线缆也可能是静电危害的罪魁祸首？

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众所周知，几乎所有的电子元器件都是对静电敏感的，如果处理不当，将恶化元器件的性能，甚至造成彻底损坏。在低温干燥的环境中，极易产生静电，当然静电主要还是通过摩擦产生的。除了我们所熟知的静电产生的原因外，还有一种情况容易被忽略，那就是长线缆的电荷积聚。长线缆为什么会产生静电危害，在哪些场景下会产生静电危害，以及如何进行规避，这些将是本文要重点介绍的内容。


除非特别说明，下文中的线缆都是指射频同轴线缆。


线缆生产过程中电荷是如何积聚的？


简单地讲，射频同轴线缆的结构由内到外依次为：内导体、填充介质、外导体(屏蔽层)以及保护层。在线缆生产过程中，为了检测填充介质是否杂质超标，是否存在受外力导致的畸变等缺陷，需要对其进行介质耐压测试。在整个线缆生产环节中，介质耐压测试是保证线缆质量的关键一环，是必不可少的。


根据同轴线缆的材质和尺寸，介质耐压测试所需要的电压不同，但通常都在kV级别。图1给出了介质耐压测试的连接图，采用DC进行测试，待测线缆的外导体与高压“+”端子相连，内导体与地端子相连。如果填充介质中存在缺陷，将无法承受高压而被击穿，同时检测仪表会给出报错信息。

图1. 同轴线缆介质耐压测试连接图

正是在介质耐压测试的过程中，才完成了内、外导体上电荷的积聚。因为同轴线缆内、外导体及填充介质实际构成了一个电容器，当在内、外导体之间施加高压直流时，就相当于对该电容进行充电，其等效电路图如图2所示。如果没有及时对线缆放电，那么内导体和外导体上均带有电荷。电荷的多少取决于所施加的电压，以及同轴线缆等效电容Ce的大小，而等效电容又正比于同轴线缆的长度。因此，当对长达几十米甚至更长的线缆完成介质耐压测试后，内导体上将会积聚大量的电荷。如果不进行妥善处理，无疑会对与之接触的器件或者测试设备带来不可挽回的损害。

图2. 介质耐压测试等效电路图

积聚电荷的危害及预防措施


绝大多数射频测试场景中，都不会涉及上述电荷积聚的问题，但是有一个非常典型的场景就是线缆生产测试。如前所述，线缆生产过程中会进行介质耐压测试，这会导致内导体带有大量的电荷。为了保证同轴线缆的性能和质量，除了要进行上述介质耐压测试外，通常还要测试特征阻抗及阻抗不连续性，检测线缆是否存在断点，有时还需要焊接转接头做成线缆组件，那么测试线缆组件的插损及端口驻波比等参数也是必不可少的。


以上这些电参数测试，需要使用TDR和VNA。完成介质耐压测试这一道工序之后，直接进行这些电气参数的测试，那就要小心了，如果不释放掉内导体上的积聚电荷，很容易烧坏测试设备。经常听到线缆厂家抱怨“TDR和VNA怎么这么脆弱”，为什么测试线缆时又烧坏了TDR模块，又烧坏了VNA。


其实，仪表都是有防静电等级设计的，尤其是VNA。在操作人员防静电措施得当的情况下，之所以会烧坏仪表，多数都是因为内导体积聚的电荷引起的。当将带有电荷的同轴线缆与测试设备相连接时，电荷会通过测试设备的模拟通道流向整个系统的参考地，如果电荷量足够大，将会直接烧坏模拟前端部件。还有一点需要注意，无论是静电放电，还是上述的积聚电荷放电，其对设备通道的损伤具有累积效应——即使一次放电烧不坏模拟通道，但放电次数多了，模拟通道慢慢就坏掉了。


如何规避这种情况呢？


如果要防止积聚的电荷烧坏测试设备，必须要在连接测试设备之前进行放电。放电的方法很简单：将短路器(比如VNA的Short校准件)连接于射频线缆，这样可以保证内外导体相接，将其置于实验室接地端子上即可完成放电！


值得一提的是，还要预防这样一种情况，同轴线缆生产后进行了介质耐压测试，而且做成了比较长的线缆组件，但是之后并没有再进行任何测试。这种情况下，线缆内导体也极为可能带有大量电荷。在使用之前，强烈建议先对这种长线缆进行放电，以防止对其它电子器件或者设备产生危害。

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