CN104756201B - 微波电缆及制造和使用这种微波电缆的方法 - Google Patents

Abstract

一种微波电缆(10)，用于频率范围从0Hz到至少几个10GHz，包括一个中心的内部导体(11)，一个同心地包围内部导体的绝缘体(12)，一个同心地包住绝缘体(12)的外部导体(13，14)，以及一个在外部同心地围绕微波电缆(10)的护套(16)。特别是当装配电缆时，稳定的电气和机械性能是这样达到的：外部导体包括两个导电的带层(13，14)，该两个导电的带层是一个压一个的被缠绕，每个带层(13，14)以重叠的方式被缠绕，在于带层(13，14)是在相反的方向渐进地被缠绕。

Description

微波电缆及制造和使用这种微波电缆的方法

技术领域

本发明涉及微波技术领域。所述发明涉及一种如权利要求1前序中所述的微波电缆。所述发明还涉及一种制造所述微波电缆的方法，同时也涉及这种类型的微波电缆的用途。

背景技术

电缆布线技术公开了大量的解决方案，关于当这种类型的电缆包括内部导体和外部导体时，如何设计这种类型的电缆。

例如，美国专利文件US2,691,698描述了一种电话电缆，它除了大量的内部导体，还具有两个相互绝缘的外部导体，并设计为包含金属箔的带层(tapings)。在这种情况下，外部导体是用来单独传送信号的。

美国专利文件US 2,447,168公开了一种高频电缆布线，在两个内部导体被绝缘体封闭的情况下，两个包括镀金属纸的带层被一个压一个地应用于绝缘体。

美国专利文件US5,214,243公开了一种同轴电缆，其具有一个中间内部导体，一个绝缘体，一个应用于所述绝缘体的缠绕聚四氟乙烯(PTFE)带体层，一个适用于所述缠绕聚四氟乙烯(PTFE)带体层上的金属丝网，一个适用于所述金属丝网的聚酰胺纤维编织，和最后两个包括以重叠方式在相反的方向缠绕的聚四氟乙烯(PTFE)带体的带层。

最后，美国专利文件US 6,201,190描述了一种同轴电缆，在同轴电缆中，环绕内部导体的绝缘体被两个一个压一个的箔带体封闭。在这种情况下，箔带体是由铝/聚酯/铝复合材料形成的。

这些解决方案具有缺点，特别是在微波频率范围在40GHz及以上，不能制造出具有最佳电参数的装配(同轴)电缆。

一旦在带体被缠绕的情况下，由于带体的缠绕移位或松开，在弯曲或扭转时的插入损耗是不稳定的。此外，一个被安装到电缆端的(同轴)插头连接器，与这种类型的电缆匹配，只能在有限的范围内延伸，因为绝缘体被从电缆端剥离之后，带体会变得松散，因而不再紧密支撑。

虽然，在带体以重叠的方式被缠绕时，由于带体的末端通过重叠被固定在电缆端，在电缆端绕线沿电缆纵向方向向前，这样可以在很大程度上防止绕线(taping带层)从电缆端脱落，这种类型的固定不能提供在另一个电缆端，因此，带层会变得稍微松动，甚至在电缆端脱落。

这在插头连接器的射频(RF)匹配上具有不利影响，并且，带有松懈带体的该电缆截面的稳定性也受损。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种微波电缆，其以一种简单的方式避免已知电缆的缺点，并且特别是，该微波电缆可以在对机电特性没有不利影响的情况下被装配。

这也是本发明的一个目的，明确提出一个用于制造这种电缆的方法，并提出了一种用途。

因此，该目的是指出一种针对这个问题的经济的解决方案，这个问题是如何使一种具有集成装配的柔性的同轴电缆在弯曲和扭转时对插入损耗的不稳定性不敏感。这就要求，除了微波范围的最佳电参数，还需要良好的机械灵活性。

