王冬梅

（濟(jì)南瑞通鐵路電務(wù)有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250013）

0 概述

鐵路應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜是連接地面電子單元（LEU）與有源應(yīng)答器的專(zhuān)用電纜， 主要用來(lái)可靠傳輸LEU 與有源應(yīng)答器之間的報(bào)文數(shù)據(jù)信息，確保鐵路運(yùn)輸行車(chē)安全。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜分為綜合護(hù)套、鋁護(hù)套和編織屏蔽三種。 綜合護(hù)套電纜具有屏蔽性能， 可用于需要屏蔽電纜的鐵路區(qū)段。 鋁護(hù)套電纜具有良好的屏蔽性能，可用于鐵路電氣化區(qū)段。 編織屏蔽電纜具有柔軟性，可用于室內(nèi)分線柜與LEU 設(shè)備的連接或室外電纜終端盒與應(yīng)答器設(shè)備的連接。

應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜的工藝結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以4 芯鋁護(hù)套應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜為例，工藝結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 LEU·BSYL23

1.8MHz 特性阻抗是應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜重要的特性指標(biāo)之一，根據(jù)TB/T3100.6 的規(guī)定， 其指標(biāo)要求為120±5Ω， 公差范圍非常小，僅±5Ω。 要想滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜生產(chǎn)過(guò)程中必須減小或消除影響特性阻抗的相關(guān)因素。

本文以4 芯鋁護(hù)套應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜為例，對(duì)影響1.8MHz 特性阻抗的主要因素逐一進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決辦法。

1 1.8MHz 特性阻抗分析

1.1 特性阻抗的理論來(lái)源

特性阻抗：亦稱(chēng)波阻抗，是描述電磁波沿均勻傳輸線路傳輸時(shí)在沒(méi)有反射時(shí)的阻抗。 在高頻范圍內(nèi)，信號(hào)傳輸過(guò)程中，信號(hào)沿傳輸線路，電場(chǎng)在信號(hào)線和參考平面（電源或地平面）間建立，并產(chǎn)生電流。在各向同性的傳輸線中，伴隨信號(hào)的傳輸，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)流向參考平面的電流I， 傳輸線就會(huì)等效成一個(gè)電阻。 假設(shè)信號(hào)及載波的輸出電平為V，那么在該傳輸線上相當(dāng)于存在一個(gè)大小為V/I 的電阻，把這個(gè)等效的電阻稱(chēng)為傳輸線的特性阻抗Z。

1.2 影響1.8MHz 特性阻抗的因素

在高頻條件下，對(duì)稱(chēng)電纜的波阻抗Zc 可由公式（1）計(jì)算：

式中，L 為被測(cè)量電纜的回路電感 （H/km）；C 為被測(cè)量電纜的回路電容（F/km）。

為了降低該種電纜在高頻條件下的信號(hào)衰減，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常要求在線組外面加一層屏蔽層。 根據(jù)電纜回路電感L（H/km）的計(jì)算公式：

式中，λ—總的絞入系數(shù)；d—導(dǎo)體直徑（mm）；a—回路兩導(dǎo)線中心間距離（mm）；K—渦流系數(shù)；rs—屏蔽層的半徑（mm）；Q（x）—x（=kd/2）的特定函數(shù)；μr—屏蔽層的相對(duì)磁導(dǎo)率。

對(duì)稱(chēng)電纜的電容C（F/km）可按公式（3）計(jì)算：

式中，εD為組合絕緣介質(zhì)的等效相對(duì)介電常數(shù)；ψ 為由于接地金屬護(hù)層和鄰近導(dǎo)線產(chǎn)生影響而引用的修正系數(shù)。 ψ 可由式（4）計(jì)算：

式中，d1為絕緣線芯的直徑（mm）；D 為屏蔽層內(nèi)直徑（mm）。

由上述公式可知，影響1.8MHz 特性阻抗的主要因素有：導(dǎo)體直徑、回路兩導(dǎo)線中心間距離、絕緣線芯外徑、屏蔽層內(nèi)徑。

而在電纜生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)設(shè)備加工的穩(wěn)定性、工藝制訂的合理性以及模具的選擇是否合適等都會(huì)影響上述因素， 從而導(dǎo)致1.8MHz特性阻抗不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 1.8MHz 特性阻抗控制

