第1部分-高频传输性能介绍

电线电缆高频性能定义及生产工艺对其的影响[e-mail]电线电缆高频性能1.特性阻抗2.衰减3.回波损耗4.VSWR5.串音6.延时7.延时差8.转移阻抗9.屏蔽效应1.特性阻抗(Impedance)特性阻抗(波阻抗)是指电磁波沿均匀电缆线路传播而没有反射时所遇到的阻抗.在线路终端匹配时,线路内任一点的电压波(U)和电流(I)的比值.是由线路的一次参数和所发送的信号频率决定﹐与线路长度﹐传输的电压电流大小及所连接负载/设备无关。单位为“Ω”。电缆的特性阻抗对于系统内的阻抗匹配非常重要。阻抗可分为1.单端阻抗（SingleEndedImpedance）2.差动阻抗（DifferentialModeImpedance）3.共模阻抗（CommonModeImpedance）CjGLjRZInFitterImpedance同轴线影响阻抗的因素﹕介电常数﹔绝缘线径﹔导体线径。1)介电常数是材料本身固有的﹐不同的材料具有不同的介电常数。可通过发泡度的大小来改变介电常数的大小﹐即发泡度增大—介电常数减小—阻抗增大﹔发泡度不均匀—介电常数不均匀—阻抗不均匀。2)绝缘线径﹕绝缘线径增大—阻抗增大﹔绝缘线径不均匀—阻抗不均匀。3)导体线径:导体线径增大—阻抗减小﹔导体线径不均匀—阻抗不均匀。设计改善:阻抗偏小,加大线径或加大发泡度工艺改善:水中电容调小,对绞时注意防止芯线变形,同轴编织时注意张力调节等.•对绞线•影响阻抗的因素﹕•介电常数﹔绝缘线径﹔导体线径﹔对绞节距﹔绕包松紧(对屏蔽)﹔成缆节距﹔成缆包带松紧﹔编织的松紧﹔外被的松紧。•1)发泡度:发泡度增大—介电常数减小—阻抗增大﹔发泡度不均匀—介电常数不均匀—阻抗不均匀。•2)绝缘线径﹕绝缘线径增大—阻抗增大﹔绝缘线径不均匀—阻抗不均匀。•3)导体线径:导体线径减小—阻抗增大。•4)对绞节距﹕•a)非屏蔽线对﹕对绞节距减小—阻抗减小﹔•b)屏蔽线对﹕对绞节距增大—阻抗减小﹔•5)绕包﹕绕包张力大—铝箔紧—阻抗小。•6)成缆节距(非对屏蔽)﹕成缆节距减小—阻抗减小。•7)成缆包带(非对屏蔽)﹕成缆包带紧—阻抗减小。•8)编织的松紧(非对屏蔽)﹕编织紧—阻抗减小。•9)外被的松紧(非对屏蔽)﹕外被紧—阻抗小。2.衰减(Attenuation)衰减表示线路的材料等原因而引起的信号损失线缆的衰减主要由两部份组成﹐一为介质内偶极子受交变电场作用做取向运动引起的介质损耗﹐一为导体上热磁涡流及导体发热引起的能量损失。单位为“dB/m”α=10log(Pout/Pin)=20log(Vout/Vin)是指输出端功率（Pout）比入射功率（Pin），讯号损耗剩下多少。（并且以dB的型式表示）如果ATT数值越趋近于0时，表示讯号损耗的情况越少。反之，ATT数值越负(越小)时，表示讯号损耗的情况越严重。同轴线影响衰减的因素﹕阻抗﹑绝缘线径﹑导体直径﹑编织锭子数﹑每锭根数。1)阻抗增大—衰减减小﹔2)绝缘线径增大—阻抗增大—衰减减小﹔3)导体直径增大—衰减减小﹔4)发泡度增加—介电常数减小—衰减减小﹔5)外导体变化的影响a)编织密度增加—衰减减小﹔b)编织+铝箔结构—衰减减小﹔c)铝箔厚度增加—衰减减小﹔对绞线影响衰减的因素﹕导体﹑绝缘介质﹑绝缘线径﹑对绞节距﹑对屏蔽松紧﹑对屏蔽厚度﹑成缆节距﹑总屏蔽﹑总屏蔽厚度﹑对内延时差。