3G移动通信对射频电缆的需求详解

电子发烧友网工程师 发表于 2017-12-13 01:49:01 收藏 已收藏
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3G移动通信对射频电缆的需求详解

电子发烧友网工程师 发表于 2017-12-13 01:49:01

移动通信对射频电缆的需求

目前,移动通信已成为发展最迅速的领域之一。中国已超过美国成为拥有手机最多的国家。到2006年6月,我国移动用户超过4.26亿户,移动电话用户已经超过固定电话用户。我国移动电话的人均占有率大约为 33%。预计在未来4~6年的时间内,我国移动电话用户将超过6亿户,人均占有率将达到50%。这说明我国在该领域具有很大的市场空间。随着我国即将发放第三代移动通信(3G)牌照,超过数千亿元人民币的资金将在未来几年内注入第三代移动通信建设。综上所述,我国移动通信事业将进入一个突飞猛进的发展时期。移动通信系统中的宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站、室内覆盖系统等将得到迅速发展。而连接通信发射设备与发射天线的馈线、跳线、附件以及其它为移动通信系统配套的各种射频电缆的需求量也相应地急剧增加。资料显示,现在我国每年要新增各类基站几万个,年需求射频同轴电缆已达六万公里以上。今后几年每年射频同轴电缆的需求量将超过十万公里。可见,移动通信的高速发展将带来各类基站的增加,最终带来射频同轴电缆需求的增加,这为移动通信用射频同轴电缆提供了更为广阔的市场前景。

物理发泡聚乙烯绝缘皱纹铜管

外导体射频同轴电缆

物理发泡聚乙烯绝缘的同轴电缆较之早期的化学发泡绝缘电缆和纵孔绝缘电缆有很多优点。物理发泡聚乙烯绝缘层的气孔生成采用注入非极性氮气的方法,气泡始终保持微小、均匀、互相封闭,电缆的电容均匀一致,无腐蚀、极少残留物,并且防水、防潮,因此大大提高了电缆的电气性能。它的发泡度高,相对介电常数很低,所做成的射频同轴电缆的尺寸可以保持较小的水平,有利于降低成本和便于施工。射频同轴电缆采用皱纹铜管外导体,具有低电压驻波比、高功率容量和屏蔽性能、密封性及弯曲性能良好等特点。物理发泡聚乙烯绝缘皱纹铜管外导体射频同轴电缆(简称射频同轴电缆)的工作频率范围一般在100MHz~3000MHz之间。它主要用在移动通信、蜂窝电话、微波传输、广播通信等无线系统的有线传输部分,作为基站的发射和接收机与天线的连接或者无线通信设备之间的连接。

射频同轴电缆由内导体、物理发泡聚乙烯组合绝缘层、皱纹铜管外导体和护套组成。组合绝缘层可采用皮—泡—皮的最佳形式。内皮用线性低密度聚乙烯和少量粘接剂混合而成,实心,介电常数约2.3~2.4左右,其作用是增加绝缘层与内导体的粘附力,提高绝缘层的气密性、防潮性。内皮层要尽量薄,以减少它对发泡层介电常数的不良影响。中间的物理发泡层用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和少量成核剂混合而成,注入高压氮气。其发泡度一般在75%~80%之间,介电常数只有1.2~1.3。外皮层为实心绝缘层,用高密度聚乙烯,厚度小于0.1mm,作用是增加绝缘层的强度,还可以提高防潮性能。在物理发泡绝缘工序,首先聚合物通过加温熔融和混合,获得均匀的聚合物熔体,注入高压氮气,聚合物与氮气混合成核,泡孔形成。接下来混合物通过十字机头挤出,压力释放,导致泡孔生长,再通过水槽冷却,达到泡孔稳定化及绝缘结构的凝结。其泡孔结构的一致性,绝缘缆芯的直径、电容、偏心度的稳定性以及内导体质量等因数直接关系到电缆产品的质量。