这些和其他的目的是通过权利要求1、11和14的特征来实现的。

根据本发明的微波电缆，其被用于频率范围从0Hz到至少几个10GHz，包括一个中心的内部导体，一个同心地包围内部导体的绝缘体，一个同心地包住绝缘体的外部导体，以及一个在外部同心地围绕微波电缆的护套。

所述微波电缆的特征，在于外部导体包括两个导电的带层，该两个导电的带层是一个压一个的被缠绕，在于每个带层是以重叠的方式被缠绕，在于带层是在相反的方向渐进地被缠绕。

根据本发明的微波电缆的一个改进，这些带层在相反的旋转方向被缠绕。

根据本发明的微波电缆的另一个改进，同轴的丝网被布置在外部导体和护套之间。

本发明进一步改进，其特征在于，每个带层是由金属带体构造的。

特别是，这些金属带体具有相同宽度和相同厚度。

为了用于大量的微波电缆必须被插入在一个非常小的空间，如在微处理器的测试设置或例如其他带有高时钟频率的大规模集成电路的情况下，本发明的改进是有利的，本发明中的微波电缆具有几毫米的外直径，特别是大约1.5毫米，每个金属带体具有几毫米的宽度，特别是大约1.5毫米，金属带体的厚度在每个情况下是几个1/100毫米，特别是大约0.035毫米。

本发明的另一显著的改进是金属带体是由相同材料制成的。

特别是，金属带体是由铜制成的，并且是镀银的。

根据本发明的微波电缆的另一个改进，每个金属带体以大约45％的重叠被缠绕，并且以每一圈大约0.8毫米的位移被缠绕。

另一种改进，其特征在于，套是由氟化乙烯丙烯(FEP)制成的。

一种制造根据本发明的微波电缆的根据本发明的方法，其包括如下步骤：

·提供一种输出装置，其包括被绝缘体包围的内部导体，所述输出装置在第一电缆端和第二电缆端之间延伸一个预定的长度；

·通过围绕输出装置以重叠的方式缠绕第一金属带体，来制备(applying)第一带层，起始于第一电缆端并向第二电缆端进展；

·通过围绕已经得到了第一带层的输出装置以重叠的方式缠绕第二金属带体，来制备第二带层，起始于第二电缆端并向第一电缆端进展。

·为已经得到两个带层的输出装置制备一个护套。

根据本发明的方法的改进，其特征在于，第一带层以第一旋转方向制备，在于第二带层以与第一旋转方向相反的第二旋转方向制备。

另一改进，其特征在于，在最后步骤前，得到两个带层的输出装置是被同轴的丝网包住的。

根据本发明，微波电缆被用于在每个末端具有同轴连接器的连接电缆中，其中所述同轴连接器的外部导体被导电地连接至微波电缆的暴露的外部导体。

根据一个改进，每个同轴连接器的外部导体被焊接至微波电缆的外部导体。

特别是，在微波电缆中，当同轴的丝网被安置于外部导体和护套之间时，每个同轴连接器的外部导体通过丝网被焊接至微波电缆的外部导体。

附图说明

参考与附图有关的示例性实施例，本发明将在下面更详细的解释，其中：

图1示出根据本发明的一个示例性实施例的横穿微波电缆的截面；

图2示出根据本发明的具有微波电缆的连接电缆和安装在电缆端的同轴连接器；

图3A-C示出根据本发明的一个示例性实施例的制造微波电缆的多个步骤；

图4详细示出根据本发明，在微波电缆情况下的用于带体的关键参数；

图5示出在在两端装配微波电缆或切割一定长度的微波电缆时，根据本发明的带层的稳定效果。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个示例性实施例的横穿微波电缆10的截面。中心的内部导体11，可以由例如一个镀银的铜导线构成，其位于微波电缆10的中心。内部导体11被绝缘体12同心地包围，绝缘体12的材质是在射频(RF)领域中常用的，例如可以使用聚四氟乙烯(PTFE)。绝缘体12被第一带层13和第二带层14在径向方向上连续、同心地包住，所述带层会在下面更详细地讨论。随后是同心的丝网15，丝网15是由例如镀银的铜线构成的。最后，这个同心的层布置是由保护性的护套16在外部封闭，护套16优选是由氟化乙烯丙烯(FEP，Fluorinated Ethylene Propylene)构成。

