IEC 61196-1基于电缆的电长度对电缆的屏蔽性能给出了三种判断标准:转移阻抗、电容耦合和屏蔽衰减,这三个参数……(此处省略一万字),在应用中知道这三个参数也没有多大意义,但要明确的是,电长度短(电缆长度远小于λ)时,屏蔽性能的评价方式包括转移阻抗和电容耦合,与单位长度有关;在电长度较长(电缆长度远大于λ)时,工程上一般用屏蔽衰减来评价,该评价方法得到的结果与电缆长度和频率就没关系了。
电缆的屏蔽性能工程估算方法非常之多,基本上都是使用解析方法估算屏蔽效能、转移阻抗或屏蔽衰减,且应用于同轴屏蔽形式(不包含双绞屏蔽)。因此,下面总结的仅适用于业内主流之一SY系列的电缆,参考下图。
外导体层的屏蔽无非就是“吸收损耗+反射损耗+多重反射损耗”,所以判断电缆屏蔽性能时,主要就是根据这三种损耗判断电缆的屏蔽性能,这是心术~~💓呵呵,幸运的是,具体的判断方式可以不用那么理论化。看上面已经晕掉的筒子们可以直接从此处开始8-)
1、外导体材料
常用材料银的电导率最高,依次是铜>铝>铁>钢。由于钢磁导率较高,其低频段的屏蔽效果比铜铝更好,从吸收屏蔽和反射屏蔽角度看:铜>铝>铁。但从成本角度看,铝箔屏蔽是最便宜的。
2、屏蔽层结构
金属带在电缆中主要的排布方式是纵包(亲们可以想象大白兔糖纸的包装)和绕包(爬山虎型缠绕)。金属带纵包的效果比绕包好,金属带绕包屏蔽效果也不错,但无论纵包还是绕包,线缆弯曲性都比较差。
金属丝编织屏蔽效果不及金属带屏蔽,但弯曲性较好。金属复合膜绕包不如金属带绕包的屏蔽性能,但弯曲性好、重量轻。在低频时,编织屏蔽电缆要优于包容屏蔽电缆,高频时连续的金属管比编织屏蔽效果好。
3、与屏蔽衰减相关的因素
电缆外导体吸收屏蔽与屏蔽层厚度成正比,与趋肤深度成反比;反射屏蔽则要求金属与介质之间的传说中的波阻抗相差越大越好;屏蔽衰减与外导体半径成正比,因为增加了能量反射的效果。
4、多层屏蔽
一般来讲,结构是铜-钢-铜的比铜-铝-铜的三层屏蔽效果要好,因为铜质层的反射损耗和钢质层的吸收损耗互补性很好,而铝与铜的屏蔽机理却类似。
5、接地因素
外导体层如果作为内导体的回流地,增加线缆的屏蔽层数只能有限地提高屏蔽衰减,但电缆成本会成倍增长。如果在电缆外部加独立接地的导电套管,屏蔽性能就会大大增加,但可能会牺牲线缆的灵活性。当然,电缆埋地的处理方式也是极好的😜,不过在射频、微波领域中很少能用到,而且对电缆的防潮、防腐性能也有特殊的要求。
番外篇
上面主要说滴是电缆在射频、微波应用中总体的应用情况。而对于电长度较短的电缆,还是需要用更精确的估算方法的。学霸们可以继续往下看了,其余的亲也欢迎挑战自我,hoho。电缆双端匹配的情况下,表皮(非编织)电流I00exp(jβz)在芯线中产生的响应为I(0,L),I0与I0之比为用来评估该衰减,先人已经给出变态公式(实质就是屏蔽效能):
其中,t是屏蔽体厚度,δ是趋肤深度,a是外导体半径,其他参数不解释,学霸懂的!
为了让曾经的学霸们也能用上该公式,上式第一项实质就是金属的吸收损耗,在外导体厚度为1mm的情况下,常用金属的吸收损耗(dB)见下表:
再给个电导率σ的对照:
谈了两期电缆及其组件的选型,以后将会把电缆选型的内容全面呈现给大家,并总结其他射频、微波和EMC的实用内容。同时,也可将亲关注的问题发给我们!