材料對微波電纜性能的影響

　　氟化乙丙烯 (FEP)、過氟烷氧基 (PFA) 和聚四氟乙烯 (PTFE) 等含氟聚合物均是很好的護(hù)套材料(表 IV)，尤其適用于失效成本很高的應(yīng)用環(huán)境。在所有絕緣材料中，含氟聚合物材料的耐壓性最高。含氟聚合物可以承受極端的溫度，但是每種材料有自己的應(yīng)用溫度范圍：氟化乙丙烯(FEP) 可以耐受從 -250°C 到150°C的溫差變化，而過氟烷氧基 (PFA) 則可以耐受從 -250°C 到 200°C的溫差變化。聚四氟乙烯(PTFE) 在從低溫到260°C的情況下也不會(huì)喪失其柔韌性 。含氟聚合物耐化學(xué)物品、酸和腐蝕性物品，同時(shí)它們均為不可燃物品。聚四氟乙烯和其聚合物還具有低脫氣的優(yōu)點(diǎn)，這對超高真空 (UHV) 環(huán)境尤為重要。多數(shù)含氟聚合物都是柔韌的，但是和耐溫性能一樣，其柔韌度會(huì)依據(jù)不同材料變化而有所差異。過氟烷氧基最硬，其次是氟化乙丙烯和聚四氟乙烯。同時(shí)，采用聚四氟乙烯制成的護(hù)套的柔韌度最好。在電介質(zhì)、護(hù)套、導(dǎo)體和遮蔽線中添加任何成分將會(huì)導(dǎo)致真空脫氣。當(dāng)這些材料脫氣時(shí)，微粒物質(zhì)會(huì)凝固在制冷器表面，這也是在應(yīng)用領(lǐng)域中最常見的。在人造衛(wèi)星上，從電纜中釋放的硅油或其他潤滑劑可使光學(xué)器件變得模糊不清。聚四氟乙烯具有化學(xué)惰性，不含有添加劑、油、潤滑油或增塑劑，因此在真空環(huán)境下是最佳材料。

　　E. 工程含氟聚合物

　　含氟聚合物的缺點(diǎn)之一是抗磨損和抗擊穿能力不強(qiáng)。某些含氟聚合物可通過工程處理來改良其物理、化學(xué)和電磁屬性，從而提高它在微波應(yīng)用中應(yīng)對特殊要求的能力。 四氟乙烯 (ETFE) 可通過輻照來改善其機(jī)械屬性和耐化學(xué)性，但輻照可以使其硬度增強(qiáng)，從而可以大大降低其柔韌性。聚四氟乙烯的自然屬性是耐熱和具有化學(xué)惰性，為此在改良它的電氣或者機(jī)械性能的時(shí)候，其溫度和化學(xué)屬性基本不會(huì)改變

　　現(xiàn)已開發(fā)了專門技術(shù)對聚四氟乙烯進(jìn)行工程處理，使其更能應(yīng)對環(huán)境和化學(xué)等方面的挑戰(zhàn)(表V)。用于絕緣導(dǎo)體的電介質(zhì)材料對插損、電纜尺寸和柔韌性均有重要影響。電介質(zhì)耗損越小，電纜所表現(xiàn)出的插損就越小。標(biāo)準(zhǔn)含氟聚合物的介電耗損為 2.1。為了減小電纜的尺寸，聚四氟乙烯的介電常數(shù)可以被設(shè)計(jì)為1.3。與聚四氟乙烯的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相比，把電介質(zhì)耐電壓提高2.5倍時(shí)，在頻率為10 GHz 時(shí)的耗損因素為 0.00015。按照這種屬性，用1/2000 英寸(50微米)厚的聚四氟乙烯層進(jìn)行絕緣的導(dǎo)體就能承載1000 伏的電壓。另外一種經(jīng)過工程處理的聚四氟乙烯可具有半導(dǎo)體的電氣特性，并可以用于提高電纜屏蔽效能。在耐磨損和抗擊穿性能方面，經(jīng)過工程處理的聚四氟乙烯的抗拉伸強(qiáng)度比常規(guī)聚四氟乙烯強(qiáng)50倍，而且能夠承受從低溫到300°C的變化。

