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二氧化硅电缆的应用9-超大功率射频传输电缆。
超大功率RF射频传输电缆-二氧化硅电缆
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(一)射频电缆的最大承受功率分析:
1.1 定义 :在特定的条件下,射频电缆能够长时间工作的最高承受功率,而且电缆的有关指标在长时间传输该功率信号时应该是基本不变,该功率值就是在特定条件下的最大承受功率。
1.2 特定条件:一般是指工作的海拔,环境温度,和工作频率。
1.3 决定最大承受功率的因素。
射频电缆在传输大功率高频信号时会有损耗(衰减),在频率大于 10MHz 时,衰减可用下面的公式表示:
α = 衰减, dB/100m
ε r= 介质的相对介电常数
D =外导体内径, mm
d =内导体直径, mm
σ 1 = 内导体导电率, MS/m
σ 2 = 外导体导电率, MS/m
tan δ = 介质损耗因子
f= 频率, MHz
从上面公式可以看出,衰减损耗有两部分组成,一部分是由内外导体的电阻而产生,另外一部分是由绝缘介质在高频电磁场中产生。
该损耗的大部分都变成热量而在电缆里面集聚和散发,当电缆的发热和散热在某个温度和环境下达到热平衡时,如果在该温度下电缆没有结构性的损坏,如绝缘体的熔化,那该电缆则可以正常的传输信号,当传输功率升高到某一个临界值时,平衡温度就会达到熔化电缆结构的临界温度,那这样电缆就会破坏而不能正常传输大功率信号,所以说决定电缆承受功率的因素主要如下:
A. 绝缘介质或其他电缆材料的最高耐温等级。
B. 电缆和绝缘介质的热传导率。
C. 导体的导电率(或电缆的大小)。
D. 绝缘介质的介电常数和介质损耗因子。
E. 工作环境等特定因素
简单化的分析一下,如果把工作环境,如温度,工作海拔和工作频率固定下来,如果需要提高承受功率,那就应该是:1.提高电缆绝缘介质的承受温度,2.尽量少的发热(降低电缆损耗),3.尽快的散热(使平衡温度降低),。
而上面的3个方法中,最直接的方法也就是提高绝缘介质的承受温度效果最好,降低损耗是第二,而降低损耗的方法中以增加电缆直径的方法最有效,其次是使用介电常数低的绝缘介质。而提高热传导率因为材料的原因一般很难有效,所以目前一般都着眼于第1和2这两点上,同时因为在很多场合下,因为电缆尺寸好限制,或者为了容易比较,所以一般以同等直径下的电缆来比较最大承受功率。
这样就只有两条路了,一是提高电缆绝缘介质的耐温,二是选用介电常数低的绝缘介质。
下面是常用绝缘材料的耐温和介电常数表:
绝缘材料名称 | 耐温等级(℃) | 介电常数 |
聚乙烯(PE) | 80-100 | 2.35 |
发泡聚乙烯(FPE) | 80-100 | 1.26-1.65 |
聚丙烯(PP) | 150 | 2.2-2.4 |
聚四氟乙烯(PTFE) | 260 | 2.0-2.1 |
发泡聚四氟乙烯(EPTFE) | 260 | 1.38-1.65 |
发泡二氧化硅(SIO2) | 1723 | 1.58 |
从上面的参数可以看出,二氧化硅电缆在提高承受功率上有着巨大的优势!
(二)实际电缆的最大承受功率对比
下表是尺寸几乎相等的不同绝缘材料电缆的最大承受功率对比(海平面,20℃):
绝缘材料名称 | 电缆规格 | 最大承受功率(CW@10GHz) | 最大承受功率(CW@0.4GHz) |
聚乙烯(PE) | RG223 | N/A | 86 |
发泡聚乙烯(FPE) | LM195 | N/A | 250 |
聚四氟乙烯(PTFE) | UT-141C | 117.5 | 660 |
发泡聚四氟乙烯(EPTFE) | UFB-142A | 172 | N/A |
发泡二氧化硅(SIO2) | S142 | 1450 | N/A |
结论:二氧化硅电缆的最大承受功率是目前所有电缆中最高的!而且是远远高于其他类型的电缆。
(三)超大功率电缆的应用
1.大功率雷达
2.外太空卫星大功率天线馈线
3.其他大功率传输场合