首頁 > 通訊電纜
[技術(shù)資料] 數(shù)據(jù)電纜的工藝
P:2009-12-05 20:56:10
1
2.1 串音
串音引起的誤碼是影響通信距離的主要因素之一。根據(jù)串音產(chǎn)生的機(jī)理，減少線對間串音的方法有:
a保證絕緣單線的均勻性和對稱性、盡可能降低線對間電容不平衡是提高線對抗干擾能力的基礎(chǔ);
b在條件允許情況下,加大線對間的距離;
c采用優(yōu)化的節(jié)距設(shè)計(jì)是提高串音防衛(wèi)度的有力措施;
d 采用線對屏蔽技術(shù)，但此種方法因電磁波的反射，需要適當(dāng)增加絕緣外徑，使用時(shí)也需要帶屏蔽的接插件。
e 除此之外，保證相鄰線對維持TEM波傳輸也可有效地減少串音[1] ,這也是高頻對稱電纜設(shè)計(jì)中可用的另一種理念。我們知道，傳統(tǒng)對絞線結(jié)構(gòu)的電纜中，在對絞線的中心有很強(qiáng)的電場，并有很大一部分泄漏于絕緣層外。如果將對 絞線用與絕緣具有相同等效相對介電常數(shù)且損耗角正切值低的材料擠一層護(hù)套(擠壓式)則大部分電磁場分布在絕緣和護(hù)套內(nèi)，幾乎沒有電力線從絕緣體散發(fā)出去 （見圖1），因而從源頭上減小了對相鄰線對的串音。另一方面，電磁波在絕緣體周圍的空氣中傳播速度（ 比在絕緣體內(nèi)的傳播速度 快。電磁場的這種不均勻性會同時(shí)產(chǎn)生沿傳播方向的電磁矢量以及垂直于傳播方向的電磁能量，從而引起串音增加。圍繞線對的護(hù)套愈厚，串音改善就愈明顯。然 而, 由于介質(zhì)損耗的原因,用這種方式來控制串音會導(dǎo)致衰減增加。
圖1 傳統(tǒng)的對絞線和圓形護(hù)套電纜的電磁場分布
不 過，由于護(hù)套的加入為保證電纜的特性阻抗值需要增加絕緣外徑或增加絕緣的發(fā)泡度，最終電纜的衰減并不會增加多少，有時(shí)反而略低。因此，當(dāng)串音得到有效控制 時(shí)，即使信號衰減增加了，但傳輸信號時(shí)的信噪比卻增加了。為了盡可能降低衰減，采用此思路設(shè)計(jì)電纜時(shí)通常采用泡沫絕緣和護(hù)套。
2.2 特性阻抗與結(jié)構(gòu)回波損耗
特性阻抗是電纜回路上任意點(diǎn)電壓波與電流波之比，并有
（1）
式中R、L、G、C分別為對稱回路的交流電阻、電感、導(dǎo)體間介質(zhì)電導(dǎo)和導(dǎo)體間互電容；ω為信號的角頻率。在高頻下無屏蔽對稱電纜的特性阻抗近似表示為
（2）
式中εe值與絕緣材料、絕緣類型、線對間填充介質(zhì)的相對介電常數(shù)有關(guān)；S為回路兩導(dǎo)體的中心距；d為導(dǎo)體直徑。在實(shí)際中常用輸入阻抗Zin來表述電纜的特性阻抗。其定義如下:
（3）
式中Z0為終端開路時(shí)的阻抗測量值；ZS為終端短路時(shí)的阻抗測量值。
由 于電纜結(jié)構(gòu)的不均勻性，信號在傳輸過程中會產(chǎn)生波的反射，反射波在某些頻率點(diǎn)相互迭加，當(dāng)反射波幅值極大時(shí)，電纜的傳輸性能會在這些頻率點(diǎn)上甚至整個(gè)頻寬 范圍內(nèi)急劇惡化。因此，輸入阻抗頻率掃描曲線是一條起伏頗大的隨機(jī)分布曲線。通常用結(jié)構(gòu)回波損耗來描述這種波動情況。結(jié)構(gòu)回波損耗SRL定義如下：
（4）
式中Zm為擬合阻抗。
由 此定義可見，SRL實(shí)質(zhì)是描述Zin圍繞Zm波動大小的一個(gè)指標(biāo)。引起Zin 波動的原因是電纜部件存在著突發(fā)性或周期性的結(jié)構(gòu)偏差或缺陷。如絕緣外徑波動、導(dǎo)體直徑波動、絞對時(shí)絕緣單線在節(jié)點(diǎn)處周期性壓傷，絕緣發(fā)泡不均勻、絕緣偏 心時(shí)絞對過程因單線的自轉(zhuǎn)造成導(dǎo)體中心距S呈周期性的正（余）弦函數(shù)波動等。其中周期性的結(jié)構(gòu)偏差或缺陷對SRL危害最大。由于輸入阻抗與制造過程中的諸 多隨機(jī)缺陷有著極為直接的關(guān)系，而制造過程中這諸多的隨機(jī)缺陷之間又彼此間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，錯(cuò)綜復(fù)雜，因而難以分析輸入阻抗與某個(gè)缺陷的定量關(guān)系。但 通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐得知，生產(chǎn)過程中的隨機(jī)缺陷較小時(shí)造成的阻抗波動很小時(shí), SRL曲線上只出現(xiàn)小的尖峰。極輕微的周期性結(jié)構(gòu)不均勻造成的影響與其它缺陷造成的影響迭加一起，最終也呈現(xiàn)出隨機(jī)性的波動，這與同軸纜的情況有所不同。 當(dāng)較嚴(yán)重的周期性不均勻缺陷時(shí)，且相鄰點(diǎn)間的距離等于電纜傳輸信號波長的一半時(shí),在此頻率點(diǎn)及其整數(shù)倍頻率點(diǎn)上將出現(xiàn)顯著的尖峰。即有以下關(guān)系
（5）
式中f為SRL出現(xiàn)尖峰的的最低處的頻率值（MHz），T為結(jié)構(gòu)波動周期長度單位 （m）。