2.1 導(dǎo)體直徑控制

從公式（2）和（3）可以看出，導(dǎo)體直徑d 與電感L 成反比，與電容C 成正比，即導(dǎo)體直徑d 的波動(dòng)會(huì)影響電感和電容的大小，進(jìn)而影響特性阻抗ZC。 TB/T3100.6 規(guī)定導(dǎo)體采用TR 型軟圓銅線，標(biāo)稱(chēng)直徑為1.53mm。 要想控制好導(dǎo)體直徑，應(yīng)在拉絲設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，選用合適的拉絲模具，拉絲模具尺寸應(yīng)控制在±0.002mm 以內(nèi)，確保導(dǎo)體下機(jī)直徑控制在±0.015mm 以內(nèi)。 另外還要嚴(yán)格控制好導(dǎo)體的退火狀態(tài)，如果導(dǎo)體退火過(guò)度，會(huì)造成導(dǎo)體伸長(zhǎng)率過(guò)大，在后續(xù)工序過(guò)程中難以控制和容易變形。

2.2 回路兩導(dǎo)線中心間距離和絕緣芯線外徑的控制

從公式（2）可以看出，兩導(dǎo)線中心間距離變化會(huì)導(dǎo)致電感L 發(fā)生變化，從而使特性阻抗ZC值發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蟠蟪^(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。 影響兩導(dǎo)線中心間距離的因素主要有絕緣芯線外徑和偏心、纜芯的絞合。

絕緣芯線外徑和偏心是絕緣芯線生產(chǎn)過(guò)程中最不易控制因素。要想控制好絕緣芯線外徑和偏心， 首先應(yīng)選擇拉絲絕緣串聯(lián)式生產(chǎn)方式，避免因重復(fù)收放線導(dǎo)致導(dǎo)體拉伸的質(zhì)量缺陷，保持絕緣芯線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和一致性。 其次應(yīng)選擇合適的擠塑模具，確保絕緣芯線的絕緣外徑控制在±0.02mm 以內(nèi)，偏心度控制在0.065mm 以內(nèi)。

在纜芯絞合過(guò)程中，收放線張力的均勻性和絞合節(jié)距的一致性都會(huì)影響到回路導(dǎo)線中心間距離。 絞合時(shí)應(yīng)盡可能使收放線張力均勻、平衡；束絞模具選擇應(yīng)恰當(dāng)，確保纜芯絞合節(jié)距穩(wěn)定、絞合外徑均勻一致；絞合的同時(shí)還應(yīng)繞包一層聚酯帶，對(duì)纜芯結(jié)構(gòu)進(jìn)一步鞏固，確保纜芯圓整，防止絕緣芯線間產(chǎn)生相對(duì)位移。

2.3 綜合屏蔽層內(nèi)徑的控制

由公式（2）可以看出，屏蔽層半徑rs的大小對(duì)電感的影響很大。 從公式（3）和（4）可知，絕緣芯線離屏蔽層越近，回路電容就越大，相反，則越小。 而從式（1）可知，回路電容的大小會(huì)直接影響特性阻抗值。因此，在綜合屏蔽層生產(chǎn)過(guò)程中，屏蔽層的質(zhì)量是非常重要的。

從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定考慮，屏蔽層與纜芯的間距不能太大，防止空隙過(guò)大導(dǎo)致在牽引和收線時(shí)綜合屏蔽層變形。 因此，縱包屏蔽層時(shí)要松緊適當(dāng)，確保屏蔽層的圓整性。

3 結(jié)束語(yǔ)

在應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜生產(chǎn)過(guò)程中，影響1.8MHz 特性阻抗的因素還有很多，例如銅材和絕緣料等原材料的使用，如果原材料的各項(xiàng)指標(biāo)都能保持在最小的波動(dòng)范圍內(nèi)，那么絕緣芯線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就能夠保證，1.8MHz 特性阻抗指標(biāo)也能得到有效控制。

因此在電纜生產(chǎn)過(guò)程中，抓住每道生產(chǎn)工序的控制要點(diǎn)及控制方法，就能減少甚至消除眾多因素對(duì)1.8MHz 特性阻抗的影響，確保應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸電纜1.8MHz 特性阻抗指標(biāo)滿足TB/T3100.6 的要求。

［1］唐亮.趙春宇時(shí)域反射（TDR）測(cè)試問(wèn)題分析[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008.

［2］周英航.分辨率TDR 測(cè)試以及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)拄術(shù)，2007.