CN113724936B - 一种低温超导同轴电缆及加工工艺 - Google Patents

一种低温超导同轴电缆及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电缆加工技术领域，尤其是涉及一种低温超导同轴电缆及加工工艺，低温超导同轴电缆包括同轴电缆本体、低温抗衰层和隔热保护层，所述同轴电缆本体具有低温超导特性，所述低温抗衰层套设在同轴电缆本体外，所述隔热保护层套设在低温抗衰层外，所述低温抗衰层内设有低温冷源。本申请具有以下效果：同轴电缆本体用于信号的传输，低温冷源在低温抗衰层内循环流通，低温抗衰层用于为同轴电缆本体提供低温工作环境，隔热保护层用作外围防护件且用于保持同轴电缆本体的低温工作环境；同轴电缆本体的导体电阻在低温工作环境下趋近于零，进行信号传输时可以大幅度降低信号的衰减程度。

Description

一种低温超导同轴电缆及加工工艺
技术领域
本申请涉及电缆加工技术领域，尤其是涉及一种低温超导同轴电缆及加工工艺。
背景技术
同轴电缆具有传输频率高，屏蔽性能优异的特点。其用于模拟信号和数字信号的传输，并适用于各种各样的应用，其中最重要的有分布式天线系统，高性能计算系统以及短距离无线传输系统等。
然而由于内外导体电阻及介质损耗影响，同轴电缆在传输信号时具有一定的衰减，且随着信号频率的升高，电缆衰减随之增大。相关技术中，通常减小电缆衰减的方法是在中心导体11表面镀银，更换介质材料等。
针对上述中的相关技术，发明人认为上述方法可以在一定程度降低信号衰减，但其降低信号衰减的效果较差。
发明内容
为了减小同轴电缆本体信号的衰减程度，本申请提供一种低温超导同轴电缆及加工工艺。
本申请提供的一种低温超导同轴电缆及加工工艺采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种低温超导同轴电缆，采用如下的技术方案：
一种低温超导同轴电缆，包括同轴电缆本体、低温抗衰层和隔热保护层，所述同轴电缆本体具有低温超导特性，所述低温抗衰层套设在同轴电缆本体外，所述隔热保护层套设在低温抗衰层外，所述低温抗衰层内设有低温冷源。
通过采用上述技术方案，同轴电缆本体用于信号的传输，低温冷源在低温抗衰层内循环流通，低温抗衰层用于为同轴电缆本体提供低温工作环境，隔热保护层用作外围防护件且用于保持同轴电缆本体的低温工作环境；同轴电缆本体的导体电阻在低温工作环境下趋近于零，进行信号传输时可以大幅度降低信号的衰减程度。
可选的，所述低温抗衰层包括抵接在同轴电缆本体外侧壁上的冷源入口管和冷源出口管，所述冷源入口管与冷源出口管相连通。
通过采用上述技术方案，将低温冷源从冷源入口管通入且从冷源出口管排出，即可使得低温冷源循环流通时对同轴电缆本体进行降温，从而使得同轴电缆本体处于使其电阻趋近于零的低温工作环境中。
可选的，所述冷源入口管和冷源出口管的轴线均与同轴电缆的轴线相平行，所述冷源入口管和冷源出口管沿同轴电缆本体的周向等间距设置。
通过采用上述技术方案，使得低温冷源循环流通时，可以覆盖同轴电缆本体的整个区域，以使得低温工作环境的温度分布更加均匀。
可选的，所述冷源入口管和冷源出口管均设有三根，所述冷源入口管段的直径以及冷源出口管的直径均与同轴电缆本体的外径相等。
通过采用上述技术方案，使得冷源入口管和冷源出口管两两相互抵接；并且任一冷源入口管以及与其相邻的一个冷源出口管均可以与同轴电缆本体之间形成三角支撑关系，从而使得冷源入口管与冷源出口管在同轴电缆本体外侧壁上的稳固性最佳。
