李西林

（珠海漢勝科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

同軸射頻電纜是被廣泛應用的傳輸媒介，盡管光纖光纜已經越來越受到人們的青崍，但由于目前光纜的分支分配技術難度大以及經濟上的原因，光纖光纜多用于長距離T線傳輸E，分配網絡仍以同軸電纜為主。在目前的移動通信領域，射頻同軸電纜是不可替代的傳輸媒介。隨著移動通信的蓬勃發(fā)展，特別是現在第二、三代移動通信技術的推廣和使用，對射頻同軸電纜提出了更高的要求。

基于上述原因和出發(fā)點，本文對在射頻同軸電纜的生產過程中會給其性能帶來嚴重影響的絕緣工序進行分析。

2 傳輸模型

電磁波在理想的同軸電纜中傳輸時，由于內導體和外導體電磁場的互作用，使同軸電纜外面的電磁場等于零。在集膚效應和鄰近效應作用的結果下，同軸電纜回路中的電流分布集中在內導體的外表面和外導體的內表面，而且頻率越高，集中的情況越嚴重。此時能量就好像是由金屬內部向外被擠出來一樣，集中在同軸電纜的介質中，而導體只限定了電磁波的傳播方向。

根據電磁場理論，射頻同軸電纜在實際應用中涉及的主要參數。

2.1 特性阻抗

特性阻抗是射頻同軸電纜的主要參數，電纜在使用時線路阻抗匹配與否對傳輸質量有很大影響，當線路阻抗匹配時，沒有能量反射，因而具有最好的傳輸效率，為使傳輸損耗盡可能低，系統(tǒng)中使用射頻同軸電纜的特性阻抗為50 Ω。

2.2 衰減常數

衰減常數是同軸饋線電纜的主要電氣性能參數，它反映了電磁波能量沿電纜傳輸時的損耗大小，是產品質量的重要考察指標之一，射頻同軸電纜的衰減常數由導體衰減和介質衰減兩部分構成。

2.3 等效介電常數

等效介電常數包括混合絕緣料的等效介電常數εθ、發(fā)泡聚乙烯等效介電常數εr、絕緣料發(fā)泡態(tài)等效介電常數ε發(fā)泡。

（1）混合絕緣料的等效介電常數εθ（采用體積加權計算）

（2）發(fā)泡絕緣料等效介電常數εr

其中P：發(fā)泡度。

（3）絕緣料發(fā)泡態(tài)等效介電常數ε發(fā)泡

根據電容串聯關系，總等效電容與各層絕緣的電容關系為：

2.4 等效介質損耗角正切

等效介質損耗角正切值包括絕緣料混合等效介質損耗角正切、絕緣料發(fā)泡等效介質損耗角正切、絕緣料發(fā)泡態(tài)等效介質損耗角正切。

由于同軸電纜導體、絕緣體等存在偏差，在線路上每一點的阻抗也就存在偏差，從而引起輸入到線路中的信號發(fā)生折射與反射，如果存在著周期性不均勻性現象，會使反射信號增加，嚴重影響傳輸性能和影響性能。

3 物理發(fā)泡絕緣纜芯結構

絕緣纜芯結構采用“內皮層（也稱內薄層）——發(fā)泡層——外皮層（也稱外薄層）”三層結構，其中發(fā)泡層的發(fā)泡度可以達到80 %以上，在節(jié)省材料的同時更重要的是可以降低介質損耗。在保持外徑的情況下，增加內導體的直徑，可以降低導體衰減，使電纜具有低衰減、大功率。

絕緣纜芯的內導體一般采用銅包鋁、銅管或者皺紋銅管，銅導體應該采用高電導率的無氧退火銅材，而且應保證其表面的清潔，這樣可以減少金屬導體衰減。所用內導體進入擠出機之前，要對內導體表面的氧化層進行清洗，內皮層主要用來黏連發(fā)泡層和內導體，保證纜芯的使用壽命。因此內皮層采用黏性低密度聚乙烯（LDPE），其厚度應該盡可能的薄，一般為0.01 mm～0.05 mm。外皮層用來提高發(fā)泡層的強度和光潔度，同時應具有較好的防潮防水性能。外皮層采用 HDPE或者MDPE，其厚度一般為0.01 mm～0.05 mm。發(fā)泡層采用先進的氣體發(fā)泡工藝，將氮氣高壓注入熔融狀態(tài)的聚乙烯料中充分混合，制得具有泡孔細小、分布均勻且相互隔離的發(fā)泡絕緣層，使得電纜具有優(yōu)異的電氣性能和防潮密封性能。內皮層在內導體和發(fā)泡層之間起到黏連作用，保證發(fā)泡層與內導體的緊密結合，從而使電纜的縱向密封防潮能力增強?？紤]到電纜必須達到一定的機械強度，發(fā)泡層的聚乙烯料采用高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）加成核劑按一定的比例組成，其介電常數為三種材料的混合，相對內皮，外皮較小。介質衰減與絕緣纜芯的等效介質損耗角正切值 tg5有關。由于成核劑所占的比例很小，所以近似只考慮HDPE和LDPE兩種混合料的tga。以陶氏化學的HDPE－6944、LDPE－1253為例，HDPE的tga大于LDPE的tga。因此從tga對衰減的影響來看，為了取得較好的衰減，在HDPE和LDPE的配比上，應減小HDPE所占的比例。在發(fā)泡過程中HDPE和LDPE所起到的作用不同：HDPE發(fā)泡時，氣孔大剛度好，但成型較困難，而且氣孔大影響了絕緣的一致性；LDPE發(fā)泡時，氣孔小，柔軟性好，容易成型，絕緣的一致性好，但是其強度和剛度較差。綜合考慮各個方面的因素，對于無線基站使用的射頻同軸電纜，在 HDPE和LDPE的配比上，HDPE占70 %～80 %，LDPE占20 %～30%，成核劑的比例應適當，保證氣泡均勻細密地生成。