射频同轴电缆的外导体由铜带切边、成型,形成管状,再经氩弧焊焊管、定径,形成所要求直径的铜管。

物理发泡绝缘缆芯穿入外导体铜管内,铜管外导体通过轧纹机轧纹。轧纹转速与生产线速度应配合协调,以便使外导体达到设计要求的波峰、波谷和节距。外导体工序焊接和轧纹质量的稳定性关系到电缆产品的电气性能及弯曲性能。

3G对射频电缆产品的质量提出了更高的要求

根据目前移动通信的情况,将来3G的发展主要涉及以下通信系统:CDMA800MHz、GSM900/1800MHz、PHS1900MHz,WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000核心频段等制式。

其中,2000MHz左右的频段为第三代移动通信使用的频段。中华人民共和国通信行业标准YD/T1092-2004《无线通信用50Ω泡沫聚乙烯绝缘皱纹铜管外导体射频同轴电缆》考虑到射频电缆为适应3G 的发展,特别提出对3G相应工作频段的要求。3G的工作频段很高,对通信网络的质量要求也更高,对使用的射频电缆的性能要求,如高频下的衰减,电压驻波比、三阶交调、机械物理性能等都会有相应的提高。这就要求我们提供性能更好、结构更优的射频电缆,并且要使用优质的连接器及可靠的连接方法,以适应3G网络建设的要求。这也是今后射频同轴电缆产品发展的一个亮点。

射频同轴电缆的使用频率范围受限于它的衰减和驻波值的大小。电缆的衰减随频率增加而迅速增加,驻波影响(即不均匀性影响)也随频率增加而明显增大,致使电缆上损耗的能量过多而失去其传输能量的作用。在高频率下,电缆的衰减值还随电缆所承受的弯曲、机械应力和老化等情况而变化,呈现不稳定性。另外,当电缆传输的电磁波波长和电缆的横向结构尺寸可相比拟时,会出现高次谐波,使衰减急剧上升,并影响沿电缆传输的基波,从而使电缆的使用频率范围受到限制。

电缆的使用频率范围取决于通信系统对衰减和驻波值的要求。通过结构设计和工艺加工的改善,可以生产出有较低衰减和驻波的射频同轴电缆,使电缆的使用频率范围得以展宽和提高。为降低衰减,可选用优质铜材的内、外导体,例如无氧铜材料来降低导体衰减。在降低介质衰减方面,应选用介电常数和介质损耗正切较小的绝缘发泡材料;适当提高高密度聚乙烯材料的比例;提高发泡度,利用二氧化碳作为发泡气体,可以使绝缘缆芯的发泡度达到80%以上。要生产出驻波值更小的射频同轴电缆,则必须使用一致性好、高品质的内外导体材料;对发泡绝缘缆芯直径、电容的稳定性提出了更高要求;对于焊接轧纹来说,则要求外导体波峰、波谷、节距更加稳定、精确。直径、电容和偏心度符合设计要求并且稳定、均匀的高质量的绝缘缆芯是低驻波射频同轴电缆的必要条件。在先进的焊接轧纹生产线上配置高精度在线几何尺寸图像仪,实时监测外导体的节距、波峰、波谷尺寸,可以确保电压驻波比性能优良。

另外,在高频条件下,射频同轴电缆与连接头的配合问题显得尤为重要,一方面,在高频下连接头的微小变化都可能使被测电缆的电压驻波比值产生显着的改变。此时连接头部分的电压驻波比可能对电缆电压驻波比测试的影响起着支配作用。另一方面,连接器、射频电缆质量以及它们的配合不良,也就是连接器、射频电缆的非线性和它们之间接触的非线性还会产生三阶交调,对通信系统造成不良影响。这是射频同轴电缆在第三代移动通信中更加要注意的问题。

我们在先进的物理发泡绝缘和焊接轧纹设备上,使用优质原材料,配以优化的工艺生产出的射频同轴电缆,在5~3000MHz的频率范围内,其电压驻波比的最大值基本都在1.10以内。另外,衰减值已经做到同类产品中很小的水平。其技术指标完全能满足第三代移动通信的要求。

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