某企業(yè)在生產(chǎn)六類纜時(shí)，四對線的結(jié)構(gòu)回波損耗曲線總是在60MHz 120MHz和180MHz處出現(xiàn)SRL峰值。通過公式5計(jì)算得出T應(yīng)在1.9m左右并以此查找原因，最終發(fā)現(xiàn)是成纜機(jī)出現(xiàn)了故障，造成成纜節(jié)距的周期性大幅度波動。
2.3 衰減
衰減是影響傳輸距離的又一重要因素。其值由以下三部分衰減組成
（6）
其 中，金屬衰減主要由線對中兩根導(dǎo)線因高頻電阻產(chǎn)生的衰減和對周圍金屬（導(dǎo)線和屏蔽）反射電磁波而產(chǎn)生的衰減組成；介質(zhì)衰減與介質(zhì)的損耗角正切值、工作頻率 和工作電容有關(guān)，其值近似與頻率成正比；阻抗不均勻時(shí)波反射引起的附加衰減是由于阻抗不均勻造成波的反射，減小了波向前傳輸?shù)牧�，造成終端信號的減弱，其 等效于有一附加的的“衰減”，這是造成衰減曲線在高頻下出現(xiàn)“波紋”的主要原因。這種“波紋”可能導(dǎo)致個(gè)別頻率點(diǎn)上衰減不合格。
降低衰減的主要途徑是
a. 選用介電常數(shù)和tgδ都低的絕緣料。
b. 采用合理的絕緣型式，如采用泡沫實(shí)心皮或泡沫或皮-泡-皮的絕緣型式。
c. 足量的導(dǎo)體尺寸、減小電纜結(jié)構(gòu)偏差和缺陷。
2.4 相時(shí)延和不同線對間的相時(shí)延差
相 時(shí)延是決定高頻對稱電纜通信距離的關(guān)鍵參數(shù)之一。有些通信協(xié)議對數(shù)據(jù)幀的最小長度有明確規(guī)定，如果鏈路的相時(shí)延過大(與電纜的相時(shí)延和鏈路上設(shè)備延時(shí)有 關(guān)),在沖突發(fā)生時(shí)容易造成數(shù)據(jù)幀的丟失。從傳播速度 可知使用等效相對介電常數(shù)較小的絕緣結(jié)構(gòu)是降低相時(shí)延的重要途徑。線對間的相時(shí)延差過大會導(dǎo)致并行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)幀的錯(cuò)誤。減小線對間總的絞合系數(shù)差值或調(diào)整 絕緣發(fā)泡度或微調(diào)絕緣外徑是解決相時(shí)延差的主要措施。
3．高頻電纜設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問題
設(shè)計(jì)高頻對稱電纜時(shí),首先要保證其電氣性能和機(jī)械物理性能滿足相應(yīng)要求。在設(shè)計(jì)時(shí)最好采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單、加工容易的方式。
電 纜產(chǎn)品最終是要用到具體的環(huán)境中去的，電纜被安裝后也應(yīng)具備良好的傳輸性能。這就要求電纜具有良好的抗拉、抗壓及良好的適應(yīng)正常使用環(huán)境能力。如室外高頻 對稱電纜宜采耐候護(hù)套材料并具備良好的防潮能力、高溫環(huán)境下使用的高頻對稱電纜應(yīng)采用耐高溫的材料如FEP、輻照交聯(lián)聚乙烯等。其次，因與接插件配套的原 因，高頻對稱電纜的結(jié)構(gòu)尺寸還應(yīng)滿足與相應(yīng)接插件相匹配的要求。然而，這個(gè)兩個(gè)問題并未引起所有高頻對稱纜制造商的重視。
最后，還應(yīng)重視電纜的性價(jià)比。不恰當(dāng)?shù)夭捎酶咝阅艿牟牧匣蚣庸すに嚮蜻^大的性能指標(biāo)裕度均會帶來過高的制造成本，降低性價(jià)比。
對稱電纜制造的關(guān)鍵是保持電纜在宏觀和微觀上結(jié)構(gòu)尺寸的精確和盡可能小的偏差。
續(xù)) 再配合下面的咨詢就更加完美,請參考續(xù)2):
4．常見高頻對稱電纜結(jié)構(gòu) 4.1 常見高頻對稱電纜結(jié)構(gòu)概述 目前，常用的對稱電纜結(jié)構(gòu)有許多種，但其結(jié)構(gòu)及材料通常為： 導(dǎo)體：通常采用圓形金屬導(dǎo)線。根據(jù)使用的頻率和使用的環(huán)境不同，常用的材料有： a. 裸銅導(dǎo)體：使用最廣的一種。 b. 鍍銀銅線：用于頻率較高的情況。由于集膚效應(yīng)的緣故，其高頻電阻較小，因而金屬衰減也小些，其次當(dāng)采用氟塑料等材料絕緣時(shí)，其鍍銀層還具備較強(qiáng)的抗腐蝕作 用，因而使用性能較好。 c. 銅包鋼：由于銅包鋼線的抗拉強(qiáng)度和撓性均較大，因此常常用于抗拉要求較高的平行線。 絕緣材料及絕緣型式： 最常用且最經(jīng)濟(jì)的絕緣材料是PE材料。其次，在有些使用場合還會用到氟塑料、輻照交聯(lián)聚乙烯等。 絕緣型式：最常見的是實(shí)心絕緣，有時(shí)為了降低衰減和縮小電纜尺寸也用泡沫或泡沫實(shí)心皮、皮-泡-皮絕緣型式。由于化學(xué)發(fā)泡不均會加大電容不平衡和降低機(jī) 械性能（機(jī)械強(qiáng)度低會導(dǎo)致絕緣嚴(yán)重變形，影響SRL），同時(shí)發(fā)泡劑分解殘留物易吸潮使介電常數(shù)上升而影響電纜的傳輸質(zhì)量，故泡沫/實(shí)心皮、泡沫絕緣有逐漸 被物理發(fā)泡取代的趨勢。如果采用化學(xué)發(fā)泡也宜選用品質(zhì)優(yōu)良的HDPE發(fā)泡料（如聯(lián)碳公司HDPE發(fā)泡料，牌號DGDA3487,此料發(fā)泡度在50%以內(nèi) 時(shí)，其泡孔質(zhì)量與物理發(fā)泡效果相當(dāng)）。由于低密度發(fā)泡料的機(jī)械強(qiáng)度較低，在后序工序或使用過程中容易變形，影響SRL指標(biāo),因此宜少用。
