编织型屏蔽电缆转移阻抗的计算杨佩铭卢铁兵齐磊谷雪松华北电力大学电气工程学院河北保定０７１００３摘要：在总结编织型屏蔽电缆转移阻抗的计算方法的基础上，提出了一种有效的计算方法。通过将该方法的计算结果与其他计算方法和实际测量的结公式可以表示为如下：ＺＴ ＝Ｚ， ＋ ｊｒｃ（Ｍ，土Ｍｂ） （２）果进行比较，验证了其有效性。最后，分析了转移阻抗随不同参数的变化特性，给出了一般性的规律。关键词：编织型屏蔽电缆：转移阻抗：１弓Ｉ言 编织型屏蔽电缆作为电子系统或电子设备的连接线有着广泛的应用。当外部电磁场与电缆作用时，电磁能灸可拐合至电缆内部，对电子系统的正常运行构成威胁。转移阻抗是反映上述藕合作用的一个基本参数。转移阻抗的计算方法很多，但是大多数计算结 果都是局部参数较准确，有一定的局限性。通过比较，提出了一种有效的转移阻抗计算方法，并验证了其有效性。最后，总结了转移阻抗随参数变化的一些规律。２．转移阻抗的计算方法 转移阻抗为单位长的电缆中有单位电流流过屏蔽层时在电缆芯线与屏蔽层间所形成的开路电压。其计算公式可表示为：今 Ｚｒ ＝ Ｉｔ ０ ． ｄＶｚ Ｉ ｝ｓｏ式中是、为编织层流过的电“，ｄｄＶｚ“电缆屏蔽层与电缆芯线所组成的均匀传输线单位长度上的电压有效值。而对于转移阻抗的理论计算，通常不采用上述 的公式，而是根据电磁场理论，推出一些更直观，更简单、更准确的公式。一般地，转移阻抗的计算基金项目：国家杰出青年科学荃金（５０３２ ５７２３）和华北电力大学博士学位教师科研签金资助。其中几为散射阻抗，Ｍ＊为小孔电感，Ｍ。为编织电感。描述编织层的参数有：编织节距Ｐ、绝缘层的直径Ｄｏ、每根编织线的直径ｄ、编织层的编束数Ｃ、编织束内的导线数ｎ。只要知道了上述的５个参数，就能计算出电缆的转移阻抗。目前，有很多计算上述三个分量的公式，但大 都是有关转移阻抗的局部分量计算较为准确，而其他分量计算不是很准确。针对这种情况，为了得到一个整体相对比较有效的计算方法，可以从很多计算转移阻抗的方法中找出三种计算三个局部分量最为准确的方法，从而找到计算转移阻抗的有效的方法。首先，对于散射阻抗Ｚｄ，采用文献［ （１）里的定义，这也是目前应用最为广泛的计算散射阻抗的公式：Ｚｄ ｝（１＋ｊ）ｄｌａ；ｒｄ ＇ＮＣ ｃｏｓ ａ ｓｉｎｈ（（１ ＋ ｊ）ｄ ／ ８）（３）其中Ｓ为集肤深度：‘ ＝ １ １Ｔ （４）其次，对于小孔电感Ｍ， ， ， Ｖａｎ“的结论就不是十分的准确．Ｖａｎｃ．的藕合理论只适合于编织小孔相对于屏蔽半径很小的情况，对于编织小孔比较大的情况就不适合了．而ＴＯ‘的改进方法计算Ｍｎ就比较准确ｍＭ＊二２，ｕｏＣ厂ｅｘｐ卜气厂一Ｌ） 耐（５）兀Ｃｏｓ口Ｏ 最后，对于编织电感风，由于Ｖａ ｎｃｅ计算转移阻抗的理论没有考虑编织电感，所以导致其计算高投影扭盖率的电缆不是很准确．虽然Ｔｙｎｉ （２）也定义了编织电感，但对于理想编织的电缆，其理论并不是十分准确．相比而言，如下公式比较准确［３ｔ当“＜二时Ｍ＊二一ｈｏ （ｎ＊十（。一ｂｈ）ｈ＋ｄ＋ Ｂ］Ａ（６）２ｚＣ（Ｄｐ ＋ ２ｄ ＋ ｈ） ｃｏｓ ａ取负号是因为编织带上电流产生的磁场与原磁场 如表２所示，本文计算了、＇ａｎｃｅ和卫的方法，将其与新的方法一起与测量值进行比较。可以看出，这种新的理论计算方法效果是非常好的，比其他２种方法误差要小。Ｔｙ．１ｉ的理论方法在很多情况下也是不错的，但是在估计算例２和３就明显不如新的理论方法。方向相反。当ａ＞厂一 时 ｐｕｊｎｄｈ ＋。一竺）ａ 处ｄ、，２：，Ｍ，．＝２ｎＣ（Ｄｏ ＋ ２ｄ ＋ ｈ） ｃｏｓ ａ（７） 万＝ －一砂、ｎ（ａ－一—１其，寸，一 ４－（９）Ａ＝（石＋ １）＝ ｃｏｓ ２ａ叮９）两个相邻的编织带间的距离：ｂ＝ ６＝ ４ｎｎ Ｃ ｃｏｓ ａ一。ｄ（１０）两个相交叉的编织带间的距离：ｈ ＝ ｌ＋ｂ／ｄ ２ｄ（１１）３．有效性验证 为了更好的看出此种方法的优点，我们参考文献［３｝的电缆参数进行了计算并列表进行比较。