CN1513190A - 射频抑制电缆 - Google Patents

Abstract

一种电缆(10)，包括多个相互绝缘的导线(12、14、16、18、20)及一围绕导线并与之绝缘的电阻层(28)，以防止自导体的射频发射。构成电阻层的材料的体电阻大于构成导体的材料的体电阻。电阻层的厚度大于趋肤深度δ，趋肤深度δ等于

其中σ为材料的电导率，f为频率，μ_r为相对于自由空间的磁导率，μ₀为自由空间的磁导率。通常电阻层的厚度为趋肤深度的2至10倍。

Description

射频抑制电缆

技术领域

本发明涉及一种射频抑制电缆，用来抑制不希望有的射频信号发射。这种电缆可用来连接用于射频测试等的装置和/或设备。

背景技术

在许多设备和固定及便携式装置中，需要将电路板、装置和附件与柔性导电连线互连。但是为了符合射频发射方面的规定，希望抑制射频辐射从这些柔性导电连线泄漏出去。一种大家熟知的方法是采用同轴电缆，其中导线被一个与之绝缘的管状编织金属屏蔽导体(它在工作时通常接地)所包围。许多同轴电缆的柔度是有限的，因而只适用于固定安装的设备和静态应用，如电视天线引线等。编织金属屏蔽导体的缺点是在电缆外面有寄生电流流过。在某些应用中，曾发现在用于个人应用的电缆中有驻波产生，据信由于这些驻波与用户之间的耦合可能导致高的吸收比率(SAR)。

在另一种现有的减少不希望的射频信号传播的方法中，是在尽可能靠近电缆与产生射频电流的设备相连的地方，在电缆外面包缠铁氧体磁环(ferrite bead)。采用一个或多个铁氧体磁环的缺点是：由于磁环是刚性的从而降低了电缆的柔软性，同时只能抑制铁氧体磁环附近的辐射而不能抑制它们之间的辐射。

发明内容

本发明的一个目的是提供基本上沿电缆整个长度的射频抑制。

本发明提供的电缆包括至少一根导线和一环绕它并与之绝缘的电阻层，其中构成电阻层的材料的体电阻大于构成导线材料的体电阻。

本发明的一个实施例中，电阻层的厚度大于趋肤深度δ，趋肤深度δ等于

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\π\σf}{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\μ}}_0}}$

式中σ为材料的电导率

f为频率

μ_r为相对于自由空间的磁导率

μ₀为自由空间的磁导率。

按本发明制成的电缆可提供沿其长度的连续的射频抑制。根据电缆中导线的数目和尺寸，电缆可以比较细而柔软，因而适用于连接便携式设备和附件；也可能不太柔软，因而适用于连接固定安装的设备。有了电阻层可以抑制在没有它时可能存在的任何驻波。

电阻层的厚度可以是趋肤厚度的2至10倍。

电阻材料可以是基于碳的材料，例如：石墨，由石墨丝或加有石墨的塑料制成的编织碳纤维。

附图说明

本发明将参考附图举例说明，附图中：

图1为按本发明制造的一条低频多芯电缆实施例的剖面图；

图2为包括用本发明的电缆连接的装置的设备示意框图。

附图中用相同的标号表示相应的零件。

具体实施方式

图1的电缆包括五根彼此相互在绝缘空间22中绝缘的导线12、14、16、18、20。导线18有一个额外的绝缘层24。如果各导线自己没有绝缘涂层的话，则在绝缘空间22中填充绝缘塑料。但若它们都有涂层覆盖，则绝缘空间22可以由空气介质构成。有一个同轴导电屏蔽层包围着绝缘空间22。这个电缆提供了一个外绝缘塑料壳30，且在导电屏蔽层26和外壳30之间设置了一个电阻层28。

电缆10的横截面尺寸及其各部分的构成材料可根据用户的特定用途来选择。

导线12、14、16、18和20可以是实心的或由几股组成，而且可以是通常用来制造电缆的材料(如铜、铝、钢)中的任意一种。填充绝缘空间22和形成绝缘层24的材料可以包括一般用在电缆制造中的材料，如PVC(聚氯己烯)，以基于硅酮的塑料和橡胶，以及PTFE(聚四氟己烯)。

设置电阻层28是为了抑制从导线12、14、16、18、20及导电屏蔽层发射射频信号。为了使它真正有效，要求导电层28所使用的材料的体电阻首先要远大于导电材料的体电阻，但又不是那么大，以致射频场仍能耦合到导线上。现在来较详细地讨论这第二个限制。