線組結(jié)構(gòu)：常見的線組結(jié)構(gòu)為對絞組，偶爾也會遇到星絞組。目前,還有不少的電纜采用粘連絕緣線結(jié)構(gòu),以確保S值在制造和使用過程中的波動和變化盡可能小,以提高阻抗的均勻性。圖2顯示了粘連線對與普通線對電纜在彎曲后S的變化情況。
圖2 粘連線對與普通線對在彎曲時(shí)頂端S值的變化情況示意圖
纜芯結(jié)構(gòu)：為了要保證纜芯中線對間分散電容的均勻性，以提高串音衰減和回波損耗，線組構(gòu)成纜芯時(shí)通常為采用規(guī)則絞合而不采用束絞。
屏蔽：根據(jù)電纜對抗外來干擾能力要求及使用要求的不同，常用的結(jié)構(gòu)有單個(gè)線組屏蔽、分組屏蔽或總屏蔽幾種。使用的材料常常為復(fù)合鋁箔、復(fù)合銅箔、銅線、鍍 錫銅線或鍍銀銅線編織等。在普通線對外繞包鋁箔屏蔽時(shí)，會由于線組表面不平整導(dǎo)致屏蔽層也不是一個(gè)理想的圓柱體，導(dǎo)體離屏?xí)r近時(shí)遠(yuǎn)，造成SRL值不理想。 因此，在條件允許時(shí)應(yīng)盡可能采用線對護(hù)套的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诰�對護(hù)套外加屏蔽時(shí)，屏蔽離導(dǎo)體距離的波動情況大為改善，能有效地提高SRL值。
護(hù)套：根據(jù)使用環(huán)境的要求不同，常用的護(hù)套材料有PVC、LLDPE、橡膠、聚偏氟乙丙烯及其它阻燃材料。
4．2常見的高頻對稱電纜結(jié)構(gòu)實(shí)例及其優(yōu)缺點(diǎn)分析
以下組圖為常見的高頻對稱電纜典型結(jié)構(gòu)實(shí)例。這些結(jié)構(gòu)的差異主要是因其使用場合或電纜帶寬不同而引起。現(xiàn)分別對其進(jìn)行評述：
a)圖3、圖4分別為常見的三、四、五類和超五類UTP和FTP電纜結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是電纜結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便，缺點(diǎn)是電纜安裝后的傳輸性能可能因電纜受拉、受壓而出現(xiàn)較大幅度降低。
b)圖5為常見的帶“+”字塑料骨架的的六類纜結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是電纜抗拉、抗壓較強(qiáng)，因而具有較好的安裝性能，其次，線對被“+”字塑料骨架分隔后，電纜的 串音指標(biāo)也有所改善。缺點(diǎn)是電纜外徑較大、需要加工骨架。圖6為帶腔形的塑料骨架的六類數(shù)據(jù)纜結(jié)構(gòu)，其優(yōu)缺點(diǎn)與前者相似，但更抗壓。
圖3 圖4 圖5 圖6
c) 圖7為帶內(nèi)護(hù)套的屏蔽星絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性較好，線組屏蔽加在護(hù)套后的線組上，導(dǎo)體與屏蔽間的 距離波動較小，因而具有較好的SRL值。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，線組護(hù)套后，絕緣外徑、衰減、傳輸時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大
再配合下面的咨詢就更加完美,請參考續(xù)3):
d) 圖8為帶護(hù)套的屏蔽對絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性好，線對屏蔽加在護(hù)套后的線對上，導(dǎo)體與屏蔽間的距離 波動較小，因而具有較好的SRL值。由于是單對線結(jié)構(gòu)，不存在電纜內(nèi)部串音的問題，因此對絞組還可以用平行線代替，內(nèi)護(hù)套材料也可以與絕緣料不同。缺點(diǎn)是 制造工藝較復(fù)雜，線對護(hù)套后，絕緣外徑、衰減、相時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大。
圖7 圖8
e) 圖9、圖10分別是為帶護(hù)套的非屏蔽和屏蔽對絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性好。線對的兩導(dǎo)體中心距波動較 小，因而具有較好的SRL值。另一方面，此充分利用了維持TEM傳播的模式，故其線組間的串音也改善很多。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，線組護(hù)套后，絕緣外徑、 衰減、時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大。
圖9 圖10
