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哪位大哥有电缆绝缘线的色皮、色条、色环的挤出工艺啊?? - 无图版
himportant --- 2012-08-06 08:50:41
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需要做一个专题的讨论 缺材料 哪位大哥有关于电缆绝缘芯线的色皮、色条、色环的相关工艺的借小弟学习一下 不胜感激,小弟邮箱:himportant@126.com 谢谢
交流学习 --- 2012-08-06 09:50:29
2
2.1 串音
串音引起的误码是影响通信距离的主要因素之一。根据串音产生的机理,减少线对间串音的方法有:
a保证绝缘单线的均匀性和对称性、尽可能降低线对间电容不平衡是提高线对抗干扰能力的基础;
b在条件允许情况下,加大线对间的距离;
c采用优化的节距设计是提高串音防卫度的有力措施;
d 采用线对屏蔽技术,但此种方法因电磁波的反射,需要适当增加绝缘外径,使用时也需要带屏蔽的接插件。
e 除此之外,保证相邻线对维持TEM波传输也可有效地减少串音[1] ,这也是高频对称电缆设计中可用的另一种理念。我们知道,传统对绞线结构的电缆中,在对绞线的中心有很强的电场,并有很大一部分泄漏于绝缘层外。如果将对 绞线用与绝缘具有相同等效相对介电常数且损耗角正切值低的材料挤一层护套(挤压式)则大部分电磁场分布在绝缘和护套内,几乎没有电力线从绝缘体散发出去 (见图1),因而从源头上减小了对相邻线对的串音。另一方面,电磁波在绝缘体周围的空气中传播速度( 比在绝缘体内的传播速度 快。电磁场的这种不均匀性会同时产生沿传播方向的电磁矢量以及垂直于传播方向的电磁能量,从而引起串音增加。围绕线对的护套愈厚,串音改善就愈明显。然 而, 由于介质损耗的原因,用这种方式来控制串音会导致衰减增加。
图1 传统的对绞线和圆形护套电缆的电磁场分布
不 过,由于护套的加入为保证电缆的特性阻抗值需要增加绝缘外径或增加绝缘的发泡度,最终电缆的衰减并不会增加多少,有时反而略低。因此,当串音得到有效控制 时,即使信号衰减增加了,但传输信号时的信噪比却增加了。为了尽可能降低衰减,采用此思路设计电缆时通常采用泡沫绝缘和护套。
2.2 特性阻抗与结构回波损耗
特性阻抗是电缆回路上任意点电压波与电流波之比,并有
(1)
式中R、L、G、C分别为对称回路的交流电阻、电感、导体间介质电导和导体间互电容;ω为信号的角频率。在高频下无屏蔽对称电缆的特性阻抗近似表示为
(2)
式中εe值与绝缘材料、绝缘类型、线对间填充介质的相对介电常数有关;S为回路两导体的中心距;d为导体直径。在实际中常用输入阻抗Zin来表述电缆的特性阻抗。其定义如下:
(3)
式中Z0为终端开路时的阻抗测量值;ZS为终端短路时的阻抗测量值。
由 于电缆结构的不均匀性,信号在传输过程中会产生波的反射,反射波在某些频率点相互迭加,当反射波幅值极大时,电缆的传输性能会在这些频率点上甚至整个频宽 范围内急剧恶化。因此,输入阻抗频率扫描曲线是一条起伏颇大的随机分布曲线。通常用结构回波损耗来描述这种波动情况。结构回波损耗SRL定义如下:
(4)
式中Zm为拟合阻抗。
由 此定义可见,SRL实质是描述Zin围绕Zm波动大小的一个指标。引起Zin 波动的原因是电缆部件存在着突发性或周期性的结构偏差或缺陷。如绝缘外径波动、导体直径波动、绞对时绝缘单线在节点处周期性压伤,绝缘发泡不均匀、绝缘偏 心时绞对过程因单线的自转造成导体中心距S呈周期性的正(余)弦函数波动等。其中周期性的结构偏差或缺陷对SRL危害最大。由于输入阻抗与制造过程中的诸 多随机缺陷有着极为直接的关系,而制造过程中这诸多的随机缺陷之间又彼此间相互关联,相互影响,错综复杂,因而难以分析输入阻抗与某个缺陷的定量关系。但 通过长期的生产实践得知,生产过程中的随机缺陷较小时造成的阻抗波动很小时, SRL曲线上只出现小的尖峰。极轻微的周期性结构不均匀造成的影响与其它缺陷造成的影响迭加一起,最终也呈现出随机性的波动,这与同轴缆的情况有所不同。 当较严重的周期性不均匀缺陷时,且相邻点间的距离等于电缆传输信号波长的一半时,在此频率点及其整数倍频率点上将出现显著的尖峰。即有以下关系