当一种导电/电阻材料受到射频场作用时，在材料表面上及其附近有电流流通。最大的电流密度是在表面上，且电流随着远离表面而指数衰减。这种现象叫做“趋肤效应”。电流密度降至初始值的1/e的距离称为趋肤深度δ，它等于

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\π\σf}{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\μ}}_0}}$

式中σ为材料的电导率，

f为频率，

μ_r为相对于自由空间的磁导率，

μ₀为自由空间的磁导率。

对几乎所有的材料μ_r接近于1。

厚度大致等于或小于趋肤深度的材料无法让它包围的任何东西屏蔽于电场的影响。倘若用这种材料来作电缆的射频屏蔽，则射频信号仍能耦合到导线12至20，而且它们还能够承载(有些衰减)(也许会谐振)射频电流。因此，构成层2 8的电阻材料应比其趋肤深度厚一些，比如说，通常认为2至10倍趋肤深度的厚度是可接受的厚度。

适于连接便携设备的电缆的厚度可能为几毫米量级。对某些应用来说，4mm直径的电缆将被认为是太粗。为避免使电缆太粗，电阻层28的厚度应为0.5mm左右，这样将使直径增加1mm。举一个数字  例子，考虑一个工作在900MHz且使用的电缆要求其电阻层为5倍趋肤深度厚的设备。把这些要求代入上面的公式，并把各项重新安排，可得到材料的电导率σ约大于28000 S/m(西门子/米)。此值远低于常用金属的电导率，例如铜为5.7×10⁶S/m，不锈钢为1.1×10⁶S/m。石墨的电导率约为7×10⁴S/m，是最常用作电阻的材料。

由于体电阻大，石墨从几个方面说是一种用作电阻层28的实用材料。石墨的使用有几种方式。例如，可以把石墨挤压成具有一些柔性的丝而作成碳纤维。制作碳纤维并把它们编织起来的技术已非常成熟，因而可以经济地制成电阻层。在另一个实例中，可以用加有高浓度石墨粉的塑料来制作电阻层，使得材料的电阻率比实心石墨要大。

虽然由于趋肤效应，石墨和普通金属的体电导率相差近1000倍，但在射频下的电导率仅为体电导率的平方根。因此，电阻层28的电阻比导线12至20(这些导线是与外射频场相隔离的)大30倍左右。

参照图2，该设备包括一个发送装置32，后者通过按本发明制造的电缆10与接收装置34相连接。装置32和34可包括射频测试装置或用于移动无线环境下的设备和装置。

虽然上面是把电阻层28描述为抑制从电缆10的发射，但它也可以抑制外射频(rf)辐射到达导线上。

在本说明和权利要求书中，加在一种元件前面的“一”或“一个”并不排除有许多这种元件存在。另外，“由……构成”这个词也不排除还存在所列举之外的其它元件和步骤。

本领域技术人员通过阅读本发明公开的内容，显然知道可以作出其它的修改。这些修改可包括现在已知的在射频抑制电缆及其元部件设计、制造和使用中的其它一些特性，它们可用来代替或补充这里已描述的特性。

Claims (11)

1.一种电缆，包括至少一根导线和一与该至少一根导线绝缘并包围它的电阻层，其中构成电阻层的材料的体电阻大于构成所述至少一根导线的材料的体电阻。

2.如权利要求1所述的电缆，其特征在于，电阻层的厚度大于趋肤深度δ，趋肤深度δ等于

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\π\σf}{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\μ}}_0}}$

式中σ为材料的电导率，

f为频率，

μr为相对于自由空间的磁导率，以及

μ₀为自由空间的磁导率。

3.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，多个相互绝缘的导线被电阻层所包围。

4.如权利要求1、2或3所述的电缆，其特征在于，电阻层的厚度为趋肤深度δ的2至10倍。

5.如权利要求1至4中任一项的电缆，其特征在于，电阻层是柔性的。

6.如权利要求1至5中任一项的电缆，其特征在于，电阻层由基于碳的材料构成。

7.如权利要求1至5中任一项的电缆，其特征在于，电阻层由石墨构成。

8.如权利要求1至5中任一项的电缆，其特征在于，电阻层由浸渍碳的硅酮构成。

9.如权利要求1至5中任一项的电缆，其特征在于，电阻层由编织碳纤维构成。

10.如权利要求1至5中任一项的电缆，其特征在于，电阻层由添加了石墨的塑料构成。

11.一种装置，包括一发送装置，一接收装置，和如权利要求1至10中任一项所述的电缆，该电缆用来将发送和接收装置电连接在一起。