[发明专利]一种通信电缆等效介电常数、等效介质损耗角正切值的测试方法

说明书

本发明提供的通信电缆等效介电常数的测试方法，通过采用矢量网络分析仪对通信电缆的传播延迟的高精度测试，结合传输线原理的理论推导，可进一步得到被测电缆的等效介电常数，该方法能够解决低介电常数εsubgt;e/subgt;小于1.4通信电缆的等效介电常数的测量难题。本发明提供的通信电缆等效介质损耗角正切值的测试方法，通过对通信电缆的传播延迟的测试结果，获得通信电缆的等效介电常数，通过对该电缆进行衰减测试，基于传输线理论，采用最小二乘法对测试数据进行多项式拟合，结合得到的等效介电常数，从介质损耗部分能够分离出等效介质损耗角正切值的大小，本发明适用频率更宽，对通信电缆等效介质损耗角正切值的测试精度极佳，可达到1×10supgt;‑5/supgt;量级。

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种通信电缆等效介电常数、等效介质损耗角正切值的测试方法。

背景技术

材料的介电性能主要用介电常数、介质损耗角正切值来表征。其中介电常数是综合反映电介质极化行为的宏观物理量，介质损耗角正切值表征每个周期内介质损耗的能量与其贮存能量之比。

介电常数用ε表示，应用于通信电缆上，它的意义为：通信电缆中的介质材料为固体材料与真空材料的电容的比值。当通信电缆的介质材料为空气时，介电常数ε＝1。介质损耗角正切值用tanδ来表示，应用于通信电缆上，它的意义为：通信电缆中的介质材料在施加电场后，单位时间内每单位体积中，将电能转化为热能而消耗的能量。当通信电缆的介质材料为空气时，介质损耗角正切值tanδ＝0。

现有对材料的介电常数和介质损耗角正切值的测试一般有两种方法。一种是谐振法，它利用材料在交变电磁场下产生串联谐振的原理，将被测材料制备成一材料压片，并在窄频范围内(比如0.05MHz～150MHz)，对固定频点下材料的电感和谐振回路中的Q值进行测试，进而通过计算得到所需的介电常数和介质损耗角正切值。该方法的优点是精度高(介电常数可测到1.1以内，介质损耗角正切值可测到1×10^-4)，缺点是只能对单一频点进行测试，不能反映一个频带内，介质损耗的综合信息。另一种是传输法，它基于有耗传输的原理，将被测材料制备成一圆柱体，并在宽频范围内(比如1GHz～20GHz)，对任一频带内的传播系数进行测试，进而通过改变样品长度，得到不同机械长度及电长度下的幅相特性，计算得到所需的介电常数和介质损耗角正切值。该方法的优点是频宽较宽，可以掌握材料在射频及微波段的介质损耗信息，缺点是精度差(介电常数只可测到1.3以上，介质损耗角正切值可只测到1×10^-2)，只能适用于高损耗材料。

通信电缆的衰减由导体损耗和介质损耗这两方面构成。在低频至甚高频(频率为30kHz～300MHz)时，导体损耗为主要贡献。在特高频至极高频(频率为300MHz～300GHz)时，介质损耗的占比随频率的上升而不断提升。因此，国内外均在大力研发各类低损耗材料，以此来降低电缆中的介质损耗。

技术人员采用材料厂商给定的材料特性来对通信电缆进行设计和制造。然而，由于材料在被应用在通信电缆上时，需要经受多重工艺。这些工艺会不同程度的影响到材料的微结构。以四氟绝缘为例(如PTFE、e-PTFE、FEP等)，绝缘绕包时，绕包张力会影响到介质泡孔的变形，甚至消失。以PE为例，加工外导体时，外导体对介质绝缘产生压缩，引起微孔变化，造成孔隙变小。材料微结构的变化，直接导致介电常数、介质损耗角正切值增大，影响到通信电缆的衰减。图1和图2示出了e-PTFE绝缘绕包前后，材料微结构的变化。从图中可见：绕包前，材料的岛状结点呈规律分布，纳米级气孔较多；绕包后，岛状结点大幅减少，纤维丝长度加长，纳米级气孔几乎消失。

目前，通信电缆的发展已跨入了太赫兹阶段(市售的最高使用频率达0.11THz)，因此其介质损耗已受到极大的关注。然而，对于成品电缆的材料特性(即等效介电常数和等效介质损耗角)无法通过现有的谐振法或传输法进行测试，从而无法对通信电缆衰减的影响因素进行分析。

发明内容