每个带层13，14是由金属带体21，22构成的(参见图3)。

两个金属带体21，22在材料、厚度和宽度方面，可以有完全不同的设计。但是，所述金属带体优选地具有相同的宽度B(参见图4)和相同的厚度。特别是，金属带体21，22也都是由相同的材料构成的，优选是镀银的铜。

在复杂的和紧凑的用途中，电缆尤其具有较小的尺寸，微波电缆10可以具有几毫米的外径D(参见图2)，特别是大约1.5毫米。在这种情况中，每个用于带层13和14的金属带体21，22优选的具有几毫米的宽度B，特别是约1.5毫米。在这种情况中，金属带体21，22的厚度是每个几个1/100毫米，特别是约0.035毫米。

在这种(小型化)微波电缆的情况中，如图4所示，每个带层13和14中的金属带体21，22以大约45％的重叠被缠绕(重叠区域23)，并且以每一圈大约0.8毫米的位移(步宽W)被缠绕。

图3中明确的示出，根据本发明，与目前为止已知的电缆形式的关键区别是，以重叠的方式被缠绕的带层13和14相对于电缆是在相反的方向上逐步地被缠绕。

在图3A-C示例的方法步骤中，最初提供一种输出装置(图3A)，其包括被绝缘体12包围的内部导体11，所述输出装置延伸一个预定的长度L，例如，在第一电缆端19和第二电缆端20之间，该长度L可以达到几公里。

根据图3B，通过以重叠的方式围绕输出装置11，12缠绕第一金属带体21，靠下的第一带层13由该输出装置11，12制备，起始于第一电缆端19并向第二电缆端20进展(见方向箭头)。在此阐明性例子中，当缠绕时，以箭头方向看，旋转方向是逆时针方向。

如果第一带层13已全部制备，根据图3C，通过围绕已经得到第一带层13的输出装置11，12缠绕第二金属带体21，第二带层14被制备，特别是起始于第二电缆端20并向第一电缆端19进展(见方向箭头)。在此阐明性例子中，当缠绕时，以箭头方向看，旋转方向是顺时针方向。

然后，微波电缆10可以通过提供进一步的层(丝网15，护套16)来完成。

原则上，在制备两个带层时，选择相同的旋转方向是可实行的。然而，当第二带层14在与第一带层13旋转方向相反的旋转方向上被制备时，电缆的稳定性更好。

金属带体21，22优选的是由相同材料(镀银的铜箔)构成，具有相同的宽度B，具有相同的厚度。在微波电缆具有几毫米的外直径D时，特别是大约1.5mm时，每个金属带体21，22优选的具有几毫米的宽度B，特别是大约1.5mm。所述金属带体的厚度优选的在这个情况中是几个1/100毫米，特别是大约0.035mm。

在每个情况中的金属带体21，22以大约45％的重叠被缠绕，并且以每一圈大约0.8毫米的位移被缠绕，这实际上已经证明了是有利的。

如图5和图6的图解所示，在装配时，相反方向的双重带层的呈现如下效果：如果微波电缆按一定长度被切割(图5)，并为被安装在一个电缆端20a的同轴插头连接器(例如图2中的18)做好准备，通过缩短护套16和丝网15，第二、外部的带层14在一定程度上被暴露。然而，以重叠的方式(图5中逐步向左边)缠绕带层14有效地防止该带层14的金属带体解绕或自动地脱离。然而，这也固定了位于所述带层14之下的第一带层13，并且防止所述第一带层在同一时间脱离。