(5)
式中f为SRL出现尖峰的的最低处的频率值(MHz),T为结构波动周期长度单位 (m)。
某企业在生产六类缆时,四对线的结构回波损耗曲线总是在60MHz 120MHz和180MHz处出现SRL峰值。通过公式5计算得出T应在1.9m左右并以此查找原因,最终发现是成缆机出现了故障,造成成缆节距的周期性大幅度波动。
2.3 衰减
衰减是影响传输距离的又一重要因素。其值由以下三部分衰减组成
(6)
其 中,金属衰减主要由线对中两根导线因高频电阻产生的衰减和对周围金属(导线和屏蔽)反射电磁波而产生的衰减组成;介质衰减与介质的损耗角正切值、工作频率 和工作电容有关,其值近似与频率成正比;阻抗不均匀时波反射引起的附加衰减是由于阻抗不均匀造成波的反射,减小了波向前传输的量,造成终端信号的减弱,其 等效于有一附加的的“衰减”,这是造成衰减曲线在高频下出现“波纹”的主要原因。这种“波纹”可能导致个别频率点上衰减不合格。
降低衰减的主要途径是
a. 选用介电常数和tgδ都低的绝缘料。
b. 采用合理的绝缘型式,如采用泡沫实心皮或泡沫或皮-泡-皮的绝缘型式。
c. 足量的导体尺寸、减小电缆结构偏差和缺陷。
2.4 相时延和不同线对间的相时延差
相 时延是决定高频对称电缆通信距离的关键参数之一。有些通信协议对数据帧的最小长度有明确规定,如果链路的相时延过大(与电缆的相时延和链路上设备延时有 关),在冲突发生时容易造成数据帧的丢失。从传播速度 可知使用等效相对介电常数较小的绝缘结构是降低相时延的重要途径。线对间的相时延差过大会导致并行传输数据时帧的错误。减小线对间总的绞合系数差值或调整 绝缘发泡度或微调绝缘外径是解决相时延差的主要措施。
3.高频电缆设计时需要注意的问题
设计高频对称电缆时,首先要保证其电气性能和机械物理性能满足相应要求。在设计时最好采用计算机进行优化设计。尽可能采用结构简单、加工容易的方式。
电 缆产品最终是要用到具体的环境中去的,电缆被安装后也应具备良好的传输性能。这就要求电缆具有良好的抗拉、抗压及良好的适应正常使用环境能力。如室外高频 对称电缆宜采耐候护套材料并具备良好的防潮能力、高温环境下使用的高频对称电缆应采用耐高温的材料如FEP、辐照交联聚乙烯等。其次,因与接插件配套的原 因,高频对称电缆的结构尺寸还应满足与相应接插件相匹配的要求。然而,这个两个问题并未引起所有高频对称缆制造商的重视。
最后,还应重视电缆的性价比。不恰当地采用高性能的材料或加工工艺或过大的性能指标裕度均会带来过高的制造成本,降低性价比。
对称电缆制造的关键是保持电缆在宏观和微观上结构尺寸的精确和尽可能小的偏差。
续) 再配合下面的咨询就更加完美,请参考续2):
4.常见高频对称电缆结构 4.1 常见高频对称电缆结构概述 目前,常用的对称电缆结构有许多种,但其结构及材料通常为: 导体:通常采用圆形金属导线。根据使用的频率和使用的环境不同,常用的材料有: a. 裸铜导体:使用最广的一种。 b. 镀银铜线:用于频率较高的情况。由于集肤效应的缘故,其高频电阻较小,因而金属衰减也小些,其次当采用氟塑料等材料绝缘时,其镀银层还具备较强的抗腐蚀作 用,因而使用性能较好。 c. 铜包钢:由于铜包钢线的抗拉强度和挠性均较大,因此常常用于抗拉要求较高的平行线。 绝缘材料及绝缘型式: 最常用且最经济的绝缘材料是PE材料。