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同轴线和音响线的传输理论及设计要点
发布日期:[2015-2-4 11:29:23]    共阅[1225]次
一. 线的作用及信号如何沿线传输:
线的作用引导信号传输的方向,其中同轴电缆的电磁波是在内导体和外导体之间的绝缘中传播,是封闭性的,因此它的绝缘材料及结构对信号传输的质量有重要的影响。对称电缆的电磁波是在导体周围的空间介质中传输,是开放性的。导体的作用只是限制了电磁波的传输方向。
同轴线电磁场分布图

二. 通信传输线的种类及适用范围:
1.同轴电缆:是在金属圆管(外导体)内配置另一圆形导体(内导体),用绝缘介质使两者绝缘并保持同心,称同轴电缆。低频时由于导体不对称,所以回路本身防止串音的能力比较差,不适于低频。但在高频时由于导体的集肤效应(高频时电流趋向于导体表面的现象),外导体兼有屏蔽的作用,屏蔽性能好,防止串音的能力比较强,所以适用频带比较高.
2.对称电缆:一对具有相同外径及相同结构的两根绝缘线芯对地对称的排列,称对称电缆。特点是结构对称,回路可以抵消部分外界的干扰,但在高频时由于邻近效应所造成的衰减比较大,因此适用的频带比较低,
三. 设计线时应该注意的事项:
1.技术性(在选择材料及确定结构时要合理)   
2.经济性 (在满足客人的要求时要尽量减小尺寸,这样可降低成本,提高产品的竟争力)
3.生产实际性(要与车间的生产能力相结合)
四.  影响线传输的因素以及如何改善
1.       同轴电缆
1)              特性阻抗 :是电磁波沿均匀电缆线路而没有反射时所遇到的阻抗。它与R,L,C,G,f有关,与所加电压、电流及负载阻抗和线的长度无关。
计算公式:ZC=(138/ )*lg(D/d)
D:绝缘外径,mm
d:内导体外径,mm
ZC:特性阻抗 (欧姆)
εr: 绝缘相对介电常数
         在设计同轴电缆时,第一要满足的条件就是特性阻抗,如果特性阻抗不满足要求,即使增加衰减值也要满足特性阻抗
         同轴电缆的特性阻抗分为三种:
             50欧姆:适用于网络线
             75欧姆:适用于有线电视传输
             100欧姆:适用低电容传输及其它特种电缆
2)              衰减 :表示电缆在行波状态下工作时传输电压或功率的损耗程度。
计算公式:a=R/(2*ZC)+ZC*G/2
根据数学推导--
衰减与以下四个参数有关
R-导体电阻、L有效电感、C-工作电容、G-绝缘电导
           其中衰减随R、C、G的降低而降低,随L的增加而降低
因此我们可以通过控制以上四个参数来控制衰减的大小。以上四个参数的计算公式如下:
  R=5.5/d2+8.30*10-7* *(1/d+1/D)  欧姆/公里
D:绝缘外径,mm
d:内导体外径,mm
f:导体使用频率,HZ
              L=[2*Ln(D/d)+(132/  )*(1/d+1/D)]* 10-4 亨/公里
D:绝缘外径,mm
d:内导体外径,mm
f:导体使用频率,HZ
              C=(55.56*εr)/(LnD/d)
D:绝缘外径,mm
d:内导体外径,mm
εr: 绝缘相对介电常数
         G=G0+wCtg(ξ)
G0 :直流损耗
w :电流频率
C:工作电容
tg(ξ):介质损耗角正切
PVC在高频时不被用做绝缘的主要原因就是tg(ξ)和εr太大,在高频时能量损耗的太多
对以上公式总结后,可得出如下结论:
R、L、C、G主要随电流的频率和电缆结构尺寸D/d的变化而变化,具体表现为:
1)     R随频率的增加而增加,随d的增加而减小
2)     L随频率的增加而降低,随D/d的增加而增加
3)     C与频率无关,随D/d的增加而减小
4)     G与频率成正比,随D增加而减小
我们再根据上面所得的结论(衰减随R、C、G的降低而降低,随L的增加而降低),可以通过控制线材的结构和材料的选择降低线材的衰减
以上计算只是针对于理想导体(内导体为单根铜,外导体为圆管)来说的,如果内导体为绞合,外
导体为编织或缠绕的话,则需加修正系数来记算
3)              串音:信号由一个回路耦合到另一个回路,从而对其它回路造成干扰的现象,叫串音。分为直接串音和间接串音。
 解决串音的最基本方法就是屏蔽
  屏蔽可分为:电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽
  电屏蔽:使干扰电流通过屏蔽转移到地下,而不通过回路,它的前提是必须接地

