CN114974720B - 一种同轴线缆及其阻抗调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴线缆及其阻抗调节方法，所述同轴线缆从内向外依次层叠设有内导线、填充介质、弹性屏蔽线层；在同轴线缆的轴向上内导线、弹性屏蔽线层之间还设有若干个可形变环形支撑机构；可形变环形支撑机构的内壁抵持内导线的外周、而外壁抵持弹性屏蔽线层的内壁，用于通过调节弹性屏蔽线层、内导线的间距来调节同轴线缆的阻抗。通过上述技术方案，可解决目前线缆阻抗不连续、导致出现信号反射现象的问题。

Description

一种同轴线缆及其阻抗调节方法

技术领域

本发明涉及同轴线缆技术领域，尤其是指一种同轴线缆及其阻抗调节方法。

背景技术

随着电子信息的发展，服务器的应用越来越广。为了实现服务器产品配置的多样化，服务器的PCB板通常会在保留核心功能PCB的基础上，把不同功能拆分到不同的PCB上，这些不同功能的PCB和核心PCB之间通过线缆或者转接卡的方式组装上，这些灵活的组装方式实现了配置的多样化。

将除了核心板卡外的其他功能板卡组装到核心板卡上，通常采用一种方法是用线缆连接，来实现电信号的联通。这种互联方式需要保证多张互联的板卡和线缆相当于一个整体，此时需要尽量使每个元器件之间的阻抗保持一致性。但是，实际中每个元器件的阻抗都是存在误差的，此时各个板卡之间或者线缆和板卡之间阻抗会存在误差，误差可能会超出允许范围，从而造成整个信号链路上阻抗的不连续，这种阻抗不连续性会导致信号的反射，造成硬件系统不稳定。

因此，需要改进现有技术中的连接线缆，使其阻抗保持连续性、避免出现信号反射现象。

发明内容

为解决上述技术问题的至少之一，本发明提供一种同轴线缆及其阻抗调节方法，所述同轴线缆用于解决目前线缆阻抗不连续、导致出现信号反射现象的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种同轴线缆，所述同轴线缆从内向外依次层叠设有内导线、填充介质、弹性屏蔽线层；在所述同轴线缆的轴向上所述内导线、所述弹性屏蔽线层之间还设有若干个可形变环形支撑机构；

所述可形变环形支撑机构的内壁抵持所述内导线的外周、而外壁抵持所述弹性屏蔽线层的内壁，用于通过调节所述弹性屏蔽线层、所述内导线的间距来调节所述同轴线缆的阻抗。

进一步的，所述可形变环形支撑机构为可充气变形支撑机构，其包括环形外管道；

当所述可充气变形支撑机构充入气体时，所述环形外管道的外周增大并撑大所述弹性屏蔽线层的半径尺寸；当所述可充气变形支撑机构排出气体时，所述环形外管道的外周缩小，所述弹性屏蔽线层随之收缩使得半径尺寸缩小。

进一步的，所述可充气变形支撑机构还包括两个以上均匀排布的径向支撑管道；

当所述可充气变形支撑机构充入气体时，气体从所述环形外管道中进入所述径向支撑管道，用于将所述环形外管道的外周撑大。

进一步的，当所述径向支撑管道为四个时，所述四个径向支撑管道呈十字形状均匀排布，所述填充介质填充于所述径向支撑管道、所述环形外管道之间的镂空部分。

进一步的，所述可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗Z0的计算公式为：

其中，a是所述内导线的半径，b是所述弹性屏蔽线层的平均半径，L是所述同轴线缆的感抗，C是所述同轴线缆的容抗，u是所述填充介质的磁导率，ε是所述填充介质的介电常数。

进一步的，所述可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗、所述同轴线缆的标准特性阻抗两者的预设误差阈值为±10％。

进一步的，所述同轴线缆包括至少两段，每段中均设有所述可形变环形支撑机构，相邻两段的线缆特性阻抗的差值相同。

本发明还提供了一种同轴线缆的阻抗调节方法，用于调节前述所述的同轴线缆的特性阻抗，所述阻抗调节方法包括步骤：

当判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小时，向所述可充气变形支撑机构中充入气体，使得所述环形外管道的外周增大、并撑大所述弹性屏蔽线层的半径尺寸；

