I. 引言

　　在當(dāng)今時(shí)代，微波電纜組件的應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越富于挑戰(zhàn)性,，比如暴露在極端的溫度變化下,；接觸化學(xué)物品；經(jīng)常受到磨擦和彎曲,。還有一些其它的挑戰(zhàn),，比如要求電纜組件不但小巧輕便，還要經(jīng)濟(jì)耐用,。為了確保信號(hào)的完整性和產(chǎn)品的可靠性,，我們必須對(duì)影響電纜全面性能的電氣、機(jī)械,、環(huán)境和特定應(yīng)用等限制條件等進(jìn)行評(píng)估,。這些變量對(duì)電纜絕緣體和電纜護(hù)套以及電纜構(gòu)造均有直接的影響。同時(shí),，試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析是鑒定這些電纜在特定環(huán)境下是否仍然可靠的關(guān)鍵,。

　　II. 評(píng)估限制因素

　　環(huán)境因素對(duì)微波/射頻電纜組件有很大的影響,。電氣性能可能是首要和最主要的考慮因素，還有很多其他因素也是影響信號(hào)完整性的潛在因素,，例如：內(nèi)部和外部的電磁干擾（EMI）,、電壓駐波比（VSWR）和插損。如果沒(méi)有其他環(huán)境因素影響的話,，電氣性能一般是非?？煽康模?但是在受機(jī)械性能,、環(huán)境因素或者特定應(yīng)用壓力的影響下,，維持可靠的電氣性能則具有很大的挑戰(zhàn)性。

　　對(duì)電纜施加的不同動(dòng)作均會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力,。彎曲能使電纜里面產(chǎn)生動(dòng)能,，如果沒(méi)有妥善處理，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞,。當(dāng)電纜屬于人工操作設(shè)備的一部分時(shí),，最容易對(duì)電纜造成機(jī)械應(yīng)力。操作人員踩住或翻轉(zhuǎn)電纜時(shí)均有可能扭折,、壓折或壓壞電纜,。因此，電纜的抗擠壓和抗拉伸強(qiáng)度對(duì)于克服機(jī)械應(yīng)力至關(guān)重要,。同時(shí),，便攜設(shè)備的電纜跟鋒利的表面接觸時(shí)會(huì)被割傷或磨損。受重力和振動(dòng)等復(fù)雜因素的影響,，機(jī)械應(yīng)力對(duì)裝備的穩(wěn)定性存在極大的危害并造成電纜過(guò)早損壞,。

　　環(huán)境壓力來(lái)自電纜的物理使用環(huán)境。極端的溫度和壓力對(duì)電纜的材料會(huì)產(chǎn)生一定影響,。低溫會(huì)讓電纜變硬,，而高溫則使電纜變得非常軟。真空環(huán)境使電纜產(chǎn)生溢油和添加劑的泄漏會(huì)對(duì)無(wú)塵生產(chǎn)工藝造成污染,，同時(shí)液體靜壓力會(huì)導(dǎo)致氣體或液體滲透電纜護(hù)套。不同等級(jí)和形式的輻射也會(huì)對(duì)絕緣和護(hù)套材料造成不同程度的損害,。電纜移動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)破壞電纜護(hù)套,。而泥土等污垢、化學(xué)物品或金屬碎片則會(huì)對(duì)金屬護(hù)套造成損害,， 環(huán)境壓力對(duì)絕緣和護(hù)套材料存在嚴(yán)重危害,，因此在設(shè)計(jì)這些電纜組件時(shí)，首先應(yīng)對(duì)這些因素進(jìn)行充分的考慮,。

　　特定應(yīng)用的壓力來(lái)自電纜應(yīng)用的特殊環(huán)境所受到的限制,。在航空航天應(yīng)用中,，為了減輕起飛時(shí)承載的重量，對(duì)電纜的要求是盡可能的小而輕,。如果電纜由技術(shù)人員和其他人員操作使用,，就需要對(duì)易燃性、電壓和鹵素使用等安全因素多加考慮,。

　　造成電纜組件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的原因之一是電氣性能,、機(jī)械性能和環(huán)境性能等因素相互交織在一起。每個(gè)因素都會(huì)直接影響其他因素,；因此必須在特定應(yīng)用的環(huán)境下對(duì)組件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行全面測(cè)試,。

III. 選擇正確的材料

　　如要確保高質(zhì)量的穩(wěn)定信號(hào)，須對(duì)電纜的絕緣和護(hù)套材料特性進(jìn)行評(píng)估,，因?yàn)檫@些屬性對(duì)于電纜能否適應(yīng)嚴(yán)格要求起著決定性的作用,。信號(hào)電纜所采用的電介質(zhì)材料不但影響到信號(hào)的完整性，而且也影響到電纜的耐用性,。外護(hù)套所采用的材料影響到電纜的耐壓性和耐磨性,。護(hù)套材料應(yīng)能抵抗所有外在的影響因素（比如：溫度、摩擦,、液體和氣體）,，才能保護(hù)電纜里面的導(dǎo)體。有很多材料都可用于制作電纜的絕緣體和護(hù)套,，其中很多材料均有各自的特定用途,。因?yàn)槊糠N材料有著各自的屬性，其中有些材料更適用于設(shè)計(jì)微波電纜,，以滿足特定環(huán)境要求,。

