含氟聚合物 - 材料对微波电缆性能的影响

　　氟化乙丙烯 (FEP)、过氟烷氧基 (PFA) 和聚四氟乙烯 (PTFE) 等含氟聚合物均是很好的护套材料(表 IV)，尤其适用于失效成本很高的应用环境。在所有绝缘材料中，含氟聚合物材料的耐压性最高。含氟聚合物可以承受极端的温度，但是每种材料有自己的应用温度范围：氟化乙丙烯(FEP) 可以耐受从 -250°C 到150°C的温差变化，而过氟烷氧基 (PFA) 则可以耐受从 -250°C 到 200°C的温差变化。聚四氟乙烯(PTFE) 在从低温到260°C的情况下也不会丧失其柔韧性 。含氟聚合物耐化学物品、酸和腐蚀性物品，同时它们均为不可燃物品。聚四氟乙烯和其聚合物还具有低脱气的优点，这对超高真空 (UHV) 环境尤为重要。多数含氟聚合物都是柔韧的，但是和耐温性能一样，其柔韧度会依据不同材料变化而有所差异。过氟烷氧基最硬，其次是氟化乙丙烯和聚四氟乙烯。同时，采用聚四氟乙烯制成的护套的柔韧度最好。在电介质、护套、导体和遮蔽线中添加任何成分将会导致真空脱气。当这些材料脱气时，微粒物质会凝固在制冷器表面，这也是在应用领域中最常见的。在人造卫星上，从电缆中释放的硅油或其他润滑剂可使光学器件变得模糊不清。聚四氟乙烯具有化学惰性，不含有添加剂、油、润滑油或增塑剂，因此在真空环境下是最佳材料。

　　E. 工程含氟聚合物

　　含氟聚合物的缺点之一是抗磨损和抗击穿能力不强。某些含氟聚合物可通过工程处理来改良其物理、化学和电磁属性，从而提高它在微波应用中应对特殊要求的能力。 四氟乙烯 (ETFE) 可通过辐照来改善其机械属性和耐化学性，但辐照可以使其硬度增强，从而可以大大降低其柔韧性。聚四氟乙烯的自然属性是耐热和具有化学惰性，为此在改良它的电气或者机械性能的时候，其温度和化学属性基本不会改变

　　现已开发了专门技术对聚四氟乙烯进行工程处理，使其更能应对环境和化学等方面的挑战(表V)。用于绝缘导体的电介质材料对插损、电缆尺寸和柔韧性均有重要影响。电介质耗损越小，电缆所表现出的插损就越小。标准含氟聚合物的介电耗损为 2.1。为了减小电缆的尺寸，聚四氟乙烯的介电常数可以被设计为1.3。与聚四氟乙烯的标准结构相比，把电介质耐电压提高2.5倍时，在频率为10 GHz 时的耗损因素为 0.00015。按照这种属性，用1/2000 英寸(50微米)厚的聚四氟乙烯层进行绝缘的导体就能承载1000 伏的电压。另外一种经过工程处理的聚四氟乙烯可具有半导体的电气特性，并可以用于提高电缆屏蔽效能。在耐磨损和抗击穿性能方面，经过工程处理的聚四氟乙烯的抗拉伸强度比常规聚四氟乙烯强50倍，而且能够承受从低温到300°C的变化。

　　IV. 设计验证

　　有些行业制定了电缆的安全、环境、性能方面的相关标准，但是对应用于很多恶劣环境下的微波电缆的要求往往高于这些标准。在这种情况下，制造商可能需要在模拟实际应用中的机械和环境压力的同时，要开发附加测试来评估电缆的电气特性。在所有的测试过程中必须监测电气性能和信号的完整性，至于该采用哪种测试方法，取决于应用的环境限制条件。

　　相位阵列应用要求利用同类型和长度的多种组件进行密切相位追踪，以将系统性错误降低到最低。这些错误会影响系统范围，出现混乱和干扰，同时也影响普遍的准确率。相位追踪中的常见问题，有的是因为电缆组装制造过程中的不良材料和工艺控制，有的是因为将不同制造商装配的组件结合在一起。所以，应根据其使用的环境对相位追踪和稳定性进行全面测试。

　　机械力学方面的检测主要验证电缆在被挤压、磨损、潜在击穿、极度弯折、持续弯曲，冲击和震动等环境中运行时的电气性能。微波/射频电缆的应用通常要求良好的相位稳定性，而相位稳定性在安装、日常维护以及实际应用时会受弯曲和挠曲的影响。使用手持式测试仪器时，常常会将电缆任意弯曲，因为在移动测试仪器时，经常需要电缆组件缠绕在仪器上。在系统设计中应考虑到这些移动对系统运行的影响。在实验室环境下，技术人员有可能将椅子的滚轮从电缆上滚过，这意味着需要将挤压强度也考虑进去。在测试实验室，很难模拟随意弯曲动作，但是可以通过tic-toc测试，重复将电缆弯曲180°或者更大角度，以模拟最糟糕的情况。然后用拉伸试验就可以模拟将电缆当作系绳的情形。在测试过程中，应该评估插损和VSWR。

　　在模拟电缆的应用环境条件时，比如温度、海拔、极端的压强;震动和加速;暴露在液体和气体环境;或者湿度时，也需要测量电缆电气特性。在进行海拔变化、机械冲击和振动的测试时，监测阻抗的变化也很重要。振动和撞击可以导致机械和电气故障，因为会出现金属疲劳和焊接裂缝。温度变化直接影响相位长度。如果温度达到一个极端，电气长度就会发生变化，如果温度恢复正常后，电气长度的变化和温度变化的比例不一致(称为迟滞现象)，那就很难应用信号的纠错技术。在温度循环试验时，施加锁模力可以监测电缆绝缘体的耐压性能，以观察护套和导体的变化。

　　对电缆进行大量的机械和环境测试后，制造商应该按照应用要求，重新验证电缆的电气特性、绝缘体、护套材料是否仍然稳定。

　　对于严格环境下应用的电缆，其失效造成的后果将会很严重。因此，确保电缆在使用寿命内的电气和机械性能完整性至关重要。要做好这点，首先要理解危害电缆性能的因素;针对这些因素选择正确的材料;并且通过电气、机械和环境方面的测试来验证电缆的可靠性。