其次,在有些使用场合还会用到氟塑料、辐照交联聚乙烯等。 绝缘型式:最常见的是实心绝缘,有时为了降低衰减和缩小电缆尺寸也用泡沫或泡沫实心皮、皮-泡-皮绝缘型式。由于化学发泡不均会加大电容不平衡和降低机 械性能(机械强度低会导致绝缘严重变形,影响SRL),同时发泡剂分解残留物易吸潮使介电常数上升而影响电缆的传输质量,故泡沫/实心皮、泡沫绝缘有逐渐 被物理发泡取代的趋势。如果采用化学发泡也宜选用品质优良的HDPE发泡料(如联碳公司HDPE发泡料,牌号DGDA3487,此料发泡度在50%以内 时,其泡孔质量与物理发泡效果相当)。由于低密度发泡料的机械强度较低,在后序工序或使用过程中容易变形,影响SRL指标,因此宜少用。
线组结构:常见的线组结构为对绞组,偶尔也会遇到星绞组。目前,还有不少的电缆采用粘连绝缘线结构,以确保S值在制造和使用过程中的波动和变化尽可能小,以提高阻抗的均匀性。图2显示了粘连线对与普通线对电缆在弯曲后S的变化情况。
图2 粘连线对与普通线对在弯曲时顶端S值的变化情况示意图
缆芯结构:为了要保证缆芯中线对间分散电容的均匀性,以提高串音衰减和回波损耗,线组构成缆芯时通常为采用规则绞合而不采用束绞。
屏蔽:根据电缆对抗外来干扰能力要求及使用要求的不同,常用的结构有单个线组屏蔽、分组屏蔽或总屏蔽几种。使用的材料常常为复合铝箔、复合铜箔、铜线、镀 锡铜线或镀银铜线编织等。在普通线对外绕包铝箔屏蔽时,会由于线组表面不平整导致屏蔽层也不是一个理想的圆柱体,导体离屏时近时远,造成SRL值不理想。 因此,在条件允许时应尽可能采用线对护套的结构,因为在线对护套外加屏蔽时,屏蔽离导体距离的波动情况大为改善,能有效地提高SRL值。
护套:根据使用环境的要求不同,常用的护套材料有PVC、LLDPE、橡胶、聚偏氟乙丙烯及其它阻燃材料。
4.2常见的高频对称电缆结构实例及其优缺点分析
以下组图为常见的高频对称电缆典型结构实例。这些结构的差异主要是因其使用场合或电缆带宽不同而引起。现分别对其进行评述:
a)图3、图4分别为常见的三、四、五类和超五类UTP和FTP电缆结构。其优点是电缆结构紧凑、加工方便,缺点是电缆安装后的传输性能可能因电缆受拉、受压而出现较大幅度降低。
b)图5为常见的带“+”字塑料骨架的的六类缆结构。其优点是电缆抗拉、抗压较强,因而具有较好的安装性能,其次,线对被“+”字塑料骨架分隔后,电缆的 串音指标也有所改善。缺点是电缆外径较大、需要加工骨架。图6为带腔形的塑料骨架的六类数据缆结构,其优缺点与前者相似,但更抗压。
图3 图4 图5 图6
c) 图7为带内护套的屏蔽星绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性较好,线组屏蔽加在护套后的线组上,导体与屏蔽间的 距离波动较小,因而具有较好的SRL值。缺点是制造工艺较复杂,线组护套后,绝缘外径、衰减、传输时延比不护套时略大
再配合下面的咨询就更加完美,请参考续3):
d) 图8为带护套的屏蔽对绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性好,线对屏蔽加在护套后的线对上,导体与屏蔽间的距离 波动较小,因而具有较好的SRL值。由于是单对线结构,不存在电缆内部串音的问题,因此对绞组还可以用平行线代替,内护套材料也可以与绝缘料不同。缺点是 制造工艺较复杂,线对护套后,绝缘外径、衰减、相时延比不护套时略大。
图7 图8
e) 图9、图10分别是为带护套的非屏蔽和屏蔽对绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性好。线对的两导体中心距波动较 小,因而具有较好的SRL值。另一方面,此充分利用了维持TEM传播的模式,故其线组间的串音也改善很多。缺点是制造工艺较复杂,线组护套后,绝缘外径、 衰减、时延比不护套时略大。