　　A. 硅膠

　　硅膠（表I）主要用于電纜護(hù)套，在低溫環(huán)境下仍能保持高柔韌性,。但是,，它易斷，而且其粘性表面會(huì)產(chǎn)生比較高的摩擦力,，所以不適合潔凈室環(huán)境,。硅膠的抗拉伸強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度比較低，因此使用此種材料制作的護(hù)套比其他材質(zhì)更厚,?？梢酝ㄟ^(guò)某些表面處理的方法降低摩擦系數(shù)，但是隨著時(shí)間的推移,，這些處理會(huì)被漸漸磨損掉,。硅膠具有極好的耐輻射性，但是可用于制作電纜護(hù)套的硅膠等級(jí)已眾所周知,，因?yàn)樵谡婵諔?yīng)用中,，比如熱真空艙的應(yīng)用中,，會(huì)產(chǎn)生硅油泄漏。如果還需要考慮重量因素,，那么硅膠就不是最佳選擇,。如果重點(diǎn)在于其柔韌性而不在于重量，則硅膠是一個(gè)理想選擇,。但是,，處理硅膠電纜內(nèi)的導(dǎo)體需要更多人工，從而導(dǎo)致更高的終端接頭裝配成本,。

　　B. 聚氨酯

　　聚氨酯（表II）是一種很好的護(hù)套材料,，但是由于耐電壓性能比其他材料低，而不用作絕緣,。有無(wú)鹵素等級(jí)可供選擇,。機(jī)械性上，聚氨酯柔性好,，它非?？箵舸⒖鼓p,。對(duì)阻燃性的處理不會(huì)降低它的柔性,，但是，柔性更好的等級(jí)往往有粘性或發(fā)粘,，從而導(dǎo)致更高的摩擦系數(shù),。環(huán)境方面，聚氨酯抗溶劑,、紫外線,、輻射和霉菌。聚氨酯的溫度范圍不寬,，在-40℃左右變得易碎,，其溫度上限為100℃左右。而且聚氨酯不抗化學(xué)清洗劑,。

　　C. 聚乙烯

　　聚乙烯（表III）最適用于導(dǎo)體絕緣,，由于聚乙烯護(hù)套比較硬，對(duì)電纜的柔韌性有影響,。聚乙烯和泡沫材料一起使用時(shí),，具有很好的介電屬性。從機(jī)械力學(xué)角度來(lái)說(shuō),，高分子重量的聚乙烯具有耐磨損和低摩擦的特點(diǎn)，但相對(duì)于其他材料來(lái)說(shuō),，它還是顯得比較硬,。與聚氨酯一樣,，聚乙烯的應(yīng)用溫度范圍也很小，很難將防化材料和聚乙烯材質(zhì)的電纜護(hù)套相結(jié)合,。聚乙烯的機(jī)械屬性在阻燃處理后會(huì)降低,。

　　D. 含氟聚合物

　　氟化乙丙烯 （FEP）、過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(jiàn)的,。在人造衛(wèi)星上，從電纜中釋放的硅油或其他潤(rùn)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(rùn)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(guò)工程處理來(lái)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(duì)特殊要求的能力。 四氟乙烯 （ETFE） 可通過(guò)輻照來(lái)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(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)技術(shù)對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行工程處理，使其更能應(yīng)對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(kāi)發(fā)附加測(cè)試來(lái)評(píng)估電纜的電氣特性,。在所有的測(cè)試過(guò)程中必須監(jiān)測(cè)電氣性能和信號(hào)的完整性,，至于該采用哪種測(cè)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(lèi)型和長(zhǎng)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(jiàn)問(wèn)題，有的是因?yàn)殡娎|組裝制造過(guò)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(duì)相位追蹤和穩(wěn)定性進(jìn)行全面測(cè)試,。

　　機(jī)械力學(xué)方面的檢測(cè)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(cè)試儀器時(shí)，常常會(huì)將電纜任意彎曲,，因?yàn)樵谝苿?dòng)測(cè)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(duì)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(guò)，這意味著需要將擠壓強(qiáng)度也考慮進(jìn)去,。在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室,，很難模擬隨意彎曲動(dòng)作，但是可以通過(guò)tic-toc測(cè)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(cè)試過(guò)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(cè)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(cè)試時(shí)，監(jiān)測(cè)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(zhǎng)度,。如果溫度達(dá)到一個(gè)極端,，電氣長(zhǎng)度就會(huì)發(fā)生變化，如果溫度恢復(fù)正常后,，電氣長(zhǎng)度的變化和溫度變化的比例不一致（稱(chēng)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(cè)電纜絕緣體的耐壓性能,，以觀察護(hù)套和導(dǎo)體的變化。

　　對(duì)電纜進(jìn)行大量的機(jī)械和環(huán)境測(cè)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(duì)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?chē)?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(duì)這些因素選擇正確的材料；并且通過(guò)電氣,、機(jī)械和環(huán)境方面的測(cè)試來(lái)驗(yàn)證電纜的可靠性,。