同軸電纜制造工藝的影響

1、同軸電纜制造工藝的影響外導(dǎo)體的制造同軸射頻電纜的外導(dǎo)體起著回路和屏蔽雙重作用，其生產(chǎn)設(shè)備如銅帶成形生產(chǎn)線簡(jiǎn)圖如圖1 所示：其制造過程主要由放線、放帶、管狀成型、焊接、牽引、軋紋和收線構(gòu)成，目前主要采用輪式工裝通過逐漸減小銅帶彎曲時(shí)的曲率半徑來完成管狀成型，其焊接和軋紋質(zhì)量控制的好壞關(guān)系到電纜產(chǎn)品的電氣性能及彎曲性能。外導(dǎo)體的軋紋由高速旋轉(zhuǎn)的軋紋刀片或齒輪完成，軋紋時(shí)通過有效控制生產(chǎn)線各部分張力的大小和軋紋設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性來保證軋紋的結(jié)構(gòu)尺寸和尺寸的均勻性，以便使外導(dǎo)體形成設(shè)計(jì)要求的波峰、波谷和節(jié)距。將一定厚度的銅帶在絕緣線芯軸向上對(duì)焊成密封銅管，并用齒輪或螺旋形軋紋刀片機(jī)軋成單個(gè)環(huán)形皺紋，它與

2、泡沫絕緣體一起形成封閉環(huán)形區(qū)域，使得潮氣、水分等不能侵入，見圖2。外導(dǎo)體環(huán)形的軋制使得內(nèi)導(dǎo)體、泡沫絕緣層和波紋外導(dǎo)體三者位置固定，形成較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并使電纜在彎曲或溫度變化時(shí)機(jī)械尺寸變化極小，使得傳輸相位等電氣性能十分穩(wěn)定。螺旋形皺紋銅管用作電纜導(dǎo)體后，電纜彎曲性能優(yōu)于環(huán)形皺紋導(dǎo)體電纜，用于一些超柔電纜外導(dǎo)體和大尺寸同軸射頻電纜內(nèi)導(dǎo)體的生產(chǎn)。螺旋形皺紋管是在軋紋頭上安裝一把環(huán)形軋紋刀，使軋紋刀偏轉(zhuǎn)一個(gè)與所形成螺旋紋的螺旋升角一致的角度，通過垂直于電纜焊接銅管表面進(jìn)刀(即與電纜軸心偏心，此偏心亦即進(jìn)刀量)，在軋紋頭轉(zhuǎn)速與銅管牽引線速合理配比的條件下，在焊接的銅管上形成連續(xù)的螺旋紋。氬弧焊的電極通

3、常采用釷鎢材料制成，焊針必須采用高純度的釷鎢棒（高純鎢加3%左右的釷），其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：1）耐用；2）許用電流大；3）引弧及穩(wěn)弧性能好。焊接時(shí)使產(chǎn)生的電弧集中，避免電弧漂移，以利于焊縫變小，焊接牢固，且能連續(xù)焊接。鎢極直徑和端部形狀確定了鎢極氬弧的電流使用范圍及電弧形態(tài)，因而對(duì)焊縫形成及過程有很大的影響。當(dāng)銅帶采用小電流焊接時(shí)，應(yīng)盡可能采用小直徑、小錐角和小平頂直徑，以利于電弧引燃和穩(wěn)定工作。電流增大時(shí)，錐角應(yīng)隨鎢極直徑增大而增加，平頂直徑也要增加，以控制端電流密度避免異常燒損，同時(shí)防止因斑點(diǎn)上爬而造成弧柱擴(kuò)散。銅管外導(dǎo)體焊接用保護(hù)氣體(氬氣)的純度應(yīng)控制在99.995%以上。氣體的純度和