f) 圖11、圖12為特殊條件下使用的非屏蔽對絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性好，絕緣導(dǎo)體相互粘連，單導(dǎo)體無 法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，確保導(dǎo)體間距的一致性，而達(dá)到極其穩(wěn)定的阻抗和線對優(yōu)異的平衡性能。線對的兩導(dǎo)體中心距波動較小，因而具有較好的SRL值。另一方面，此 充分利用了維持TEM傳播的模式，故其線組間的串音也改善很多。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，線組護(hù)套后，絕緣外徑、衰減和時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大。
g) 圖13、圖14為傳輸頻率可達(dá)1GHz以上的平行粘連線結(jié)構(gòu)。為了減少集膚效應(yīng)影響，用鍍銀退火銅線作為導(dǎo)體。由于在1GHz頻帶內(nèi)，如果采用對絞結(jié)構(gòu)， 要想改變線對間的絞合節(jié)距使它們互不干擾很難做得到，也很難用屏蔽把每一個(gè)線對獨(dú)立分隔，因?yàn)樵谄帘蝺?nèi)很可能形成間隙。另外，由于屏蔽和信號線間的距離有 波動也會引起阻抗的波動。此外，如果這些芯線絞合不均勻，那么一根單線的長度與線對另一根線的長度就不一樣，而這種差異很可能導(dǎo)致信號傳播延遲畸變。為 此，采用了物理發(fā)泡沫絕緣的平行粘連線結(jié)構(gòu)。粘連線的S值變化很小，確保了SRL值。由于每個(gè)線組都采用了箔包繞包屏蔽（因?yàn)榫�對無絞合，故繞包層平整， 提高了SRL值），因此，沒有節(jié)距時(shí)也不會造成線組間的串音。為了保持電磁場的對稱性，圖13所示結(jié)構(gòu)中，屏蔽連通線用了兩根，盡管這會帶來衰減的輕微增 加，但其它指標(biāo)得到改善，因此也是值得的。
圖11 圖12 圖13
圖14
5．高頻對稱電纜制造技術(shù)
高頻對稱電纜制造的關(guān)鍵是保持電纜在宏觀和微觀上結(jié)構(gòu)尺寸的精確和盡可能小的偏差。
5.1 絕緣
絕緣是高頻對稱電纜制造的基礎(chǔ)，絕緣芯線的質(zhì)量直接影響著能否成功生產(chǎn)出高頻對稱電纜, 因此，除了生產(chǎn)絞合導(dǎo)體高頻對稱纜外，為了保證絕緣線芯達(dá)到高度精密的幾何尺寸和最佳質(zhì)量，均毫無例外采用串聯(lián)線。下面介紹絕緣工序的幾個(gè)主要因素
5.1.1 嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣外徑的波動
通過對阻抗公式的分析得知：導(dǎo)體的波動比絕緣外徑的波動影響更大。因此，根據(jù)絕緣生產(chǎn)線的情況盡可能將導(dǎo)體波動控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。對于六類以上的對 稱電纜其波動應(yīng)控制在±0.002～±0.003mm以內(nèi)。絕緣外徑應(yīng)控制在±0.010～±0.015mm以內(nèi)。如果是粘連線，則導(dǎo)體中心距波動宜控制 在3%以內(nèi)。
5.1.2 嚴(yán)格控制導(dǎo)體、絕緣的不圓度
當(dāng)導(dǎo)體和絕緣不是理想的圓柱時(shí)會造成電場畸變，影響電場的分布，從而影響電纜的許多項(xiàng)電氣性能指標(biāo)。影響導(dǎo)體不圓度的主要因素有成品拉絲�？撞粓A、導(dǎo)體在 擠塑前所經(jīng)過過線輪上損傷。影響絕緣不圓度的主要因素有：擠塑模蓋孔不圓、擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成、絕緣芯線在過線輪上擦 傷。導(dǎo)體最大不圓度不宜大于0.002mm。絕緣的最大不圓度不宜大于0.015mm。
5.1.3 嚴(yán)格控制絕緣偏心
絕緣偏心會影響對稱電纜的工作電容和電感從而引起阻抗的波動。通常情況下生產(chǎn)六類及以上電纜時(shí)同心度應(yīng)在97%以上。造成絕緣偏心的主要因素有：模芯與導(dǎo) 體間的間隙過大造成導(dǎo)線在模芯內(nèi)晃動、擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成、模芯和模蓋同心度不夠。在國外，通常采用一種特殊設(shè)計(jì)的可微 調(diào)偏的自定心機(jī)頭配合在線偏心監(jiān)測儀來調(diào)整同心度，其同心度可達(dá)98%以上。
5.1.4 絕緣顏色
高頻對稱電纜的絕緣 芯線的顏色分為單色線和帶標(biāo)志色（色環(huán)、色點(diǎn)和色條）線兩類。由于絕緣料中加入色母料后，常常會因?yàn)樯噶蟽?nèi)部有礦物質(zhì)，它的不均勻分布會造成相對介電常 數(shù)的不均勻，引發(fā)不同程度的反射波，同時(shí)也會增加介質(zhì)損耗角正切值，故生產(chǎn)六類以上電纜時(shí)，最好采用表皮著色技術(shù)，并盡可能降低顏色深度，從而減少色母料 的不良影響。如果采用色環(huán)或色點(diǎn)作標(biāo)志色時(shí)，宜在絕緣芯線未進(jìn)入冷卻水槽前用油墨著色，否則色環(huán)或色點(diǎn)易脫落。由于在高速度絕緣線上使用印色環(huán)或色點(diǎn)著色 的成本高、技術(shù)難度較大，因此，應(yīng)盡可能采用色條方式。
