邵偲淳 蔡晓虎 郑成军 肖怀远

摘要：介绍了射频同轴电缆外导体编织工艺，分别测试了不同编织线张力、编织角和编织密度等工艺条件下电缆的驻波和屏蔽效能，探究了不同编织工艺条件的影响，为射频同轴电缆的编织工艺改进提供了参考。

关键词：射频同轴电缆;编织工艺;驻波;屏蔽衰减;影响

0 引言

射频同轴电缆是雷达、通信设备中不可缺少的元器件，在系统中传输电磁波信号，其主要结构是内导体、绝缘、外导体和护套。其中外导体起到屏蔽的作用，也叫屏蔽层，一般采用焊铜管、拔管或编织工艺加工，当使用场景要求柔软可弯折时，多使用编织工艺。编织过程中，编织线张力、速度、收线张力等工艺的一致性都会影响电缆结构的均匀性，从而影响电缆驻波;编织角和编织密度则会影响编织覆盖率，进而影响屏蔽效能。

本文首先介绍了编织工艺，然后研究了编织工艺对驻波、屏蔽衰减性能的影响。

1 编织工艺简介

编织是一种用编织机将金属丝或扁线按一定规律，交织覆盖在电缆绝缘表面，成为一个保护层或屏蔽层的工艺。电缆编织层通常使用四股线，即每层至少两股线，每股线盖住其他两股，而本身又被另外两股盖住（图1）。

编织机由编织部分、收线传动装置部分组成。编织工作在偶数走马锭或管式线盘的编织部分进行，一半走马锭或管式线盘按顺时针“8”字型运动，将编织线绕在芯线上，另一半逆时针运动缠绕。编织工艺的影响因素包含编织线张力、速度、收线张力、编织角、编织密度、编织节距、编织速度等。

现阶段，射频同轴电缆屏蔽层选用的材料主要是钢丝、铝线、铝镁合金线、镀锡铜线、镀银铜线等，可以满足不同的使用需求。例如，钢丝可以有效地提升电缆的抗拉、抗扭性能;镀锡铜线柔软，导电性能良好，比铜线的耐蚀性、抗氧化性能更好，可以有效地延长电缆的使用寿命。这些材质的屏蔽材料在射频同轴电缆外导体中占比最大，可达40%～50%。

当前，国内航天、航空事业发展欣欣向荣，电动汽车行业也迎来了黄金时代，这就对设备提出了小型化、轻量化的要求，因此基础的元器件射频同轴电缆也在根据需求减轻重量。

为此，可以采取的手段之一就是使用表面镀金属的高分子材料，比如表面镀银的聚酰亚胺纤维，其兼有金属材料的导电性能和高分子材料质量小的特点。

2 编织工艺对射频电缆驻波的影响

驻波作为射频同轴电缆最重要的指标之一，反映了电缆结构的均匀性。理想状态下，射频同轴电缆阻抗匹配，反射系数为零。

但是实际生产中由于工艺缺陷，电缆特性阻抗会发生周期性变化，信号的内部反射在始端产生叠加，会出现反射系数很大的峰值，其频率与周期长度相关，可以采用以下公式进行计算[1]：

反射的信号不仅会产生能量损失，还会干扰信号源，导致信号失真。生产中影响射频同轴电缆的因素主要有：内外导体尺寸、磁导率和电导率，绝缘层结构尺寸和相对介电常数，以及使用时的频率[2]。编织通过张力以及绝缘芯线轴向运动，直接将金属线交织覆盖在较软的绝缘表面，极易改变其外径均匀性，也会影响到编织层本身的尺寸，是导致成品电缆驻波变大的工艺之一。因此，在射频同轴电缆编织时，尤其要注意工艺控制。

使用某国产走马锭编织机，采用扁线厚度为0.05～0.11 mm，宽度为0.9～1.3 mm的某一固定尺寸，对外径为10 mm的推挤绝缘芯线进行加工，由齿轮调节节距在28～33 mm。图2是由3台编织机生产的三盘射频同轴电缆编织层驻波测试图，均在4.4～4.7 GHz存在一个较高峰值——1.130、1.305、1.210，不满足产品标准和使用要求的不超过1.100。电缆速比是92%，根据上述公式，计算出周期的长度范围是29.36～31.36 mm，与编织节距范围相近。因此，初步推断编织存在制造误差，排除在绝缘推挤加工中存在缺陷。

由于编织速度与收线张力由电机控制，精度较高，故首先从编织线张力寻找原因。重新调节了编织线的张力，分别在3台设备试装50 g、100 g、150 g重力锭，每台的24个走马锭一致，编织速度与收线张力等其他条件不变。经多次调整，得到了较好的产品。

测试结果（图3）与之前驻波图相比，处于4.4～4.7 GHz的驻波峰变小或消失了，说明合适的编织工艺可以减小射频同轴电缆的驻波。

由于越来越多的使用场景对电缆的屏蔽效能有较高要求，电缆的编织外导体也随之增加。在加工中也要注意对驻波的影响，按照第一层编织的工艺条件，用上面调整张力后的第一根编织产品，再在原来的设备上进行第二層编织。

驻波测试（图4）结果表明，在4.66 GHz存在1.123的驻波峰，与之前的结果相比，在编织工艺的长度周期内驻波稍有变大。第二层编织对驻波影响不大。

3 编织工艺对射频电缆屏蔽效能的影响

编织工艺的射频同轴电缆的外导体是由金属线编织而成，是非完全屏蔽的，因此在传输信号时，也会辐射部分信号并受到外界信号的干扰，影响通信效果[3]。

随着电子技术的飞速发展，设备的使用频率不断提升，系统对电缆等元器件的屏蔽性能要求也越来越高。同时，手机等电子设备已经成为生活中不可缺少的工具，城市中地铁和过江隧道建设越来越成熟，在这种时代背景下，就需要敷设电缆能够向外泄漏一定能量。因此，研究射频同轴电缆编织外导体的屏蔽效能显得很有必要。主要可以通过两个指标对屏蔽效能进行衡量——基于电磁场理论的屏蔽衰减和基于电路理论的转移阻抗[4]。转移阻抗越小，屏蔽性能越好。

根据电磁屏蔽原理，电磁屏蔽是通过电磁波在屏蔽层表面的反射和金属屏蔽体对高频的衰减来实现的。外部入射电磁波到达编织金属屏蔽层时，一部分能量被反射，其余部分能量通过编织层上的菱形小孔耦合进入到电缆内部，在电缆的内导体上产生感应电流和感应电压，对传输的信号产生干扰。