如果微波电缆按一定长度被切割(图6)，并为被安装在另一个电缆端19a的同轴插头连接器(例如，图2中的17)做好准备，通过缩短护套16和丝网15，第二、外部的带层14再一次在一定程度上被暴露。虽然，在这种情况中，由于在末端未提供重叠的固定，尽管第二带层的金属带体会解绕，但对于位于第二带层的所述金属带体之下的第一带层13，则不是这种情况：在这种情况中，通过像在带层14在另一个电缆端20a的重叠，相反的缠绕方向产生了相同的固定效果。由于电缆的电气性能实质上是由内部的第一带层13决定的，因此，如果在电缆端19a的带层14脱离，这也并不重要。

总的来说，由于在两端特别地缠绕的带层13和14，微波电缆10可被装配或按一定长度切割并且被提供给插头连接器，而没有由于决定电气性能的内部带层13的解绕导致的性能被以不希望有的方式被不利地影响。

因此，本发明的特性和优势可以概括如下：

·电缆外部导体包括两个重叠的金属带体，在每一种情况下，该重叠的金属带体不仅是在相反的方向上被缠绕，与现有技术相比，也改变了缠绕的方向。第二带层的缠绕起始于第一带层的电缆端(向前/向后缠绕)。

·在弯曲时，这个设计提供了插入损耗的不敏感性，也提供了良好的射频辐射保护。此外，建立了电缆和连接器之间的最佳射频匹配的需求：插头连接器的电缆插入装置和电缆(＝双重带体)的外部导体之间的直径差异，可以被减少到最低限度。这允许电缆相对于连接器的良好的插入和居中。因为在以这种方式下，阻抗的偏差被最小化，这就减少了RF反射(回波损耗)。

·在装配时，以相反的方向被缠绕的、具有相反缠绕方向的带层(双重带体)，提供如下的优势：由于重叠，一个绕组(winding)总是在两个电缆端自固定。然而，在相同缠绕方向或单带体的情况下，总是只有一个电缆端可以被自固定。没有这种自固定，带层则会解开，就是说，当电缆以一定长度被切割时，直径会变大。在这种情况下，仅在连接器的电缆插入装置具有足够大的直径的条件下，才可能匹配连接器。然而，在这种情况下，连接器中居中的电缆不再依靠带体来提供，这可能导致阻抗的偏差，从而射频(RF)反射。此外，解开的带层的较大的内直径，同样也构成了电射频(RF)干扰(阻抗的偏差)，这导致射频(RF)反射。松开的带体也可以引起插入损耗的不稳定性。

·双重带体实质上还提供了比带体上的聚合物外皮更多的(机械)稳定性。

·与连接器装配时，与通过绝缘的带体(例如，其由构成的)固定相比较，由金属构成的双重带体具有实质上更简单装配的优势。两个金属带体被焊接在一起。然而，带体或聚合物外皮，首先要有剥离绝缘体的一个单独过程(手动地或通过激光)，因此，位于所述带体或聚合物外皮之下的金属带体可以被焊接。

·例如，微波电缆可以被使用在用于测试和测量的目的的电缆装配上，特别是如国际公开文件WO2009/111895A1描述的连接多个同轴连接器。

·总的来说，本发明提供了一种射频(RF)同轴电缆，其在插入损耗稳定性，与连接器最佳射频匹配、经济装配和非常好的屏蔽效率几方面具有严格要求。

参考符号列表

10 微波电缆

11 内部导体

12 绝缘体

13,14 带层

15 丝网

16 护套

17,18 同轴连接器

19,20 电缆端

19a,20a 电缆端

21,22 金属带体

23 重叠区域

24 连接电缆

B 宽度

D 外直径

L 长度

W 步宽

Claims (17)