串音引起的誤碼是影響通信距離的主要因素之一。根據(jù)串音產(chǎn)生的機(jī)理，減少線對間串音的方法有:
a保證絕緣單線的均勻性和對稱性、盡可能降低線對間電容不平衡是提高線對抗干擾能力的基礎(chǔ);
b在條件允許情況下,加大線對間的距離;
c采用優(yōu)化的節(jié)距設(shè)計(jì)是提高串音防衛(wèi)度的有力措施;
d 采用線對屏蔽技術(shù)，但此種方法因電磁波的反射，需要適當(dāng)增加絕緣外徑，使用時(shí)也需要帶屏蔽的接插件。
e 除此之外，保證相鄰線對維持TEM波傳輸也可有效地減少串音[1] ,這也是高頻對稱電纜設(shè)計(jì)中可用的另一種理念。我們知道，傳統(tǒng)對絞線結(jié)構(gòu)的電纜中，在對絞線的中心有很強(qiáng)的電場，并有很大一部分泄漏于絕緣層外。如果將對 絞線用與絕緣具有相同等效相對介電常數(shù)且損耗角正切值低的材料擠一層護(hù)套(擠壓式)則大部分電磁場分布在絕緣和護(hù)套內(nèi)，幾乎沒有電力線從絕緣體散發(fā)出去 （見圖1），因而從源頭上減小了對相鄰線對的串音。另一方面，電磁波在絕緣體周圍的空氣中傳播速度（ 比在絕緣體內(nèi)的傳播速度 快。電磁場的這種不均勻性會同時(shí)產(chǎn)生沿傳播方向的電磁矢量以及垂直于傳播方向的電磁能量，從而引起串音增加。圍繞線對的護(hù)套愈厚，串音改善就愈明顯。然 而, 由于介質(zhì)損耗的原因,用這種方式來控制串音會導(dǎo)致衰減增加。
圖1 傳統(tǒng)的對絞線和圓形護(hù)套電纜的電磁場分布
不 過，由于護(hù)套的加入為保證電纜的特性阻抗值需要增加絕緣外徑或增加絕緣的發(fā)泡度，最終電纜的衰減并不會增加多少，有時(shí)反而略低。因此，當(dāng)串音得到有效控制 時(shí)，即使信號衰減增加了，但傳輸信號時(shí)的信噪比卻增加了。為了盡可能降低衰減，采用此思路設(shè)計(jì)電纜時(shí)通常采用泡沫絕緣和護(hù)套。
2.2 特性阻抗與結(jié)構(gòu)回波損耗
特性阻抗是電纜回路上任意點(diǎn)電壓波與電流波之比，并有
（1）
式中R、L、G、C分別為對稱回路的交流電阻、電感、導(dǎo)體間介質(zhì)電導(dǎo)和導(dǎo)體間互電容；ω為信號的角頻率。在高頻下無屏蔽對稱電纜的特性阻抗近似表示為
（2）
式中εe值與絕緣材料、絕緣類型、線對間填充介質(zhì)的相對介電常數(shù)有關(guān)；S為回路兩導(dǎo)體的中心距；d為導(dǎo)體直徑。在實(shí)際中常用輸入阻抗Zin來表述電纜的特性阻抗。其定義如下:
（3）
式中Z0為終端開路時(shí)的阻抗測量值；ZS為終端短路時(shí)的阻抗測量值。
由 于電纜結(jié)構(gòu)的不均勻性，信號在傳輸過程中會產(chǎn)生波的反射，反射波在某些頻率點(diǎn)相互迭加，當(dāng)反射波幅值極大時(shí)，電纜的傳輸性能會在這些頻率點(diǎn)上甚至整個(gè)頻寬 范圍內(nèi)急劇惡化。因此，輸入阻抗頻率掃描曲線是一條起伏頗大的隨機(jī)分布曲線。通常用結(jié)構(gòu)回波損耗來描述這種波動情況。結(jié)構(gòu)回波損耗SRL定義如下：
（4）
式中Zm為擬合阻抗。
由 此定義可見，SRL實(shí)質(zhì)是描述Zin圍繞Zm波動大小的一個(gè)指標(biāo)。引起Zin 波動的原因是電纜部件存在著突發(fā)性或周期性的結(jié)構(gòu)偏差或缺陷。如絕緣外徑波動、導(dǎo)體直徑波動、絞對時(shí)絕緣單線在節(jié)點(diǎn)處周期性壓傷，絕緣發(fā)泡不均勻、絕緣偏 心時(shí)絞對過程因單線的自轉(zhuǎn)造成導(dǎo)體中心距S呈周期性的正（余）弦函數(shù)波動等。其中周期性的結(jié)構(gòu)偏差或缺陷對SRL危害最大。由于輸入阻抗與制造過程中的諸 多隨機(jī)缺陷有著極為直接的關(guān)系，而制造過程中這諸多的隨機(jī)缺陷之間又彼此間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，錯(cuò)綜復(fù)雜，因而難以分析輸入阻抗與某個(gè)缺陷的定量關(guān)系。但 通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐得知，生產(chǎn)過程中的隨機(jī)缺陷較小時(shí)造成的阻抗波動很小時(shí), SRL曲線上只出現(xiàn)小的尖峰。極輕微的周期性結(jié)構(gòu)不均勻造成的影響與其它缺陷造成的影響迭加一起，最終也呈現(xiàn)出隨機(jī)性的波動，這與同軸纜的情況有所不同。 當(dāng)較嚴(yán)重的周期性不均勻缺陷時(shí)，且相鄰點(diǎn)間的距離等于電纜傳輸信號波長的一半時(shí),在此頻率點(diǎn)及其整數(shù)倍頻率點(diǎn)上將出現(xiàn)顯著的尖峰。即有以下關(guān)系
（5）
式中f為SRL出現(xiàn)尖峰的的最低處的頻率值（MHz），T為結(jié)構(gòu)波動周期長度單位 （m）。
某企業(yè)在生產(chǎn)六類纜時(shí)，四對線的結(jié)構(gòu)回波損耗曲線總是在60MHz 120MHz和180MHz處出現(xiàn)SRL峰值。通過公式5計(jì)算得出T應(yīng)在1.9m左右并以此查找原因，最終發(fā)現(xiàn)是成纜機(jī)出現(xiàn)了故障，造成成纜節(jié)距的周期性大幅度波動。
