對于高頻通訊線而言,阻抗(高頻參數基礎篇04-阻抗(Impedance),衰減(高頻參數基礎篇01-衰減參數),延時(高頻參數基礎篇07-傳播延遲差(SKEW)),延時差,近端串音(高頻參數基礎篇03-串音參數)等都是一些重要的傳輸指標,對于如何控制線纜的這些指標參數.
材料的選擇
對于高頻傳輸線而言,各部分的結構均勻性是決定線纜的傳輸頻率的關鍵因素。因此,作為高頻傳輸線的導體而言,表面圓整、光滑,內部晶格排列結構均一穩定,以保證電氣性能在長度方向上的均勻性;導體還應具有相對較低的直流電阻;同時應避免由于排線、設備或其他裝置導致內導體周期性彎曲或非周期性的彎曲、變形和損傷等;在高頻傳輸線中,導體電阻是造成電纜衰減的主要因素,減小導體電阻有兩個途徑:增加導體 直徑,選用電阻率低的導體材料。導體直徑增加后,為滿足特性阻抗的要求,要相應的增加絕緣外徑以及成品的外徑,造成成本增加及加工不便。
常用的電阻率較低的導體材料為銀,理論上,采用銀導體,成品外徑會減少,性能會有很大的提升,但由于銀的價格要遠遠高于銅的價格,成本過高, 無法量產,為了能夠兼顧到價格和低電阻率,我們利用趨膚效應(關于銅導體傳輸的那些事),來設計電纜的導體;導體中有交流電或者交變電磁場時,導體內部會產生電流分布不均勻的現象。
隨著與導體表面 的距離逐漸增加,導體內的電流密度呈指數遞減,即導體內的電流會集中在導體的表面。從與電流方向垂直的橫切面來看,導體的中心部分電流強度基本為零,即幾乎沒有電流流過,只在導體邊緣的部分會有子流;簡單而言就是電流集中在導體的"皮膚”部分,所以稱為趨膚效應產生這種 效應的原因主要是變化的電磁場在導體內部產生了渦旋電場,與原來的電流相抵消。
趨膚效應使得導體的電阻隨著交流電的頻率增加而增加,并導致導線傳輸電流的效率降低,耗費金屬資源,但是 在高頻通信電纜的設計中,卻可以利用這一原理,在滿足同等性能要求的前提下,降低金屬耗用,從而降低成本,接下來的主材就是絕緣材料,對于線纜成品的性能有非常大的影響,比如目前高速線纜的絕緣材料各家選擇都會有所差異,絕緣材料選擇也是基于各種性能的平衡和多次驗證后的定型,舉例以上:如使用發泡,就會有物理發泡和化學發泡,基于高頻衰減性能而言,物理發泡高達50%以上的發泡度,絕對的高頻性能確實可以好,但是相對物理性能就會比較差,在接下來的工序里面容易被壓傷碰傷的風險,所有對于如何選擇每層的絕緣,并選擇何種材料,不同的材料對于制品的質量有那些,再比如鋁箔麥拉的選擇,不同的厚度,寬度,背膠層等對傳輸性能都有較大的影響,以上是基于材料的選擇。
設備的選擇
高速傳輸線,都需要那些設備,每個設備應該具備那些在線控制監控功能,設備的穩定性評估,都將影響線纜的質量一致性,特別是線纜絕緣押出和傳輸線纜承攬設備,平行對包帶設備,這三道工序對結構的穩定性要求極其高。我們的押出主設備一般由主動放線機、感應預熱器、三層共擠擠出機、注氮系統、冷卻系統、牽引機及自動換盤雙軸收線機等部分組成,同時配備電容儀、外徑檢測及控制系統、偏心儀、凹凸儀、溫 控系統等在線檢測反饋設備,從設備的組成不難看岀,高速線工藝控制的復雜性。
要保證線纜的高頻狀態下穩定工作,要求傳輸介質必須均勻。介質結構及性質的變化將直接導致電纜特性阻抗的變化,同時因結構不均勻性的存在,使得電纜的特性阻抗與終端不 匹配,信號在不均勻線路中傳輸時會產生較大的反射,使衰減增大,這些都將導致傳輸到終端的信號失真。
因此,生產中控制各道工序的產出品的結構均勻性和穩定性是這類產品是否合格的關鍵;對于絕緣工序來講,需要嚴格控制的是絕緣外徑、同心度、橢圓度以及發泡度等指標。接下來的包帶和絞線承攬工藝都是為了保護芯線的穩定性而努力,特別對于平行線對, 在后道工序加工時很容易出現繞包松散、成纜變形、地線位置變動的情況,所以,高速線纜需要在屏蔽層外繞包一層自粘型聚酯帶,以保證線對結構穩定。
自粘聚酯帶是一種具有熱熔膠涂層的聚酯帶,要求熱熔膠的溫度應在200°C以內,溫度過高,將會使內部絕緣芯線軟化,在經過張力導輪時,兩根絕緣芯線會發生變形粘連,從而導致性能不合格。溫度過低,容易包帶松散不穩定,自粘型聚酯帶最主要的控制要點就是出預熱器后迅速冷卻固化,在進入收線盤時,線對不能發生變形和翻轉等異常。
通過對高速傳輸線的阻抗、衰減、延時及近端串音衰減等幾個重要的通信參數進行分析, 明確了產品的制造過程工序設計及工藝控制的關注要點,過程中對各工序中可能引起以上幾個重要參數變差的因素加以控制。在絕緣工序的生產過程中,綜合考慮影響制品質量的各因素,將理論分析與具體的設備以及實際使用的原材料的特性結合,最終制定岀合適的工藝方案,以指導高速傳輸線絕緣工序的生產。因為各個生產企業所選用的原材料和生產設備有所不同,在實際應用中,存在一定的差異.
審核編輯:劉清
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原文標題:如何做好高速線
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