表１电缆的参数 １２３４５ｐ （ｎ叫２２２２２０３３２３Ｃ１６１６１６１６１６ｎ６５５６６ｋ０．９５仓目４０．８８０．８５０．９３表１给出了文献〔 ３１中５种电缆的参数，其中ｋ为编织层的投影搜盖率。表２与其他方法和测量值的比较结果１２３４５汉梦量值１３０３８４４５８１２２Ｔｙｎ， （ｍｏ）１５７６５８６８３１４２Ｖａｎｃｅ （ｍＱ〕４７１乃１６６４５０Ｎｅｗ伽Ｑ）１１６３７４７．６７１ＩＩＩ同时，我们给出这种方法与测量（使用的为三 同轴法１４１）的结果，如图１所示。实验使用的是ＳＹＶＺ电缆，参数如下：Ｄｏ ＝ ５．５４ｍｍ ， ｎ二６Ｃ＝２４， ｄ ＝０．１２ｍｍ， ｐ二４５ｍｍ。Ｍ试设备使用了网络分析仪，可以看出采用不同长度的电缆 结果有些不同，但与计算值相比误差不大。这种差 别可能是由连接器的影响引起的，相同的连接器对刀切ＪＯ．￣囚￣件种“Ｊ甜￣Ｊ’短电缆影响大些。 卜“Ｊ”，曰，、“刁巧供，汀月Ｊ（‘健‘已绍理静您ｆ （ＨＺ） ｘ ｌｏｏ图１ ＳＹＶＺ电缆的转移阻抗计算值与测量结果的比较 ４．转移阻抗随参数的变化 下面给出转移阻抗随其参数变化的图形，从中既可以了解编织电缆的转移阻抗随参数变化的一些规律，还可以给电缆设计者在考虑电缆转移阻抗时一些有效的参考。图２表示转移阻抗与编织角的关系，其电缆参 数为ｎ＝６，ｄ二０．１５ｍｍ，Ｃ＝１６几＝ ２．９５ｍｍ， ｆ ＝１０ＭＨｚ。当编织角小于４５０时．编织电感与小孔揭合电感符号相反，在编织角为４５。时，二者相等符号相反，所以转移阻抗约为０。当编织角大于４５０时，二者符号相同，所以转移阻抗随编织角增长较快，这就是为什么电缆的编织角通常都要求小于４５０的原因． Ｚｒ一一一了一一一下〔任、任１５‘０）撼１迹礴湃口‘５卜一０占一２０ ４０印编织角演） 图２ 转移阻抗与编织角的ａ的关系图３所描述的电缆是是转移阻抗与编织线直径ｄ的关系。电缆参数为ｎ二６， Ｃ＝１６，Ｄｏ“２．９５ｍｍ，Ｐ＝２２ｍｍ，ｆ＝ＩＯＭＨｚ。由图３可见，随编织线直径ｄ的增大，转移阻抗也增大。这是因为当编织线直径增大时，编织电感增大的幅度很大。门〕一』（Ｅ健门月〕，‘０）撼卜曰门口夔门勺】 ． ‘ 礴。， 牢 Ｖ’ ０ １１．５ ２ ２．５ ｄ （ｍ） ｘ １０，４ 图 ３ 转移阻抗与编织线的直径ｄ的关系 图 ４ 描述的是转移阻抗与编束数的关系，其电 缆参数为Ｄｏ ＝１０ｍｍ，厂＝ ＩＯＭＨｚＰ二２２ｍｍ， ｎ＝４， ｄ二０．１５ｍｍ。可以看出，当其他参数不变，编束数不断增大时，转移阻抗是逐渐减小的。这里取的电缆的直径较大，因为若是仍取原来的Ｄｏ＝２．９５ｍｍ，那么编束数就不能取的太大，否则会超出电缆直径极限。图５表示随着导线数ｎ的增加，转移阻抗是增 大的。这是因为虽然小孔电感是减小的，但是编织电感增大的很快。电缆参数为ｄ二０．１５ｍｍ ，ｆ二ＩＯＭＨｚＣ＝１６，Ｐ＝２２ｍｍ几＝２．９５ｍｍ。（Ｅ遥０以３卜－－一．４厂亘嫉０．２卜・一砚协一日水 ． ｊｌ． 胜，．．．．．．０．．．‘门〕２０ ４０ ６０田编束数 图４转移阻抗与编束数的关系１５（任￣三遏１０侣砚协５您００一 ２０－ 编织角（ ４０￣ ）｝） ６０一 ８０图５不同ｎ下转移阻抗随ａ的关系图６表示随着频率的增大，转移阻抗与编织角的关系。其电缆参数为：Ｄｏ ＝ ２．９５ｍｍ ，Ｐ二２２ｍｍ，ｄ二０．１５ｍｍ，ｎ＝６。可以看出，转移阻抗随频率增大而增大，也随编织角增大而增大。从此图可以直观的看出转移阻抗随频率和编织角的变化关系。图７表示当导线的直径变化时，转移阻抗与编 织角的关系。其电缆参数为”＝６， ｄ＝０．１５ｍｍ，．ｒ＝ＩＯＭＨｚ，Ｐ＝２２ｍｍ，Ｄｏ＝２．９５ｍｍ，Ｃ＝３６。可以看出，导线直径增大时，转移阻抗也是增大的，这与导线数增大，转移阻抗增大时的原理实际是一样的。３２０２（返任１．５＝４ ＭＨｚ‘０）撼丫ｆ－３ＭＨｚ１望农ｆ－２ＭＨｚ静黎０５交／ｆ＝１ＭＨｚ００加６０编织兔图６不同频率下转移阻抗随ａ的关系口６（三遥Ｏｐ＝０．