1.一种微波电缆(10)，用于频率范围从0Hz到至少几个10GHz，包括一个沿长度方向延伸的中心的内部导体(11)，一个同心地包围内部导体的绝缘体(12)，一个同心地包住绝缘体(12)的外部导体(13，14)，以及一个在外部同心地围绕微波电缆(10)的护套(16)，其中，外部导体包括两个导电的带层(13，14)，该两个导电的带层是一个压一个的被缠绕，和每个带层(13，14)以重叠的方式被缠绕，其特征在于：带层(13，14)是一个带层在所述长度方向进展、另一个带层在相反于所述长度方向进展地被缠绕。

2.如权利要求1所述的微波电缆，其特征在于：带层(13，14)以相反的旋转方向被缠绕。

3.如权利要求1所述的微波电缆，其特征在于：同轴的丝网(15)被布置在外部导体(13，14)和护套(16)之间。

4.如权利要求1-3所述之一的微波电缆，其特征在于：每个带层(13，14)是由金属带体(21，22)构造的。

5.如权利要求4所述的微波电缆，其特征在于：金属带体(21，22)具有相同宽度(B)和相同厚度。

6.如权利要求5所述的微波电缆，其特征在于：微波电缆(10)具有几毫米的外径(D)，每个金属带体(21，22)具有几毫米的宽度(B)，金属带体(21，22)的厚度在每个情况下是几个1/100毫米。

7.如权利要求5所述的微波电缆，其特征在于：微波电缆(10)具有1.5毫米的外径(D)，每个金属带体(21，22)具有1.5毫米的宽度(B)，金属带体(21，22)的厚度在每个情况下是0.035毫米。

8.如权利要求4所述的微波电缆，其特征在于：金属带体(21，22)是由相同材料制成的。

9.如权利要求8所述的微波电缆，其特征在于：金属带体(21，22)是由铜制成的，并且是镀银的。

10.如权利要求6所述的微波电缆，其特征在于：每个金属带体(21，22)以大约45％的重叠被缠绕，并且以每一圈大约0.8毫米的位移被缠绕。

11.如权利要求1所述的微波电缆，其特征在于：护套(16)是由FEP(氟化乙丙烯)制成的。

12.一种制造如权利要求1所述的微波电缆的方法，包括如下步骤：

a)提供一种输出装置(11，12)，其包括被绝缘体(12)包围的内部导体(11)，所述输出装置(11，12)在第一电缆端(19)和第二电缆端(20)之间延伸一个预定的长度(L)；

b)通过围绕输出装置(11，12)以重叠的方式缠绕第一金属带体(21)，制备第一带层(13)，起始于第一电缆端(19)并向第二电缆端(20)进展；

c)通过围绕已经提供了第一带层(13)的输出装置(11，12)以重叠的方式缠绕第二金属带体(21)，制备第二带层(14)，起始于第二电缆端(20)并向第一电缆端(19)进展；和

d)为已经提供了两个带层(13，14)的输出装置(11，12)制备一个护套(16)。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：第一带层(13)以第一旋转方向制备，第二带层(14)以与第一旋转方向相反的第二旋转方向制备。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：在最后步骤(d)前，已经提供了两个带层(13，14)的输出装置(11，12)是被同轴的丝网(15)包住的。

15.在每个末端具有同轴连接器(17，18)的连接电缆(24)中的如权利要求1所述的微波电缆(10)的用途，其特征在于：

所述同轴连接器的外部导体被导电地连接至微波电缆(10)的暴露的外部导体(13，14)。

16.如权利要求15所述的用途，其特征在于：每个同轴连接器(17，18)的外部导体被焊接至微波电缆(10)的外部导体(13，14)。

17.如权利要求16所述的用途，其特征在于：在微波电缆(10)中，同轴的丝网(15)被安置于外部导体(13，14)和护套(16)之间，每个同轴连接器(17，18)的外部导体通过丝网(15)焊接至微波电缆(10)的外部导体(13，14)。