4、氣壓的穩(wěn)定將直接影響到焊接的質(zhì)量，其保護(hù)效果可依焊縫表面顏色加以區(qū)別。焊接電流的大小主要取決于銅帶的厚度和質(zhì)量以及成型工裝的穩(wěn)定性，一般焊流選取在65A180A 之間。張力、軋紋速比、軋紋角度、進(jìn)刀量的控制。張力和軋紋轉(zhuǎn)速是控制電纜結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)鍵參數(shù)。環(huán)形和螺旋皺紋管結(jié)構(gòu)尺寸的控制結(jié)構(gòu)尺寸主要包括螺紋的波峰、波谷、節(jié)距，而這幾個(gè)參數(shù)的控制主要是靠張力、軋紋轉(zhuǎn)速、軋紋角度、進(jìn)刀量等參數(shù)保證的：1）芯線張力越大，外徑越大，節(jié)距會(huì)減小；2）在其它參數(shù)不變的條件下，軋紋速比越大，即同等的送管牽引線速，當(dāng)軋紋頭轉(zhuǎn)速增加時(shí)，螺旋紋節(jié)距越小。3）軋紋角度越大，通常軋出的環(huán)形紋和螺旋紋的節(jié)距就越大（對(duì)于偏心式

5、軋紋而言）；4）在其它參數(shù)不變的情況下，進(jìn)刀量越大，波谷外徑則越小，同時(shí)波峰外徑也會(huì)有一定的增加（對(duì)于采用刀片軋紋而言）;5)在其它條件不變時(shí)，齒輪越大，外徑越小，節(jié)距越大。電纜VSWR的控制駐波是因?yàn)殡姶挪ㄔ陔娎|中傳輸時(shí)因反射而形成的，其主要原因是因?yàn)樽杩沟牟痪鶆蛐栽斐傻?。?duì)于理想的同軸電纜，在整個(gè)長(zhǎng)度方向上電纜的特性阻抗是不變的，然而事實(shí)上阻抗完全均勻的電纜是不存在的，因而在長(zhǎng)度方向上電纜特性阻抗總會(huì)存在一些細(xì)微的變化。在同軸電纜長(zhǎng)度方向上阻抗的任何細(xì)小變化，均會(huì)導(dǎo)致在電纜內(nèi)傳輸?shù)囊徊糠中盘?hào)能量被反射回去，就如同在不同介質(zhì)的媒質(zhì)中傳播時(shí)在兩媒質(zhì)的界面會(huì)發(fā)生反射和折射一樣。信號(hào)的反射不僅會(huì)造

6、成傳輸信號(hào)的能量損失，而且反射回去的信號(hào)會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生干擾，輕者會(huì)導(dǎo)致信號(hào)線性失真，嚴(yán)重的將導(dǎo)致電纜根本無法使用。同軸電纜VSWR 性能是電纜結(jié)構(gòu)均勻性、穩(wěn)定性在電氣上的反映。VSWR 的定義如下式中，為反射系數(shù);Z 1 、Z 2 為反射界面兩側(cè)電纜的阻抗。從式(1)可以看出，當(dāng)|越大(即信號(hào)反射界面兩側(cè)的阻抗差值越大，或同軸電纜阻抗在電纜長(zhǎng)度方向越不均勻。)，VSWR 也越大;當(dāng)|1 時(shí)，VSWR。因此要改善電纜的VSWR 性能就必須盡可能降低|，也就是要盡可能減小電纜阻抗在長(zhǎng)度方向上的不均勻性，這是改善同軸電纜VSWR 質(zhì)量水平的理論依據(jù)。根據(jù)通信電纜的傳輸理論，可以把一定長(zhǎng)度的電纜看作是

7、由無數(shù)無限短長(zhǎng)度的電纜段組成的，對(duì)每一小段電纜都可看作為一個(gè)集中參數(shù)電路，圖中R、L、c、G為電纜線路的一次傳輸參數(shù)，這些傳輸參數(shù)與傳輸電磁波的電壓和電流的大小無關(guān)，而與電纜的材料結(jié)構(gòu)及電流的頻率有關(guān)。電纜的VSWR 是電纜設(shè)計(jì)和制造水平的綜合反映。使用的導(dǎo)體材料在長(zhǎng)度方向上的均勻性、絕緣外徑的均勻性、泡孔的均勻性、外導(dǎo)體各部分尺寸的一致性等任何影響電纜長(zhǎng)度方向上均勻一致性的因素都可能導(dǎo)致電纜長(zhǎng)度方向的阻抗變化，從而使傳輸信號(hào)發(fā)生畸變?？刂齐娎|的VSWR 主要有以下幾個(gè)方面：(1)由于外導(dǎo)體生產(chǎn)線線速度(其主要由牽引設(shè)備的機(jī)械、電氣穩(wěn)定性和牽引是否打滑決定)、軋紋機(jī)轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)線張力的波動(dòng)等，均