1)导体导体线径大—衰减小﹔导体绞合节距增大—衰减减小﹔导体绞合质量差(起股﹑松散﹑不圆整等)—高频衰减跳动。2)绝缘介质﹕发泡度增大—介电常数减小—衰减减小﹔3)绝缘线径﹕绝缘线径增大—阻抗增大—衰减减小﹔4)对绞节距﹕对绞节距增大—衰减减小﹔5)对屏蔽松紧铝箔绕包过紧—衰减增大﹔铝箔绕包紧—高频衰减无跳动﹔铝箔绕包过紧—高频衰减跳动﹔铝箔绕包松—高频衰减有跳动。铝箔绕包不平整—高频衰减跳动.6)对屏蔽厚度﹕铝箔厚度增加—衰减减小﹔铝箔厚,绕包时不容易绕紧﹐可导致高频衰减跳动。7)成缆节距:成缆节距增大—衰减减小﹔8)总屏蔽:屏蔽厚度及密度增加—衰减减小﹔9)对内延时差大—衰减偏大。设计改善:衰减偏大,加大导体线径,加大绝缘线径,加大发泡度,更改绝缘材料.(降低介质损耗角正切)工艺改善:芯线押出时尽量圆整,发泡度均匀,水中电容调小3.回波损耗(Returnloss)由于材料﹐结构尺寸与制造工艺(绝缘押出量不均﹐牵引轮偏心﹐收放线转动不均匀)等缺陷和分散性的影响﹐造成阻抗沿长度的分布是不均匀的。电磁波在线路上传输遇到不均匀点产生多次反射﹐奇次反射波回到发射端﹐会引起输入阻抗的变化﹐并引起主波信号功率变化﹐产生衰减频率特性波动﹐引起信号失真。偶次反射波形成伴流﹐滞后并迭加在主波上﹐造成干扰﹐尤其脉冲信号传输时﹐会引起波形畸变﹐造成信号失真。如果RL数值越趋近于0时，表示讯号反射的情况越严重。反之，RL数值越负(越小)时，表示讯号反射的情况越少。4.VSWR(VoltageStandingWaveRatio)读值表示同轴传输线反射质量的另一种方式，入射讯号与反射讯号合成后的最大电压和最小电压比值就是驻波比。如果负载等于参考电压的话（Z0=ZL）驻波比是”1”。如果负载是断路或短路的话，驻波比会趋近于”∞”。数值越小越好,无反射时VSWR=1.0.影响回波损耗的因素﹕导体均匀性﹑绝缘均匀性﹑发泡度均匀性﹑结构尺寸均匀性。1)导体直径不均匀﹑导体有弯﹑导体不圆﹔2)绝缘芯线偏心﹑椭圆﹑线径不均匀﹔3)发泡度不均匀﹔4)编织与外被的松紧也可引起回波的产生﹔工艺改善:芯线制做均匀,导体圆整度,绝缘偏心度,收放线张力稳定.UinUOutU’Out5.串音(Crosstalk)串音指两线路之间互相干扰的电磁噪声，随着频率之升高而增加。Xtalk=10log(Pout/Pin)=20log(Vout/Vin)如果Xtalk数值越趋近于0时，表示噪声干扰的情况越严重。反之，Xtalk数值越负(越小)时，表示噪声干扰的情况越少。串音的种类可分为:近端串音（NEXT1=-10log(Pi2/Pi1)远程串音（FEXT1）=-10log(Po2/Pi1)等准远程串音（ELFEXT1=-10log(FEXT2/ATT1)XXX串音功率和（XXXPowerSum）影响串音的因素绝缘芯线﹑对绞芯线的对称性﹑对绞节距的大小﹑对绞节距的配合。1）绝缘芯线﹕绝缘芯线的偏心﹑椭圆﹑线径不均匀2）对绞芯线的对称性﹕2根芯线的放线张力不均—节距不均匀﹔3)对绞节距的大小﹕节距减小—串音增大﹔节距增大—串音减小。