同轴电缆温度稳相材料研究新进展

性。一根制作良好的柔性电缆也有较好的重复性，但同时它又存在内在变化性，这是由扩张/收缩的介质和外导体结构之间的相互作用引起的。

事实上,实际的相位跟踪与温度之间的关系是由以上这些因素所共同组成的。图5显示了这些因素如何对几组相位匹配电缆组件的实际相位跟踪性能造成的叠加影响。

图5

E、相位滞后与温度的关系

图6显示了PTFE材料由于其滞后特性使电缆相位温度特性进一步复杂化。

图6

PTFE的一系列特性使之成为最佳的电缆介质材料。但它有一个明显的缺点是PTFE材料在18-20摄氏度之间会经历分子相位变化。这个相位变化导致了1.5%的体积变化与对应的介电常数变化，从而导致了电长度的突然改变。这种影响可以通过使用低密度PTFE介质而减少，但是不能消除。

此外，这种相位突变在温度上升和温度下降时开始变化的温度点是不一样的。这种滞后效应大大降低了相位跟踪性能。

三、典型微波电缆的性能

目前及未来相当一段时期内，PTFE是最常见的用于微波和毫米波电缆电介质材料。它有两个基本大类，高密度(=2.01)和低密度(=1.73)。另外还有超低密度PTFE(=1.42)，其被优化用于构成相位稳定的电缆。这些电缆由于超低密度结构提供极少的机械支持，极易受到机械损坏。总而言之，单位长度低密度PTFE电介质密度一致性的差异，会直接导致相位跟踪性能的差异，这在达到电缆额定温度时尤其明显。图7叠加显示了一些高性能同轴电缆的相位随温度变化的"足迹"。

图7

A、全密度PTFE介质

固体核心,全密度PTFE电缆有非常坚固的介质核心，其相位温度斜率为最大，分子相位变化效应也最为明显.

B、低密度微孔PTFE介质

低密度PTFE介质核心可以用不同的方法来制成，这些方法都有着类似的工艺。把固体PTFE材料置于可控的拉力拉伸并逐渐升高温度。

接着在保持张力的情况下冷却，就会产生一个"拉伸的"PTFE材料,可用于构成电缆的绝缘体。

大多数相位敏感微波应用的电缆都会用到这些低密度PTFE。在相位随着温度变化时，低密度材料会使相位温度斜率最小化，同时使电缆电长度的"阶梯跃变"变小。

四、PTFE 的替代品

目前已经开发出了几款能替代PTFE同轴电缆的产品，并且在系统级性能上面有了显著的改善。由于改进了导体和介质对相位影响的平衡性，从而提高了电缆的相位温度性能，所有这些替代品已经消除了相位温度拐点，

图8和9表明了PTFE和TF4™之间的形状和跟踪性能的对比。

图8

图9

A、二氧化硅半刚性电缆组件

二氧化硅被用作电缆的绝缘介质材料已经有许多年。二氧化硅材料非常易吸湿。因此它必须用于完全气密的电缆组件中(泄漏率小于5 x 10-8 Atm-cc/sec He)。

这种电缆组件在结构上属于半刚电缆，外护套是铜包钢，并且直接和不锈钢连接器外壳进行焊接。

由于电缆结构的一致性和绝缘介质的无机性，该电缆表现出极优异的温度相位重复性和跟踪性。

基于这些材料的使用，便能做出非常牢固的电缆组件。除此之外，由于介质有类似于压紧的沙子的特性，所以能在电缆受到挤压时对外导体提供很好的机械支持。

图10

不锈钢和二氧化硅材料都具有极优异的抗辐射和抗腐蚀性能。可以在绝对零度到超过600摄氏度的范围内使用。 它们在航空航天应用中是系出名门，当之无愧的。

B、TF4 ™ 半钢电缆组件

时代微波系统最新开发出一款基于氟聚合物的介质材料TF4™，该材料有与PTFE类似的温度等级并且消除了介电常数的突变效应。因为其制作工艺是熔化挤出，所以可以得到比一般低密度PTFE在单位长度上更均匀一致的结构从而提供了更优秀的相位跟踪和重复性能。此外半钢结构和二氧化硅组件一样都是均匀的管状结构，所以该结构可以提供匹敌二氧化硅组件的重复性能且无需使用不锈钢导体及特殊设计的连接器。TF4 ™ 半钢电缆组件可以采用通常有现货的连接器来生产，事实上，它可以使用任何用在普通PTFE介质的半钢电缆组件的连接器。

该材料的另一个优点是其具有"微孔"的介质结构。为了平衡电缆导体和介质对相位的影响，介质材料需要降低密度，但是这样会同时降低机械强度。使用超低密度(Vp = 84%)的TF4™介质有着和标准密度(Vp = 76%)拉伸型的PTFE带同样的硬度测量值。这样就能够做出满足足够机械强度的电缆且不再需要沉重而昂贵的结构来保证机械强度。图10和图11比较了用二氧化硅介质和TF4介质的半钢电缆之间的温度相位性能。

图11