当判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大时，排出所述可充气变形支撑机构中的气体，使得所述环形外管道的外周缩小，所述弹性屏蔽线层随之收缩使得半径尺寸缩小。

进一步的，所述阻抗调节方法还包括：

沿着所述同轴线缆的轴向依次调节所有可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗，使得所有线缆特性阻抗保持连续性。

进一步的，判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小，具体包括：

当所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗小于所述同轴线缆的标准特性阻抗、且两者的误差超过预设误差阈值时，判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小；

判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大，具体包括：

当所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗大于所述同轴线缆的标准特性阻抗、且两者的误差超过预设误差阈值时，判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大。

本发明的上述技术方案，与现有技术相比具有如下有益效果：

在同轴线缆中，从内向外依次层叠设有内导线、填充介质、弹性屏蔽线层；

为调节同轴线缆的特性阻抗，沿着同轴线缆的轴向、在内导线、弹性屏蔽线层两者之间设置可形变环形支撑机构；可形变环形支撑机构抵持弹性屏蔽线层；可形变环形支撑机构数量为多个，用于对同轴线缆分段、分区域进行阻抗调节；

其中，当可形变环形支撑机构变形时，同轴线缆此区域中的弹性屏蔽线层、内导线之间的间距随之变化；此区域的线缆特性阻抗与这个间距呈正相关，即当此间距增大时，此区域线缆特性阻抗随之增大；当此间距减小时，此区域线缆特性阻抗随之减小；

由此，通过增设可形变环形支撑机构，来调节弹性屏蔽线层、内导线两者的间距，从而调节可形变环形支撑机构所在区域的线缆特性阻抗；

当对同轴线缆分段、分区域依次进行阻抗调节后，同轴线缆上的特性阻抗可保持连续性，从而避免出现信号反射现象，保证硬件系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中板卡和线缆互联的结构示意图；

图2是现有技术中板卡和线缆阻抗不连续的示意图；

图3是本发明实施例一中同轴线缆的结构示意图；

图4是本发明实施例一中可充气变形支撑机构的结构示意图；

图5是本发明实施例一中可充气变形支撑机构中的气体流向示意图；

图6是本发明实施例一中弹性屏蔽线层的半径与充气气压的关系曲线示意图；

图7是本发明实施例一中同轴线缆不同区域的阻抗过渡示意图。

说明书附图标记说明：

内导线1，填充介质2，径向支撑管道31，弹性屏蔽线层4，绝缘包皮5，充气口6。

具体实施方式

现有技术中，在服务器系统中，板卡和板卡、板卡和线缆之间的阻抗是固定设置的，即板卡和线缆之间的阻抗按照统一预设标准进行设计、无法动态调整。

如图1所示，板卡、线缆的预设阻抗均为50ohm，误差范围为±10％；当板卡一阻抗偏下限(即阻抗是45ohm)；线缆阻抗偏上限(即阻抗是55ohm)，此时线缆和板卡互联区域的阻抗相差20％(即10ohm)；即，互联区域出现了阻抗不连续现象；

如图2所示，这种阻抗不连续现象会导致信号波形出现阻抗不连续点，从而容易产生信号的反射。

为避免出现信号反射，需要解决板卡和线缆之间阻抗误差造成的阻抗不连续现象，即需要动态调整线缆阻抗来保证板卡和线缆之间的阻抗连续性。

为此，本发明提供了一种同轴线缆及其阻抗调节方法，通过动态调整同轴线缆的阻抗，来保证线缆上的阻抗连续性、以及保证线缆与其他连接件之间的阻抗连续性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图3至图7所示，本发明一实施例提供了一种同轴线缆，同轴线缆从内向外依次层叠设有内导线1、填充介质2、弹性屏蔽线层4；在同轴线缆的轴向上内导线1、弹性屏蔽线层4之间还设有若干个可形变环形支撑机构；