图9 图10
f) 图11、图12为特殊条件下使用的非屏蔽对绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性好,绝缘导体相互粘连,单导体无 法实现独立旋转,确保导体间距的一致性,而达到极其稳定的阻抗和线对优异的平衡性能。线对的两导体中心距波动较小,因而具有较好的SRL值。另一方面,此 充分利用了维持TEM传播的模式,故其线组间的串音也改善很多。缺点是制造工艺较复杂,线组护套后,绝缘外径、衰减和时延比不护套时略大。
g) 图13、图14为传输频率可达1GHz以上的平行粘连线结构。为了减少集肤效应影响,用镀银退火铜线作为导体。由于在1GHz频带内,如果采用对绞结构, 要想改变线对间的绞合节距使它们互不干扰很难做得到,也很难用屏蔽把每一个线对独立分隔,因为在屏蔽内很可能形成间隙。另外,由于屏蔽和信号线间的距离有 波动也会引起阻抗的波动。此外,如果这些芯线绞合不均匀,那么一根单线的长度与线对另一根线的长度就不一样,而这种差异很可能导致信号传播延迟畸变。为 此,采用了物理发泡沫绝缘的平行粘连线结构。粘连线的S值变化很小,确保了SRL值。由于每个线组都采用了箔包绕包屏蔽(因为线对无绞合,故绕包层平整, 提高了SRL值),因此,没有节距时也不会造成线组间的串音。为了保持电磁场的对称性,图13所示结构中,屏蔽连通线用了两根,尽管这会带来衰减的轻微增 加,但其它指标得到改善,因此也是值得的。
图11 图12 图13
图14
5.高频对称电缆制造技术
高频对称电缆制造的关键是保持电缆在宏观和微观上结构尺寸的精确和尽可能小的偏差。
5.1 绝缘
绝缘是高频对称电缆制造的基础,绝缘芯线的质量直接影响着能否成功生产出高频对称电缆, 因此,除了生产绞合导体高频对称缆外,为了保证绝缘线芯达到高度精密的几何尺寸和最佳质量,均毫无例外采用串联线。下面介绍绝缘工序的几个主要因素
5.1.1 严格控制导体和绝缘外径的波动
通过对阻抗公式的分析得知:导体的波动比绝缘外径的波动影响更大。因此,根据绝缘生产线的情况尽可能将导体波动控制在一个较小的范围内。对于六类以上的对 称电缆其波动应控制在±0.002~±0.003mm以内。绝缘外径应控制在±0.010~±0.015mm以内。如果是粘连线,则导体中心距波动宜控制 在3%以内。
5.1.2 严格控制导体、绝缘的不圆度
当导体和绝缘不是理想的圆柱时会造成电场畸变,影响电场的分布,从而影响电缆的许多项电气性能指标。影响导体不圆度的主要因素有成品拉丝模孔不圆、导体在 挤塑前所经过过线轮上损伤。影响绝缘不圆度的主要因素有:挤塑模盖孔不圆、挤塑温度过高,在冷却前热的塑料因重力作用下坠而造成、绝缘芯线在过线轮上擦 伤。导体最大不圆度不宜大于0.002mm。绝缘的最大不圆度不宜大于0.015mm。
5.1.3 严格控制绝缘偏心
绝缘偏心会影响对称电缆的工作电容和电感从而引起阻抗的波动。通常情况下生产六类及以上电缆时同心度应在97%以上。造成绝缘偏心的主要因素有:模芯与导 体间的间隙过大造成导线在模芯内晃动、挤塑温度过高,在冷却前热的塑料因重力作用下坠而造成、模芯和模盖同心度不够。在国外,通常采用一种特殊设计的可微 调偏的自定心机头配合在线偏心监测仪来调整同心度,其同心度可达98%以上。
5.1.4 绝缘颜色
高频对称电缆的绝缘 芯线的颜色分为单色线和带标志色(色环、色点和色条)线两类。由于绝缘料中加入色母料后,常常会因为色母料内部有矿物质,它的不均匀分布会造成相对介电常 数的不均匀,引发不同程度的反射波,同时也会增加介质损耗角正切值,故生产六类以上电缆时,最好采用表皮着色技术,并尽可能降低颜色深度,从而减少色母料 的不良影响。如果采用色环或色点作标志色时,宜在绝缘芯线未进入冷却水槽前用油墨着色,否则色环或色点易脱落。由于在高速度绝缘线上使用印色环或色点着色 的成本高、技术难度较大,因此,应尽可能采用色条方式。