4)对绞节距的配合﹕节距的配合应遵循一定的规律﹐通过公式计算得出﹐才可使串音性能提高。串音节距选择:h1,h2:相互配合线对节距v,w:大于0的任意整数工艺改善:对绞时张力要稳定,节距要均匀,发泡要均匀.wvhh212216.延時(Timedelay)延时:是指固定频率下讯号波，经过固定长度的待测物所需之时间，单位“ns/m”。与绝缘材料介质有直接关系.7.VOP(velocityofpropagation)传播速率此为绝缘介电物质阻碍高频讯号波的传递的现象，传播速度与光速的百分比（%）。因此传播速度主要是由中心导体和覆被之间的绝缘物质的介电系数（εe）来决定。eT331.3%1001eV以下是PE料发泡度,介电常数,延时,VOP的一个常用转换表格:P(发泡度)E(介电常数)T:延时VOP02.35.0566%10%2.144.8868.3%20%1.994.770.8%30%1.854.5373.5%40%1.714.3676.4%45%1.644.2778%50%1.584.1979.5%55%1.524.1081.1%60%1.464.0282.9%65%1.393.9384.7%影响延时的因素﹕发泡度﹔对绞节距﹑成缆节距。1)发泡度增加—介电常数减小—延时减小。2)对绞节距增加—延时减小。3)成缆节距增加—延时减小。设计改善:调节发泡度,变更材料,节距更改工艺改善:对绞放线张力均匀,芯线制做均匀.7.延时差(Timedelayskew)延时差:对于线对内或线对间的芯线﹐电磁波传播延时的差值。分为对内(intra-pair)和对间(inter-pair);差分对内延迟差（Intra-pairSkew），是指同一对线之Single-endDelay相减。差分对间延迟差（Inter-pairSkew），是指不同对线之DifferentialDelay相减。影响对内延时差的因素﹕绝缘芯线的均匀性﹔发泡度的均匀性﹔对绞节距﹑对绞放线张力的一致性。1)2根对绞芯线不均匀(导体﹑绝缘)—对内延时差偏大﹔2)2根对绞芯线发泡度不均匀—对内延时差偏大﹔3)对绞节距不同—对内延时差不同﹔4)对绞放线张力不一致—对内延时差偏大﹔•影响对间延时差的因素对绞节距﹑成缆放线张力。1)对绞节距不同—对间延时差不同﹔2)成缆放线张力不一致—对间延时差不同﹔•工艺改善:对绞放线张力均匀,芯线制做均匀.8.转移阻抗(TITransferImpedance)转移阻抗:电缆屏蔽上测得的电流来表达的干扰场与它在屏蔽与内导体体之间所产生的电压之比.目的在量测讯号线的导体与遮蔽层间所感应的阻抗;当仪器提供固定的讯号，电流流经导体与遮蔽层间，计算两者间的电压降，便可计算出其阻抗。ZT的值越小越好(因为感应的情况较小，ZT的值也就越小)9.屏蔽效应(SEShieldingEffect)通过屏蔽传输的电磁场与在注入于屏蔽上的电磁场中所占的比例.目的在量测讯号线的遮蔽层与外部所感应的电磁效应;当仪器提供固定的讯号，若待测物较匹配，且遮蔽效应较好时,接收到感应的电磁场就较小。所以se的值越小越好。设计改善:编织密度加大工艺改善:编织均匀謝謝!