同軸電纜芯線電容測(cè)量方法研究

　　0 前言

　　同軸電纜和高速數(shù)字通訊電纜的芯線電容，是影響電纜傳輸性能的重要參數(shù)，將同軸電纜單位長(zhǎng)度電容控制在允許范圍之內(nèi)，可以保證電纜傳輸阻抗的均勻。測(cè)量成品同軸電纜電容，只需用電容測(cè)試儀的兩個(gè)測(cè)試夾，分別連接到電纜的內(nèi)外兩個(gè)導(dǎo)體即可。而對(duì)于沒有加上外導(dǎo)體的電纜絕緣芯線，只有一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體電極，無(wú)法用電容測(cè)試儀直接測(cè)量。為此，我們對(duì)如何測(cè)量同軸電纜芯線電容的方法進(jìn)行了研究。

　　1 同軸電纜電容

　　1．1 電容計(jì)算公式

　　式中：C為電纜單位長(zhǎng)度電容（pF／m）；ε為絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；D為電纜的外導(dǎo)體內(nèi)徑即絕緣層外徑（mm）；d為電纜的內(nèi)導(dǎo)體外徑（mm）。

　　由上式可知，電容的大小和內(nèi)導(dǎo)體外徑、絕緣材料（不同材料ε不同）、外導(dǎo)體內(nèi)徑（絕緣層外徑）、發(fā)泡度（影響ε）相關(guān)。只要D、d、ε控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)內(nèi)導(dǎo)體直徑d和絕緣層外徑D確定后，介電常數(shù)ε就決定了電纜的電容。

　　1．2 發(fā)泡度對(duì)電容的影響

　　發(fā)泡度就是發(fā)泡體中含多少百分比的氣體，可按下式計(jì)算：

　　式中：P為發(fā)泡度（％）；do-為基材原有的密度；d為發(fā)泡體的密度。

　　對(duì)于發(fā)泡電纜，ε與發(fā)泡度有直接聯(lián)系，PE材料發(fā)泡度與電容的關(guān)系參見表1。

　　由表1可以看出，發(fā)泡度大時(shí)ε??；發(fā)泡度小時(shí)ε大。在內(nèi)導(dǎo)體外徑及絕緣外徑確定的情況下，只要控制發(fā)泡度的大小，就能控制電容值。反過來，測(cè)量電容有助于電纜芯線在擠出過程中及時(shí)調(diào)整發(fā)泡度。

　　2 電容的測(cè)量

　　1．1小節(jié)中的電容計(jì)算公式可用于設(shè)計(jì)同軸電纜，在實(shí)際生產(chǎn)中內(nèi)導(dǎo)體直徑、絕緣外徑的變化，會(huì)引起電容值的變化。只有通過測(cè)量，才能知道實(shí)際電容值。電容通常有兩個(gè)電極，電極之間夾以絕緣層，而同軸電纜芯線只有一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體電極，外面是絕緣層，要測(cè)量芯線的電容，須在絕緣層外面再設(shè)置一個(gè)電極，這樣就組成了一個(gè)圓柱體電容。

　　2．1 測(cè)量途徑分析

　　2．1．1 金屬箔作為外電極

　　在絕緣層外面繞包一層銅箔或鋁箔等金屬箔，測(cè)量?jī)?nèi)導(dǎo)體和金屬箔之間的電容。由于金屬箔繞包的松緊、疊縫空隙等因素，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成較大影響。

　　2．1．2 水銀作為電極

　　在一個(gè)管狀容器中放入導(dǎo)電的水銀，將電纜芯線浸入水銀中，測(cè)量?jī)?nèi)導(dǎo)體和水銀電極之間的電容值。由于水銀密度較大，芯線浸入其中，對(duì)絕緣層有一定的壓力，容易使塑料等軟性材料變形，改變?cè)械膸缀纬叽纾以摲椒ㄔ跍y(cè)量中會(huì)產(chǎn)生水銀蒸發(fā)，污染環(huán)境，不利于身體健康。

　　2．1．3 用普通清水作為電極

　　將清水注入管狀容器，電纜芯線浸入水中，測(cè)量?jī)?nèi)導(dǎo)體和水電極之間的電容值。該方法成本低，安全無(wú)污染。

　　2．2 芯線電容測(cè)量裝置

　　2．2．1 測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)

　　按2．1．2及2．1．3小節(jié)提出的測(cè)量方法，均需要制作一個(gè)專門的電容測(cè)量裝置。根據(jù)待測(cè)電纜直徑、長(zhǎng)度，考慮測(cè)量誤差等因素，設(shè)計(jì)制作了一個(gè)測(cè)量裝置（結(jié)構(gòu)示意見圖1）。

　　2．2．2 測(cè)量裝置韻設(shè)計(jì)要求

　　底盤有足夠的面積和質(zhì)量，以保持裝置的穩(wěn)定，立柱長(zhǎng)時(shí)相應(yīng)增加底盤面積；立柱長(zhǎng)度根據(jù)樣品長(zhǎng)度設(shè)計(jì)；絲桿長(zhǎng)度主要考慮樣品浸入水中對(duì)準(zhǔn)刻線時(shí)的調(diào)節(jié)范圍，至少有30mm的可調(diào)范圍；樣品固定板隨升降螺母轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)，靜止時(shí)，其上下活動(dòng)問隙盡可能小；為了減小環(huán)境中電磁場(chǎng)的干擾，要采取屏蔽措施。