可选的，所述冷源入口管和冷源出口管均沿同轴电缆本体的轴向螺旋设置，所述冷源入口管和冷源出口管的旋向相同。
通过采用上述技术方案，螺旋设置的冷源入口管和冷源出口管同样可以覆盖同轴电缆本体的整个区域，以达到为同轴电缆本体提供低温工作环境的目的。
可选的，所述低温抗衰层包括套设在同轴电缆本体外的翅片管，所述翅片管包括同轴且间隔设置的翅片内管和翅片外管以及设在翅片内管和翅片外管之间的隔断翅片，所述隔断翅片将翅片内管和翅片外管之间的空间隔断形成有冷源入口通道和冷源出口通道，所述冷源入口通道和冷源出口通道至少设有一组且相互连通。
通过采用上述技术方案，将低温冷源从冷源入口通道通入且从冷源出口通道排出，即可使得低温冷源循环流通时对同轴电缆本体进行冷却降温；并且冷源入口通道和冷源出口通道覆盖了同轴电缆本体的整个区域，可以形成良好的低温工作环境。
可选的，所述隔热保护层包括同轴且间隔设置的保护内管和保护外管以及设在保护内管和保护外管之间的隔热层。
通过采用上述技术方案，保护内管和保护外管用作固定基础，以将隔热层夹持稳固；隔热层用于对热量的传导进行阻隔，以便于低温抗衰层内的低温冷源不易升温，从而使得同轴电缆本体的低温工作环境不易受到隔热层外热量的影响。
可选的，所述同轴电缆本体包括中心导体、介质层和外导体管，所述外导体管同轴且间隔设置在中心导体外，所述介质层设在外导体管和中心导体之间，所述中心导体和外导体管均由铌钛合金材料制成。
通过采用上述技术方案，铌钛合金材料为合金型超导材料，在超导转变温度下，铌钛合金材料的导体电阻趋近于为零，从而使得同轴超导材料满足低温超导特性。
可选的，所述介质层由发泡树脂材料制成，所述中心导体和外导体管之间设有惰性气体层。
通过采用上述技术方案，一方面，惰性气体层可以对中心导体和外导体管形成保护，以使得中心导体和外导体管不易被氧化致使其特性受到影响；另一方面，惰性气体层还可以起到较好的保温效果，以使得同轴电缆本体的低温工作环境不易产生变化。
可选的，所述低温冷源使同轴电缆本体的工作温度低于4K。
通过采用上述技术方案，经试验，4K温度下，同轴电缆本体进行信号传输时信号的衰减的幅度较小。
第二方面，本申请提供一种低温超导同轴电缆的加工工艺，采用如下的技术方案：
一种低温超导同轴电缆的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将中心导体插入外导体管内，并保持中心导体和外导体管同轴设置；
S2.将树脂材料灌入中心导体和外导体管之间的空间内，并对树脂进行压实；
S3.将S2步骤加工后得到的同轴电缆本体的半成品加温，使树脂材料发泡形成介质层；然后对半成品抽真空并充入惰性气体以形成惰性气体层，并得到同轴电缆本体；
S4.将低温抗衰层套设在同轴电缆本体外；
S5.将隔热保护层套设且固定在低温抗衰层外；
S6.然后在低温抗衰层内通入低温冷源，并保持低温冷源的循环，以使得同轴电缆本体的工作温度低于4K。
通过采用上述技术方案，采用上述加工工艺得到的低温超导同轴电缆进行信号传输时，同轴电缆本体在4K温度下，其导体电阻趋近于零，信号的衰减较小。
可选的，S4步骤中，将直径与同轴电缆本体外径相等的三根冷源入口管和三根冷源出口管等间距放置在同轴电缆的外侧壁上；S5步骤中，然后隔热保护层套设在三根冷源入口管和三根冷源出口管外，并使得保护内管与三根冷源入口管和三根冷源出口管均过盈配合；S6步骤中，将低温冷源从冷源入口管通入并从冷源出口管排出。