可形变环形支撑机构的内壁抵持内导线1的外周、而外壁抵持弹性屏蔽线层4的内壁，用于通过调节弹性屏蔽线层4、内导线1的间距来调节同轴线缆的阻抗。

在具体实施例中，在同轴线缆中，从内向外依次层叠设有内导线1、填充介质2、弹性屏蔽线层4；

为调节同轴线缆的特性阻抗，沿着同轴线缆的轴向、在内导线1、弹性屏蔽线层4两者之间设置可形变环形支撑机构；可形变环形支撑机构抵持弹性屏蔽线层4；可形变环形支撑机构数量为多个，用于对同轴线缆分段、分区域进行阻抗调节；

其中，当可形变环形支撑机构变形时，同轴线缆此区域中的弹性屏蔽线层4、内导线1之间的间距随之变化；此区域的线缆特性阻抗与这个间距呈正相关，即当此间距增大时，此区域线缆特性阻抗随之增大；当此间距减小时，此区域线缆特性阻抗随之减小；

由此，通过增设可形变环形支撑机构，来调节弹性屏蔽线层4、内导线1两者的间距，从而调节可形变环形支撑机构所在区域的线缆特性阻抗；

当对同轴线缆分段、分区域依次进行阻抗调节后，同轴线缆上的特性阻抗可保持连续性，从而避免出现信号反射现象，保证硬件系统的稳定性。

如图7所示，在实际实施例中，一条同轴线缆可分成若干部分，每个部分设有一个可形变环形支撑机构，即每个部分可以单独控制阻抗。

当线缆上、或线缆与板卡之间的阻抗误差太大，出现阻抗不连续现象时，可以逐段、逐渐地控制线缆阻抗，使得阻抗缓慢过渡、保证阻抗连续性。

在实际实施例中，同轴线缆还包括绝缘包皮5，其套设于弹性屏蔽线层4的外周。

作为本发明一实施方式的进一步改进，同轴线缆包括至少两段，每段中均设有可形变环形支撑机构，相邻两段的线缆特性阻抗的差值相同。

如图7所示，当同轴线缆两端阻抗为54ohm、50ohm，且同轴线缆分为4段时，每段的阻抗分别为53ohm、52ohm、51ohm、50ohm，可保证阻抗的连续过渡。

如图4所示，作为本发明一实施方式的进一步改进，可形变环形支撑机构为可充气变形支撑机构，其包括环形外管道；

当可充气变形支撑机构充入气体时，环形外管道的外周增大并撑大弹性屏蔽线层4的半径尺寸；当可充气变形支撑机构排出气体时，环形外管道的外周缩小，弹性屏蔽线层4随之收缩使得半径尺寸缩小。

在具体实施例中，在同轴线缆介质中埋入若干可充气支撑装置，用来微调屏蔽线的半径，从而调节同轴线缆对应区域的阻抗。

在实际实施例中，介质具有如下功能：

1、作为内外层线路的结合介质。

2、提供适当的绝缘层厚度,胶片是由玻纤布与树脂组成,同一种玻纤布胶片压合后的厚度差别主要是由不同的树脂含量来调整而不是由压合条件来决定。

3、阻抗控制,在主要四个影响因素中,Dk值及介电层厚度两项是由胶片特性来决定。

作为本发明一实施方式的进一步改进，可充气变形支撑机构还包括两个以上均匀排布的径向支撑管道31；径向支撑管道31的第一端与可充气变形支撑机构的内圈连接、而第二端与环形外管道连通；

当可充气变形支撑机构充入气体时，气体从环形外管道中进入径向支撑管道31，用于将环形外管道的外周撑大。

作为本发明一实施方式的进一步改进，四个径向支撑管道31呈十字形状均匀排布，填充介质2填充于径向支撑管道31、环形外管道之间的镂空部分。

如图5所示，在具体实施例中，可充气变形支撑机构整体形状类似于四叶风扇形。气体可从环形外管道上的充气口6充入，气体先进入可充气变形支撑机构的环形外管道、再进入四个径向支撑管道31，将可充气变形支撑机构撑大变形，从而向外撑大弹性屏蔽线层4的半径尺寸。

在实际实施例中，如图6所示，充气气压和屏蔽线半径的数值关系呈现为一条关系曲线。由于线缆特性阻抗与屏蔽线半径呈正相关关系，可推导出线缆特性阻抗和气压呈正相关关系；即，可通过调整气压来控制线缆特性阻抗的大小。

在实际中，在温度不变的条件下，一定质量的气体，体积减小它的压强就增大，体积增大它的压强就减小。

由于气体的压强实质上是大量的做无规则运动的气体分子与容器壁不断碰撞而产生的，因此当其他条件不变的情况下，气体体积减小会使气体分子与容器壁碰撞的次数增多而使压强增大.

