同轴电缆介绍

高級工程師李富根一前言三同軸電纜的傳輸方程二同軸電纜結構四同軸電纜的主要性能參數五同軸電纜的選取和使用六同軸電纜的發展和應用☆1744年電線誕生,電線電纜進入實用化,至今已有250多年的歷史☆1938年研制開發的PVC﹑PE,使電線電纜進入大量應用塑料的時代☆20世紀70年代光纖的出現,近期超導和納米技朮的進展,更使電線電纜的生產﹑發展﹑應用進入一個全新的階段和領域☆1925年,內外導體為硬銅管,采用玻璃片支撐絕緣的第一根同軸電纜制造成功一前言☆同軸電纜首先在通信領域獲得應用和發展,作為長途干線開通多路載波或傳輸電視節目.目前這種應用基本已被光纖光纜取代☆現代電信網絡已是有線和無線緊密相連的網絡,它是以光纜為干線,輔助以電纜,衛星,蜂窩狀移動通信等多媒體﹑多接入的傳輸系統☆同軸電纜在現代通信的電信網絡中起著重要的作用,采用HFC網方式的CATV網絡,成為電視﹑電腦﹑電話三網合一,信息高速公路的理想接入網之一☆同軸電纜是電線電纜的主要品種之一*傳輸頻帶寬,可在較低衰減下傳輸高頻信號☆同軸電纜的結構特點*抗干擾性高,對外界干擾的防衛性高*小的天線效應,輻射損耗小*結構和安裝簡單﹑經濟EH同軸電纜及對稱電纜的電磁場同軸電纜對稱電纜內導體磁場外導體磁場同軸對磁場內導體電流密度分布同軸對中的工作電流與干擾電流外導體電流密度分布同軸對電流密度分布銅對絞電纜(1)同軸電纜(2)波導(3)單模光纖α衰減（dB/km）f帶寬0.111010001MHz1GHz1THz各種線路的衰減頻率特性*通信設備的內部連接元件☆同軸電纜的主要用途*傳統的CATV應用(75歐引入線,配線,干線)*LAN/計算機電纜*用作射頻傳輸和接收設備的天饋線,涉及移動,微波,廣播,電視.微波中繼等領域*視頻電纜*射頻電纜*特種用途電纜,如﹕地鐵﹑隧道用漏泄電纜*按種類分☆同軸電纜的分類*按絕緣形式分*按絕緣外徑尺寸分*按充許傳輸的功率分*按柔軟程度分☆同軸電纜的分類(按種類分)*低噪音電纜適用于振動條件下測量系統*高壓脈沖電纜應用于高壓脈沖場合,峰值功率可達几十兆瓦*漏泄電纜(LCX)地鐵﹑隧道等場合,實現無線和有線的轉換☆同軸電纜的分類(按絕緣形式分)*實芯絕緣絕緣層全部是固體介質*空氣絕緣絕緣層大部分是空氣*半空氣絕緣介于實芯與空氣之間☆同軸電纜的分類(按絕緣尺寸分)*微型≦1.0mm*小型1.5~3.0mm*中型3.7~11.5mm*大型11.5mm☆同軸電纜的分類(按傳輸的功率分)*小功率≦0.5KW*中功率0.5~5KW*大功率5KW☆同軸電纜的分類(按柔軟程度分)*柔軟適于移動使用*半柔軟可承受多次彎曲*半硬固定使用,只能承受一次彎曲常見同軸線型號CATV公用天線電視寬頻電纜DBS衛星廣播用電纜CCTV閉路電視電纜RG型射頻電纜JIS可撓性同軸電纜SYV同軸射頻電纜SFYVP數字傳輸設備電纜CATV公用天線電視寬頻電纜CATV:CommunityAntennaTelevisionCables標準依據:SCTEIPS-SP-001,UL1655,UL444用于CATV,MATV系統的接入電纜,測試頻率到1GHz常用規格75Ω:RG11/U,RG6/U,RG59/USCTE:SocietyofCableTelecommunicationEngineersDBS衛星廣播用電纜DBS:DirectBroadcastingSatelliteCable標準依據:UL1655,UL444用作衛星系統電纜,測試頻率到2.2GHz常用規格75Ω:RG11/U,RG6/U,RG59/UCCTV閉路電視用電纜CCTV:CloseCircuitTelevisionCable標準依據:UL1655,UL444用于閉路電視系統的引入線,測試頻率到400MHz常用規格75Ω:RG11/U,RG6/U,RG59/U93Ω:RG62/URG型射頻電纜RG:RadioFrequencyCable,GeneralSpecification標準依據:Mil-C-17G用于通信系統及信號控制力系統常用規格50Ω:RG58A/U,RG174/U,RG5B/U75Ω:RG59/U,RG6/U93Ω:RG62/U其中:A,B…..