通过采用上述技术方案，冷源入口管和冷源出口管在保护内管中的稳固性最佳，低温超导同轴电缆的结构最为稳定。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.同轴电缆本体用于信号的传输，低温冷源在低温抗衰层内循环流通，低温抗衰层用于为同轴电缆本体提供低温工作环境，隔热保护层用作外围防护件且用于保持同轴电缆本体的低温工作环境；同轴电缆本体的导体电阻在低温工作环境下趋近于零，进行信号传输时可以大幅度降低信号的衰减程度；
2.保护内管和保护外管用作固定基础，以将隔热层夹持稳固；隔热层用于对热量的传导进行阻隔，以便于低温抗衰层内的低温冷源不易升温，从而使得同轴电缆本体的低温工作环境不易受到隔热层外热量的影响。
附图说明
图1是本申请低温超导同轴电缆实施例1的结构示意图；
图2是本申请低温超导同轴电缆实施例2的结构示意图；
图3是本申请低温超导同轴电缆实施例3的结构示意图。
附图标记说明：1、同轴电缆本体；11、中心导体；12、介质层；13、外导体管；2、低温抗衰层；21、冷源入口管；22、冷源出口管；23、翅片内管；24、翅片外管；25、隔断翅片；26、冷源入口通道；27、冷源出口通道；3、隔热保护层；31、保护内管；32、保护外管；33、隔热层。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种低温超导同轴电缆。
实施例1
参照图1，低温超导同轴电缆包括同轴电缆本体1、低温抗衰层2和隔热保护层3。
同轴电缆本体1用于信号的传输，且同轴电缆本体1具有低温超导特性。低温抗衰层2套设在同轴电缆本体1外，低温抗衰层2用于为同轴电缆本体1提供低温工作环境。隔热保护层3套设在低温抗衰层2外，隔热保护层3用作外围防护件且用于保持同轴电缆本体1的低温工作环境。
参照图1，同轴电缆本体1包括中心导体11、介质层12和外导体管13。其中，中心导体11呈圆杆状，且中心导体11可以采用铌钛合金材料制成。铌钛合金材料为合金型超导材料，在超导转变温度下，铌钛合金材料的导体电阻趋近于为零。
外导体管13套设在中心导体11外。外导体管13为铌钛合金制成的圆管，且外导体管13的内径大于中心导体11的直径，以使得外导体管13与中心导体11间隔设置。外导体管13与中心导体11保持高度同轴。
介质层12设在中心导体11和外导体管13之间。介质层12可以采用发泡树脂材料制成，介质层12与中心导体11的外侧壁以及外导体的内侧壁均相抵接，以保持在中心导体11和外导体管13之间的稳固性。
中心导体11和外导体管13之间设有惰性气体层。本实施例中，惰性气体层可以由氮气所构成，惰性气体层充入介质层12内。一方面，惰性气体层可以对中心导体11和外导体管13形成保护，以使得中心导体11和外导体管13不易被氧化致使其特性受到影响；另一方面，惰性气体层还可以起到较好的保温效果，以使得同轴电缆本体1的低温工作环境不易产生变化。
参照图1，低温抗衰层2包括相互连通的冷源入口管21和冷源出口管22。冷源入口管21和冷源出口管22均可以采用不锈钢管制成。本实施例中，冷源入口管21和冷源出口管22沿同轴电缆本体1的轴向进行设置，且冷源入口管21和冷源出口管22均与同轴电缆本体1的外侧壁相抵接。
冷源入口管21和冷源出口管22的数量可以均设置为三个，且冷源入口管21和冷源出口管22间隔设置。冷源入口管21和冷源出口管22可以一一对应，两两成组并构成三组“U”形管道；当然，冷源入口管21和冷源出口管22之间也可以依次首尾相连，以构成整根的回形管道。本实施例以前者为例进行说明。
低温冷源从冷源入口管21的入口端通入且从冷源出口管22的出口端排出，且低温冷源保持循环流通，低温冷源可以采用液氦。低温冷源使得同轴电缆本体1的低温工作温度达到铌钛合金的超导转变温度，以使得同轴电缆本体1的导体电阻趋近于零。本实施例中，同轴电缆本体1的最佳低温工作温度为4K。