在温度不变时，一定质量的气体体积越小，压强越大；体积越大，压强越小。在温度保持不变的条件下，体积减小时，压强增大；体积增大时，压强减小。温度不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大。

体积与压强成反比。PV＝nRT，P是气体压强，V指气体体积，n是分子个数，R为常数，T指绝对温度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗Z0的计算公式为：

其中，a是内导线的半径，b是弹性屏蔽线层的平均半径，L是同轴线缆的感抗，C是同轴线缆的容抗，u是填充介质2的磁导率，ε是填充介质2的介电常数。

在具体实施例中，线缆特性阻抗与屏蔽线半径呈正相关关系，即屏蔽线的半径b越大，阻抗越大。

作为本发明一实施方式的进一步改进，可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗、同轴线缆的标准特性阻抗两者的预设误差阈值为±10％。

在实际实施例中，在高速高频、射频以及微波等行业，传输线要做50欧姆特性阻抗匹配，原因如下：

在通信设备中，主要关注同轴电缆的两个性能指标：

①功率容量：即可以传输最大的信号功率值，决定了设备的发射功率；

②传输损耗：即信号输出过程中在同轴线上的损耗大小，决定了传输的距离；

根据同轴电缆的功率容量公式可得出，阻抗为77欧姆时，同轴线可以获取最小的传输衰减常数。这也是电视系统采用75欧姆同轴传输线的原因，因为衰减小可以传输得足够远。为了使得同轴线兼具最佳的功率容量与衰减常数，经过反复的权衡后，最后选择30欧姆与75欧姆之间平均值与最简值：50欧姆。

此外，在实际实施例中，阻抗控制常规是10％偏差，稍微严格一点的能做到8％，原因如下：

1、板材来料本身的偏差

2、PCB加工过程的蚀刻偏差

3、PCB加工过程层压带来的流胶率等偏差

4、高速的时候，铜箔的表面粗造度，PP的玻纤效应，介质的DF频变效应等。

实施例二：

本发明另一实施例还提供了一种同轴线缆的阻抗调节方法，用于调节前述的同轴线缆的特性阻抗，阻抗调节方法包括步骤：

当判别可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小时，向可充气变形支撑机构中充入气体，使得环形外管道的外周增大、并撑大弹性屏蔽线层4的半径尺寸；

当判别可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大时，排出可充气变形支撑机构中的气体，使得环形外管道的外周缩小，弹性屏蔽线层4随之收缩使得半径尺寸缩小。

在具体实施例中，当可形变环形支撑机构变形时，同轴线缆此区域中的弹性屏蔽线层4、内导线1之间的间距随之变化；此区域的线缆特性阻抗与这个间距呈正相关，即当此间距增大时，此区域线缆特性阻抗随之增大；当此间距减小时，此区域线缆特性阻抗随之减小；

由此，通过增设可形变环形支撑机构，来调节弹性屏蔽线层4、内导线1两者的间距，从而调节可形变环形支撑机构所在区域的线缆特性阻抗。

作为本发明另一实施方式的进一步改进，阻抗调节方法还包括：

沿着同轴线缆的轴向依次调节所有可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗，使得所有线缆特性阻抗保持连续性。

如图7所示，在具体实施例中，一条同轴线缆可分成若干部分，每个部分设有一个可形变环形支撑机构，即每个部分可以单独控制阻抗。

当线缆上、或线缆与板卡之间的阻抗误差太大，出现阻抗不连续现象时，可以逐段、逐渐地控制线缆阻抗，使得阻抗缓慢过渡、保证阻抗连续性。

作为本发明另一实施方式的进一步改进，判别可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小，具体包括：

当可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗小于同轴线缆的标准特性阻抗、且两者的误差超过预设误差阈值时，判别可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小；

判别可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大，具体包括：

当可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗大于同轴线缆的标准特性阻抗、且两者的误差超过预设误差阈值时，判别可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大。

