淺談對電纜線衰減和回波損耗的控制

浙江省電子信息產品檢驗所 汪紹峰 劉紹武

一、引言

射頻電纜是傳輸射頻范圍內電磁能量的電纜，射頻電纜是各種無線電通信系統及電子設備中不可缺少的元件，在無線通信與廣播、電視、雷達、導航、計算機及儀表等方面廣泛的應用。衰減和回波損耗是射頻電纜的重要指標。隨著4G的推廣和3G的普遍應用，這對射頻電纜的電氣性能提出了更高的要求，在設計和生產中如何確保電纜的衰減和回波損耗這兩項指標是相當重要的。

二、對電纜線衰減的影響因素

1.原材料對衰減的影響

射頻電纜中影響衰減的原材料包括內導體、絕緣、外導體的材質。金屬衰減所占的比例遠大于介質衰減所占的比例，電纜內導體材料的性能對電纜的衰減的影響最大。由于皺膚效應和臨近效應，電信號主要集中在內導體的外面表和外導體表面這兩部分傳播，如果這兩部分氧化嚴重，將使電纜的衰減大大增加。相對于內外導體的材質，絕緣對衰減的影響小些，但隨著頻率的增加其影響是不斷增加。由于絕緣層采用物理發泡或者聚乙烯結構，物理發泡度是電纜衰減、特性阻抗的主要因數。

2.駐波比對衰減的影響

由于電纜本身的結構及產生過程中無法避免的不均勻性，電壓駐波比必然存在，就出現了傳輸與射頻電纜中的能量，一部分被反射，最終返回到發射端的現象。這種能量的損失也就是影響電纜衰減的因數。

3.編織對衰減的影響

對于編織外導體電纜，其外導體有鋁塑復合屏蔽帶+金屬編織線構成，鋁塑復合屏蔽帶一版選用的是單面涂塑鋁，電纜在制造過程中鋁層一面緊貼絕緣層。根據臨近效應，外導體傳導的電信號集中在外導體的內表面，即集中在鋁塑復合屏蔽帶的鋁層內表面。當頻率為900MHz時，鋁層厚度達到電流的5陪透射深度時，電信號將有99%以上的電信號集中在鋁層中，這一透射深度可以保證電纜的傳輸特性。鋁塑復合屏蔽層的涂覆層為一層絕緣體，金屬編織線主要作用為屏蔽作用，并不參與電信號的傳輸。

4.回波損耗的影響因素

駐波比是因為電磁波在電纜中傳輸時因反射而形成的，其主要原因是因為特性阻抗的不均勻性造成的。對于理想的射頻電纜，在整個長度方向上電纜特性阻抗總會存在一些細微的變化。在射頻電纜長度方向上阻抗的任何細小變化，均會導致在電纜內傳輸的一部分信號能量被反射回去，就如同在不同介質的媒質中傳播時兩媒質的界面發生反射和折射一樣。信號的反射不僅會造成傳輸信號的能量損失，而且反射回去的信號會對信號源產生干擾，輕者會導致信號線性失真，嚴重的將導致電纜根本無法使用。射頻電纜駐波比性能是電纜結構均勻性、穩定性在電氣上的反映。駐波比VSWR的定義如下：

電纜的VSWR是電纜設計和制造水平的綜合反映。使用的導體材料在長度方向的均勻性、絕緣外徑的均勻性、泡孔的均勻性、外導體各部分尺寸的一致性等任何影響電纜長度方向上均勻一致性的因數都可能導致電纜長度方向的阻抗變化。

三、對電纜線衰減和回波損耗的控制

它是由于電纜長度上特性阻抗的不均勻性引起的，歸根到底是由于電纜結構的不均勻性所引起的。由于信號在電纜中的不同地點引起的反射，到達接收端的信號相當于在無線信道傳播中的多徑效應，從而引起信號的時間擴散和頻率選擇性衰落，時間擴散導致脈沖展寬，使接收端信號脈沖重疊而無法判決，信號在電纜中的多次反射也導致信號功率的衰減，影響接收端的信噪比。控制電纜衰減和回波損耗主要有以下幾個方面：

1.由于外導體生產線線速、扎紋機轉速和生產線張力的波動等，均勻會導致電纜外導體及絕緣線芯尺寸的不均勻變化，因此外導體生產線是影響電纜衰減和回波損耗的重要因素。

2.生產工藝參數設置（特別是扎紋參數如：扎紋模具結構、焊接模和定徑模位置和導向模孔徑、扎紋轉速等）如不合適將導致扎紋外導體和絕緣線芯結構尺寸的不均勻，電纜的外徑和節距不合格，甚至導致橢圓、扎紋變形和扎紋卡死等現象，從而影響電纜VSWR性能。小規格電纜生產時上述生產工藝參數對電纜VSWR性能的影響特別明顯。

3.外導體加工設備或裝置如存在機械故障將嚴重影響電纜衰減和回波損耗。通常旋轉設備或部件如存在機械損傷，將會導致外導體上生產周期性缺陷，從而在基頻和陪頻處導致明顯的VSWR峰值。

4.外導體銅帶厚度不均與或銅帶表面被氧化將導致銅帶的電導率及電纜結構產生不均勻性變化，從而引起電纜衰減和回波損耗。

5.中心絕緣纜芯與外導體銅管的占空比是影響電纜電壓駐波比的一個不可忽視的因數。歲外導體銅管來說，相對較大的絕緣纜芯，有利于電壓駐波比的改善，即占空比越小，駐波比指標越好。

四、結束語

同軸電纜衰減和回波損耗的準確計算，對電纜的設計開發，電纜的質量控都有著重要的意義。電纜衰減是衡量電纜質量水平的重要指標，在電纜結構設計階段保證衰減的最優化是基礎，同時我們也不可以忽略其他因素對電纜衰減的影響，由于電纜結構的不均勻性造成的回波損耗，導致電纜衰減惡化；由于電纜與設備匹配不好造成的回波損耗，導致電纜衰減偏大，原材料質量、溫度對衰減的影響等因素，都可能使得電纜衰減和回波損耗的影響。

[1]虞春.射頻同軸電纜衰減計算的探討[A].中國通信學會2005年光電纜學術年會論文集[C].2005.345-347.

[2]方建成.朱榮華/物理發泡聚乙烯絕緣同軸電纜的屏蔽衰減[A].95國際有線電視技術研討會論文集[C],1995,188～198.

[3]方建成.CATV同軸電纜回波損耗測量及某些波形的分析[J].光纖與電纜及其應用技術,1998(6):23-27,1999(1):33-37.