移动通信用RF电缆特性阻抗概念及检测——规范RF电缆平均特性阻抗检测方法.pdf

⑨o 暨囊兽聪量笑勰婆蓑移动通信用R F 电缆特性阻抗概念及检测——规范R F 电缆平均特性阻抗检测方法李庆和‘江苏亨鑫科技有限公司1 、前言近年，移动通信用皱纹导体泡沫聚乙烯绝缘同轴电缆( R F 电缆) 产量迅猛上升特性阻抗是同轴电缆最重要参数之一正确理解特性阻抗概念，规范其测试方法，是执行标准、评定电缆性能优劣所必需的工作特性阻抗而是无反射波处于行波状态下的理想均匀传输线始端电压和电流的比值但实际生产的电缆，由于制造公差，导致长度方向上各点的特性阻抗不均匀，形成了局部( 区域) 特性阻抗磊、平均特性阻抗厶、输入阻抗乙这三个阻抗概念随着矢量网络分析议的普及，相当一部份厂家，把S m i t h 圆图上测得的输入阻抗瓦作为平均特性阻抗Z 的值，造成阻抗测试方法混淆，一定程度上影响了电缆性能的提高通信行标Y D ／T1 0 9 2 “通信电缆一无线通信用5 0 Q 泡沫聚乙烯绝缘皱纹铜管外导体射频同轴电缆”行业标准中表8 电气性能要求的第八项为“平均特性阻抗”，因此应按国标G B ／T 1 7 7 3 7 ．1 《射频电缆第l 部分总规范．总则，定义，要求和试验方法》所列的试验方法进行检测，以统一阻抗检测方法。

本文对上述各种“阻抗”进行解译，并按它们的检测方法进行检测值对比2 、特性阻抗石无反射行波状态下的理想均匀传输线始端电压与电流比值称为特性阻抗：孕U o ／I o( 1 )其值为电阻值，射频同轴电缆通用的为5 0 Q 及7 5 Q 特性阻抗磊是传输线二次参数在高频情况下，其与一次参数电容及电感有如下关系式：而= 4 L ／C( 2 )通过同轴电缆的电容与电感计算式，特性阻抗与同轴电缆结构参数，即电缆内导体的有效外径尺寸d 与外导体的有效内径尺寸D ，还有内外导体间的绝缘等效介电常数岛有下列关系式：而气6 0 ／√百) ×l I l ( D ／d )( 3 )实际生产过程中，电缆每一段( 点) 的导体尺寸都有公差，绝缘介电常数也有差异，导致电·总工．．4 0 ．．暨i 兽霖堤量癸豢麓甚i & ．鳓_ 光电线缆分台第八次专家组会议嘶岬赠缆长度方向上眷段( 点) 的特性阻抗- 7 ．不刷实际t 同轴电缆都是不均匀传输线，它们仅是小均匀程度存在差异3 ，局部特性阻抗z局部特性阻抗又称区域特性阻抗或时域特性阻抗与特性阻抗z 口一样，为纯电阻伉I ％ ‘E 三三三三三 h —z lz 2而⋯‘幽1 电畹长度方向上局部特性阻抗示意田电缆沿线各点( 段) 结构尺寸差异导毁各点( 段) 的特性阻抗不同。

电缆沿线的各点( 段)特性阻抗称为局部特性阻抗磊入射波在电缆中传输，由于各段( 可与频率波长相比似) 局部特性阻抗不同．引起反射，产生驻波，所咀，局部特性阻抗五与驻波一样，反映的是电缆阻抗的均匀特性驻波反映的是电缆阻抗1 i 均匀的频率特性．局部特性阻抗二反映的则是电缆阻抗不均匀的时域( 长度方向) 特性长度方向上的局部特性阻抗捡测通常有二种方法一种方法是通过阶跃脉冲直接测定．称时域注( T D R ) 检测方法按国际电工委员标准I E C6 1 1 9 6 一I —1 1 5 进行可选用仪表如T A K 公司，1 5 0 2 C 电缆故障测试仪( 时域反射计) 另一种为通过傅立叶数学变换r 由回波损耗．频率特性转换成时域．局部特性阻抗检测方法可依据，I E C6 2 1 5 3 - 1 ．】．在矢量网络分析仪中添设一个转换软件，就可进行检测时罅局部特性阻抗检测在电缆组件装配中尤其重要，它可以检测到电缆的严重不均匀点及判定连接器与电缆的装配情况等但是．要测定出电缆极其微4 、的周期性不均匀则很困难使川矢最网络分析仪时域功能及时域反射计，还可进行等相电缆组件配相及等效介屯常数＆( 速比v p ) 测定。

