2015-8-7

项目需求﹕开发一款石墨烯 1.8／1.9 GHz 降衰减同轴电缆。

思考逻辑﹕

1. 导电性高的材料对抗电磁波屏蔽有效。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。屏蔽层的作用为防干扰、防电磁。
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2. 屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个重要参数，也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。屏蔽不好，会影响信号的质量﹔

3. 频率越高，衰减常数越大，频率越低，衰减常数越小。所谓「屏蔽层」是指包裹某些电缆外层的编织或绞合的金属（或其他材料）网。遮蔽层会吸收杂散的电子信号。若以导电涂料取代网状导电体或许可以达到更好的效果。

同轴电缆（Coaxial cable）是一种电线及讯号传输线，一般是由四层物料造成：最内里是一条导电铜线，线的外面有一层塑料（作绝缘体、电介质之用）围拢，绝缘体外面又有一层薄的网状导电体（一般为铜或合金），然后导电体外面是最外层的绝缘物料作为外皮。根据尺寸来分同轴电缆则有不同标准规格，从 1／8英寸到 9英寸直径不等。同轴电缆应用于无线通信 (Wireless)、监控 (CCTV)和有线电视 (CATV)等通信系统，作为信息和影像传输。包裹着芯线的是绝缘层，把芯线和金属网格分离开来。编织线网可产生接地的作用，防止芯线受到电子噪声和串音的干扰。

因为同轴电缆之断面为同心圆，其构造在电磁讯号传输上具屏蔽作用，较不易受外界噪声干扰，虽然其电磁阻抗会因同轴电缆之介质材料不同而相异，常用于传送影音、网络等高频率之讯号。长久以来，人们已使用同轴电缆传输高频讯号。由于随着电缆长度之加增，各频段之衰减量亦相对变大；特别是「彩色」视讯，因此同轴电缆传输不宜超过 200公尺，虽然使用线径加粗之「同轴电缆」( 较粗之同轴电缆较不利于布线、施工 )，或是另加「 同轴讯号强波器」（补偿衰减之讯号）后可以延长传输距离，但是传输信号若为高频率之影像讯号，还需要加装「高频补偿器」。因此，同轴电缆之特性，即是其讯号衰减距离和讯号的频率有关。所以，较高级的「同轴讯号强波器」能对讯号中不同频率之频段，分别调整不同大小的讯号补偿，以降低输出讯号之失真率。

一般来讲，讯号频率越高，衰减越大。所以，当同轴电缆传输距离将近 200公尺左右时，接收端所得到的影像质量将会明显不良，因为影像之彩色讯号为高频信号，所以色调 (亮度、色彩) 会变得暗淡。然而，在同一线路中，「同轴讯号强波器」最多只能串接 3个，否则所传输讯号将会失真。若是在监视系统中使用同轴电缆时，为了保证有较好的影像质量，建议串接后之传输距离要限制在 500公尺以内。目前，海底电缆、地下电缆、或有线电视系统中，大多使用同轴电缆，其中以电话与电视系统上最为普遍。电话之同轴电缆是连到最近的电线杆，再透过双绞线进入屋内连接电话机。同轴电缆比起双绞线有更高带宽，并有更多保护隔离噪声干扰。

同轴电缆按其特征阻抗的不同，分为 50Ω的基带同轴电缆和 75Ω的宽带同轴电缆两类。(1)基带同轴电缆：特征阻抗为 50Ω，如 RG.8 (细缆)、RG.58 (粗缆)，利用这种同轴电缆来传输基带信号，其距离可达 1 km，传输速率为 10 Mbit/S。基带同轴电缆用于早期的计算机网络 10 Base-2中。利用BNC接头将电缆与网卡相连接。目前这两种电缆已不再用于计算机网络，逐渐被双绞电缆和光纤所替代。50Ω 同轴电缆是应用在大多数无线电射频、微波传输、局域网(LAN)、以及计算机连接和许多仪表／控制等的使用上。(2)宽带同轴电缆：特征阻抗为75Ω，如RG.59、RG.62，这种电缆主要用于视频和有线电视 (CATV)的数据传输，传输的是频分复用宽带信号。宽带同轴电缆用于传输仿真信号时，其信号频率可高达 300～400 MHz，传输距离可达 100 km。当用于连接计算机网络时，可构造10Base-5结构，传输数字信号时达 10 Mbit／s，传输距离达到 500 m。

屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个重要参数，也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。屏蔽不好，会影响信号的质量。同轴电缆的衰减特性通常用衰减常数来表示，即单位长度 (如 100m)电缆对信号衰减的分贝数。信号在同轴电缆里传输时的衰减与同轴电缆的尺寸、介电常数、工作频率有关。衰减常数与信号的工作频率的平方根成正比，即频率越高，衰减常数越大，频率越低，衰减常数越小。所谓「屏蔽层（shielding）」是指包裹某些电缆外层的编织或绞合的金属（或其他材料）网。遮蔽层会吸收杂散的电子信号（即所谓的噪声，noise）来保护传输的数据。它们不和电缆接触，也不让数据失真。双重遮蔽是指只包含一层绝缘箔片和一层金属遮蔽层的电缆。在有很多干扰的环境里，四重遮蔽式电缆非常有用。在四重遮蔽式缆线中的遮蔽层是由两层绝缘箔片和两层金属遮蔽层组成。

通常电流越大衰减越厉害，衰减量与通过电力的关系如下﹕

减衰量dB﹕0／0.5／1.0／1.5／2.0／2.5／3.0／3.5／4.0

通过电力﹕100%／89.1%／79.4%／70.8%／63.1%／56.2%／50.1%／39.8%／35.5%

有测试显示，频率为 5 MHz的讯号在 75Ω、芯径 5mm的同轴电缆内传输 100m时，将被衰减 5 dB左右，讯号频率越高，产生的衰减越大。我们将同轴电缆剥开外皮、网状导电体及塑料，仅留下铜导线后以导电油墨涂布并经烘干处理。接着我们以 75欧姆网络分析仪在 55 MHz／211 MHz／250 MHz／270 MHz／850 MHz／900 MHz／1.8 GHz／1.9 GHz／2.4 GHz等九个频段进行1／2／3／5米衰减值测试。发现在1.8 GHz／1.9 GHz频段改善率最凸显，衰减值改善率最低为 58.2%、最高为 92.6%，而且这还是人工涂布导电油墨取代原有金属网格的成果。一般而言，55 MHz为市话系统，211 MHz／250 MHz／270 MHz为安防系统，850 MHz／900 MHz／1.8 GHz／1.9 GHz为移动电话，而 2.4 GHz为WIFI使用频段。同轴电缆采用同心圆的设计方式, 能够抵抗较强的噪声干扰, 其传输距离与抗扰性皆优于双绞线，目前还是居市场主流。导电涂料取代网状导电体的结果是成本降低 2／3，降衰减量效果高五倍，证明石墨烯导电油墨現在有了第三种应用领域了。