2.3 衰減
衰減是影響傳輸距離的又一重要因素。其值由以下三部分衰減組成
（6）
其 中，金屬衰減主要由線對中兩根導(dǎo)線因高頻電阻產(chǎn)生的衰減和對周圍金屬（導(dǎo)線和屏蔽）反射電磁波而產(chǎn)生的衰減組成；介質(zhì)衰減與介質(zhì)的損耗角正切值、工作頻率 和工作電容有關(guān)，其值近似與頻率成正比；阻抗不均勻時(shí)波反射引起的附加衰減是由于阻抗不均勻造成波的反射，減小了波向前傳輸?shù)牧�，造成終端信號的減弱，其 等效于有一附加的的“衰減”，這是造成衰減曲線在高頻下出現(xiàn)“波紋”的主要原因。這種“波紋”可能導(dǎo)致個(gè)別頻率點(diǎn)上衰減不合格。
降低衰減的主要途徑是
a. 選用介電常數(shù)和tgδ都低的絕緣料。
b. 采用合理的絕緣型式，如采用泡沫實(shí)心皮或泡沫或皮-泡-皮的絕緣型式。
c. 足量的導(dǎo)體尺寸、減小電纜結(jié)構(gòu)偏差和缺陷。
2.4 相時(shí)延和不同線對間的相時(shí)延差
相 時(shí)延是決定高頻對稱電纜通信距離的關(guān)鍵參數(shù)之一。有些通信協(xié)議對數(shù)據(jù)幀的最小長度有明確規(guī)定，如果鏈路的相時(shí)延過大(與電纜的相時(shí)延和鏈路上設(shè)備延時(shí)有 關(guān)),在沖突發(fā)生時(shí)容易造成數(shù)據(jù)幀的丟失。從傳播速度 可知使用等效相對介電常數(shù)較小的絕緣結(jié)構(gòu)是降低相時(shí)延的重要途徑。線對間的相時(shí)延差過大會導(dǎo)致并行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)幀的錯(cuò)誤。減小線對間總的絞合系數(shù)差值或調(diào)整 絕緣發(fā)泡度或微調(diào)絕緣外徑是解決相時(shí)延差的主要措施。
3．高頻電纜設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問題
設(shè)計(jì)高頻對稱電纜時(shí),首先要保證其電氣性能和機(jī)械物理性能滿足相應(yīng)要求。在設(shè)計(jì)時(shí)最好采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單、加工容易的方式。
電 纜產(chǎn)品最終是要用到具體的環(huán)境中去的，電纜被安裝后也應(yīng)具備良好的傳輸性能。這就要求電纜具有良好的抗拉、抗壓及良好的適應(yīng)正常使用環(huán)境能力。如室外高頻 對稱電纜宜采耐候護(hù)套材料并具備良好的防潮能力、高溫環(huán)境下使用的高頻對稱電纜應(yīng)采用耐高溫的材料如FEP、輻照交聯(lián)聚乙烯等。其次，因與接插件配套的原 因，高頻對稱電纜的結(jié)構(gòu)尺寸還應(yīng)滿足與相應(yīng)接插件相匹配的要求。然而，這個(gè)兩個(gè)問題并未引起所有高頻對稱纜制造商的重視。
最后，還應(yīng)重視電纜的性價(jià)比。不恰當(dāng)?shù)夭捎酶咝阅艿牟牧匣蚣庸すに嚮蜻^大的性能指標(biāo)裕度均會帶來過高的制造成本，降低性價(jià)比。
對稱電纜制造的關(guān)鍵是保持電纜在宏觀和微觀上結(jié)構(gòu)尺寸的精確和盡可能小的偏差。
續(xù)) 再配合下面的咨詢就更加完美,請參考續(xù)2):
4．常見高頻對稱電纜結(jié)構(gòu) 4.1 常見高頻對稱電纜結(jié)構(gòu)概述 目前，常用的對稱電纜結(jié)構(gòu)有許多種，但其結(jié)構(gòu)及材料通常為： 導(dǎo)體：通常采用圓形金屬導(dǎo)線。根據(jù)使用的頻率和使用的環(huán)境不同，常用的材料有： a. 裸銅導(dǎo)體：使用最廣的一種。 b. 鍍銀銅線：用于頻率較高的情況。由于集膚效應(yīng)的緣故，其高頻電阻較小，因而金屬衰減也小些，其次當(dāng)采用氟塑料等材料絕緣時(shí)，其鍍銀層還具備較強(qiáng)的抗腐蝕作 用，因而使用性能較好。 c. 銅包鋼：由于銅包鋼線的抗拉強(qiáng)度和撓性均較大，因此常常用于抗拉要求較高的平行線。 絕緣材料及絕緣型式： 最常用且最經(jīng)濟(jì)的絕緣材料是PE材料。其次，在有些使用場合還會用到氟塑料、輻照交聯(lián)聚乙烯等。 絕緣型式：最常見的是實(shí)心絕緣，有時(shí)為了降低衰減和縮小電纜尺寸也用泡沫或泡沫實(shí)心皮、皮-泡-皮絕緣型式。由于化學(xué)發(fā)泡不均會加大電容不平衡和降低機(jī) 械性能（機(jī)械強(qiáng)度低會導(dǎo)致絕緣嚴(yán)重變形，影響SRL），同時(shí)發(fā)泡劑分解殘留物易吸潮使介電常數(shù)上升而影響電纜的傳輸質(zhì)量，故泡沫/實(shí)心皮、泡沫絕緣有逐漸 被物理發(fā)泡取代的趨勢。如果采用化學(xué)發(fā)泡也宜選用品質(zhì)優(yōu)良的HDPE發(fā)泡料（如聯(lián)碳公司HDPE發(fā)泡料，牌號DGDA3487,此料發(fā)泡度在50%以內(nèi) 時(shí)，其泡孔質(zhì)量與物理發(fā)泡效果相當(dāng)）。由于低密度發(fā)泡料的機(jī)械強(qiáng)度較低，在后序工序或使用過程中容易變形，影響SRL指標(biāo),因此宜少用。
