代晓明 李剑 张彬 李增辉 张君 张涛
中车唐山机车车辆有限公司
摘要：对影响CRH动车组车顶天线同轴电缆电压驻波比的主要因素进行了分析，结合实际生产及现车使用条件，探讨降低电压驻波比的途径。
关键词：同轴电缆、驻波比、波阻抗、布线
1.引言
随着CRH动车组事业的飞速发展，作为天线用的物理发泡聚乙烯绝缘射频同轴电缆在通讯中被广泛应用，电压驻波比作为射频同轴电缆最重要的指标之一是电缆制造与应用水平的综合反映、其数值的高低决定了产品的质量。在产品的制造和使用过程中，对相关工艺参数及使用过程进行有效控制以保证产品具有良好的驻波比是有必要的，因此找到影响电压驻波比的因素对提高CRH动车组的整体质量是有必要的
2.射频同轴电缆的结构
射频同轴电缆由内导体、物理发泡聚乙烯组合绝缘层外导体和护套组成其结构图1
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3.影响电压驻波比的因素分析
根据前面分析可知，电压驻波比是反映电缆波阻抗不均匀性的参数，因此可以将对电压驻波比的分析转换为对波阻抗不均匀性的分析。
电缆结构偏差对波阻抗偏差的影响
射频同轴电缆一般传输高频信号，当频率很高时，射频同轴电缆的波阻抗粗略公式为：
从式（8）中可知，波阻抗的数值决定于等效介电常数ε r、外导体内径D e和内导体外径d e,当上述三个参数产生微小偏差△ε r、△D e及△d e时，则会产生波阻抗的偏差△Z c。
因为各偏差都很小，当忽略二阶无穷小后，可得波阻抗的偏差值为：
△Z c=△Z D - △Z d - △Z e
△Z d、△Z D为内外导体直径偏差而产生的波阻抗偏差。△Z ε为由于介质不均匀所产生的波阻抗偏差。这些偏差服从正态分布的规律。
以一小同轴电缆为例，若d e=1.19MM，D e=4.43MM，ε r=1.19
则
由此可见，内导体直径的偏差对波阻抗的偏差影响最大，故在制造使用过程中必须严格保证内导体的尺寸精确及平直圆整。
4.电缆生产条件及应用过程对波阻抗偏差的影响
以上是从理论上分析波阻抗偏差的影响因素，下面着重从生产工艺、现场应用上分析。
4.1 在电缆的生产过程中许多因素影响内外导体的尺寸及绝缘层偏差，从而影响波阻抗的不均匀性。
1）影响内导体尺寸偏差的因素主要有：内导体放线张力不稳定将可导致内导体结构尺寸及电性能在长度方向上发生不均匀性变化；内导体排线或其他设备、装置出现故障或操作不当导致内导体发生周期性或非周期性的弯曲、变形、内导体在挤绝缘时温度设置不当或当预热温度不均匀将导致内导体电阻率发生变化。
2）影响外导体尺寸偏差的因素主要有：由于外导体生产线速度、轧纹机转速和生产动力的波动等，均会导致电缆外导体及绝缘线芯结构尺寸的不均匀变化，由于操作不当导致外导体出现连续或局部损伤，也会使电缆的波阻抗不均匀性增强，此外外导体铜带、铜线厚度直径不均匀或铜面被氧化将导致铜的电导率及电缆结构产生不均匀变化。
3）影响绝缘层质量的主要因素有：生产线线速度、生产线张力的稳定性将影响绝缘线芯的外径和其电容的均匀性。生产工艺直接影响挤出混料的均匀性，注入气体及发泡的稳定性和均匀性，即影响绝缘介质电常数即介电损耗分布均匀性、由于操作不当导致的绝缘偏心也会使电缆波阻抗发生明显的偏差。
4.2在电缆的现车使用过程中有以下因素影响波阻抗的不均匀性。
1）布线空间有限多种线束同时经过相同路径，互相之间存在电磁干扰。
2）布线过程中线束弯曲半径不能满足要求（350公里中国标准动车组项目车顶天线布线码线工艺规程TCF00000210420规定GSM-R同轴电缆弯曲半径不小于129MM、盘绕半径不小于200MM）。
3）布线过程中线束反复弯曲，内导体出现变形。布线完成后外观符合要求，实际内导体已经无法修复。
4）布线完成后其他后续工序施工过程中对天线造成损坏（支架、风道等挤压干涉）。
5.降低电压驻波比的途径
5.1通过对影响电压驻波比的因素分析。在物理发泡射频同轴电缆的生产过程中，可通过以下途径降低电缆的电压驻波比。选用一致性好、高品质的内外导体材料；在挤绝缘的过程中，严格控制发泡的均匀性，提高发泡绝缘线芯直径的均匀性、电容的稳定性；选用机械加工精度及电气控制精度合适的生产设备及控制软件；提高内外导体的同心度即不发生偏心。
5.2在动车组布线、车内设备安装过程中可以通过以下途径降低电缆的驻波比。
1）同轴电缆采用屏蔽防护进行通长防护并保证一端可靠接地。
2）严格按工艺要求保证线束的弯曲半径，制作样板工装保证天线弯曲合格、平滑。
3）加强对操作员工的培训、加强布线过程控制，布线过程中天线布线码线注意不要出现反复弯曲同一部位、个别部位弯曲半径小于129MM布线完成后再次修复等不规范的布线手法。
4）干涉的支架部位增加防护，风道与天线干涉部位更改风道结构，内凹一部分留出天线空间。
6.结束语
通过理论分析和生产条件、使用情况分析表明，精确的内外导体直径是保证同轴电缆电压驻波比的重要因素。绝缘发泡度、内外导体的电阻率、偏心、内导体不圆及布线、相关工序影响等也是影响动车组天线驻波比的因素，因此得到了降低电压驻波比的一些途径。
参考文献：
1.350公里中国标准动车组项目车顶天线布线码线工艺规程 TCF00000210420
2.郑玉东 通信电缆 北京机械工业出版社
3.王春江 电线电缆手册 北京机械工业出版社
4.江成 物理发泡同轴电缆电压驻波比的性能分析