１７ｍ友曰＿＿＿＿。＿篇＿＿＿。，求＿一Ｊｑ１＝０．９８ｍ＝０）撼ＤＪ，卿．ｔ５ｍ图Ｄ３．卿１４ｒｊｔｒｎ静取口２．认。０．１０ ２０ ４０印ＢＯ编织角（ ｔｉ）图７ 不同导线直径下转移阻抗随ａ的关系 我们由上述分析可以得到，屏蔽电缆的转移阻抗防屏蔽层导线的直径、导线数、编织角的增大而增大（当ａ＞４５＂时），随编束数的增大而减小。因此，为了减小转移阻抗，我们可以通过：减小编织线的直径；减小导线数，减小编织角；增大编束数或构造合适的编织角来实现。５．结论 本文介绍了一种新的转移阻抗的计算方法，与其他的理论计算方法做了比较，井且用实验证明了其的有效性。接着分析了该方法与电缆参数的一些关系，发现电缆的转移阻抗分别随电缆的编束数，屏蔽层导线的直径，以及编织角的增大而增大．这样的分析可以为提高电缆屏蔽效能提供参考依据。参考文献［１１ Ｅ．ＦＶａｎｃｅ． Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｏ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｃａｂｌｅｓ． ＮｅｗＹｏｒ ｋ： Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆Ｓｅｎｓ， １９７８．［２１ Ｍ． Ｔｙｎｉ， ＂Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ｃｏａｘｉａｌｃａｂｌ ｅｓ ｗｉｔｈ ｂｒａｉｄｅｄ ｏｕｔｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，＂ Ｐｒｏｃ． ３ｒｄ ｈｉｔ． Ｓｙｍｐ． Ｅｌｅｃｒｔｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，Ｗｒ ｏｃｌａｗ， Ｐｏｌａｎｄ， １９７６， ｐｐ． ４１０－４１９．［３）马晖，葛景涝。编织型同轴电缆转移阻抗的研究。电线电缆。１ ９９３ （６）［４］ Ａ． Ｍｏｒｒｉｅｌｌｏ， Ｔ． Ｂｅｎｓｏｎ， Ａ． Ｄｕｆｆｙ， ａｎｄ Ｃ． Ｃｈｅｎｇ，＂Ｓｕｒ ｆａｃｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ： Ａｃ ｏｍｐａｒｉｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｂｅ ａｎｄ ｐｕｌｌ－ｏｎｂｒ ａｉｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏａｘｉａｌ ｃａｂｌｅｓ，＂ ＩＥＥＥ Ｔｕｒｎｓ．Ｅｌ ｅｃｒｔｏｍａｇｎ．Ｃｏｍｐａｔ．， Ｖｏｌ． ４０， ｐｐ． ６９－７６， Ｆｅｂ．１９９８． ［５］ Ｒｏｌａｎｄ Ｔｉｅｄｅｍａｎｎ． Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｆｌｏｗ ｉｎ ＣｏａｘｉａｌＢｒ ａｉｄｅｄ Ｃａｂｌｅ Ｓｈｉｅｌｄｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｏｒｍａｇ．Ｃｏｍｐ， ＶＯＬ． ４５， ＮＯ． ３， ＡＵＧＵＳＴ ２００３．ｐｐ． ５３１－５３７．仁６１ Ｓ．Ｓａｌｉ，＂Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒｉ ｍｐｅｄａｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｒａｉｄｅｄ ｃｏａｘｉａｌｃ ａｂｌｅｓ ＂，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｏｒｍａｇｎ．Ｃｏｍｐａｔ，ｖｏｌ．３３， ｐｐ．１３９－１４３，Ｍａｙ １９９１３２１