線組結(jié)構(gòu)：常見的線組結(jié)構(gòu)為對絞組，偶爾也會遇到星絞組。目前,還有不少的電纜采用粘連絕緣線結(jié)構(gòu),以確保S值在制造和使用過程中的波動和變化盡可能小,以提高阻抗的均勻性。圖2顯示了粘連線對與普通線對電纜在彎曲后S的變化情況。
圖2 粘連線對與普通線對在彎曲時(shí)頂端S值的變化情況示意圖
纜芯結(jié)構(gòu)：為了要保證纜芯中線對間分散電容的均勻性，以提高串音衰減和回波損耗，線組構(gòu)成纜芯時(shí)通常為采用規(guī)則絞合而不采用束絞。
屏蔽：根據(jù)電纜對抗外來干擾能力要求及使用要求的不同，常用的結(jié)構(gòu)有單個(gè)線組屏蔽、分組屏蔽或總屏蔽幾種。使用的材料常常為復(fù)合鋁箔、復(fù)合銅箔、銅線、鍍 錫銅線或鍍銀銅線編織等。在普通線對外繞包鋁箔屏蔽時(shí)，會由于線組表面不平整導(dǎo)致屏蔽層也不是一個(gè)理想的圓柱體，導(dǎo)體離屏?xí)r近時(shí)遠(yuǎn)，造成SRL值不理想。 因此，在條件允許時(shí)應(yīng)盡可能采用線對護(hù)套的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诰�對護(hù)套外加屏蔽時(shí)，屏蔽離導(dǎo)體距離的波動情況大為改善，能有效地提高SRL值。
護(hù)套：根據(jù)使用環(huán)境的要求不同，常用的護(hù)套材料有PVC、LLDPE、橡膠、聚偏氟乙丙烯及其它阻燃材料。
4．2常見的高頻對稱電纜結(jié)構(gòu)實(shí)例及其優(yōu)缺點(diǎn)分析
以下組圖為常見的高頻對稱電纜典型結(jié)構(gòu)實(shí)例。這些結(jié)構(gòu)的差異主要是因其使用場合或電纜帶寬不同而引起。現(xiàn)分別對其進(jìn)行評述：
a)圖3、圖4分別為常見的三、四、五類和超五類UTP和FTP電纜結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是電纜結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便，缺點(diǎn)是電纜安裝后的傳輸性能可能因電纜受拉、受壓而出現(xiàn)較大幅度降低。
b)圖5為常見的帶“+”字塑料骨架的的六類纜結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是電纜抗拉、抗壓較強(qiáng)，因而具有較好的安裝性能，其次，線對被“+”字塑料骨架分隔后，電纜的 串音指標(biāo)也有所改善。缺點(diǎn)是電纜外徑較大、需要加工骨架。圖6為帶腔形的塑料骨架的六類數(shù)據(jù)纜結(jié)構(gòu)，其優(yōu)缺點(diǎn)與前者相似，但更抗壓。
圖3 圖4 圖5 圖6
c) 圖7為帶內(nèi)護(hù)套的屏蔽星絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性較好，線組屏蔽加在護(hù)套后的線組上，導(dǎo)體與屏蔽間的 距離波動較小，因而具有較好的SRL值。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，線組護(hù)套后，絕緣外徑、衰減、傳輸時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大
再配合下面的咨詢就更加完美,請參考續(xù)3):
d) 圖8為帶護(hù)套的屏蔽對絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性好，線對屏蔽加在護(hù)套后的線對上，導(dǎo)體與屏蔽間的距離 波動較小，因而具有較好的SRL值。由于是單對線結(jié)構(gòu)，不存在電纜內(nèi)部串音的問題，因此對絞組還可以用平行線代替，內(nèi)護(hù)套材料也可以與絕緣料不同。缺點(diǎn)是 制造工藝較復(fù)雜，線對護(hù)套后，絕緣外徑、衰減、相時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大。
圖7 圖8
e) 圖9、圖10分別是為帶護(hù)套的非屏蔽和屏蔽對絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性好。線對的兩導(dǎo)體中心距波動較 小，因而具有較好的SRL值。另一方面，此充分利用了維持TEM傳播的模式，故其線組間的串音也改善很多。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，線組護(hù)套后，絕緣外徑、 衰減、時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大。
圖9 圖10
f) 圖11、圖12為特殊條件下使用的非屏蔽對絞組電纜。其優(yōu)點(diǎn)是抗拉、抗壓能力較強(qiáng)，電纜安裝前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣一致性好，絕緣導(dǎo)體相互粘連，單導(dǎo)體無 法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，確保導(dǎo)體間距的一致性，而達(dá)到極其穩(wěn)定的阻抗和線對優(yōu)異的平衡性能。線對的兩導(dǎo)體中心距波動較小，因而具有較好的SRL值。另一方面，此 充分利用了維持TEM傳播的模式，故其線組間的串音也改善很多。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，線組護(hù)套后，絕緣外徑、衰減和時(shí)延比不護(hù)套時(shí)略大。