下图为由矢量网络分析仪测得的电缆时域带性阻抗曲线图围2 某电罐组件的“时域一局部特性阻抗’实删田⑨o 暨l 兽霖耀§茭赛热萼i4 、平均特性阻抗己( Z )平均特性阻抗为沿屯缆长度各局部特性阻抗的算术平均值( 叉称2 0 0 M H z 左右时的特性阻抗渐近值) I E C 9 6 - I 及I E C 6 1 1 9 6 - I ：2 0 0 5 中定义，三：墨±墨±墨! = 互( 4 ) n平均特性阻抗为纯电阻值平均特性阻抗数值由谐振法进行测定测试方；击依据国标G B ／Tl7 7 3 71 ．2 0 0 0 测定电缆试样总电容C ·p F 及2 0 0 M H z 频率点附近的电缆谐振频率差t , f ( M H z ) ，由下式计算出电缆的平均特性阻抗：孕! 竺．2 x G ×v5 )由于平均特性阻抗足从电容及谐振频率的测定值计算而得到的，而电容及谐振频率又与电缆、外导体有效尺寸及绝缘介电常数有关．因此平均特性阻抗值直接反映的是电缆结构参数，由已检测到的导体尺寸和绝缘介电常数可以推算出特性阻抗值或者根据阻抗值的精度要求，调整电缆结构参数值如皱纹电缆经常调整外导体皱纹纹深，以满足阻抗值公差的要求。

而且阻抗设计计算值与用平均特性阻抗检测方法测得的值是一致的在电缆批次生产前，进行试样平均特性阻抗检测，来调整结构参数，保证特性阻抗精度．是生产高5 ^ 质电缆的重要手段平均特性阻抗离标称值过大，势必影响电缆及组件的驻波性能，引起驻波特性曲线羟体上抬如特性阻抗为5 2 0 的电缆．其驻波曲线将上升0 ．0 4 左右平均特性阻抗检测频牢应选定在标准规定的2 0 0 M H z 左右在太长度试样中，由于电缆的不均匀性，平同频率的谐振频率是有差异的I E C 9 6 - 1 ( 1 9 8 6 ) 标准中附录A 介绍了由谐振法进行特性阻抗均匀性检删方法y D F f l 0 9 2 - 2 0 0 0 标准中规定了平均特性阻抗检测频率为I5 0 - 2 5 0 0 M I i z ，这样易造成甲均特性阻抗与阻抗均匀性测试的误解表I 即说明了这点在些标准中．特性阻抗z 0 指的就足平均特州阻抗厶，如同军标G J B l 9 3 4 A ( i d t美军杯M I L ．D T L 一2 8 8 3 0 D ) 皱纹外导体’# 碗射频川轴l U 缆通州规范的《3 ．49 特性阻抗》条款习惯j 称呼旧特性# H 抗就足平均特性W I 抗。

右图为平均特性m 抗榆测时的l 女振频率杓测曲线蚓田3 超柔I ／2 ”( 5 0 - 9 ) T 加试样的诰撮频率实刹圈暨i 兽霖器量茺赛麓鐾i 盘．⑨5 、输入阻抗Z 任一频率下的输八阻抗是局部特性阻抗变化的函数，如变化是周期性的．Ⅲ《输^ 阻抗也是变化问隔的函数在高频时，输入{ 且抗- 1 、! 与试样的平均特性阻抗有很大的差异．回波损耗是上述差异在颡城内的度量( G B r f l 7 7 3 7 1 ．‘1 I1 2 同波损耗条款I I1 22 》中定义) 由于电缆结构参数不均匀．导致电缆长度A 向上与额率波长可比似的点( 段) 的局部特性阻抗不同．电磁波产生反射，在电缆贻端的电压与电流则为入射波与反射波的矢量选加．输入阻抗乙为始端电压C 与始端电流i 之比值，其为一复数，R + j X 有时呈现容抗．有时为感抗厶= 0 ／i矗值与电缆不均匀程度、长度、额串有关由于无法知道被鲥长度内的不均匀情况，输入阻抗无法汁算预测并个频率点输入阻抗己的差异，表示了电缆局部特性阻抗的均匀特性己一，曲线图亦可与回波损耗一起作为屯缆阻抗均匀性的考核指标．欧洲客商冉这一技术指标检测方法依据I E C 9 6 一I ，附录A 附加的g i 量方法“25 在若丁固定频率下的测量，压的均匀性) 。

