同轴电缆芯线电容测量方法研究

　　0 前言

　　同轴电缆和高速数字通讯电缆的芯线电容，是影响电缆传输性能的重要参数，将同轴电缆单位长度电容控制在允许范围之内，可以保证电缆传输阻抗的均匀。测量成品同轴电缆电容，只需用电容测试仪的两个测试夹，分别连接到电缆的内外两个导体即可。而对于没有加上外导体的电缆绝缘芯线，只有一个内导体电极，无法用电容测试仪直接测量。为此，我们对如何测量同轴电缆芯线电容的方法进行了研究。

　　1 同轴电缆电容

　　1．1 电容计算公式

　　

　　式中：C为电缆单位长度电容（pF／m）；ε为绝缘介质的相对介电常数；D为电缆的外导体内径即绝缘层外径（mm）；d为电缆的内导体外径（mm）。

　　由上式可知，电容的大小和内导体外径、绝缘材料（不同材料ε不同）、外导体内径（绝缘层外径）、发泡度（影响ε）相关。只要D、d、ε控制在一定范围内，当内导体直径d和绝缘层外径D确定后，介电常数ε就决定了电缆的电容。

　　1．2 发泡度对电容的影响

　　发泡度就是发泡体中含多少百分比的气体，可按下式计算：

　　

　　式中：P为发泡度（％）；do-为基材原有的密度；d为发泡体的密度。

　　对于发泡电缆，ε与发泡度有直接联系，PE材料发泡度与电容的关系参见表1。

　　

　　由表1可以看出，发泡度大时ε小；发泡度小时ε大。在内导体外径及绝缘外径确定的情况下，只要控制发泡度的大小，就能控制电容值。反过来，测量电容有助于电缆芯线在挤出过程中及时调整发泡度。

　　2 电容的测量

　　1．1小节中的电容计算公式可用于设计同轴电缆，在实际生产中内导体直径、绝缘外径的变化，会引起电容值的变化。只有通过测量，才能知道实际电容值。电容通常有两个电极，电极之间夹以绝缘层，而同轴电缆芯线只有一个内导体电极，外面是绝缘层，要测量芯线的电容，须在绝缘层外面再设置一个电极，这样就组成了一个圆柱体电容。

　　2．1 测量途径分析

　　2．1．1 金属箔作为外电极

　　在绝缘层外面绕包一层铜箔或铝箔等金属箔，测量内导体和金属箔之间的电容。由于金属箔绕包的松紧、叠缝空隙等因素，会对测量结果造成较大影响。

　　2．1．2 水银作为电极

　　在一个管状容器中放入导电的水银，将电缆芯线浸入水银中，测量内导体和水银电极之间的电容值。由于水银密度较大，芯线浸入其中，对绝缘层有一定的压力，容易使塑料等软性材料变形，改变原有的几何尺寸，而且该方法在测量中会产生水银蒸发，污染环境，不利于身体健康。

　　2．1．3 用普通清水作为电极

　　将清水注入管状容器，电缆芯线浸入水中，测量内导体和水电极之间的电容值。该方法成本低，安全无污染。

　　2．2 芯线电容测量装置

　　2．2．1 测量装置结构

　　按2．1．2及2．1．3小节提出的测量方法，均需要制作一个专门的电容测量装置。根据待测电缆直径、长度，考虑测量误差等因素，设计制作了一个测量装置（结构示意见图1）。

　　

　　2．2．2 测量装置韵设计要求

　　底盘有足够的面积和质量，以保持装置的稳定，立柱长时相应增加底盘面积；立柱长度根据样品长度设计；丝杆长度主要考虑样品浸入水中对准刻线时的调节范围，至少有30mm的可调范围；样品固定板随升降螺母转动而上下移动，静止时，其上下活动问隙尽可能小；为了减小环境中电磁场的干扰，要采取屏蔽措施。