冷源入口管21的直径以及冷源出口管22的直径可以与同轴电缆本体1的外径相等，以使得冷源入口管21和冷源出口管22与同轴电缆本体1外侧壁相抵接的同时，还可以两两相互抵接。任一冷源入口管21以及与其相邻的一个冷源出口管22均可以与同轴电缆本体1之间形成三角支撑关系，从而使得冷源入口管21与冷源出口管22在同轴电缆本体1外侧壁上的稳固性最佳。
参照图1，隔热保护层3包括保护内管31、保护外管32和隔热层33。保护内管31和保护外管32均可以采用不锈钢管制成；其中，保护内管31的内径等于沿同轴电缆本体1轴线对称设置的冷源入口管21和冷源出口管22之间的最大距离，即冷源入口管21的外侧壁和冷源出口管22的外侧壁均与保护内管31的内侧壁相切。同时，同轴电缆本体1、冷源入口管21和冷源出口管22构成的整体与保护内管31可以采用过盈配合的方式，以增强同轴电缆本体1、冷源入口管21和冷源出口管22在保护内管31上以及冷源入口管21和冷源出口管22在同轴电缆本体1上的稳固性。
保护外管32同轴套设在保护内管31外，且保护外管32的内径大于保护外管32的内径，以使得保护内管31和保护外管32间隔设置。隔热层33固定在保护内管31和保护外管32之间，隔热层33可以采用聚氨酯泡棉制成，隔热层33用于对热量的传导进行阻隔，以便于低温抗衰层2内的低温冷源不易升温，从而使得同轴电缆本体1的低温工作环境不易受到隔热层33外热量的影响。保护内管31、隔热层33和保护外管32均固定连接，以构成设有夹层的整根复合管道，从而以便于将隔热保护层3套设在低温抗衰层2外。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，参照图2，本实施例中，冷源入口管21和冷源出口管22均仅设有单根，且冷源入口管21和冷源出口管22均沿同轴电缆本体1的轴向螺旋设置。冷源入口管21和冷源出口管22螺旋设置的内径等于同轴电缆本体1的外径，且冷源入口管21和冷源出口管22的旋向相同。冷源入口管21和冷源出口管22均套设在同轴电缆本体1上。冷源入口管21和冷源出口管22相互靠近的一端相互连通。
此时保护内管31的内径等于冷源入口管21和冷源出口管22螺旋设置的外径相等，以使得保护内管31可以套设且固定在冷源入口管21和冷源出口管22上。螺旋绕设的冷源入口管21和冷源出口管22同样可以为同轴电缆本体1提供适宜的低温工作环境。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，低温抗衰层2由翅片管所构成。翅片管可以采用不锈钢材料制成，且翅片管套设在同轴电缆本体1外。翅片管包括翅片内管23、翅片外管24和隔断翅片25；其中，翅片内管23的内径等于同轴电缆本体1的外径，以使得翅片内管23固定在同轴电缆本体1上；翅片外管24与翅片内管23同轴设置，且翅片外管24的内径大于翅片外管24的内径，以使得翅片外管24和翅片内管23间隔设置；隔断翅片25呈矩形，隔断翅片25固定在翅片外管24和翅片内管23之间，且隔断翅片25将翅片内管23和翅片外管24之间的空间隔断形成有冷源入口通道26和冷源出口通道27。
冷源入口通道26和冷源出口通道27至少设有一组，本实施例中以三组为例进行说明，即隔断翅片25设有六块。冷源入口通道26和冷源出口通道27相互靠近的一端相互连通。低温冷源从冷源入口通道26通入且从冷源出口通道27排出，同样的，低温冷源保持循环，为同轴电缆本体1提供适宜的低温工作环境。