由j 俪表述的平均特性阻抗Z 与辅入阻抗己，可看出这二者的明显差异当然在屯缆十分均匀情况F ．局部特性阻抗趋于一致．五值趋近五值有的标准中．把电缆的输入阻抗Z 称为有效特性阻抗Z ( 如I E C 9 6l ，附录A 附加的测量方法^ 2F R 抗均匀性) 实际上．输入阻抗厶能“有效”地反映电缆{ 0 输特性输^ 阻抗z 拴铡通常使用矢量网络分析仪中的S m i t h 圆瑶直接读出S m i t h 回图是反射系数的极氆标嘲，反映的是传输线与苒相连负载后的反射特性恻崮中显示的点为电缆在这频率点时的输入阻抗厶，并频率点下显示的输入阻抗愈趋近圆图中心点并重番在起，屯缆血均匀相反，不均匀电缆的点，分布离散F l 钳为一电缆输入阻抗厶椅删的S m i t h 咧幽田4 超乖1 1 2 ’( s 扣∞1 嘶《样箱^ 阻抗拉测轴t t h 圆圈0 0 暨囊兽蹴量笑淼銎袭6 、阻抗实测值对比为了说明上面的表述，我们对皱纹导体泡沫聚乙烯绝缘R F 电缆，即超柔1 ／2 ”( ．9 ) 、1 ／2 ”( ．1 2 ) 、7 ／8 ”( - 2 2 ) 三个常用规格的，不同长度试样，在几个考核频率下进行了平均特性阻抗磊及输入阻抗Z 。

检测表1 为短段试样Z m 兹对比表表2 为长、短段试样磊一瓦U 比表表1“z l 一己”实测值对比表绝焊长S m i t h 圆图 缘接电容频率f 峰1f 峰2Z m规格度 机机／p F／M H Z／M H Z／M H z／QZ 厶z j ．台台／I n幅值均值2 0 01 0 5 ．2 02 6 6 ．8 0※5 1 ．0 65 0 ．1 58 0 07 0 4 ．8 08 6 6 ．4 05 1 ．0 6t 5 2 ．1 4 21 386 I D 6 ．O4 9 ．6 5 1 0 0 09 1 5 ．0 01 0 7 7 ．0 05 0 ．9 35 0 ．0 71 8 0 01 7 0 8 ．0 01 8 7 0 ．O O5 0 ．9 3, L 4 9 ．3 05 0 ．9 2 0 01 1 3 ．1 02 8 7 ．4 04 9 ．0 45 0 ．8 48 0 07 0 6 ．1 88 7 9 ．7 44 9 ．2 54 9 ．8 0 21 51 25 8 5 ．04 9 ．0 21 0 0 09 0 7 ．6 01 0 8 0 ．5 04 9 ．4 04 8 ．7 21 8 0 01 7 0 2 ．2 01 8 7 5 ．5 04 9 ．3 24 8 ．0 82 0 01 3 5 ．6 02 “．1 05 0 ．8 45 1 ．0 48 0 07 3 1 ．6 08 3 9 ．7 05 l - 0 35 1 ．0 2l41 29 0 6 ．44 8 ．9 81 0 0 09 2 8 ．O O1 0 3 6 ．0 05 1 ．0 85 0 ．9 91 8 0 01 7 6 4 ．o o1 8 7 2 ．O O5 1 ．0 84 6 ．3 35 0 ．1 2 2 0 01 2 6 ．5 02 5 9 ．7 0※5 2 ．3 85 0 ．5 68 0 07 1 0 ．1 08 4 3 ．O O5 2 ．5 0t5 4 ．4 5l41 07 1 6 ．64 9 ．4 6 1 0 0 09 0 9 ．2 01 0 4 2 ．9 05 2 ．1 95 3 ．6 41 8 0 01 7 3 9 ．1 01 8 7 2 ．2 05 2 ．4 2j4 5 ．42 0 08 1 ．0 03 1 3 ．4 0※5 3 ．7 5t5 5 ．7 58 0 06 8 5 ．4 09 1 7 ．2 05 3 ．8 9i4 9 ．8 8 82 254 0 0 ．34 9 ．5 81 0 0 08 7 5 ．5 01 1 0 9 ．0 05 3 ．4 95 3 ．7 11 8 0 01 6 8 3 ．0 01 9 1 5 ．0 05 3 ．8 45 1 ．5 05 0 - 2 2 2 0 01 2 6 ．9 02 6 0 ．4 05 3 ．0 75 0 ．4 18 0 07 5 4 ．0 08 8 8 ．0 05 2 ．9 05 3 ．1 3 91 81 07 0 5 ．44 8 ．6 71 0 0 09 1 5 。