大规格耐高温低损耗同轴电缆的研制.doc

1 电缆的结构设计及选材 根据用户需要，我们展开了SFCFK一50—12—51型大规格耐高温低损耗同轴电缆的研制，但其提出的技术指标中，对电缆的衰减、屏蔽性能、工作温度范围、电压驻波比、截止频率等都有非常高的要求。根据以往的电缆设计制作经验，本电缆的技术加工，尤其是电缆的绝缘及外导体的设计和加工难度较高。图1为本电缆的结构示意图，其内导体采用镀银铜包铝线，绝缘采用微孔聚四氟乙烯带绕包的结构形式，外导体采用镀银铜带绕包+镀银圆铜线编织的结构形式，护套采用可熔性聚四氟乙烯(PFA)。  1.1 内导体的选材和结构设计 考虑到本电缆应用于机载设备，因而在保证其传输性能的前提下，尽可能地减轻电缆质量。由于内导体的质量占整个电缆质量的比例较大，所以减轻内导体质量就成为减轻电缆质量的关键。为满足本电缆轻质和传输损耗小的要求，我们选用了单根镀银铜包铝线作为内导体，其原因在于： a.单根导体的结构形式可以最大程度地减小内导体的导体衰减。 b.在铜包铝线表面镀银可以降低电缆的高频损耗，以及防止导体表面在高功率运行时氧化。 c.铜包铝线可在大大减轻电缆质量(可减轻内导体质量40%以上)的同时，保证其高频传输性能与采用实心铜线时完全相同。 d.从经济角度考虑铜包铝线比纯铜线更节约成本。 1.2 绝缘的选材和结构设计 由于电缆的介质损耗与介质的介电常数的算术平方根以及介质损耗因数成正比，因此在电缆绝缘材料选择时应尽量选择介电常数和介质损耗因数较小的材料。 另外出于对电缆耐高温的考虑，在选择绝缘材料时，应使用耐温等级较高的材料。表1为常用介质材料的等效介电常数及耐温等级，可见氟塑料类材料较为适宜，其中微孔聚四氟乙烯具有非常优良的电气性能，而且耐温等级也非常高，非常适合作为本电缆的绝缘介质。我们最终确定绝缘采用微孔聚四氟乙烯带绕包。  1.3 外导体的选材和结构设计 射频电缆外导体的常见结构有编织外导体、管状外导体、皱纹管外导体、金属带绕包外导体等。管状外导体和皱纹管外导体的传输损耗较小、屏蔽效果较好，但弯曲性能差，如果发生小半径弯曲，会导致外导体形变，而且无法恢复；编织外导体的弯曲性能较好，但传输损耗较大，而且屏蔽性能较差。金属带绕包+圆线编织的外导体结构形式综合了其他几种结构形式的优点，具有传输损耗较小、屏蔽效果较好、弯曲性能较好等优点，既可以满足电缆的电气性能，又能满足其弯曲性能。因此，我们最终确定本电缆的外导体采用镀银铜带绕包+镀银圆铜线编织的结构形式。 1.4 护套的选材 由于本电缆所要求的耐温等级较高，故应采用氟塑料护套；且从加工角度考虑，聚全氟乙丙烯(FEP)和可熔性聚四氟乙烯比较易于加工；又因为电缆的外径较大，从而对护套材料的物理性能(如抗应力开裂)要求较高，而可熔性聚四氟乙烯的抗开裂等性能指标都优于FEP。因此，我们采用可熔性聚四氟乙烯作为本电缆的护套材料。 2 电缆的制造工艺及关键技术 2.1 内导体的制造 由于本电缆的电压驻波比(VSWR)指标小于1.25(6 GHz以下)，这对电缆制造的均匀性及一致性提出了较高的要求，所以在制造时应对各个工艺环节加以严格控制。为降低电缆的VSWR，在内导体制造时，铜包铝线应选择直径略大于设计要求的直径(4.8 mm + 0.05 mm)，镀银时应保证其银层厚度达到3～5μm，用钨钢拉丝模(模具孔径为4.8mm)拉丝时应保持收线速度均匀，收线速度控制在0.5～1.0 m／s。这样可以使内导体表面光滑，外径均匀，从而在内导体这个环节上最大程度地降低电缆的VSWR。 2.2 绝缘的制造 由于本电缆的外径较大，所以聚四氟乙烯带的绕包层数也相应增多，另外，为满足电缆绝缘等效介电常数的要求，需采用不同种类、规格的聚四氟乙烯带进行绕包加工，因此加工工艺较难控制。在本电缆绝缘的研制过程中，我们采用了正交试验设计方法进行了微孔聚四氟乙烯带绕包绝缘的优化设计。正交试验设计方法是分式析因设计方法之一，其是在析因设计要求的实验次数太多时，从析因设计的水平组合中，选择一部分有代表性的水平组合进行试验。正交试验设计方法具有高效率、快速、经济的特点。我们将等效介电常数等指标作为试验研究过程的因变量，将影响微孔聚四氟乙烯带绕包加工的诸多因素(如宽度、厚度、定向度等)作为试验研究过程的自变量，将上述试验中因素所处的具体状态或情况定为不同的水平(或等级)，进行了本电缆绝缘制造工艺的正交实验设计。 把以上的诸多因素进行分组试验，然后比较试验结果，找出了影响电缆绝缘性能的主因及次因，确定了最佳的