同轴电缆导体结构与衰减分析

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：

其中：为金属衰减；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1．10—1．20。

以“7／8”电缆1800M衰减为例， =1．74×10～、 =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／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

算。

如图1所示，电缆外导体的实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

弩

维普资讯

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=1／cos n。上

面四部分均使用

一 c等+等

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【ⅡIm 22 22 2094 209

绝缘(外皮)外径(mm 22、4 22．40 21．14 2ll

空气层外径(衄 24．4 23．42 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_858~1 1．858xl l_865x10"o 1．865x10

外导体皱纹增大系数 1．000 2 366 2366 l 000

金属衰减(血，l0om 4．297 6．296 7．077．． 5 875

介质衰减(血，l0om 0．336 0．338 0．340 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 1．000× 61．41％+2．366× 13．59％+2．366× 8．39％+1 000× 16．61％： 1．300

金属衰减

_= 4．297× 61．41％+6．296× 13．59％+7．077× 8

39％+5．875× 16．61％： 5．064 dB／lOOm

介质衰减

= 0．336× 61．41％+0．338× 13．59％+0．340× 8．

39％+0．345× 16．61％： 0．338 dB／100m

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，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， O~vswr 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性造成的回波

损耗，导致电缆衰减恶化；电缆与设备匹配性不好造成的回波损

耗，导致电缆测试衰减偏大；原材料质量、温度对衰减的影响等因

素，都可能使得电缆的实际测试衰减要比理论计算的衰减大。

参考文献：

《射频同轴电缆衰减计算的探讨中国通信学会2005年光电缆学术年会论文集