　　IV. 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

　　有些行業(yè)制定了電纜的安全、環(huán)境、性能方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是對應(yīng)用于很多惡劣環(huán)境下的微波電纜的要求往往高于這些標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，制造商可能需要在模擬實(shí)際應(yīng)用中的機(jī)械和環(huán)境壓力的同時(shí)，要開發(fā)附加測試來評(píng)估電纜的電氣特性。在所有的測試過程中必須監(jiān)測電氣性能和信號(hào)的完整性，至于該采用哪種測試方法，取決于應(yīng)用的環(huán)境限制條件。

　　相位陣列應(yīng)用要求利用同類型和長度的多種組件進(jìn)行密切相位追蹤，以將系統(tǒng)性錯(cuò)誤降低到最低。這些錯(cuò)誤會(huì)影響系統(tǒng)范圍，出現(xiàn)混亂和干擾，同時(shí)也影響普遍的準(zhǔn)確率。相位追蹤中的常見問題，有的是因?yàn)殡娎|組裝制造過程中的不良材料和工藝控制，有的是因?yàn)閷⒉煌圃焐萄b配的組件結(jié)合在一起。所以，應(yīng)根據(jù)其使用的環(huán)境對相位追蹤和穩(wěn)定性進(jìn)行全面測試。

　　機(jī)械力學(xué)方面的檢測主要驗(yàn)證電纜在被擠壓、磨損、潛在擊穿、極度彎折、持續(xù)彎曲，沖擊和震動(dòng)等環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的電氣性能。微波/射頻電纜的應(yīng)用通常要求良好的相位穩(wěn)定性，而相位穩(wěn)定性在安裝、日常維護(hù)以及實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)受彎曲和撓曲的影響。使用手持式測試儀器時(shí)，常常會(huì)將電纜任意彎曲，因?yàn)樵谝苿?dòng)測試儀器時(shí)，經(jīng)常需要電纜組件纏繞在儀器上。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到這些移動(dòng)對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，技術(shù)人員有可能將椅子的滾輪從電纜上滾過，這意味著需要將擠壓強(qiáng)度也考慮進(jìn)去。在測試實(shí)驗(yàn)室，很難模擬隨意彎曲動(dòng)作，但是可以通過tic-toc測試，重復(fù)將電纜彎曲180°或者更大角度，以模擬最糟糕的情況。然后用拉伸試驗(yàn)就可以模擬將電纜當(dāng)作系繩的情形。在測試過程中，應(yīng)該評(píng)估插損和VSWR。

　　在模擬電纜的應(yīng)用環(huán)境條件時(shí)，比如溫度、海拔、極端的壓強(qiáng);震動(dòng)和加速;暴露在液體和氣體環(huán)境;或者濕度時(shí)，也需要測量電纜電氣特性。在進(jìn)行海拔變化、機(jī)械沖擊和振動(dòng)的測試時(shí)，監(jiān)測阻抗的變化也很重要。振動(dòng)和撞擊可以導(dǎo)致機(jī)械和電氣故障，因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)金屬疲勞和焊接裂縫。溫度變化直接影響相位長度。如果溫度達(dá)到一個(gè)極端，電氣長度就會(huì)發(fā)生變化，如果溫度恢復(fù)正常后，電氣長度的變化和溫度變化的比例不一致(稱為遲滯現(xiàn)象)，那就很難應(yīng)用信號(hào)的糾錯(cuò)技術(shù)。在溫度循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，施加鎖模力可以監(jiān)測電纜絕緣體的耐壓性能，以觀察護(hù)套和導(dǎo)體的變化。

　　對電纜進(jìn)行大量的機(jī)械和環(huán)境測試后，制造商應(yīng)該按照應(yīng)用要求，重新驗(yàn)證電纜的電氣特性、絕緣體、護(hù)套材料是否仍然穩(wěn)定。

　　對于嚴(yán)格環(huán)境下應(yīng)用的電纜，其失效造成的后果將會(huì)很嚴(yán)重。因此，確保電纜在使用壽命內(nèi)的電氣和機(jī)械性能完整性至關(guān)重要。要做好這點(diǎn)，首先要理解危害電纜性能的因素;針對這些因素選擇正確的材料;并且通過電氣、機(jī)械和環(huán)境方面的測試來驗(yàn)證電纜的可靠性。