8、會(huì)導(dǎo)致電纜外導(dǎo)體及絕緣線芯結(jié)構(gòu)尺寸的不均勻變化，因此外導(dǎo)體生產(chǎn)線是影響電纜VSWR 的重要因素。(2)生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置(特別是軋紋參數(shù)如:軋紋模具結(jié)構(gòu)、焊接模和定徑模位置和導(dǎo)向模孔徑、軋紋轉(zhuǎn)速等)如不合適將導(dǎo)致軋紋外導(dǎo)體和絕緣線芯結(jié)構(gòu)尺寸的不均勻，電纜的外徑和節(jié)距不合格，甚至?xí)?dǎo)致橢圓、軋紋變形和軋紋卡死等現(xiàn)象，從而影響電纜的VSWR 性能。小規(guī)格電纜生產(chǎn)時(shí)上述生產(chǎn)工藝參數(shù)對(duì)電纜VSWR 性能的影響特別明顯。(3)外導(dǎo)體加工設(shè)備或裝置如存在機(jī)械故障將嚴(yán)重影響電纜的VSWR 性能。通常旋轉(zhuǎn)設(shè)備或部件如存在機(jī)械損傷，如：精切刀受損、牽引夾塊不匹配、軸承旋轉(zhuǎn)不靈活等將會(huì)導(dǎo)致外導(dǎo)體上產(chǎn)生周期性缺陷，從

9、而在基頻和倍頻處導(dǎo)致明顯的VSWR 峰值。(4)由于設(shè)備或其它裝置出現(xiàn)故障、銅帶在運(yùn)輸過程中被包裝等硬物件擠壓碰傷以及操作不當(dāng)導(dǎo)致銅帶發(fā)生周期性的變形(如彎曲、損傷等缺陷)也會(huì)影響電纜的VSWR 性能。(5)外導(dǎo)體銅帶厚度不均勻或銅帶表面被氧化將導(dǎo)致銅帶的電導(dǎo)率及電纜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻變化，從而會(huì)影響電纜的VSWR 性能。若銅帶厚度沿長(zhǎng)度呈現(xiàn)周期性變化，則所有這一系列的周期不均勻性的反射信號(hào)相差2n，疊加成非常有害的結(jié)構(gòu)反射損耗。(6)在同軸電纜制造過程中由于外導(dǎo)體放線張力不穩(wěn)定性將可能導(dǎo)致外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸及電性能在長(zhǎng)度方向上發(fā)生不均勻變化，因此外導(dǎo)體放線張力及其穩(wěn)定性是影響電纜VSWR 的重要因素

10、之一。(7)中心絕緣纜芯與外導(dǎo)體銅管的占空比是影響電纜電壓駐波比的一個(gè)不可忽視的因數(shù)。對(duì)外導(dǎo)體銅管來說，相對(duì)較大的絕緣纜芯，有利于電壓駐波比的改善，即占空比越小，駐波指標(biāo)越好。(8)由于外導(dǎo)體收排線或其它原因?qū)е碌耐鈱?dǎo)體發(fā)生周期性或非周期性的彎曲將造成電纜結(jié)構(gòu)的局部畸變，嚴(yán)重的還會(huì)造成變形、絕緣線芯電容發(fā)生突變，因此也是影響同軸電纜VSWR 的重要因素。另外，由于偶然原因?qū)е峦S電纜內(nèi)滲入水、皂化液或其它媒質(zhì)時(shí)，特別是螺旋紋同軸電纜更應(yīng)重視，同軸電纜局部或整體的導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗將發(fā)生突變，因而會(huì)導(dǎo)致電纜VSWR 性能劣化，此時(shí)在電纜VSWR 頻域波形上表現(xiàn)為整體水平較差。周期性不均勻是由像收