电磁屏蔽:综合以上两种屏蔽
屏蔽的方式
单层屏蔽:应用于较普通的线材
双层屏蔽:应用于中档的线材,
多层屏蔽;应用于高档的线材
屏蔽的原理:一个是由于两种不同的介质由于特性阻抗不同所造成的能量反射衰减,另一个是能量在屏蔽体内的吸收衰减(频率越大,屏蔽层越厚,效果越好)。所以对于多层屏蔽来说屏蔽层的排列及屏蔽材料的选择是非常重要的。
同轴回路的屏蔽作用完全决定于外导体的结构及其电特性. 同轴对的外导体起着双重作用.它是回路两导体中的一根导线同是又具有屏蔽的作用
 (二).对称电缆
1)衰减 (R、L、C、G)
2)串音:两种改善方式
(1)       屏蔽
(2)       绞距配合
 
五.如何设计一条音响线:
  1.设计音响线的思路:音响线与IEEE1394,USB,CAT.5,RF等电缆不同,是非标准线,所以我们可以根据客人的需求来改变线材的结构,从而达到客人不同方面的要求。如客人要高档音频线,我们就可以采用SPC,PCOCC,OFC或纯银线做导体,内导体和外导体的面积大一些。为了降低电容,我们可以使用较粗的直径,用发泡PE做绝缘,为了降低串音可以使用多层屏蔽,用装配金属壳端子,这样可以达到全屏蔽,
    另外,IEEE1394,USB,CAT.5,RF等电缆重视线材的电气性能,如果你达不到电气方面的要求,就会没市场,它们对产品外形无要求。但是 音响线不同,它对电气方面的要求不严袼(但要导通),它对产品外形的要求较高,如果外形做不好,市场就会不好。
 
2.确定音响线的结构尺寸
1.  导体:
1.1 导体20条以下或0.1mm2截面积以下,一般采用直放方式; 20条及以上或0.1mm2截面积以上采取绞线方式。
1.2 导体绞距(PITCH)及绞线模具参见下表:(UL中绞距不得大于1 inch,即25mm)
                                                                  单位:mm

导体
模具
绞距
导体
模具
绞距
导体
模具
绞距
7/0.10
0.36
11
20/0.18
1.1
26.7
10/0.12+2/1#
0.70
23
7/0.12
0.45
13
20/0.10
0.62
17.4
13/0.12+2/1#
0.70
23
7/0.14
0.50
15
20/0.12
0.74
20
16/0.12+2/1#
0.78
23
7/0.16
0.52
17.4
25/0.12
0.80
23
15/0.12+2/1#
0.77
23
7/0.18
0.66
20
 
 
 
20/0.12+1/1#
0.78
26.7
10/0.08
0.38
11
 
 
 
20/0.12+2/1#
0.82
26.7
10/0.10
0.48
12
 
 
 
25/0.12+1/1#
0.88
36
10/0.12
0.54
17.4
 
 
 
25/0.12+2/1#
0.90
36
12/0.12
0.60
20
 
 
 
30/0.08+NY
0.78
17.4
15/0.12
0.68
23
 
 
 
20/0.12+5/1#
0.98
26.7

 
1.3 绞线模具计算方法: D=1.155 d+
D-----绞合直径
d------铜线直径 
n------铜线条数
铜箔丝直径~0.25mm,相当于3/0.12的绞合直径(是绞径相当,不是指重量相当)。
1.4 导体(铜线)重量计算:G =  (g/m)
                        =铜线密度8.89
        绞线缠绕乘以1.03,
        编织1.05
        铜箔丝5000M/kg   
        漆包线3000M/kg
2. 芯线押出:
2.1 芯线押出内模选用计算方法:D=1.155 d+
n---导体条数 
d---单条导体大小
常用押出芯线内模选用:
导体规格
押出内模
导体规格
押出内模
1/0.5
0.60
20/0.10
0.65
 
1/0.643
0.75
20/0.12
0.72
 
1/0.8
0.90
20/0.18
1.10
 
1/1.0
1.10
25/0.12
0.82
 
10/0.08+NY
0.42
10/0.12+2/1#
0.65
 
7/0.10
0.38
13/0.12+2/1#
0.72
 
7/0.12
0.42
15/0.12+2/1#
0.75
 
7/0.14
0.50
20/0.12+1/1#
0.78
 
7/0.16
0.56
20/0.12+2/1#
0.80
 
7/0.18
0.68
25/0.12+2/1#
0.90
 
10/0.10
0.42
20/0.12+5/1#
0.92
 
10/0.12
0.52
30/0.08+NL
0.63
 
12/0.12
0.60
 
 
 
15/0.12
0.65
 
 
 