串音引起的误码是影响通信距离的主要因素之一。根据串音产生的机理,减少线对间串音的方法有:
a保证绝缘单线的均匀性和对称性、尽可能降低线对间电容不平衡是提高线对抗干扰能力的基础;
b在条件允许情况下,加大线对间的距离;
c采用优化的节距设计是提高串音防卫度的有力措施;
d 采用线对屏蔽技术,但此种方法因电磁波的反射,需要适当增加绝缘外径,使用时也需要带屏蔽的接插件。
e 除此之外,保证相邻线对维持TEM波传输也可有效地减少串音[1] ,这也是高频对称电缆设计中可用的另一种理念。我们知道,传统对绞线结构的电缆中,在对绞线的中心有很强的电场,并有很大一部分泄漏于绝缘层外。如果将对 绞线用与绝缘具有相同等效相对介电常数且损耗角正切值低的材料挤一层护套(挤压式)则大部分电磁场分布在绝缘和护套内,几乎没有电力线从绝缘体散发出去 (见图1),因而从源头上减小了对相邻线对的串音。另一方面,电磁波在绝缘体周围的空气中传播速度( 比在绝缘体内的传播速度 快。电磁场的这种不均匀性会同时产生沿传播方向的电磁矢量以及垂直于传播方向的电磁能量,从而引起串音增加。围绕线对的护套愈厚,串音改善就愈明显。然 而, 由于介质损耗的原因,用这种方式来控制串音会导致衰减增加。
图1 传统的对绞线和圆形护套电缆的电磁场分布
不 过,由于护套的加入为保证电缆的特性阻抗值需要增加绝缘外径或增加绝缘的发泡度,最终电缆的衰减并不会增加多少,有时反而略低。因此,当串音得到有效控制 时,即使信号衰减增加了,但传输信号时的信噪比却增加了。为了尽可能降低衰减,采用此思路设计电缆时通常采用泡沫绝缘和护套。
2.2 特性阻抗与结构回波损耗
特性阻抗是电缆回路上任意点电压波与电流波之比,并有
(1)
式中R、L、G、C分别为对称回路的交流电阻、电感、导体间介质电导和导体间互电容;ω为信号的角频率。在高频下无屏蔽对称电缆的特性阻抗近似表示为
(2)
式中εe值与绝缘材料、绝缘类型、线对间填充介质的相对介电常数有关;S为回路两导体的中心距;d为导体直径。在实际中常用输入阻抗Zin来表述电缆的特性阻抗。其定义如下:
(3)
式中Z0为终端开路时的阻抗测量值;ZS为终端短路时的阻抗测量值。
由 于电缆结构的不均匀性,信号在传输过程中会产生波的反射,反射波在某些频率点相互迭加,当反射波幅值极大时,电缆的传输性能会在这些频率点上甚至整个频宽 范围内急剧恶化。因此,输入阻抗频率扫描曲线是一条起伏颇大的随机分布曲线。通常用结构回波损耗来描述这种波动情况。结构回波损耗SRL定义如下:
(4)
式中Zm为拟合阻抗。
由 此定义可见,SRL实质是描述Zin围绕Zm波动大小的一个指标。引起Zin 波动的原因是电缆部件存在着突发性或周期性的结构偏差或缺陷。如绝缘外径波动、导体直径波动、绞对时绝缘单线在节点处周期性压伤,绝缘发泡不均匀、绝缘偏 心时绞对过程因单线的自转造成导体中心距S呈周期性的正(余)弦函数波动等。其中周期性的结构偏差或缺陷对SRL危害最大。由于输入阻抗与制造过程中的诸 多随机缺陷有着极为直接的关系,而制造过程中这诸多的随机缺陷之间又彼此间相互关联,相互影响,错综复杂,因而难以分析输入阻抗与某个缺陷的定量关系。但 通过长期的生产实践得知,生产过程中的随机缺陷较小时造成的阻抗波动很小时, SRL曲线上只出现小的尖峰。极轻微的周期性结构不均匀造成的影响与其它缺陷造成的影响迭加一起,最终也呈现出随机性的波动,这与同轴缆的情况有所不同。 当较严重的周期性不均匀缺陷时,且相邻点间的距离等于电缆传输信号波长的一半时,在此频率点及其整数倍频率点上将出现显著的尖峰。即有以下关系
(5)
式中f为SRL出现尖峰的的最低处的频率值(MHz),T为结构波动周期长度单位 (m)。
