高频数据线理论与设计基础：铜导体种类概述

时间： 2024-11-05 来源：万连科技（电子谷公众号）

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高频数据线理论与设计基础-绝缘体和被覆材料

铜导体种类概述

铜导体由单条铜线或多条铜线组成，分别叙述如下：

硬铜线：经伸线冷加工而成，具有较高的抗张强度，适用于架空输电线、配电线及建筑线之导体.

软铜线：硬铜线加热去除冷却加工所产生之残余应力而成，富柔软性及弯曲性，并具有较高之导电率，用以制造通信及电力线缆之导体、电气机械及各种家用电器之导线.

半硬铜线：抗张强度介于硬铜线与软铜线之间，用于架空线之绑线及收音机之配线.

镀锡铜线：铜线表面镀锡以增加焊接性及保护铜导体于PVC或橡胶绝缘押出时不受侵蚀，并防止橡胶绝缘之老化.

平角铜线：断面为正方形或长方形之铜线，为制造大型变压器或大型马达等感应线圈之材料.

无氧铜线：含氧量0.001%以下、纯度特高之铜线，铜之含量在99.99%以上，不会受氧脆化，用以制真空管内之导线、半导体零件导线及极细线等.

漆包线：铜线软化后，表面涂以绝缘漆，经加热烤干而成，一般分为天然树脂及合成树脂漆包线.

铜箔丝：以扁平且极薄之铜丝卷绕于纤维丝上的导体。

先绞后镀线：将未镀之铜线绞合后，再加以镀铝.

铜包钢：一般用于同轴线作信号的传输(如电视机与VCD的连接、户外电视天线、闭路电视等﹔较硬线具有更高的抗张强度，在高山地带，跨越河流等须长距离时作为架空线用，依其铜厚度，一般分导电率21%、30%、40%等。

合金铜：由铜和其它导体金属组成，如铜镍合金等，用于特殊用途线。

目前常用的导体主要有如下几种：

镀锡铜线，英文缩写为TC﹔

裸铜线，英文缩写为BC﹔

镀银铜线，英文缩写为SC﹔

镀银铜包钢，英文缩写为SCCS

铜包钢，英文缩写为CP.

铜丝性能区分概述

按电阻率（长为1m，截面积为1mm²的材料电阻值大小）划分，一般情况下我们将材料分为三类：

导体：电阻率在10²Ω·mm²/m以下

半导体：电阻率为10³~10⁸Ω·mm²/m﹔

绝缘体：电阻率为10⁸Ω·mm²/m以上。

目前常用的金属导体有金、银、铜等(如下表)，考虑到导体的价格和导电性能，最常用的为铜导体。导电系数以铜为标准(100%)，各导体比较如下表：

由上表可知，铜的导电率较佳，适用性能广，成本较低，还可在其表面镀锡，利于焊接，并有抗氧化作用(指与空气中氧气结合氧化.

铜丝各种性能介绍

导体电阻 — 导体之电阻与其长度成正比与其截面积成反比。

导电率—以20℃时长度为1m、截面积为1mm²之标准软铜线之电阻1/58ohm(0.017241 ohm)为基准，称为100%导电率。电阻愈大，则导电率愈低，两者成反比例。

耐弯折性—单线之一端固定，另一端加上重量使垂直向下，然后来回180地弯折，直至线断为止，弯折次数愈多，表示耐弯折性愈强。

拉断力—抗张试验时，施于试样而使其断裂之最大负荷重量或力。

抗张强度—抗张试验时，使得试样断裂，单位面积承受的拉断力。

伸长率 — 于规定之标准距离，试样经伸长至断裂后所增加之长度与原来长度之比率。

导体在温度不同时会有不同的阻抗，一般常以20℃或25℃时为标准，温度愈高，阻抗会愈大.

铜丝重要高频参数介绍

高频电流流过导体时，电流会趋向于导体表面分布，越接近导体表面电流密度越大。这种现象就是趋肤效应。频率越高，电流就越集中在导体表面，可以想象，当频率足够高时，电流几乎只分布在导体表面上薄薄的一层，导体内部几乎没有电流。

对于像铜这样的良导体，电导率极高，所以随着频率升高，很快就表现出明显的趋肤效应，一般6MHz多一点趋肤深度近似1mil，大概在55MHz左右的时候趋肤深度约0.35mil，1GHz时约0.1mil，趋肤效应必然对高速信号产生很大影响。如下图放大以后看，铜的表面并不像看起来那么光滑，趋肤效应导致信号损耗增加。

铜丝重要物理参数介绍

UL导体的要求

铜线导体的组成种类繁多，如7/0.05mm,7/0.06mm,7/0.08mm,19/0.08mm等等，那么这些组成如何区分，如何确定是什么规格，如何判定符不符合UL标准呢？导体组成因需要的不同而多种多样，如果没有一个统一的判定标准，将很令人头疼。在UL758里就专门有对导体的规格标准的详述，它的标准为AWG，就是American Wire Guage,中文意思是“美国线材规格”，也就是我公司所参照的标准。它把导体分为单铜（单条铜导体）和绞铜（多条铜导体绞合成的铜导体），单铜根据直径大小划分规格﹔绞铜根据截面积大小划分规格，如下表所示，具体可以参照UL758里面列表的详述.

单位换算

单铜导体可通过用千分尺或者螺旋测微表直接测量直径，对照标准确定规格即可﹔绞铜导体不能直接测量，而要通过计算截面积来确定规格。UL 758导体标准里有用mil(密尔)和 cmil(圆密尔)作单位，所以先要懂得它们和国际单位（公制单位）的换算。mil(密尔)是长度单位，cmil(圆密尔)是面积单位。

1inch = 25.4mm= 1000 mil；1mm =39.37mil；

1inch² = 10⁶ cmil；1mm² = 39.37²cmil = 1550 cmil

截面积的计算

UL758对导体截面积的计算，和我们以前学习到的计算圆的面积不一样，

假设： A 为截面积，单位为cmil或mm²﹔d为绞铜组成中单根铜线的直径，单位为mil或mm﹔n为绞铜导体由单根直径为d组成的条数﹔则其截面积为

A = 0.7854*nd²

这里需特别指出：上面的计算公式只适用于确定导体规格标准时截面积的计算，不能用于其它面积计算！

举例：请计算导体7/36AWG = 7/0.127mm(36AWG Solid = 0.127 mm)是属于什么规格的.

解：n = 7, d = 0.127*39.37mil, 则

A = 0.7854*n*d² =7*(0.127*39.37)² = 174.9993cmil

对照表UL758导体规格标准可知，它属于28AWG的导体.

导体的绞距

绞铜导体的绞距在UL758里也有相应的标准，根据绞铜导体的规格大小，规定了它们的最大绞距，具体如下表：

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