 
2.2 芯线押出外模选用及相关参数:
胶料
PVC
PP
芯线大小范围
0~1.6
1.7~2.5
0~1.2
1.3~2.0
押出温度 ℃
150-185
165-220
165-240
外模比增减数
0
+0.1
+0.5
胶料
PE
发泡PE
芯线大小范围
0~3.0
3.1~4.0
0~2.0
2.1~5.0
押出温度℃
160-190
160-200
150-200
150-210
外模比增减数
0
0.1
 -1/4d~-1/3d
 
2.3 芯线押出公差:
芯线范围
PVC
PE、PP
发泡PE
藕芯PE
<2.0
±0.05
±0.05
±0.05
 
2.0~6.0
±0.10
±0.10
±0.10
±0.15
>6.0
±0.15
 
 
 
2.4绝缘胶料用量计算方法:     (g/m)
D-----外径  
-----圆环内径(可用外圆面积减内芯截面积总和)
                      ----胶料密度(PVC1.5  PP0.92  PE0.93  PU1.28)
3 隔离:
3.1 缠绕铜线数与芯线径的关系:
  
简化形式为               
                                 
其中:D------芯线直径
d------铜线直径
L------缠绕节距,25mm,细芯线应减小。
3.2 缠绕材料用量:
            G = ×(1.02~1.03)(g/m)  
铜箔丝5000M/kg   
漆包线3000M/kg
=铜线密度8.89
3.3 常用缠绕绞距:
线径范围
铜线规格
绞距
 
<1.0
0.08
18
 
0.10
 
0.12
 
>=1.0
0.08
25
 
0.10
 
0.12
3.4编织遮蔽率:
         【1】
               【2】   
       【3】
K-----遮蔽率                
F----单向遮蔽率    
D----芯线直径,以inch计算
d----铜线直径,以inch计算 
N----每锭铜线数    
C----锭数
P----目数
----倾角
3.5编织重量计算:    
 
n---编织总条数 
---铜线密度
---编织斜角  
d---编织铜线径
3.6 包带:
3.6.1 常用包装材料有棉纸(密度1.0)、单面铝箔(密度2.2),.加工方式分纵放、.绕包两种方式。
3.6.2 带宽大小: 1. 纵包:线径周长X1.3
              2. 绞包:绞合外径X(2~2.5)
3.6.3 重量计算:G= × 重叠率       其中:t---带厚度
4. 芯线绞合:多芯线绞距=
                         芯线数量
                         ----芯线径
5 外被押出:
5.1内模选用原则:麦克风线比缠好的芯线加大0.2-0.3mm,编织线加大0.5mm左右。如3C-2V为4.2mm,RG-59/U为4.8mm。
常用单芯隔离线内模
芯线
内模
芯线
内模
芯线
内模
F0.9+26/0.12
F1.1
F1.4+35/0.12
F1.8
F1.7+40/0.12
F2.1
F1.0+28/0.12
F1.3
F1.4+40/0.10
F1.7
F1.7+40/0.12+2/1#
F2.3
F1.1+30/0.12
F1.5
F1.5+40/0.12
F1.9
F1.7x2+96/0.12
F4.2
F1.3+30/0.12
F1.7
F1.6+43/0.12
F2.0
 
 
5.2外模选用原则:押出PVC外被,亮面时外模与线径相同,消光雾面时外模加大0.15~0.3mm。押出PU外被时,无论亮面、雾面,外模均与线径同。
5.3 押出参数:
线径范围
押出胶料
线面亮雾
温度 (℃)
线径公差(mm)
0~6.0
PVC
雾面
135~175
±0.10
亮面
140~185
PU
 
150~190
6.1~11.0
PVC
雾面
135~175
±0.15
亮面
140~195
 
6. 裁线公差:裁线公差除客户要求外,一律按公差表进行设计。
 
 
单位:mm
 裁线长度
0~500
501~1500
1501~3000
3001~5000
5001~10000
10001~20000
20001~30000
30米以上
公差
±5
±10
±20
±30
±40
±80
±100
±150
 
7. 性能测试
7.1导体电阻:(OHM/KM)
          R= =                  
d---单条导体直径(mm)  
n---条数
7.2静电容量:(pF/M)
 
                                    
7.3特性阻抗:(OHM)
 
 
 
 
                            D----绝缘外径 
                            d----内芯导体直径
                            e ----介电常数:
PVC-------7        PP------------2.3  
PE---------2.3      发泡PE-----1.33~2.0(以发泡度不同而变)
7.4火花机调节:
绝缘厚度
0~0.24
0.25~0.44
0.45~0.85
PVC
2KV
3.5KV
5.5KV
PE
发泡PE
 
六.举例说明设计音响线
1  音频线
2  视音频线频线
3            21PIN 扫把头线
 
七.如何设计一条同轴线
目前同轴电缆的尺寸都已标准化了,一般都不需要再去确定结钩尺寸 .,可查相应的标准
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