本申请实施例一种低温超导同轴电缆的实施原理为：采用低温超导同轴电缆进行信号传输时，向冷源入口管21或者冷源入口通道26内通入低温冷源，并使低温冷源从冷源出口管22或者冷源出口通道27排出，同时使低温冷源保持循环。低温冷源在循环的过程中对同轴电缆本体1进行降温，以使得同轴电缆本体1的低温工作温度低于4K；此时隔热层33对热量传导进行阻隔，以使得同轴电缆本体1的低温工作温度得以保持。同轴电缆本体1在4K的低温工作温度下，其导体的电阻趋近于零，此时同轴电缆本体1进行信号传输可以大幅度降低信号的衰减程度。经试验，低温超导同轴电缆的衰减是铜基同轴电缆衰减的三分之一。具体试验数据如下：
低温超导同轴电缆 铜基同轴电缆
中心导体11材料 铌钛合金 镀银铜
介质材料 PTFE PTFE
外导体 铌钛合金 无氧铜
4K温度下衰减 0.5dB/m @10GHz 1.5dB/m @10GHz
本申请实施例还公开一种低温超导同轴电缆的加工工艺。加工工艺包括以下步骤：
S1.将中心导体11拉直，并将其插入外导体管13内，然后保持中心导体11和外导体管13同轴设置；
S2.将树脂材料灌入中心导体11和外导体管13之间的空间内，并采用模具对树脂进行压实；
S3.将S2步骤加工后得到的同轴电缆本体1的半成品放入微波炉等加温设备中，并在250摄氏度的温度下保持一段时间，若低温超导同轴电缆长度为30cm，加热1h；若低温超导同轴电缆长度为50cm，加热1.5h；加热的目的是为了使树脂材料发泡以形成介质层12；然后对半成品放入310摄氏度的烘箱等密闭加温设备中，然后对其抽真空并充入惰性气体，以使得中心导体11和外导体管13之间形成有惰性气体层，保持1h后即可得到具有完整电性能的同轴电缆本体1；
S4.将六根外径与同轴电缆本体1外径相等的不锈钢管抵接在同轴电缆本体1的外侧壁上，并使得相邻两根不锈钢管相互抵接；六根不锈钢管中，其中三根用作冷源入口管21，另外三根用作冷源出口管22，相邻的冷源入口管21和冷源出口管22相互连通且成组设置；
或者；将两根不锈钢管设置为旋向相同的螺旋管道，并将两根不锈钢管相互靠近的一端相连通，两根不锈钢管中，其中一根用作冷源入口管21，另外一根用作冷源出口管22；然后将两根不锈钢管套设在同轴电缆本体1的外侧壁上；
再或者；将翅片管套设在同轴电缆本体1的外侧壁上；
S5.然后将隔热保护层3套设且固定在低温抗衰层2外；
若低温抗衰层2为六根不锈钢管，冷源入口管21的外侧壁和冷源出口管22的外侧壁均与保护内管31的内侧壁相抵接；
若低温抗衰层2为两根螺旋状的钢管，冷源入口管21和冷源出口管22螺旋设置的外侧壁与保护内管31的内侧壁相抵接；
若低温抗衰层2为翅片管，翅片管的外侧壁与保护内管31的内侧壁相抵接；
S6.若低温抗衰层2为六根不锈钢管或者两根螺旋状的钢管，将低温冷源从冷源入口管21通入且从冷源出口管22排出；
若低温抗衰层2为翅片管，将低温冷源从冷源入口通道26通入且从冷源出口通道27排出；
并保持低温冷源的循环，以使得同轴电缆本体1的工作温度低于4K。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低温超导同轴电缆，其特征在于：包括同轴电缆本体(1)、低温抗衰层(2)和隔热保护层(3)，所述同轴电缆本体(1)具有低温超导特性，所述低温抗衰层(2)套设在同轴电缆本体(1)外，所述隔热保护层(3)套设在低温抗衰层(2)外，所述低温抗衰层(2)内设有循环流通的低温冷源；
