如何控制电缆线衰减和回波损耗

一、引言

射频电缆是传输射频范围内电磁能量的电缆，射频电缆是各种无线电通信系统及电子设备中不可缺少的元件，在无线通信与广播、电视、雷达、导航、计算机及仪表等方面广泛的应用。衰减和回波损耗是射频电缆的重要指标。随着4G的推广和3G的普遍应用，这对射频电缆的电气性能提出了更高的要求，在设计和生产中如何确保电缆的衰减和回波损耗这两项指标是相当重要的。

二、对电缆线衰减的影响因素

1.原材料对衰减的影响

射频电缆中影响衰减的原材料包括内导体、绝缘、外导体的材质。金属衰减所占的比例远大于介质衰减所占的比例，电缆内导体材料的性能对电缆的衰减的影响最大。由于皱肤效应和临近效应，电信号主要集中在内导体的外面表和外导体表面这两部分传播，如果这两部分氧化严重，将使电缆的衰减大大增加。相对于内外导体的材质，绝缘对衰减的影响小些，但随着频率的增加其影响是不断增加。由于绝缘层采用物理发泡或者聚乙烯结构，物理发泡度是电缆衰减、特性阻抗的主要因数。

2.驻波比对衰减的影响

由于电缆本身的结构及产生过程中无法避免的不均匀性，电压驻波比必然存在，就出现了传输与射频电缆中的能量，一部分被反射，最终返回到发射端的现象。这种能量的损失也就是影响电缆衰减的因数。

3.编织对衰减的影响

对于编织外导体电缆，其外导体有铝塑复合屏蔽带+金属编织线构成，铝塑复合屏蔽带一版选用的是单面涂塑铝，电缆在制造过程中铝层一面紧贴绝缘层。根据临近效应，外导体传导的电信号集中在外导体的内表面，即集中在铝塑复合屏蔽带的铝层内表面。当频率为900MHz时，铝层厚度达到电流的5陪透射深度时，电信号将有99%以上的电信号集中在铝层中，这一透射深度可以保证电缆的传输特性。铝塑复合屏蔽层的涂覆层为一层绝缘体，金属编织线主要作用为屏蔽作用，并不参与电信号的传输。

4.回波损耗的影响因素

驻波比是因为电磁波在电缆中传输时因反射而形成的，其主要原因是因为特性阻抗的不均匀性造成的。对于理想的射频电缆，在整个长度方向上电缆特性阻抗总会存在一些细微的变化。在射频电缆长度方向上阻抗的任何细小变化，均会导致在电缆内传输的一部分信号能量被反射回去，就如同在不同介质的媒质中传播时两媒质的界面发生反射和折射一样。信号的反射不仅会造成传输信号的能量损失，而且反射回去的信号会对信号源产生干扰，轻者会导致信号线性失真，严重的将导致电缆根本无法使用。射频电缆驻波比性能是电缆结构均匀性、稳定性在电气上的反映。驻波比VSWR的定义如下：

为反射系数，Z1、Z2为反射界面两侧电缆的阻抗。当越大(即信号反射界面两侧的阻抗差值越大)，VSWR也越大;因此要改善电缆的VSWR性能就必须尽可能降低，也就是要尽可能减小电缆阻抗在长度方向的不均匀性，这就是改善射频电缆VSWR质量水平的依据。

电缆的VSWR是电缆设计和制造水平的综合反映。使用的导体材料在长度方向的均匀性、绝缘外径的均匀性、泡孔的均匀性、外导体各部分尺寸的一致性等任何影响电缆长度方向上均匀一致性的因数都可能导致电缆长度方向的阻抗变化。

三、对电缆线衰减和回波损耗的控制

它是由于电缆长度上特性阻抗的不均匀性引起的，归根到底是由于电缆结构的不均匀性所引起的。由于信号在电缆中的不同地点引起的反射，到达接收端的信号相当于在无线信道传播中的多径效应，从而引起信号的时间扩散和频率选择性衰落，时间扩散导致脉冲展宽，使接收端信号脉冲重叠而无法判决，信号在电缆中的多次反射也导致信号功率的衰减，影响接收端的信噪比。控制电缆衰减和回波损耗主要有以下几个方面：

1.由于外导体生产线线速、扎纹机转速和生产线张力的波动等，均匀会导致电缆外导体及绝缘线芯尺寸的不均匀变化，因此外导体生产线是影响电缆衰减和回波损耗的重要因素。

2.生产工艺参数设置(特别是扎纹参数如：扎纹模具结构、焊接模和定径模位置和导向模孔径、扎纹转速等)如不合适将导致扎纹外导体和绝缘线芯结构尺寸的不均匀，电缆的外径和节距不合格，甚至导致椭圆、扎纹变形和扎纹卡死等现象，从而影响电缆VSWR性能。小规格电缆生产时上述生产工艺参数对电缆VSWR性能的影响特别明显。

3.外导体加工设备或装置如存在机械故障将严重影响电缆衰减和回波损耗。通常旋转设备或部件如存在机械损伤，将会导致外导体上生产周期性缺陷，从而在基频和陪频处导致明显的VSWR峰值。

4.外导体铜带厚度不均与或铜带表面被氧化将导致铜带的电导率及电缆结构产生不均匀性变化，从而引起电缆衰减和回波损耗。

5.中心绝缘缆芯与外导体铜管的占空比是影响电缆电压驻波比的一个不可忽视的因数。岁外导体铜管来说，相对较大的绝缘缆芯，有利于电压驻波比的改善，即占空比越小，驻波比指标越好。

四、结束语

同轴电缆衰减和回波损耗的准确计算，对电缆的设计开发，电缆的质量控都有着重要的意义。电缆衰减是衡量电缆质量水平的重要指标，在电缆结构设计阶段保证衰减的最优化是基础，同时我们也不可以忽略其他因素对电缆衰减的影响，由于电缆结构的不均匀性造成的回波损耗，导致电缆衰减恶化;由于电缆与设备匹配不好造成的回波损耗，导致电缆衰减偏大，原材料质量、温度对衰减的影响等因素，都可能使得电缆衰减和回波损耗的影响。