高效绝缘材料解析的分析介绍

射频同轴电缆的绝缘不只是起绝缘的作用，高频磁场也是在绝缘介质中传播的，最终的传输性能主要是在绝缘之后才确定的，因此介质材料的选择和其结构非常重要。它对降低电缆的衰减、提高功率容量、减小波阻抗不均匀性以及增加机械稳定性等都有非常大的影响。

对绝缘的主要要求是介电常数ε和介质损耗角正切值tanδ应尽量小。如果只为保证衰减降低，则希望绝缘近似做成空气形式，但射频电缆是要传输大功率的，作为绝缘就应有较好的导热性和较高的耐电强度，从这一角度看，空气绝缘则较差。

综合考虑衰减、传输功率、承受电压等要求，射频电缆的绝缘结构可制成实体绝缘、空气绝缘及半空气绝缘三种形式。

1.实体绝缘

实体绝缘的优点是耐电强度高，机械强度高，热阻小以及结构稳定；缺点是用的介质材料较多，介电常数大，特别是在介质中的损耗与频率成正比，当频率很高时，电缆的衰减较大。

最常用的绝缘介质是聚乙烯。低密度聚乙烯的最高使用温度为85℃；高密度聚乙烯的使用温度可高一些，其机械强度较好。如果将聚乙烯进行化学交联及辐射交联，其耐热性可进一步提高，耐龟裂性及耐老化性也进一步得到改善。辐射交联聚乙烯长期工作温度可达120℃。

在要求耐高温的情况下，应采用聚四氟乙烯及聚全氟乙丙烯。它们有较好的热稳定性和化学稳定性，其电性能也较优异。聚四氟乙烯的长期工作温度可达250℃，聚全氟乙烯的长期工作温度可达200℃。

2.空气绝缘

电缆的内外导体间除了以一定间隔或螺旋式固定在内导体上的支撑物外均是空气，其等效介电常数及介质损耗角正切值都较小，因此在保持同样波阻抗的条件下，电缆的内导体可以做得更大些，从而就降低了金属衰减，因此采用空气绝缘结构可使衰减大大降低。

空气绝缘具有低衰减、大功率、宽频带等优点，其缺点是耐电压较低，再由于外导体通常采用管状结构，因此柔软性较差。典型的空气绝缘形式如图4-7所示。

垫片绝缘结构允许用最少的介质材料来牢固地支撑内、外导体，从而使其介电常数接近于理想空气绝缘（ε_D可降到1.03），因此使电缆具有最低的衰减。介质垫片可以制成多种多样的形状，其形状如图4-8所示。垫片可由聚乙烯制成，也可由其他耐高温材料制成。

螺旋绝缘是高频段较理想的一种绝缘形式，小尺寸电缆螺旋截面多为圆形，而大尺寸多为矩形、齿条形或工字型螺旋结构。螺旋绝缘与其他空气绝缘形式相比，不但能保证在电气上有较好的均匀性，而且在工艺上可以采用机械方法连续加工，有利于成批生产。

图4-7 典型的空气绝缘形式(www.xing528.com)

a）垫片绝缘 b）螺旋绝缘 c）聚苯乙烯叠带螺旋绝缘

图4-8 绝缘垫片的形状

聚苯乙烯叠带螺旋绝缘是采用几百层特殊加工的厚度为0.015～0.02mm的柔软聚苯乙烯带，通过加工使其相互重叠，并以螺旋形地绕包在内导体上（见图4-7c）。这种绝缘的等效介电常数为1.19～1.25，不仅有低衰减，而且由于多层塑料带重叠绕包，外径尺寸极小，均匀性好。并且聚苯乙烯的电性能随温度变化极小，具有很好的相移稳定性。其缺点是加工麻烦，生产效率低。

3.半空气绝缘

这种绝缘结构介于实体绝缘与空气绝缘之间，绝缘层是由空气和介质组合而成，但内、外导体间的径向路径需要通过固体介质层。其性能也介于前两种电缆之间，如衰减一般比空气绝缘电缆大，但比实体绝缘电缆小。典型的半空气绝缘形式如图4-9所示。

图4-9 典型的半空气绝缘形式

a）泡沫绝缘 b）竹节式绝缘

物理高发泡绝缘采用先进的挤塑和注气工艺及特殊的材料，发泡度可以达到80％以上，这样的电气性能与空气绝缘电缆比较接近。注气方法中，高压氮气直接注入挤塑机内的熔化的介质材料中，该工艺也称为物理发泡方法。与此相对的化学发泡方法，其发泡度只能达到50％左右，介质损耗较大。注气法物理发泡度可达80％，得到的发泡结构一致性好，意味着其阻抗均匀，回波损耗大。

对于泡沫绝缘，为使电缆在潮湿的环境中仍保持很好的电气性能，在发泡绝缘层外表面加一层薄的实心皮层，这种外薄层可以有效防止潮气入侵，从一开始生产就保护电缆的电气性能，对于外导体开孔的漏泄电缆尤其重要。另外，为使绝缘层更好地粘接在内导体上，在发泡层内表面挤一层实心层，通过内实心层紧紧地包在内导体上，进一步提高了电缆的机械稳定性。而且，薄层中含有特殊的稳定剂，即能保证和铜的相容性，又能保证电缆的长期使用寿命。实心皮／发泡层／实心皮多层绝缘可以得到均匀、密闭的发泡结构，具有机械性能稳定、强度高以及很好的防潮性能等特点。

竹节式聚乙烯绝缘又称垫片小管聚乙烯半空气绝缘（简称片-管绝缘），它是由在内导体上等间隔地模塑上的聚乙烯垫片，并在外面挤制一层聚乙烯管组成。垫片和管的材料相互粘接在一起，形成了一个个单独的密封舱，使之完全阻碍水和潮湿空气的侵入，具有更佳的防水、防潮性能。由于这种类型的绝缘结构中拥有更大比率的空气，等效介电常数较小，速比可达90％，从而显示出独特的低损耗特性。如在1GHz频率下，物理发泡同轴电缆（750-F型）衰减为5.84dB／100m，而竹节式同轴电缆（750-D型）衰减为4.84dB／100m，两者相差1dB。竹节式同轴电缆还具有屏蔽衰减大（可达110dB）、良好的回波损耗特性、较好的机械强度及长寿命等优点。

为了使电缆与接插件很好地配合，并保证装配使用方便，国内对同轴射频电缆绝缘外径的标称尺寸作了规定，绝缘外径分别为0.40mm、0.60mm、0.87mm、1.5mm、2.2mm、3.0mm、4.6mm、7.3mm、9.0mm、11.5mm、15mm、17.3mm、23mm、33mm、37mm、80mm、120mm、152mm、180mm及223mm。