表示對基本型的修改U:GeneralUtility通用型R:MeansRadioFrequency射频G：MeansGovernment政府批准JIS可撓性同軸電纜JIS:JapaneseIndustrialStandard標準依據:JISC3501主要用于高頻機器之配線.尺寸表示:PE絕緣絕緣徑3C-2VCS導体種類特性阻抗PVC被覆C:75ΩV:1層編織+PVC被覆D:50ΩW:2層編織+PVC被覆S:內導体為絞線構成Z:1層編織(無被覆)CS:內導体為銅包鋼T:3層編織+PVC被覆SYV同軸射頻電纜型號表示同軸射頻電纜PE絕緣(2,3,4,5)芯線絕緣外徑SYV-75-2–1V:PVC護套特性阻抗(1,2,3)外導体(編織層數)Y:PE護套標准依據﹕GB/T14864-93SFYVP數字傳輸設備電纜SFYVP-75-2x8用于數字傳輸設備,長途數字程控交換機及其配線架間的連接,傳輸速率20Mb/s絕緣材料:F:內層實心氟塑料Y:外層實心PEV:PVC護套特性阻抗同軸射頻電纜芯線絕緣外徑總屏蔽層型號表示☆標准依據FILOTEXET298998LUCENT,PHKIPSJNL900-10175☆常用規格型號SFYV-75-2-1SFYV-75-2-1x8SFYZ-75-2-1SFYZ-75-2-1x8SYV-75-2-1SYV-75-2-1x8SYV-75-2-2SYV-75-2-2x8一前言三同軸電纜的傳輸方程二同軸電纜結構四同軸電纜的主要性能參數五同軸電纜的選取和使用六同軸電纜的發展和應用二同軸電纜結構內導體絕緣外導體護套☆同軸電纜主要由導體、絕緣、護套及鎧裝組成*導體起電信號的引導作用*絕緣是電信號賴以傳輸的媒介質*護套及鎧裝對導體和絕緣提供保護,使電纜能承受各種使用環境的要求☆外導體同時起著導電和屏蔽作用,它的機械、物理性能以及密封性能對于電纜成品的質量有很大影響☆護套及鎧裝是保護電纜,使其不受機械損傷及潮氣,高低溫環境等因素的影響☆絕緣是信號傳輸的介質,要求其有盡可能低的損耗(ε、tgδ)☆內導體是主要的導電元件,內導體電阻所引起的損耗是電纜總損耗的主要部分☆內導體結構形式*實心內導體,其電氣性能好,結構簡單,加工方便,成本低;缺點是不能用于柔軟性要求高的使用場合*絞線內導體,多根導線絞合而成,柔軟性好,但電阻損耗增加,成本增加*管狀內導體,用于大功率,低衰減電纜中,以減輕內導體重量,節約材料,但其柔軟性差,制造加工麻煩*皺紋管內導體,管狀導體表面壓螺旋形或圓環皺紋改善導體的彎曲性能,改善柔軟性,可連續加工制造內導體☆其它結構形式:•中波廣播饋線采用銅包鋁雙金屬管狀內導體•高壓脈沖電纜采用塑料芯上多根銅線編織的柔軟內導體•多根細漆包線絞合制成高頻里茨線內導體☆內導體材料:*裸銅線,它導電﹑導熱性好,加工制造方便*銅包鋼線,兼具銅的優良電性能和鋼的高強度*銅包鋁線,兼具銅的良導電性和鋁比重小*鍍銀銅線,提高導電性且耐高溫,連續工作溫度可達200度*鍍錫銅線提高抗氧化及耐腐蝕性,使焊接容易*鍍鎳銅線,耐高溫,工作溫度可達260度*銅合金線,高強度銅合金,主要是鉻銅,鋯銅和鎘銅,應用于微小型電纜中*高阻線,采用鎳、鎳鉻合金線作大衰減電纜內導體☆絕緣是信號傳輸的介質,要求其材料和結構選擇得保證電纜有盡可能低的損耗,并須有足夠的機械強度以保證內外導處于同軸位置☆絕緣結構型式可分為:*實芯絕緣*空氣絕緣*半空氣絕緣絕緣*實芯絕緣是指電纜內外導體間充滿密實介質☆實芯絕緣*絕緣介質可以是均一的,也可由多層同芯組合成,絕緣介質同心緊密的擠包在內導體上*聚乙烯是實芯絕緣最常用的絕緣介質,它具有損耗低,優秀的耐電強度,良好的使用壽命等一系