低时似乎有可能存在电磁漏泄。然而从表1理论计算的结果可以看出，较低频率时，实测值要小于或接近于理论计算值；频率较高时实测值和理论计算值之间的差距反而在增大，这说明理论计算公式中的误差不是由于电磁漏泄引起的，铝塑复合带在衰减计算过程中可以完全等效于于封闭外导体，因而也就与编织层的密度无关。理论衰减计算中也未考虑编织密度的大小。
      编织外导体射频同轴电缆中的编织层只是用作保护铝塑复合带，增加电缆强度和弯曲性能，并对外界低频信号进行一定屏蔽。
      同时以绝缘尺寸相近于HCAFBY-50-10的光滑铝外导体射频同轴电缆540F的衰减理论计算公式和实际测试值比较，可以看到理论值和测试值之间的误差相对较小，这说明理论计算的结果是具有实际指导意义的。

表3 540F电缆的衰减理论计算公式和实际测试值比较

频段	标准值	理论值	实测值	差值
5MHz	0.46	0.46	0.46	0
55MHz	1.54	1.51	1.53	0.02
211MHz	3.12	2.98	3.05	0.07
250MHz	3.38	3.24	3.33	0.09
300MHz	3.74	3.56	3.66	0.10
350MHz	4.04	3.85	3.97	0.12
400MHz	4.36	4.11	4.26	0.15
450MHz	4.63	4.37	4.53	0.16
500MHz	4.92	4.61	4.78	0.17
550MHz	5.18	4.84	5.03	0.19
600MHz	5.45	5.05	5.25	0.20
750MHz	6.1	5.66	5.90	0.24
870MHz	6.59	6.1	6.41	0.31
1000MHz	7.12	6.55	6.91	0.36

      540F电缆和编织射频同轴电缆外导体均为铝材料，不同之处在与它们的外导体受外界影响的程度不一样，540F外导体是焊接铝管，它的硬度要远大与铝塑复合带，因此受工艺影响要小。
      编织射频同轴电缆的衰减理论计算公式和实际测试值之间的误差，应该是由于编织层在编织时过于紧密或者编织线受力不均，使得铝塑复合带和绝缘层受到随机影响，增大了电缆的整体衰减。

五、无铝塑复合带的编织外导体射频同轴电缆衰减计算
      由于美国电缆军标中RG-217、RG-213、RG-223以及日本规格实芯聚乙烯绝缘射频同轴电缆如：10D-2V、8D-2V、3D-2V等系列50欧姆编织电缆，要求绝缘层为实心聚乙烯、无铝塑复合带、外导体为铜线编织。
      该系列规格编织外导体射频同轴电缆衰减计算方式，仍依照公式1计算，在计算时设定发泡度为零、编织外导体覆盖100%、不存在电磁泄漏计算可得：

表4 实芯聚乙烯绝缘射频同轴电缆衰减计算

日本标准	衰减（dB/100m）
日本标准	10D-2V			8D-2V(7芯)			5D-2V			3D-2V
频率（MHz）	标准值	理论值	差值	标准值	理论值	差值	标准值	理论值	差值	标准值	理论值	差值
1	0.4	0.43	-0.03	0.6	0.51	0.09	0.7	0.78	-0.08	1.2	1.18	0.02
10	1.4	1.35	0.05	2	1.63	0.37	2.7	2.49	0.21	4.1	3.74	0.36
30	2.4	2.35	0.05	3.5	2.83	0.67	4.6	4.31	0.29	7.5	6.48	1.02
200	6.5	6.14	0.36	9.5	7.38	2.12	12.5	11.2	1.3	20.5	16.81	3.69

      可以在理论计算的基础上依据大量实测产品的数据，对理论公式进行修正。则可以得到较为精确的数值。
      在实际生产过程中对编织密度的大小是有规定的，一般编织覆盖率要求在30~97%之间，例如：YD/T 1319-2004中要求编织密度不小于80%。因此需要对编织密度进行计算，根据标准YD/T 897.1-1997中的定义，可知编织密度是单线直径、基础结构直径、总锭数、每个锭子上单线股数和单位长度上锭子交叉点数的函数。其计算方法可依据下列公式：
      编织密度=(2F-F²)X100%                     (2)
      式中：F=NPd/sinA                                     (3)
                                       (4)
      且：C——参与编织的总锭数；
          N——每个锭子上的单线股数；
          P——单位长度上锭子交叉点数；1/mm；
          d——单线直径，mm；
         D——编织层下的基础结构直径，mm。
      在编织单线股数的计算中，需要重点考虑的参数是编织节距，其计算公式如下：
      编织节距                     (5)
      式中：C——参与编织的总锭数；P——单位长度上锭子交叉点数1/mm；

六、结束语
      编织外导体射频同轴电缆衰减参数的理论计算对电缆的设计开发、产品质量控制都有着重要的意义。从一般情况来看，理论计算得到的衰减值要小于实际产品的衰减值，主要是存在原材料性能指标偏差、生产设备稳定度、测试误差等因素造成。
      通过大量实测数据来对理论计算进行修正，可以很好的控制该类型产品的结构设计，保证产品质量的一致性。