所述隔热保护层(3)包括同轴且间隔设置的保护内管(31)和保护外管(32)以及设在保护内管(31)和保护外管(32)之间的隔热层(33)；
所述同轴电缆本体(1)包括中心导体(11)、介质层(12)和外导体管(13)，所述外导体管(13)同轴且间隔设置在中心导体(11)外，所述介质层(12)设在外导体管(13)和中心导体(11)之间，所述中心导体(11)和外导体管(13)均由铌钛合金材料制成；
所述介质层(12)由发泡树脂材料制成，所述中心导体(11)和外导体管(13)之间设有惰性气体层；
所述低温冷源使同轴电缆本体(1)的工作温度低于4K。
2.根据权利要求1所述的一种低温超导同轴电缆，其特征在于：所述低温抗衰层(2)包括抵接在同轴电缆本体(1)外侧壁上的冷源入口管(21)和冷源出口管(22)，所述冷源入口管(21)与冷源出口管(22)相连通。
3.根据权利要求2所述的一种低温超导同轴电缆，其特征在于：所述冷源入口管(21)和冷源出口管(22)的轴线均与同轴电缆本体(1)的轴线相平行，所述冷源入口管(21)和冷源出口管(22)沿同轴电缆本体(1)的周向等间距设置。
4.根据权利要求3所述的一种低温超导同轴电缆，其特征在于：所述冷源入口管(21)和冷源出口管(22)均设有三根，所述冷源入口管(21)段的直径以及冷源出口管(22)的直径均与同轴电缆本体(1)的外径相等。
5.根据权利要求2所述的一种低温超导同轴电缆，其特征在于：所述冷源入口管(21)和冷源出口管(22)均沿同轴电缆本体(1)的轴向螺旋设置，所述冷源入口管(21)和冷源出口管(22)的旋向相同。
6.根据权利要求1所述的一种低温超导同轴电缆，其特征在于：所述低温抗衰层(2)包括套设在同轴电缆本体(1)外的翅片管，所述翅片管包括同轴且间隔设置的翅片内管(23)和翅片外管(24)以及设在翅片内管(23)和翅片外管(24)之间的隔断翅片(25)，所述隔断翅片(25)将翅片内管(23)和翅片外管(24)之间的空间隔断形成有冷源入口通道(26)和冷源出口通道(27)，所述冷源入口通道(26)和冷源出口通道(27)至少设有一组且相互连通。
7.一种如权利要求1-6任一所述的低温超导同轴电缆的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将中心导体(11)插入外导体管(13)内，并保持中心导体(11)和外导体管(13)同轴设置；
S2.将树脂材料灌入中心导体(11)和外导体管(13)之间的空间内，并对树脂进行压实；
S3.将S2步骤加工后得到的同轴电缆本体(1)的半成品加温，使树脂材料发泡形成介质层(12)；然后对半成品抽真空并充入惰性气体以形成惰性气体层，并得到同轴电缆本体(1)；
S4.将低温抗衰层(2)套设在同轴电缆本体(1)外；
S5.将隔热保护层(3)套设且固定在低温抗衰层(2)外；
S6.然后在低温抗衰层(2)内通入低温冷源，并保持低温冷源的循环，以使得同轴电缆本体(1)的工作温度低于4K。
8.根据权利要求7所述的低温超导同轴电缆的加工工艺，其特征在于：S4步骤中，将直径与同轴电缆本体(1)外径相等的三根冷源入口管(21)和三根冷源出口管(22)等间距放置在同轴电缆的外侧壁上；S5步骤中，然后隔热保护层(3)套设在三根冷源入口管(21)和三根冷源出口管(22)外，并使得保护内管(31)与三根冷源入口管(21)和三根冷源出口管(22)均过盈配合；S6步骤中，将低温冷源从冷源入口管(21)通入并从冷源出口管(22)排出。
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