列優點,得到最廣泛的應用*實芯絕緣結構的優點:•結構穩定•電氣強度高•熱阻小•不易受潮氣影響•它適于經常承受彎曲的場合使用*實芯絕緣結構的缺點:•材料消耗多•介電常數大,電纜衰減大*空氣絕緣是指電纜內外導體間,除了以一定間隔或螺旋式固定在內導體上的支持物外,余均為空氣*空氣絕緣的結構特點是可以從一個導體不經過固體介質而到達另一導體☆空氣絕緣*典型的空氣絕緣結構型式:(a)墊片(b)螺旋(c)迭帶螺旋(d)罩子*空氣絕緣結構的優點:•有效介電常數和介質損耗小,電纜衰減低•允許傳輸的平均功率大•材料消耗少,介質僅用來保證內外導體同心,絕大部分都是空氣或其它氣體*空氣絕緣結構的缺點:•因它大部分是空氣,耐電性能差•由于它的導體(內,外)通常采用管狀結構,電纜柔軟性較差•縱向易受潮氣侵入,必須使用密封性能良好的連接器和必要的充氣維護•易受過大的壓力,彎曲,扭轉等機械應力作用,而使電纜變形,電性能變差☆半空氣絕緣*半空氣絕緣有多種結構型式:(a)星形和管(b)螺旋繩管(c)編織和管(d)縱向空洞(e)泡沫塑料☆外導體結構形式:*編織外導體是由多根細導線相互交替地編織構成,其柔軟性好,根據屏蔽要求,可雙層或不同材質的多層編織*管狀外導體是電氣上理想結構,電阻低,屏蔽性好,密封防潮,缺點是柔軟性差,不能承受多次彎曲,主要作硬同軸應用外導體*半空氣絕緣結構的優點:它兼具空氣絕緣衰減小,電容低和實芯緣電氣機械強度高,彎曲性能好；*泡沫絕緣是半空氣絕緣的主要形式,它柔軟性好,使用方便.它比實芯絕緣衰減小,重量輕,而又不需空氣絕緣充氣維護；*半空氣絕緣是指電纜內外導體間,除支持物外,從內導體到達外導體至少通過一層固體介質；*皺紋管外導體目的和作用同皺紋管內導體,它主要應用于大功率低衰減電纜*鋁箔縱包及鋁鎂絲編織外導體,具有電性能良好,成本低的優點,電視電纜廣泛采用這種結構*其它,如電鍍銅,絞合扁銅線等護套及鎧裝☆護套材料必須根據電纜的使用環境條件要求選擇☆常用的護套有:*聚氯乙烯護套,它具有良好耐磨,耐油,酸等性能,并對火焰有自滅性,適于-40℃~+70℃使用*聚乙烯護套,它不含增塑劑等助劑,不會沾污電纜的絕緣介質,使電纜電性能不劣化,適用于-55℃~+85℃使用*聚氨酯護套,它柔軟而堅韌,能在-55℃~90℃範圍內保持柔軟性,其耐磨性是聚乙烯的四倍*氟塑料護套,它是聚全氟乙丙烯(FEP)擠出或聚四氟乙烯帶繞包,適用于-70℃~200℃*其它,如硅橡膠,尼龍,玻璃絲編織等☆根據要求,可在護套外加鎧裝以提供高的機械強度或其它特殊的保護*鍍鋅鋼絲編織鎧裝,增加電纜抗張和耐磨保護*鋼帶繞包鎧裝,提供抗張及抵抗白蟻,老鼠的侵蝕*皺紋鋼管鎧裝,具有高強度,省材,密封的優點一前言三同軸電纜的傳輸方程二同軸電纜結構四同軸電纜的主要性能參數五同軸電纜的選取和使用六同軸電纜的發展和應用三同軸電纜的傳輸方程☆同軸電纜,從電氣特性上可看為一個四端網絡,它的等效電路﹕dxxu(x,t)u(x,t)+dxdxduRdxLdxGdxCdxdxdxditxi),(---dx的電壓變化取決于串聯電阻和電感上的電壓降☆在距離x+dx處的電壓和電流變化及dx上變化為﹕---dx的電流變化是由于導體間的漏電導Gdx的傳導電流和電容Cdx上的位移電流引起)()(dtduCGudxdidtdiLRidxdu得出傳輸方程復數形式☆對于傳輸方程求解,可應用正弦波電壓﹑電流相量形式dxdIdxdU-(R+jωL)I-(G+jωC)Uu=UCos(ωt+ψ)=Re(Utje)i=ICos(ωt+ψ)=Re(Itje)---方程式的解為：☆對于傳輸方程進行x微分,可得波動方程的復數形式---通過邊界條件可獲得A,B,C,D積分常數2222dxIddxUd(R+jωL)(G+jωC)U=U(R+jωL)(G+jωC)I=I2r2rrxeU=A+BrxerxeI=C+Drxe))(CjGljRr（---Uo,Io分別是電纜線