某企业在生产六类缆时,四对线的结构回波损耗曲线总是在60MHz 120MHz和180MHz处出现SRL峰值。通过公式5计算得出T应在1.9m左右并以此查找原因,最终发现是成缆机出现了故障,造成成缆节距的周期性大幅度波动。
2.3 衰减
衰减是影响传输距离的又一重要因素。其值由以下三部分衰减组成
(6)
其 中,金属衰减主要由线对中两根导线因高频电阻产生的衰减和对周围金属(导线和屏蔽)反射电磁波而产生的衰减组成;介质衰减与介质的损耗角正切值、工作频率 和工作电容有关,其值近似与频率成正比;阻抗不均匀时波反射引起的附加衰减是由于阻抗不均匀造成波的反射,减小了波向前传输的量,造成终端信号的减弱,其 等效于有一附加的的“衰减”,这是造成衰减曲线在高频下出现“波纹”的主要原因。这种“波纹”可能导致个别频率点上衰减不合格。
降低衰减的主要途径是
a. 选用介电常数和tgδ都低的绝缘料。
b. 采用合理的绝缘型式,如采用泡沫实心皮或泡沫或皮-泡-皮的绝缘型式。
c. 足量的导体尺寸、减小电缆结构偏差和缺陷。
2.4 相时延和不同线对间的相时延差
相 时延是决定高频对称电缆通信距离的关键参数之一。有些通信协议对数据帧的最小长度有明确规定,如果链路的相时延过大(与电缆的相时延和链路上设备延时有 关),在冲突发生时容易造成数据帧的丢失。从传播速度 可知使用等效相对介电常数较小的绝缘结构是降低相时延的重要途径。线对间的相时延差过大会导致并行传输数据时帧的错误。减小线对间总的绞合系数差值或调整 绝缘发泡度或微调绝缘外径是解决相时延差的主要措施。
3.高频电缆设计时需要注意的问题
设计高频对称电缆时,首先要保证其电气性能和机械物理性能满足相应要求。在设计时最好采用计算机进行优化设计。尽可能采用结构简单、加工容易的方式。
电 缆产品最终是要用到具体的环境中去的,电缆被安装后也应具备良好的传输性能。这就要求电缆具有良好的抗拉、抗压及良好的适应正常使用环境能力。如室外高频 对称电缆宜采耐候护套材料并具备良好的防潮能力、高温环境下使用的高频对称电缆应采用耐高温的材料如FEP、辐照交联聚乙烯等。其次,因与接插件配套的原 因,高频对称电缆的结构尺寸还应满足与相应接插件相匹配的要求。然而,这个两个问题并未引起所有高频对称缆制造商的重视。
最后,还应重视电缆的性价比。不恰当地采用高性能的材料或加工工艺或过大的性能指标裕度均会带来过高的制造成本,降低性价比。
对称电缆制造的关键是保持电缆在宏观和微观上结构尺寸的精确和尽可能小的偏差。
续) 再配合下面的咨询就更加完美,请参考续2):
4.常见高频对称电缆结构 4.1 常见高频对称电缆结构概述 目前,常用的对称电缆结构有许多种,但其结构及材料通常为: 导体:通常采用圆形金属导线。根据使用的频率和使用的环境不同,常用的材料有: a. 裸铜导体:使用最广的一种。 b. 镀银铜线:用于频率较高的情况。由于集肤效应的缘故,其高频电阻较小,因而金属衰减也小些,其次当采用氟塑料等材料绝缘时,其镀银层还具备较强的抗腐蚀作 用,因而使用性能较好。 c. 铜包钢:由于铜包钢线的抗拉强度和挠性均较大,因此常常用于抗拉要求较高的平行线。 绝缘材料及绝缘型式: 最常用且最经济的绝缘材料是PE材料。其次,在有些使用场合还会用到氟塑料、辐照交联聚乙烯等。 绝缘型式:最常见的是实心绝缘,有时为了降低衰减和缩小电缆尺寸也用泡沫或泡沫实心皮、皮-泡-皮绝缘型式。由于化学发泡不均会加大电容不平衡和降低机 械性能(机械强度低会导致绝缘严重变形,影响SRL),同时发泡剂分解残留物易吸潮使介电常数上升而影响电缆的传输质量,故泡沫/实心皮、泡沫绝缘有逐渐 被物理发泡取代的趋势。如果采用化学发泡也宜选用品质优良的HDPE发泡料(如联碳公司HDPE发泡料,牌号DGDA3487,此料发泡度在50%以内 时,其泡孔质量与物理发泡效果相当)。由于低密度发泡料的机械强度较低,在后序工序或使用过程中容易变形,影响SRL指标,因此宜少用。
