民用飛機通信系統(tǒng)射頻同軸電纜選型探討

涂喜梅 段欣妤 / TU Ximei DUAN Xinyu

(1. 上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210； 2. 南昌大學(xué)共青學(xué)院，江西南昌 332020)

民用飛機通信系統(tǒng)射頻同軸電纜選型探討

涂喜梅1段欣妤2/ TU Ximei1DUAN Xinyu2

(1. 上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210； 2. 南昌大學(xué)共青學(xué)院，江西南昌 332020)

射頻同軸電纜是民用飛機通信系統(tǒng)重要組成部分之一，射頻同軸電纜的型號影響到通信系統(tǒng)中甚高頻(VHF)系統(tǒng)、高頻(HF)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信(SATCOM)系統(tǒng)、自動固定式應(yīng)急定位發(fā)射系統(tǒng)的作用距離。從射頻同軸電纜的主要技術(shù)指標(biāo)入手，對民用飛機通信系統(tǒng)射頻同軸電纜選型進(jìn)行探討。

射頻同軸電纜；通信系統(tǒng)；選型

0 引言

民用飛機通信系統(tǒng)中的甚高頻(VHF)系統(tǒng)、高頻(HF)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信(SATCOM)系統(tǒng)、自動固定式應(yīng)急定位發(fā)射系統(tǒng)均需要傳輸射頻信號。由于射頻同軸電纜具有在機上易安裝、抗干擾能力強、性價比高等特點，所以當(dāng)前民用飛機一般采用射頻同軸電纜用于傳輸射頻信號。而射頻同軸電纜的型號多種多樣，如果選擇不當(dāng)，可能會造成通信系統(tǒng)通信距離縮短、通信質(zhì)量降低，甚至可能會對飛機其它系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾、增加飛機重量等。本文分析了射頻同軸電纜的主要技術(shù)指標(biāo)，提出了民用飛機通信系統(tǒng)中射頻同軸電纜選型的方法，希望能夠建立一套射頻同軸電纜選型的程序。

1 射頻同軸電纜的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 同軸電纜的結(jié)構(gòu)

射頻同軸電纜是指有兩個或三個同心導(dǎo)體，而導(dǎo)體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。一般情況下其結(jié)構(gòu)分為四層，如圖1所示。

注：1.中心導(dǎo)體；2.絕緣介質(zhì)；3.屏蔽層；4.護(hù)套。圖1 同軸電纜結(jié)構(gòu)

1.2 同軸電纜的主要技術(shù)指標(biāo)

1)特性阻抗

同軸電纜的特性阻抗是指交流阻抗，它表示導(dǎo)體之間的電勢差與流過該導(dǎo)體的電流比值，用Z0表示。

2)衰減

電纜兩點處能量的減少就是衰減，常用分貝/單位長度(dB/m)表示。

3)截止頻率

同軸電纜的電磁場模型是建立在TEM(橫向電磁波)模式的基礎(chǔ)上的，在一定的頻率下，橫向電磁波模式是同軸電纜的唯一的傳輸方式，高于某頻率還會激發(fā)其它的傳播模式，這一頻率稱之為截止頻率。

4)最大工作電壓

射頻同軸電纜在連續(xù)工作時能傳輸?shù)淖畲蟀踩妷骸?/p>

5)傳播速率

在自由空間和空氣中，電磁波以光速傳播。在同軸電纜中，信號傳輸速率小于光速，兩者的比值稱為傳輸速度。這與介質(zhì)的材料有關(guān)。

6)屏蔽效率

以電纜輸入端信號的功率與導(dǎo)體外泄露信號功率值的對數(shù)比，通常用分貝(dB)表示。

2 通信系統(tǒng)射頻同軸電纜選型方法

通信系統(tǒng)射頻同軸電纜的選型不僅要從電纜的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行考慮，而且還要考慮電纜在機上的安裝環(huán)境、安裝空間。對于與貨架成熟設(shè)備連接的射頻同軸電纜，還需要考慮同軸電纜與設(shè)備端連接器的匹配關(guān)系。在選用甚高頻系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)及自動固定式應(yīng)急定位發(fā)射系統(tǒng)射頻同軸電纜前，應(yīng)先向各設(shè)備供應(yīng)商收集系統(tǒng)對電纜的技術(shù)要求。

2.1 特性阻抗

特性阻抗是選擇射頻同軸電纜首先要考慮的重要參數(shù)，特性阻抗是由自身的材料和結(jié)構(gòu)決定，目前最普遍的同軸電纜的特性阻抗有75Ω、50Ω及95Ω。當(dāng)同軸電纜終端所接負(fù)載阻抗ZL等于同軸電纜特性阻抗Z0時，阻抗匹配，此時電纜傳輸信號時的駐波比小。無線通信系統(tǒng)對同軸電纜的特性阻抗可根據(jù)供應(yīng)商提供的技術(shù)指標(biāo)要求，目前通常為50Ω。按照MIL-DTL-17要求，允許同軸電纜阻抗在50±2Ω范圍內(nèi)。

2.2 衰減

射頻同軸電纜的衰減也是選擇電纜需要考慮的重要參數(shù)，選擇同軸電纜時，被選擇電纜在整個工作頻率范圍內(nèi)的最大衰減值應(yīng)小于系統(tǒng)對電纜的衰減要求。由于射頻電纜的衰減隨頻率增加而增大，計算電纜的衰減時一般按最大工作頻率進(jìn)行計算。