4 工藝控制

4.1 內導體

在射頻同軸電纜的制造過程中，內導體采取主動放線的方式，通過設定內導體合適的張力來控制內導體結構尺寸以及電氣性能在長度方向的均勻性。同時應避免由于排線、設備或其他裝置導致內導體周期性彎曲或非周期性的彎曲、變形、損傷等。通過矯直后，內導體進入拉絲、清洗流程，主要目的是除去內導體表面的毛刺、氧化層等。內導體表面的氧化層會增大導體衰減，影響電壓駐波比。內導體進入擠出機前，應進入合適的預熱。溫度過低，會導致絕緣層縮大，內導體與內皮黏接不好，縱向密封性差、溫度過高會使絕緣層內不產生大泡孔。

4.2 擠出機

擠出機各個區(qū)間的溫度、注氣壓力、螺桿轉速、絕緣外徑參數控制和擠出機模具的設計尺寸是影響絕緣纜芯質量的關鍵因素，也是物理發(fā)泡絕緣工藝的控制難點。

擠出機熔融段的溫度設置相對較高，通常在160 ℃～200 ℃，以確保進入擠出機的絕緣料充分熔融，注入高壓氣體后則要設置較低的溫度，通常在150 ℃～160 ℃，使熔化后的絕緣料與氣體充分混合并形成穩(wěn)定、細密的泡沫結構。熔融段溫度過高，黏度下降，彈性增大，泡孔成長容易，但泡孔生長過度又會產生泡孔合并現象，從而產生大泡孔，黏度低也會使內導體定位不牢固。熔融段溫度過低，則氣泡生長的臨界壓力值升高，不利于達到高發(fā)泡度。注氣處的熔融體的壓力與注氣壓力的大小直接影響發(fā)泡度的大小，且注氣壓力必須大于熔融體壓力。

絕緣纜直徑可以通過調節(jié)螺桿和齒輪泵的轉速、牽引張力等方式間接調節(jié)。射頻同軸電纜纜芯對同心度要求較高，因此擠出機采用三層共擠或兩層共擠十字機頭，同時機頭發(fā)泡模具的設計也非常重要，一般采用擠壓式模具或擠管式模具。模芯內徑要與內導體存在一定的間隙，保證覆蓋在內導體表面的內皮層能夠順利通過模芯；但是間隙過大容易導致偏心。模芯與模套的間隙應較大，以使發(fā)泡絕緣體與內皮層緊密黏連。

發(fā)泡氣體一般采用高壓氮氣（N2）或二氧化碳（CO2）。使用 CO2，作為發(fā)泡氣體，能夠更好的溶解于熔融絕緣體中，氣孔的結構也更均勻細密。達到比N2更高的發(fā)泡度。

4.3 冷卻

冷卻水槽應保證纜芯先經過熱水槽后經過冷水槽，分段冷卻纜芯。避免纜芯因冷卻水槽溫度不合適，而造成纜芯橢圓、偏心、表面粗糙、收縮過度變形等。一般絕緣纜芯外徑大，對水槽溫度很敏感，特別是在室溫較低時，各段水槽的溫度應逐漸降低。

5 結束語

本文就無線通信用射頻同軸電纜的物理發(fā)泡絕緣纜芯對電纜參數的影響進行分析，通過建立相關的電氣模型，在理論上指導工藝生產。在物理發(fā)泡絕緣纜芯的工藝控制過程中，將理論分析與具體的設備以及實際使用的原材料的特性結合，最終制定出合適的工藝方案。在生產過程中，影響物理發(fā)泡絕緣纜芯性能參數的因素很多，可先解決主要影響因素，再對次要因素進行調整。

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2 余 強.影響物理發(fā)泡聚乙烯絕緣射頻同軸電纜電壓駐波比的因素分析[J].現代有線傳輸，2004.1

3 江 成.物理發(fā)泡同軸電纜電壓駐波比的性能分析[J].電線電纜，2003.1