同轴线

常见的信号传输线

同轴线（Coaxial line），是由两根同轴的圆柱导体构成的导行系统，内外导体之间填充空气或高频介质的一种宽频带微波传输线。

基本原理

同轴线是一种屏蔽且非色散的结构，而且同轴线中导波的主模是TEM波，但同时也可传输TE模和TM模，其截止频率为零，对应截止波长趋向于无穷大。是由同轴的两根内、外导体及中间的电介质构成的双导体传输线。一般同轴线外导体接地，电磁场被限定在内外导体之间，所以同轴线基本没有辐射损耗，几乎不受外界信号干扰。其工作频带比双线传输线宽，可以用于大于厘米波的波段。同轴线的原理图如图1所示。

同轴线中TEM波各场的分量表达式

式中，a为同轴线内导体的半径，b为同轴线外导体的半径。

同轴线的TEM模场为线如图2所示

1.对于只传输TEM波：

则

2.为了使功率容量最大：

由于，左右两边对a求导后为0，得出。即当时，功率容量最大。如果填充的是空气介质，则对应同轴线的特性阻抗

3.为了使损耗最小：

由于，左右两边对a求导后为0，得出。即当时，同轴线损耗最小。如果填充的是空气介质，则对应同轴线的特性阻抗。

结构特性

同轴线的结构由外到内依次为护套、外导体层、绝缘介质层和内导体四个部分组成。下面分别介绍一下每一部分的作用。

护套，即最外面是一层绝缘层，起保护作用。

外导体作为屏蔽层有双重作用，它既可以通过传输回路来传导低电平，又具有屏蔽作用。外导体通常有3种结构。

1、金属管状。这种结构采用铜或铝带纵包焊接，或者是无缝铜管挤包拉延而成，这种结构形式的屏蔽性能最好，但柔软性差，常用于干线电缆。

2、铝塑料复合带纵包搭接。这种结构有较好的屏蔽作用，且制造成本低，但由于外导体是带纵缝的圆管，电磁波会从缝隙处穿出而泄漏。

3、编织网与铝塑复合带纵包组合。是从单一编织网结构发展而来的，它具有柔软性好、重量轻和接头可靠等特点，采用合理的复合结构，对屏蔽性能有很大的提高，这种结构形式被大量使用。

绝缘介质，PE材质，主要是提高抗干扰性能，防止水、氧侵蚀。

内导体，铜是内导体的主要材料，可以是以下形式：退火铜线、退火铜管、铜包铝线。通常小电缆内导体是铜线或铜包铝线，而大电缆用铜管，以减少电缆重量和成本。对大电缆外导体进行扎纹，这样可以活获得足够好的弯曲性能。

同轴线结构上属于双导体传输线，在其横截面上能够建立类似静态场的电磁场分布，同轴线的特点之一就是可从直流段一直应用到毫米波波段。

同轴线主要以TEM模的方式广泛应用于宽频带馈线和元器件的设计中。当传输信号的波长远大于传输线长度，在传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位可近似相同，此时无须考虑分布参数效应。但是当传输信号的波长与传输线长度可相互比拟时，传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位各不相同，显现出分布参数效应，此时传输线就必须作为分布参数电路处理，这意味着同轴线中将出现TE和TM模，即同轴线的高次模。

类型

按照同轴线应用的位置，大致可以分为3种类型。

1、干线电缆：其绝缘外径一般为9mm以上的粗电缆，要求损耗小，柔软性要求不高。

2、支线电缆：其绝缘外径一般为7mm以上的中粗电缆，要求损耗小，同时也要一定的柔软性。

3、用户分配网电缆：其绝缘外径一般为5mm，损耗要求不是主要的，但要求良好的柔软性和室内统一直协调性。

主要特征

1、特性阻抗，同轴电缆的主体是由内、外两导体构成的，对于导体中流动的电流存在着电阻与电感，对导体间的电压存在着电导与电容，这些特性是沿线路分布的，称为分布常数，由于在制造中尺寸精度和介质材料纯度不均匀的影响，在有线电视系统中尽管要求使用的同轴电缆特性阻抗为75Ω，但通常实际使用的同轴电缆的特性阻抗为（75±5）Ω。因此，为防止产生信号能量反射，达到最好的传输效果，终端负载阻抗也应尽量等于电缆的特性阻抗。

2、衰减特性，同轴电缆的衰减特性通常用衰减常数来表示。衰减常数与信号的工作频率的平均方根成正比，即频率越高，衰减常数越大，频率越低，衰减常数越小。

3、电缆的使用限期，任何电缆都有一定的寿命，电缆在使用一段时间后，由于材料老化，导体电阻变大，绝缘介质的漏电流增加，当电缆的衰减常数比标称值增加时，该电缆就应该更新，一般电缆的寿命根据质量和使用场合的不同在7-20年。

4、温度系数，温度系数表示温度变化对电缆特性的影响程度，温度升高，电缆的损耗增加，温度降低，电缆的损耗减少。在实际工作中，消除温度变化对系统影响的措施是采用温度补偿型放大器、自动增益控制放大器和自动斜率控制放大器。

5、屏蔽特性，屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个参数，也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。如果电缆屏蔽不好，传输信号不仅会受到外来杂波的串扰，影响有线电视信号质量，也会泄漏出去干扰其他信号，为非有线电视用户所接收，严重影响有线电视的正常入户。

鉴别方法

1、观察绝缘介质的圆整度，标准同轴电缆的截面很圆整，电缆外导体、铝箔贴于绝缘介质的外表面，介质的外表面越圆整，铝箔与它外表的间隙就越小，越不圆整间隙就越大。实践证明，间隙越小电缆的性能越好，另外，大间隙空气容易侵入屏蔽层而影响电缆的使用寿命。

2、检测同轴电缆绝缘介质的一致性，同轴电缆绝缘介质直径波动主要影响电缆的回波系数，此项检查可剖出一段电缆的绝缘介质，用千分尺仔细检查各点外径，看其是否一致。

3、检测同轴电缆的编织网，对编织网是否严密平整进行察看，方法是剖开同轴电缆外护套，剪一小段同轴电缆编织网，对编织网数量进行鉴定，与所给指标数值相符为合格。另外对单根编织网线用螺旋测微器进行测量，在同等价格下，线径越粗质量较好。

4、检查铝箔的质量，同轴电缆中起重要屏蔽作用的是铝箔，它在防止外来开路信号干扰与有线电视信号泄露方面具有重要作用，因此对新进同轴电缆应检查铝箔的质量。剖开护套层，观察编织网线和铝箔层表面是否保持良好光泽；接着取一段电缆，紧紧绕在金属小轴上，拉直向反向转绕，反复几次，再割开电缆护套层观看铝箔有无折裂现象，也可剖出一小段铝箔在手中反复揉搓和拉伸，经多次揉搓和拉伸仍未断裂，具有一定韧性的为合格。

5、检查外护层的挤包紧度，高质量的同轴电缆外护层都包得很紧，这样可缩小屏蔽层内间隙，防止空气进入造成氧化，防止屏蔽层的相对滑动引起电性能飘移，但挤包太紧会造成剥去护层，以用力不能拉出线芯为合适。

6、观察电缆成圈形状，电缆成圈不仅是个美观问题，而且也是质量问题。电缆成圈平整，各条电缆保持在同一同心平面上，电缆与电缆之间成圆弧平行地整体接触，可减少电缆相互受力，堆放不易变形损伤。

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