復合振動下車載射頻線纜SI 性能研究

童桂林

（電連技術股份有限公司，廣東 深圳 518106）

隨著汽車智能化、網聯化加速成長，車載高速信號傳輸的比重也在快速增加，也要求汽車應用線纜朝高頻化的需求發展，因此了解射頻線材在汽車應用條件下的性能變化非常重要。

考慮到汽車在行駛中會產生振動，還會受到內外部溫度、濕度等環境因素影響，因此選用溫度濕度振動三綜合試驗機來模擬汽車在行駛過程中所受到的各種影響因素，以此作為測試環境來對線纜的信號進行完整性分析。圖1為蘇軾三綜合試驗箱。

圖1 蘇軾三綜合試驗箱

選擇高頻線纜的性能需求有插入損耗小、阻抗穩定、回波損耗小、使用頻率高等特點，因此從高頻使用來看，302-3是不錯的選擇，302-3這款線材也在眾多車廠中被廣泛應用，得到普遍的認可，本次實驗驗證也主要基于這款線材來做測試驗證。經以往多次試驗，發現在測試過程中連接緊密、是否對線纜進行保護、將線纜在固定間距綁定都會使測試效果變好。

1 定性模擬分析不同應用參數對線纜性能影響

1.1 對比測試

本節將對比在ISO 16750 V4 和V7振動條件下，通過改變振動幅度、是否加溫以及持續振動時間，來定性模擬振動的幅度、溫度及持續時間對線纜信號完整性的影響。表1為4種振動測試的振動條件。

表1 振動條件

將數據進行對比分析，發現振動前后插入損耗較回波損耗變化更為明顯，進而選取4種振動條件中的IL曲線測試圖進行對比分析，如圖2所示?？梢悦黠@看出4種振動情況下的變化程度，對此可以將測試結果進行對比分析得到以下結論。

1）對比圖2a、2c在同等振動幅度、同等振動時間條件下，加溫與不加溫可以明顯觀察到是否加溫對IL的惡化影響是最大的。

2）對比圖2a、2b在同樣加溫、同等振動條件下，時間越長，影響越大。

3）對比圖2a、2d在同樣加溫、同等振動時間條件下，振幅越大，影響越大。

圖2 IL曲線振動實驗前后性能對比

4）對比圖2b、2d在同等加溫條件下，8h*3 V7振動的影響也大于32h*3 V4的影響，可以看到這樣的振幅變化下，時間的影響要小于振幅的影響。

1.2 根因分析

觀察上述振動前后測試結果IL曲線圖變化明顯，試驗后明顯看出性能發生改變，對此進行阻抗分析。將試驗后測試線與實驗前測試線進行對比分析可以看出，如圖3深色為振動前TDR測試結果，淺色為振動后TDR測試結果。從線材阻抗變化可以看到，阻抗的變化是導致性能變化的根本原因，主要是線材結構在振動環境中發生了變化，是因為鋁箔和絕緣在振動過程中受損引起的，導致插損的明顯變化。

圖3 阻抗對比曲線

2 定量分析常用振動標準對線纜性能的影響

在同一振動條件下對比不同因素帶來的影響時，對比測試結果可發現振動等級、是否加溫、振動持續時間會對測試產品造成影響，但這并不能說明在所有的振動條件下所受影響均相同，因此綜合各車廠的振動標準，應用目前常用302-3高頻線束進行試驗。當前302-3高頻線束常用長度為1m、5m，應用這款線材的不同長度進行測試試驗，驗證在不同振動標準下線材長度所受影響的大小。圖4為當前車廠常用振動測試標準。

圖4 常用振動測試標準

2.1 ISO 16750-3測試數據

從圖5中可看出不同線長IL曲線的變化程度，對照表2可以看出其中當振動等級、溫度、振動持續時間保持一致時，線長越長，其所受影響也就越大。

表2 ISO 16750不同線材IL數據統計

圖5 ISO 16750不同線材長度IL曲線測試圖

2.2 VW75174

圖6為VW75174不同線材長度IL曲線測試圖。在VW75174的振動標準下進行試驗，可以從圖6中看出不同線長IL曲線的變化程度，對照表3可以看出其中當振動等級、溫度、振動持續時間保持一致時，線長越長，其所受影響也就越大。

圖6 VW75174不同線材長度IL曲線測試圖

表3 VW75174不同線材IL數據統計

2.3 VW80000

圖7 為VW80000 不同線材長度IL 曲線測試圖。在VW80000的振動標準下進行試驗，可以從圖7中看出不同線長IL曲線的變化程度，對照表4可以看出其中當振動等級、溫度、振動持續時間保持一致時，線長越長，其所受影響也就越大。

