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电缆组件速度系数探究

发布日期:2019-03-28   作者:   来源:   编辑:   访问量:195

理论上,电信号以光速移动。电缆组件只会降低它们的速度。实际速度与光速的比率称为速度因子或传播速度(VOP),表示为自由空间中光速的百分比。

这种减速效果几乎完全是由介电材料引起的; 在同轴电缆中,屏蔽层和中心导体之间的绝缘。例如,对于闭孔泡沫电介质,VOP可接近90%,这意味着信号将以光速的90%传播。对于固体Teflon®VOP通常约为70%。

(这些数字可能因材料的具体配方而有所不同。根据电缆的结构,它们也会有所不同。)

VOP有什么影响?毕竟,70%的光速仍然非常快!事实上,在一些航空电子和其他电子应用中,速度和延迟是关键因素,需要精确测量。

从电缆一端到另一端的延迟与VOP成反比:VOP%越低,延迟越长。

例如,对于导航系统,这在相对信号定时中可能是重要的。延迟与频率无关。实际上,它是电线或电缆电气长度的决定性因素。

已发表的文献经常列出有线电视的特性延迟。如果是这样,根据“ns / ft”值计算特定长度电缆的延迟是一件简单的事情。但使用VOP和以下公式计算延迟也是切实可行的:

或者,更实际的是,

其中:
d  =以纳秒为单位的延迟
L  =以英尺为单位的电缆长度
C  =自由空间中的光速
VOP  以百分比表示

作为指导原则,  下面 列出了一些普通电缆介电材料的VOP,介电常数和延迟,以及一些不太常见的材料,包括在内。表2  将其纳入PIC同轴电缆和一些RG类型。

延迟是确定定向TCAS天线接收的转发器信号的方位的关键因素。但这里的品质因数是指定频率下电缆的绝对相位角。

波长和VOP

在微波频率(TCAS和转发器工作在1000 MHz附近),单纳秒(十亿分之一秒)是整个波长。TCAS II容许四个上部或下部定向天线电缆中的一个这样的波长(360°)不匹配,并且一些TCAS I处理器需要甚至更高的精度。注意,这种相位匹配不仅要求波在线缆与线缆之间的图案中彼此重合,而且它们必须在同一波内完成。因此,相位和延迟测量都很重要。

100VOP下,1000 MHz1.0 GHz)的物理波长为11.80英寸。这可以根据电缆的实际速度因子以及其他频率来调整比例。

一个实用的公式是:

或者,减少,

其中:
L  =物理长度(英寸)
VOP  以百分比表示
f  =频率(MHz

然而,在给定电缆类型中具有相对均匀的VOP数字,按英寸进行相位匹配测量它们也不能保证精确匹配。这是因为实际VOP并不总是完全公布的数字,即使在单个生产线缆中也不能被认为是完全均匀的。在具有高VOP的电缆中,差异往往更明显。只有精确测量电气长度的测试设备才能验证满足TCAS定向天线所需的严格标准。

PIC生产的电缆满足并超过了TCAS和其他RF系统的要求。进行精确测试以确保满足关键的时序和相位匹配要求。

介电常数是材料本身的属性 - 与尺寸无关 - 但是决定VOP和延迟的重要因素。

前缀  di - 推断防止这种流动的效果。然后,电介质(琥珀符合条件)是一个屏障 - 绝缘体 - 将正负电荷彼此分开,防止直流电流。以电容器为代表。

在电缆中,电介质被定义为使导体与其他导体绝缘的非导电塑料或橡胶(或甚至空气)。

没有导体材料是完美的,绝缘材料也是如此。存在超导体,特殊合金,其在非常低的温度环境中实际上表现出零电阻。一个完美的真空也是绝对的,但仍然无法实现。使用完美的真空作为绝缘介质制作电缆怎么样?它比超导体更不切实际。

因此,在现实世界中,虽然可能在没有实际访问权限的情况下量化绝对值,但至少可以通过比率来与它们相关联。因此,定义介电常数(电气符号   - 材料的介电(电荷存储)质量与完美真空的质量之比。完美的真空值为1.0。所有其他材料的价值都更高  

介电常数用于确定同轴电缆的特征阻抗,损耗,电容,截止频率和传播速度。

例如,固体PTFE的介电常数(如RG142RG393中所用)标称值为2.1。这意味着它将存储大约两倍的电荷作为真空,或换句话说,大致使电容加倍。PICS33141低损耗同轴电缆采用带有电介质约1.8。它更轻,更薄但与RG393电气等效,介电常数是其中一个原因。

介电常数越低,损耗越低,电容越低,传播速度越快接近理想的电缆。用于确定与介电常数相关的电缆参数的一些公式如下所示:

以欧姆为单位的阻抗 -

传播速度(表示为光速的百分比) -

电容单位为pF / ft -

对于上述等式,
D  =屏蔽的内径(英寸)
d  =中心导体的外径(英寸)
E=介电常数

计算VSWR和损耗虽然介电常数是一个因素,但并不那么简单。对于VSWR,还需要建立反射阻抗,并确定损耗,绞合和编织因素 - 所有这些都是电缆设计和工程的一部分。

介电常数不是电缆质量的唯一衡量标准; 多孔聚乙烯的   含量低至1.4,但其额定温度较低。使用聚乙烯电介质的MIL规格同轴电缆通常也具有PVC护套,因此,由于烟雾和火灾问题,因此对于飞机是不应用。

但是已经开发出一些较新的技术和化学品 - 例如发泡,包裹或膨胀的带状高温电介质。所有这些都降低了介电常数; 但是,随着空气量的增加,材料变得更柔软并且强度会受到影响。例如,PTFE的良好固体挤出是坚韧的,但损耗将大于膨胀PTFE带。然后,也许它需要在实际或环境方面变得艰难。

权衡利弊,在电气性能与重量和强度是电缆组件无休止的关注。成本费用在不断的增加。天科乐12在品质方面一直不断加强晋升,在对高可靠性和高品质产品的追求是天科乐人对客户至始至终的保障。

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