g) 圖13、圖14為傳輸頻率可達(dá)1GHz以上的平行粘連線結(jié)構(gòu)。為了減少集膚效應(yīng)影響，用鍍銀退火銅線作為導(dǎo)體。由于在1GHz頻帶內(nèi)，如果采用對絞結(jié)構(gòu)， 要想改變線對間的絞合節(jié)距使它們互不干擾很難做得到，也很難用屏蔽把每一個(gè)線對獨(dú)立分隔，因?yàn)樵谄帘蝺?nèi)很可能形成間隙。另外，由于屏蔽和信號線間的距離有 波動也會引起阻抗的波動。此外，如果這些芯線絞合不均勻，那么一根單線的長度與線對另一根線的長度就不一樣，而這種差異很可能導(dǎo)致信號傳播延遲畸變。為 此，采用了物理發(fā)泡沫絕緣的平行粘連線結(jié)構(gòu)。粘連線的S值變化很小，確保了SRL值。由于每個(gè)線組都采用了箔包繞包屏蔽（因?yàn)榫�對無絞合，故繞包層平整， 提高了SRL值），因此，沒有節(jié)距時(shí)也不會造成線組間的串音。為了保持電磁場的對稱性，圖13所示結(jié)構(gòu)中，屏蔽連通線用了兩根，盡管這會帶來衰減的輕微增 加，但其它指標(biāo)得到改善，因此也是值得的。
圖11 圖12 圖13
圖14
5．高頻對稱電纜制造技術(shù)
高頻對稱電纜制造的關(guān)鍵是保持電纜在宏觀和微觀上結(jié)構(gòu)尺寸的精確和盡可能小的偏差。
5.1 絕緣
絕緣是高頻對稱電纜制造的基礎(chǔ)，絕緣芯線的質(zhì)量直接影響著能否成功生產(chǎn)出高頻對稱電纜, 因此，除了生產(chǎn)絞合導(dǎo)體高頻對稱纜外，為了保證絕緣線芯達(dá)到高度精密的幾何尺寸和最佳質(zhì)量，均毫無例外采用串聯(lián)線。下面介紹絕緣工序的幾個(gè)主要因素
5.1.1 嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣外徑的波動
通過對阻抗公式的分析得知：導(dǎo)體的波動比絕緣外徑的波動影響更大。因此，根據(jù)絕緣生產(chǎn)線的情況盡可能將導(dǎo)體波動控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。對于六類以上的對 稱電纜其波動應(yīng)控制在±0.002～±0.003mm以內(nèi)。絕緣外徑應(yīng)控制在±0.010～±0.015mm以內(nèi)。如果是粘連線，則導(dǎo)體中心距波動宜控制 在3%以內(nèi)。
5.1.2 嚴(yán)格控制導(dǎo)體、絕緣的不圓度
當(dāng)導(dǎo)體和絕緣不是理想的圓柱時(shí)會造成電場畸變，影響電場的分布，從而影響電纜的許多項(xiàng)電氣性能指標(biāo)。影響導(dǎo)體不圓度的主要因素有成品拉絲�？撞粓A、導(dǎo)體在 擠塑前所經(jīng)過過線輪上損傷。影響絕緣不圓度的主要因素有：擠塑模蓋孔不圓、擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成、絕緣芯線在過線輪上擦 傷。導(dǎo)體最大不圓度不宜大于0.002mm。絕緣的最大不圓度不宜大于0.015mm。
5.1.3 嚴(yán)格控制絕緣偏心
絕緣偏心會影響對稱電纜的工作電容和電感從而引起阻抗的波動。通常情況下生產(chǎn)六類及以上電纜時(shí)同心度應(yīng)在97%以上。造成絕緣偏心的主要因素有：模芯與導(dǎo) 體間的間隙過大造成導(dǎo)線在模芯內(nèi)晃動、擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成、模芯和模蓋同心度不夠。在國外，通常采用一種特殊設(shè)計(jì)的可微 調(diào)偏的自定心機(jī)頭配合在線偏心監(jiān)測儀來調(diào)整同心度，其同心度可達(dá)98%以上。
5.1.4 絕緣顏色
高頻對稱電纜的絕緣 芯線的顏色分為單色線和帶標(biāo)志色（色環(huán)、色點(diǎn)和色條）線兩類。由于絕緣料中加入色母料后，常常會因?yàn)樯噶蟽?nèi)部有礦物質(zhì)，它的不均勻分布會造成相對介電常 數(shù)的不均勻，引發(fā)不同程度的反射波，同時(shí)也會增加介質(zhì)損耗角正切值，故生產(chǎn)六類以上電纜時(shí)，最好采用表皮著色技術(shù)，并盡可能降低顏色深度，從而減少色母料 的不良影響。如果采用色環(huán)或色點(diǎn)作標(biāo)志色時(shí)，宜在絕緣芯線未進(jìn)入冷卻水槽前用油墨著色，否則色環(huán)或色點(diǎn)易脫落。由于在高速度絕緣線上使用印色環(huán)或色點(diǎn)著色 的成本高、技術(shù)難度較大，因此，應(yīng)盡可能采用色條方式。
PICVD - plasma impulse chemical vapour deposition等離子脈沖化學(xué)汽相沉積(法) （0） 投訴
11
你需要登錄才能發(fā)表，點(diǎn)擊登錄。