11、、放線輪轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，雙輪牽引張力的不穩(wěn)定，鼓輪的波動(dòng)，成形輪等圓形部件，外導(dǎo)體中芯線不夠平直等引起；設(shè)備問題如直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、馬達(dá)、開關(guān)、齒輪轉(zhuǎn)速等都可能引起周期性故障點(diǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生周期性的駐波峰值。在實(shí)際運(yùn)用中，通常利用同軸電纜周期性波動(dòng)長(zhǎng)度H 的特點(diǎn)，采用式(1)找出引起波動(dòng)的設(shè)備或原材料，并進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn);或?qū)SWR 峰值頻率移動(dòng)截止頻率。同軸電纜的截止頻率fc 按式(2)計(jì)算。式中v 為信號(hào)傳輸速率;N 為序數(shù)，1，2，3，4，;f 為VSWR 峰值頻率(MHz)。式中D、d 分別為外導(dǎo)體平均內(nèi)徑和內(nèi)導(dǎo)體平均外徑(mm);為內(nèi)外導(dǎo)體間介質(zhì)的等效介電常數(shù)。1-4.改善同軸電纜電壓駐波比的途

12、徑通過對(duì)導(dǎo)致電纜VSWR 性能劣化的生產(chǎn)條件的分析，在同軸射頻電纜外導(dǎo)體的生產(chǎn)過程中可以通過以下途徑來改善電纜的VSWR 性能：(1)選用機(jī)械加工精度及電氣控制精度合適的生產(chǎn)設(shè)備及控制軟件。生產(chǎn)設(shè)備足夠精密，以減小對(duì)對(duì)電纜結(jié)構(gòu)尺寸均勻性的影響。(2)對(duì)設(shè)備機(jī)械部分定期進(jìn)行檢修、維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備故障，對(duì)設(shè)備電氣控制軟件定期進(jìn)行優(yōu)化，以減小制造的不均勻性，絕緣均勻無大泡孔，無竹節(jié)等現(xiàn)象，外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸要均勻一致（節(jié)距和波紋外徑穩(wěn)定，波紋無變形等）。(3)選用質(zhì)量?jī)?yōu)良、性能穩(wěn)定的原材料，使得外導(dǎo)體金屬帶的結(jié)構(gòu)尺寸在長(zhǎng)度方向上無周期性不均勻。(4)根據(jù)設(shè)備情況及周圍環(huán)境變化對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)

13、化。(5)提高操作人員的操作技能及熟練程度。選用結(jié)構(gòu)尺寸均勻的外導(dǎo)體材料，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制張力、軋紋轉(zhuǎn)速、選用合理的模具以及設(shè)置合理的參數(shù)，可獲得令人滿意的低VSWR 比。本文提供的工藝控制方法以在生產(chǎn)中加以驗(yàn)證，但已使我們有足夠的信心制造滿足移動(dòng)通信要求的電纜。二）接頭裝配/焊接工藝的影響三項(xiàng)基本設(shè)計(jì)原則要點(diǎn)：設(shè)計(jì)原則1在連接器的每一個(gè)橫截面上盡可能保持一個(gè)恒定的特性阻抗。例如：50。應(yīng)用一段特性阻抗高于和低于標(biāo)稱阻抗的傳輸線，對(duì)導(dǎo)體上的階梯、槽或間隙進(jìn)行補(bǔ)償，限制了寬帶性能，不能應(yīng)用到寬帶精密元件上。設(shè)計(jì)原則2；阻抗不連續(xù)是不可避免的；對(duì)于每個(gè)阻抗不連續(xù)，都要進(jìn)行補(bǔ)償；為獲得最好的性能，首先應(yīng)把未補(bǔ)償?shù)牟贿B續(xù)減至最?。黄浯螌?duì)剩余的阻抗不連續(xù)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償；改變阻抗的做法，限制了帶寬，不適合寬帶設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)原