圖7 VW80000不同線材長度IL曲線測試圖

表4 VW80000不同線材IL曲線數據統計

2.4 ISO 20860-2 V1

圖8為1m線長振動前后IL曲線測試圖，圖9為5m線長振動前后IL曲線測試圖。

圖8 1m IL曲線測試圖

對照圖8與圖9可以看到，在ISO 20860-2 V1標準下振動，1m線材受到影響，5m線材并未受到較明顯的影響，這個數據有些疑惑了。

圖9 5m IL曲線測試圖

2.5 USCAR-2 V2

圖10為1m線長振動前后IL曲線測試圖，圖11為5m線長振動前后IL曲線測試圖。

圖10 線纜長度為1m IL曲線測試圖

圖11 線纜長度為5m IL曲線測試圖

對照圖10與圖11可以明顯觀察到在USCAR-2 V2標準下振動，1m＆5m線材并未受到較明顯的影響。結合USCAR-2 V2的數據看V1的振動結果，應該是1m的線材有異常。

2.6 異常分析

在USCAR-2的振動條件下，圖12與圖13分別為V1與V2兩個振動等級IL曲線?？梢詮膬蓤D中看到不同線長IL曲線的變化程度，對比之前測試結果發現線長越長，受到損耗越明顯，但如圖12所示在USCAR-2 振動標準V1等級中，302-3高頻線束1m線長所受影響明顯大于5m線長所受影響，且V2等級的振動幅度比V1等級的振動幅度大，但如圖13所示結果302-3高頻線束1m、5m線長并未發生較為明顯的變化。圖14為302-3高頻線束1m、5m線長在USCAR-2標準下振動測試實物圖，從圖中觀察到1號位置線束受到保護且有較好固定，而2號位置線束并未受到固定，因此這是導致302-3高頻線束1m線長測試結果產生差異的原因。

圖12 V1等級下不同線材長度IL曲線測試圖

圖13 V2等級下不同線材長度IL曲線測試圖

圖14 測試實物圖

3 總結與分析

3.1 同等振動標準不同測試環境

對于同等振動標準下不同測試環境進行試驗，在振動幅度、是否加溫、振動持續時間這3個變量中進行研究，發現線材在此3種條件下所受影響均不相同，各有差異。

1）在其余各種振動條件相同時，線材受溫度的影響較為明顯，是否加溫對線材的惡化影響是最大的。在探究產生此種變化的原因時，發現溫度變化改變了線材阻抗，從而導致了線材性能發生變化。

2）在同樣加溫、同等振動條件下，當振動的時間不同時，隨時間的增長，線材惡化程度也隨之變大。

3）在同樣加溫、同等振動時間條件下，當振動等級發生變化，觀察V4、V7的測試曲線，發現隨振動等級的提升，線材所受影響越大。

4）在同等加溫條件下，8h*3 V7振動的影響也大于32h*3 V4的影響，可以看到這樣的振幅變化下，振動時間對線材的影響要小于振動幅度對線材的影響。

3.2 常用車廠振動標準下線材長度不同

進行了常用車廠振動標準下的試驗，對線材振動后的變化量及不同長度的影響可以量化地了解。同時可以進一步看出ISO 16750-3：2012、VW75174、VW80000等帶溫振動條件下，線材損耗有較大的變化，USCAR-2 V1與V2兩個不帶溫振動，線材并未受到較為明顯的影響，且通過對比1m、5m兩款線材在此振動條件下所受的影響，發現當振動條件均相同時，線材越長所受影響越大，呈現隨長度的邊長非線性增大。

3.3 安裝建議

針對出現的畸變現象，指出將測試線束進行有效固定能避免線材振動導致的線材受損這一情況，對于裝車過程中如何固定線材提出一些建議。

1）線材彎曲半徑不可小于20*ODmm（單根線測試時，OD為線材外徑，多根線一起測試時，OD為多根線材綜合外徑）。

2）固定間距建議在200mm左右，避免線材在振動過程中甩傷，在距離板端約100mm處，使用扎帶固定線端。

3）給線纜加保護層，可以減少線纜在振動中的受損，可以根據實際應用適當增加線纜的保護套。在模擬振動中，在每處線端固定位，采用珍珠棉或同等防護材料對線材進行保護，防止固定桿損傷線材，同步使用扎帶將線材固定在固定桿上。

3.4 不足與展望

本驗證在常用車廠振動標準下僅進行單一線材試驗，數據量過少，不能定量地進行分析每種振動條件下不同因素對線材造成的影響，以及各種不同線材在同振動條件下所受的影響。

同時在選用線材方面，也希望從線纜結構本身去提升線纜在振動中的穩定性，進而加強信號傳輸的完整性。其次應該規范車廠對線纜的安裝固定，在安裝過程中將線材保護好，在固定位置應有所注意，盡量避免線材自身振動導致的損傷以及在固定線材時考慮彎折角度對線材的影響。