线组结构:常见的线组结构为对绞组,偶尔也会遇到星绞组。目前,还有不少的电缆采用粘连绝缘线结构,以确保S值在制造和使用过程中的波动和变化尽可能小,以提高阻抗的均匀性。图2显示了粘连线对与普通线对电缆在弯曲后S的变化情况。
图2 粘连线对与普通线对在弯曲时顶端S值的变化情况示意图
缆芯结构:为了要保证缆芯中线对间分散电容的均匀性,以提高串音衰减和回波损耗,线组构成缆芯时通常为采用规则绞合而不采用束绞。
屏蔽:根据电缆对抗外来干扰能力要求及使用要求的不同,常用的结构有单个线组屏蔽、分组屏蔽或总屏蔽几种。使用的材料常常为复合铝箔、复合铜箔、铜线、镀 锡铜线或镀银铜线编织等。在普通线对外绕包铝箔屏蔽时,会由于线组表面不平整导致屏蔽层也不是一个理想的圆柱体,导体离屏时近时远,造成SRL值不理想。 因此,在条件允许时应尽可能采用线对护套的结构,因为在线对护套外加屏蔽时,屏蔽离导体距离的波动情况大为改善,能有效地提高SRL值。
护套:根据使用环境的要求不同,常用的护套材料有PVC、LLDPE、橡胶、聚偏氟乙丙烯及其它阻燃材料。
4.2常见的高频对称电缆结构实例及其优缺点分析
以下组图为常见的高频对称电缆典型结构实例。这些结构的差异主要是因其使用场合或电缆带宽不同而引起。现分别对其进行评述:
a)图3、图4分别为常见的三、四、五类和超五类UTP和FTP电缆结构。其优点是电缆结构紧凑、加工方便,缺点是电缆安装后的传输性能可能因电缆受拉、受压而出现较大幅度降低。
b)图5为常见的带“+”字塑料骨架的的六类缆结构。其优点是电缆抗拉、抗压较强,因而具有较好的安装性能,其次,线对被“+”字塑料骨架分隔后,电缆的 串音指标也有所改善。缺点是电缆外径较大、需要加工骨架。图6为带腔形的塑料骨架的六类数据缆结构,其优缺点与前者相似,但更抗压。
图3 图4 图5 图6
c) 图7为带内护套的屏蔽星绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性较好,线组屏蔽加在护套后的线组上,导体与屏蔽间的 距离波动较小,因而具有较好的SRL值。缺点是制造工艺较复杂,线组护套后,绝缘外径、衰减、传输时延比不护套时略大
再配合下面的咨询就更加完美,请参考续3):
d) 图8为带护套的屏蔽对绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性好,线对屏蔽加在护套后的线对上,导体与屏蔽间的距离 波动较小,因而具有较好的SRL值。由于是单对线结构,不存在电缆内部串音的问题,因此对绞组还可以用平行线代替,内护套材料也可以与绝缘料不同。缺点是 制造工艺较复杂,线对护套后,绝缘外径、衰减、相时延比不护套时略大。
图7 图8
e) 图9、图10分别是为带护套的非屏蔽和屏蔽对绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性好。线对的两导体中心距波动较 小,因而具有较好的SRL值。另一方面,此充分利用了维持TEM传播的模式,故其线组间的串音也改善很多。缺点是制造工艺较复杂,线组护套后,绝缘外径、 衰减、时延比不护套时略大。
图9 图10
f) 图11、图12为特殊条件下使用的非屏蔽对绞组电缆。其优点是抗拉、抗压能力较强,电缆安装前后的结构稳定性和电气一致性好,绝缘导体相互粘连,单导体无 法实现独立旋转,确保导体间距的一致性,而达到极其稳定的阻抗和线对优异的平衡性能。线对的两导体中心距波动较小,因而具有较好的SRL值。另一方面,此 充分利用了维持TEM传播的模式,故其线组间的串音也改善很多。缺点是制造工艺较复杂,线组护套后,绝缘外径、衰减和时延比不护套时略大。
