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銅包鋼射頻同軸電纜應(yīng)用分析及鍍層測(cè)定
浙江思達(dá)電纜有限公司 嚴(yán)紅成 2017/2/14 15:40:26
【摘要】本文介紹了銅包鋼射頻電纜，實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，重點(diǎn)對(duì)電磁波在銅包鋼傳輸中的趨膚效應(yīng)和透射深度進(jìn)行了分析，并研究了銅包鋼的導(dǎo)電性，以及它們之間的關(guān)系，最后介紹了一種比較實(shí)用的鍍層測(cè)定方法。
【關(guān)鍵詞】銅包鋼，射頻同軸電纜，趨膚效應(yīng)，鍍層，化學(xué)測(cè)厚
Coppercladsteelcoaxialcableoftheradioapplicationanalysisanddeterminationofcoating
[Abstract]ThispaperhasintroducedCoppercladsteelcableoftheradio,theproblemsinthepracticalapplication,focusingonskineffectofelectromagneticwaveinthecoppercladsteeltransmissionandtransmissiondepthareanalyzed,andtheconductivityofcoppercladsteelisstudied,andtherelationshipbetweenthem,finallythepaperintroducesapracticalmeasurementmethodofcoating.
[Keyword]Coppercladsteel,rfcoaxialcable,skineffect,coating,chemicalthickness
1、引言
射頻電纜是無(wú)線電頻率范圍內(nèi)傳輸信號(hào)和能量的電纜總稱。射頻同軸電纜是一種射頻傳輸線。射頻傳輸線還包括有波導(dǎo)、微帶傳輸線等，它們是傳輸頻率從幾十兆赫到幾千兆赫的射頻信號(hào)的主要傳輸媒介。射頻傳輸線廣泛應(yīng)用于各類無(wú)線電通訊設(shè)備、高頻儀器儀表、微波通訊、通訊導(dǎo)航等設(shè)備中，作為傳輸信號(hào)和能量的主要信息通道。
銅包鋼射頻同軸電纜是采用銅包鋼線作電纜內(nèi)導(dǎo)體的電纜，用銅包鋼導(dǎo)體代替純銅導(dǎo)體用于射頻、CATV同軸電纜中，可以在確保其導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上，大大降低成本，減輕重量，因此這種銅包鋼同軸電纜也越來(lái)越受到普遍重視。這種材料的相對(duì)導(dǎo)電率受到鍍層厚度影響，鍍層薄了，達(dá)不到導(dǎo)電率要求，導(dǎo)致信號(hào)衰減嚴(yán)重；厚了又使成本增加，造成浪費(fèi)。另外由于高頻電磁波信號(hào)在導(dǎo)體中傳輸存在“趨膚效應(yīng)”現(xiàn)象，高頻電磁波信號(hào)就集中在導(dǎo)體很薄的環(huán)表面?zhèn)鬏�，隨著頻率增大，有效傳輸表面的厚度就越薄，這種現(xiàn)象也同樣限制了銅包鋼電纜某一頻率下的有效應(yīng)用。本文旨在通過(guò)對(duì)銅包鋼導(dǎo)電性分析和對(duì)高頻集膚效應(yīng)透射深度計(jì)算分析以有助于精準(zhǔn)設(shè)計(jì)銅包鋼同軸電纜和有效應(yīng)用，同時(shí)介紹一種比較實(shí)用的銅層厚度的測(cè)定方法。
2、集膚效應(yīng)及透射深度計(jì)算
當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),電流將集中在導(dǎo)體表面流過(guò),這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí),會(huì)聚集于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。所以當(dāng)高頻電流的集膚效應(yīng)分析，當(dāng)工作頻率越高，電流越集中在導(dǎo)體表面流過(guò)，交變電流的實(shí)際電阻會(huì)越大，銅層實(shí)際有效截面積的減小。
我們用電磁波向?qū)w中透入的過(guò)程加以說(shuō)明，電磁波向?qū)w內(nèi)部透入時(shí)，因?yàn)槟芰繐p失而逐漸衰減。當(dāng)波幅衰減為表面波幅的 倍的深度稱為交變電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體的透入深度δ。以平面電磁波對(duì)半無(wú)限大導(dǎo)體的透入推導(dǎo)出去趨膚深度公式透入深度δ
δ=√(ρ/πƒμ)
式中ƒ代表頻率（赫）,ρ代表導(dǎo)體的電阻率，μ代表相對(duì)導(dǎo)磁率�？梢�(jiàn)高頻透入深度δ隨著不同的工作頻率，金屬相對(duì)導(dǎo)磁率和電阻率而變化的。對(duì)于銅導(dǎo)線，其相對(duì)磁導(dǎo)率μ=1，電阻率ρ=1.724微歐厘米，得到銅導(dǎo)線的趨膚深度：
δ=66.1/√ƒ
表1給出了頻率從1Mhz到10Mhz范圍的鍍銅導(dǎo)線的穿透深度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)
表1在不同頻率下的銅芯導(dǎo)線穿透深度δ
工作頻率Mhz 穿透深度δmm 工作頻率Mhz 穿透深度δmm
1 0.0661 10 0.0165
3 0.0381 20 0.0148
5 0.0295 30 0.0121
7 0.0250 40 0.01045
9 0.0220 50 0.00935
3、銅包鋼線的導(dǎo)電性分析
3.1銅包鋼物理模型
銅包鋼截面形狀如圖1所示，圖中Ds為鋼芯直徑，Dccs為銅包鋼線直徑，t為銅鍍層厚度，Ds、Dccs、t的單位均為mm。
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