在具体实施例中，可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗、同轴线缆的标准特性阻抗两者存在阻抗误差，先判断此阻抗误差是否超过预设误差阈值；当超过时，即可通过调节可充气变形支撑机构的变形来调节线缆特性阻抗，以保证线缆阻抗的连续性。

在实际实施例中，预设误差阈值通常为±10％。

综上，本发明提供的同轴线缆及其阻抗调节方法，可用充气的方式改变屏蔽线和导线的间距、微调阻抗，从而维持阻抗匹配；同时，还可以通过多个节点、分段分区域缓慢调整阻抗变化差异，减少阻抗突变引起的信号反射；

其具有以下优点；

1、可动态地控制同轴线缆的阻抗；

2、减少因为阻抗不连续造成的信号反射。

由此，可解决以下问题：

1.减少信号传输的阻抗不连续，减少信号反射、提高信号质量，保证设备稳定性；

2.解决不同生产厂家的连接器和同轴线缆之间的阻抗误差问题。

注意上述表述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种同轴线缆，其特征在于，所述同轴线缆从内向外依次层叠设有内导线、填充介质、弹性屏蔽线层；在所述同轴线缆的轴向上所述内导线、所述弹性屏蔽线层之间还设有若干个可形变环形支撑机构；

所述可形变环形支撑机构的内壁抵持所述内导线的外周、而外壁抵持所述弹性屏蔽线层的内壁，用于通过调节所述弹性屏蔽线层、所述内导线的间距来调节所述同轴线缆的阻抗；

所述可形变环形支撑机构为可充气变形支撑机构，其包括环形外管道；

当所述可充气变形支撑机构充入气体时，所述环形外管道的外周增大并撑大所述弹性屏蔽线层的半径尺寸；当所述可充气变形支撑机构排出气体时，所述环形外管道的外周缩小，所述弹性屏蔽线层随之收缩使得半径尺寸缩小；

所述可充气变形支撑机构还包括两个以上均匀排布的径向支撑管道；

当所述可充气变形支撑机构充入气体时，气体从所述环形外管道中进入所述径向支撑管道，用于将所述环形外管道的外周撑大；

所述可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗Z0的计算公式为：

其中，a是所述内导线的半径，b是所述弹性屏蔽线层的平均半径，L是所述同轴线缆的感抗，C是所述同轴线缆的容抗，u是所述填充介质的磁导率，ε是所述填充介质的介电常数；

所述同轴线缆包括至少两段，每段中均设有所述可形变环形支撑机构，相邻两段的线缆特性阻抗的差值相同。

2.根据权利要求1所述的同轴线缆，其特征在于，当所述径向支撑管道为四个时，所述四个径向支撑管道呈十字形状均匀排布，所述填充介质填充于所述径向支撑管道、所述环形外管道之间的镂空部分。

3.根据权利要求1所述的同轴线缆，其特征在于，所述可形变环形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗、所述同轴线缆的标准特性阻抗两者的预设误差阈值为±10％。

4.一种同轴线缆的阻抗调节方法，其特征在于，用于调节上述权利要求1-3任一项所述的同轴线缆的特性阻抗，所述阻抗调节方法包括步骤：

当判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小时，向所述可充气变形支撑机构中充入气体，使得所述环形外管道的外周增大、并撑大所述弹性屏蔽线层的半径尺寸；当判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大时，排出所述可充气变形支撑机构中的气体，使得所述环形外管道的外周缩小，所述弹性屏蔽线层随之收缩使得半径尺寸缩小。

5.根据权利要求4所述的同轴线缆的阻抗调节方法，其特征在于，所述阻抗调节方法还包括：

沿着所述同轴线缆的轴向依次调节所有可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗，使得所有线缆特性阻抗保持连续性。

6.根据权利要求4所述的同轴线缆的阻抗调节方法，其特征在于，判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小，具体包括：

当所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗小于所述同轴线缆的标准特性阻抗、且两者的误差超过预设误差阈值时，判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏小；

判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大，具体包括：

当所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗大于所述同轴线缆的标准特性阻抗、且两者的误差超过预设误差阈值时，判别所述可充气变形支撑机构对应区域的线缆特性阻抗偏大。