選擇電纜前，需要搜集以下數(shù)據(jù)：

1)各系統(tǒng)供應(yīng)商提供對射頻同軸電纜的衰減要求；

2)確定射頻同軸電纜的長度、穿墻轉(zhuǎn)接連接器的型號及數(shù)量。

電纜的最大總衰減應(yīng)包含電纜本身的衰減、所有連接器(包含與設(shè)備匹配的EWIS端連接器及穿墻連接器)與電纜端接后引起的電壓駐波所產(chǎn)生的附加衰減。必須保證電纜的總衰減小于供應(yīng)商對射頻同軸電纜的要求。

2.3 截止頻率

選擇射頻同軸電纜時，射頻同軸電纜的工作頻率范圍應(yīng)不能超出電纜的截止頻率。

2.4 最大工作電壓

選擇通信系統(tǒng)射頻同軸電纜時，傳輸信號的最大工作電壓必須小于電纜的最大工作電壓。

2.5 傳播速率

射頻同軸電纜的結(jié)構(gòu)通常為介質(zhì)，這就決定了電纜的傳輸速度低于光速。因此，信號在電纜中傳輸有一定的時延。

選擇射頻同軸電纜時，首先電纜應(yīng)滿足MIL-DTL-17中對傳輸速率的相關(guān)規(guī)定。另外，還需考慮系統(tǒng)對時延的指標(biāo)的要求，選擇合適傳播速率的射頻同軸電纜，能使信號的時延控制在要求的指標(biāo)范圍內(nèi)，以滿足系統(tǒng)的指標(biāo)要求。

2.6 屏蔽效應(yīng)

信號在射頻同軸電纜中傳輸時，外導(dǎo)體不可能對信號有100%的屏蔽，總是有一部分信號從外導(dǎo)體中泄漏出去，這種泄漏對傳輸?shù)哪芰渴且环N損失，并且泄漏出去的信號可能會對飛機上的其它系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾；同時飛機上的其它系統(tǒng)的信號也會泄漏到電纜中，對電纜的傳輸信號產(chǎn)生干擾。電纜屏蔽衰減越大，表示電纜的屏蔽性能越好。選擇射頻同軸電纜時，應(yīng)使電纜的屏蔽衰減滿足民用飛機的頂層文件要求。

2.7 其它方面的考慮

選擇射頻同軸電纜除了從以上電氣性能五個方面考慮外，還應(yīng)該考慮以下因素。

1) 重量

對于民用飛機，重量也是選擇射頻同軸電纜時需考慮的重要因素，通常重量越輕越好。由于對同一結(jié)構(gòu)類型的電纜，射頻同軸電纜的衰減隨著中心導(dǎo)體直徑的增加而減??；另外，為了提高電纜的屏蔽衰減，電纜的外導(dǎo)體可能采用兩層。這些因素都會導(dǎo)致同軸電纜的重量增加。在選擇通信系統(tǒng)射頻同軸電纜時，應(yīng)綜合權(quán)衡電纜的衰減、屏蔽衰減及重量，選擇出合適的電纜型號。

2) 工作溫度

選擇通信系統(tǒng)射頻同軸電纜時，還應(yīng)考慮電纜在機上安裝的環(huán)境溫度。電纜的工作溫度范圍須滿足機上安裝的環(huán)境溫度要求。

3) 柔韌性

柔韌性好的射頻同軸電纜安裝的轉(zhuǎn)彎半徑小，在飛機上安裝時要求的空間小、容易安裝。另外電纜的重復(fù)轉(zhuǎn)彎半徑小，便于運輸、儲存。

4) 同軸電纜與連接器匹配

同軸電纜在加工成組件過程中，如果電纜與連接器結(jié)構(gòu)不匹配會增大電纜組件的電壓駐波比，影響射頻信號的傳輸。

對于與貨架成熟設(shè)備連接的射頻同軸電纜，為了減小電纜組件的電壓駐波比及對機上設(shè)備的更改，在選擇電纜時還應(yīng)考慮電纜的中心導(dǎo)體、屏蔽層及絕緣層的直徑能與連接器在結(jié)構(gòu)上的匹配。

3 結(jié)論

射頻同軸電纜是通信系統(tǒng)的重要組成部分，采用什么樣的電纜需要考慮的因素繁多，不僅要保證電纜的性能指標(biāo)必須符合通信系統(tǒng)的要求，還要考慮電纜的安裝空間、敷設(shè)環(huán)境及對飛機重量、電磁兼容等方面的影響，所以選型過程中往往顧此失彼，只有通過建立一套科學(xué)的選擇程序，才能實現(xiàn)事半功倍的效果。

[1] IHS. Detail Specification Sheet // Cable, Radio Frequency, Flexible, Coaxial, 50 ohms, M17/128-RG400[S]. MIL-DTL-17/128BW/Amendment 2, 2005.

Discussion of Coaxial Cable Type Selection for Civil Aircraft Communication System

(1. Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China；2. Gongqing College of Nanchang University，Nanchang 332020，China)

RF coaxial cable is an important part of civil aircraft communication system, the type of coaxial cable affects the communication distance of very high frequency (VHF), high frequency (HF), satellite communication (SATCOM) and automatic fixed emergency locator Transmitter in communication system. Begin with the main technical specifications of coaxial cable， this paper discusses the coaxial cable type selection for civil aircraft communication system.

RF coaxial cable; communication system; type selection

V243.1

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.014

涂喜梅女，本科，高級工程師。主要研究方向：航空通信系統(tǒng)；E-mail：tuximei@comac.cc

段欣妤女，碩士，講師。主要研究方向：計算機技術(shù)；E-mail：51877624@qq.com