g) 图13、图14为传输频率可达1GHz以上的平行粘连线结构。为了减少集肤效应影响,用镀银退火铜线作为导体。由于在1GHz频带内,如果采用对绞结构, 要想改变线对间的绞合节距使它们互不干扰很难做得到,也很难用屏蔽把每一个线对独立分隔,因为在屏蔽内很可能形成间隙。另外,由于屏蔽和信号线间的距离有 波动也会引起阻抗的波动。此外,如果这些芯线绞合不均匀,那么一根单线的长度与线对另一根线的长度就不一样,而这种差异很可能导致信号传播延迟畸变。为 此,采用了物理发泡沫绝缘的平行粘连线结构。粘连线的S值变化很小,确保了SRL值。由于每个线组都采用了箔包绕包屏蔽(因为线对无绞合,故绕包层平整, 提高了SRL值),因此,没有节距时也不会造成线组间的串音。为了保持电磁场的对称性,图13所示结构中,屏蔽连通线用了两根,尽管这会带来衰减的轻微增 加,但其它指标得到改善,因此也是值得的。
图11 图12 图13
图14
5.高频对称电缆制造技术
高频对称电缆制造的关键是保持电缆在宏观和微观上结构尺寸的精确和尽可能小的偏差。
5.1 绝缘
绝缘是高频对称电缆制造的基础,绝缘芯线的质量直接影响着能否成功生产出高频对称电缆, 因此,除了生产绞合导体高频对称缆外,为了保证绝缘线芯达到高度精密的几何尺寸和最佳质量,均毫无例外采用串联线。下面介绍绝缘工序的几个主要因素
5.1.1 严格控制导体和绝缘外径的波动
通过对阻抗公式的分析得知:导体的波动比绝缘外径的波动影响更大。因此,根据绝缘生产线的情况尽可能将导体波动控制在一个较小的范围内。对于六类以上的对 称电缆其波动应控制在±0.002~±0.003mm以内。绝缘外径应控制在±0.010~±0.015mm以内。如果是粘连线,则导体中心距波动宜控制 在3%以内。
5.1.2 严格控制导体、绝缘的不圆度
当导体和绝缘不是理想的圆柱时会造成电场畸变,影响电场的分布,从而影响电缆的许多项电气性能指标。影响导体不圆度的主要因素有成品拉丝模孔不圆、导体在 挤塑前所经过过线轮上损伤。影响绝缘不圆度的主要因素有:挤塑模盖孔不圆、挤塑温度过高,在冷却前热的塑料因重力作用下坠而造成、绝缘芯线在过线轮上擦 伤。导体最大不圆度不宜大于0.002mm。绝缘的最大不圆度不宜大于0.015mm。
5.1.3 严格控制绝缘偏心
绝缘偏心会影响对称电缆的工作电容和电感从而引起阻抗的波动。通常情况下生产六类及以上电缆时同心度应在97%以上。造成绝缘偏心的主要因素有:模芯与导 体间的间隙过大造成导线在模芯内晃动、挤塑温度过高,在冷却前热的塑料因重力作用下坠而造成、模芯和模盖同心度不够。在国外,通常采用一种特殊设计的可微 调偏的自定心机头配合在线偏心监测仪来调整同心度,其同心度可达98%以上。
5.1.4 绝缘颜色
高频对称电缆的绝缘 芯线的颜色分为单色线和带标志色(色环、色点和色条)线两类。由于绝缘料中加入色母料后,常常会因为色母料内部有矿物质,它的不均匀分布会造成相对介电常 数的不均匀,引发不同程度的反射波,同时也会增加介质损耗角正切值,故生产六类以上电缆时,最好采用表皮着色技术,并尽可能降低颜色深度,从而减少色母料 的不良影响。如果采用色环或色点作标志色时,宜在绝缘芯线未进入冷却水槽前用油墨着色,否则色环或色点易脱落。由于在高速度绝缘线上使用印色环或色点着色 的成本高、技术难度较大,因此,应尽可能采用色条方式。
Andey2012 --- 2012-08-06 10:02:01
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什麽亂七八招的啊!
himportant --- 2012-08-06 15:59:19
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您说的很详细 只是不是我问的东西