CN101299357B - 改进的非屏蔽双绞线电缆 - Google Patents

Abstract

一种用于减少串音的改进的非屏蔽双绞线电缆，所述电缆包括：多个非屏蔽双绞线，每个非屏蔽双绞线具有不同的绞距长度；以及围绕所述多个非屏蔽双绞线的护套，其中将所述多个非屏蔽双绞线中具有最长绞距长度的非屏蔽双绞线基本上沿所述电缆的中心纵轴方向定位在所述护套的中心。所述电缆可以减少邻近电缆的线对之间的异线串音，并且还可以同时减小电缆的总外径和在电缆本身内的线对之间发生串音的几率。

Description

改进的非屏蔽双绞线电缆

技术领域

本发明涉及铜线电缆。本发明尤其涉及改进的非屏蔽双绞线(UTP，unshielded twisted pair)电缆。 

背景技术

在铜线通讯电缆领域中，铜线被成对设置。虽然单对可以单独使用，但通常是将铜线对在单个外护套中捆扎成多个线对。虽然在单个护套中可以容纳任意数量的线对，但特别常见的设置是在一个护套内包含4个线对。 

非屏蔽铜线电缆(仅包括绝缘铜线的双绞线而没有任何金属屏蔽)中的常见问题是串音(crosstalk)，其一般是指在沿相邻或接近的两个不同铜线对传播的信号之间发生的通讯信号干涉。为了解决该问题，以特定比率使铜线彼此扭转绞合，形成双绞线，以减少线对之间的串音。铜线对的扭绞减少了第一线对与第二线对平行延伸的情况，由此减少了线对之间的串音。线对的扭绞比率(rate of twisting)产生特定的绞距长度(lay length)，其是指纵向长度，沿该纵向长度产生铜线的一个完全扭绞。 

现有技术中，一个护套内具有四个双绞线的设置方式通常使用四种不同的绞距长度，一种对应四个双绞线中的一个。扭绞比率的变化使线对中的线彼此平行延伸的机率减小，引起串音的减少。例如，在紧凑的正方形/矩形中设置的典型的四线对电缆中，有六种不同的需要解决的串音组合，如图1中的现有技术所示(标注为C1-C6)。 

熟知的是，多线对电缆中特定线对的绞距长度越短，越多的串音被减少。然而，绞距长度越短，显然单位长度电缆用的线越多，因此存在对任意给定铜线双绞线的绞距长度可短到何种程度的限制。因此，理想的是在满足预期串音阈值的情况下使绞距长度尽可能长。 

除了在同一电缆内的线对之间发生的串音之外，在邻近电缆中的双绞线之间还发生其它类型的干涉，称为异线(ALIEN)串音。尽管因为可严格控制最接近线对的绞距长度使得控制护套中的串音较为容易，但是由于电缆的外部环境(邻近电缆数量、从电缆到电缆具有完全相同的扭绞比率、邻近电缆之间的距离、邻近电缆中较长的线对绞距长度、邻近电缆中双绞线的未知绞距长度等)难以预知，因此异线串音更难以预测和减轻。

现有技术中用于防止这种异线串音的方法是给电缆护套提供屏蔽。然而，由于该屏蔽给电缆增加了高额成本、安装时间及重量，所以并不总是可行的。另一种异线串音的防护方式是通过在电缆内的线对的周围放置螺旋线(helical filament)使线对和护套内径之间产生间隙。该间隙在第一电缆的线对与邻近电缆的线对之间产生较大的物理距离，但是该螺旋线增加了制备工艺的复杂性，而且还导致电缆直径(应用于典型的四个双绞线电缆时为0.350”)显著增大。 

因此，邻近电缆中双绞线之间的异线串音问题仍然存在，且现有技术的解决方案被证明还无法应对更小的电缆直径。 

发明内容

本发明克服了现有技术存在的缺点，并且提供一种用于减少邻近电缆的线对之间的异线串音的电缆设计，不需要复杂、沉重或昂贵的屏蔽或螺旋线，并且还同时减小电缆的总外径和在电缆本身内的线对之间发生串音的机率。 

为实现该目的，本发明关注用于减少串音的电缆。该电缆包括多个非屏蔽双绞线，每个非屏蔽双绞线是绝缘的绕彼此扭绞的导体对，每个非屏蔽双绞线具有不同的绞距长度。护套包围该多个非屏蔽双绞线，其中该多个非屏蔽双绞线中具有最长绞距长度的非屏蔽双绞线定位在护套的中心，从而具有最长绞距长度的所述非屏蔽双绞线的轴线与所述电缆的中心纵轴方向基本重合。 

附图说明

通过下面的描述和附图可以最佳地理解本发明，其中： 

图1是四个双绞线电缆的现有技术图，示出六种串音组合； 

图2是根据本发明的一个实施例的四个双绞线电缆的横截面； 

图3是根据本发明的另一个实施例的四个双绞线电缆的横截面；以及 

图4是根据本发明的另一个实施例的四个双绞线电缆的横截面。 

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，如图2所示，提供了在挤压外护套14内具有四个非屏蔽铜线双绞线12a-12d的电缆10。 

出于示出本发明显著特征的目的，示出的电缆10具有四个双绞线12。然而，本发明不限于该方面。如果需要，也可以将本发明应用于具有更大或更小数量的双绞线12的电缆。 

这里将双绞线12a-12d描述为铜线，但如果需要，可以用任何所需的导电金属替代。另外，基于预期费用和火灾安全标准，用典型聚合物包覆层，诸如PE(聚乙烯)或FEP(聚全氟乙丙烯)或其它绝缘体包覆线对12中的铜。护套14还可以是由PVC(聚氯乙烯)或FRPVC(耐火PVC)或其它这样的聚合物合成物所制成的挤压聚合物。 

与标准四线对电缆一样，每个双绞线12a-12d具有导致不同绞距长度的不同旋转扭绞比率。在本图例中，假定双绞线12a具有最短的绞距长度而线对12d具有最长的绞距长度。例如，典型的电缆10可能采用在0.3”到0.55”范围(0.3”、0.325”、0.35”和0.55”)内的绞距长度。明显地，线对12的这些绞距长度仅是示例性的，本发明可以等效地应用于任何所需的绞距长度，其取决于所需的串音容限和所需的机械(重量等)规格。 

如图2所示，将线对12a-12d设置在三辐条轮状排列中，具有最长绞距长度的线对12d基本上沿电缆10的中心纵轴设置在中心。将具有较短绞距长度的三个线对12a-12c彼此分隔地放置，向外朝向护套14的内径。理想地，基本上以120°的间隔放置线对12a-12c。 

在本发明的一个实施例中，将缓冲器元件16围绕中心线对12d且分别在线对12a、12b和12c之间放置。缓冲器元件16通常是以固态、泡沫或中空结构形成的聚合物，然而，可以使用替代材料和结构。有利地，缓冲器16具有与双绞线12的直径基本相等的尺寸，并用于保持沿电缆10长度的规则几何形状，如图2所示。如果必要，可以通过改变缓冲器16的形状、尺寸和/或成分给缓冲器16增加额外功能，诸如抗拉强度、抗压强度等。 

需要指出的是图2示出了在护套14内的双绞线12和缓冲器元件16的横截面。然而，应该理解的是，这些元件是按照典型的方式被拧在护套14内，以使它们呈现出用于解决诸如电缆缠卷和开卷/安装等机械问题的螺旋或SZ(周期性换向螺旋)的几何形状。另外，在护套14下的芯部周围，粘结条带可选地，例如通过挤出，应用到线对12上，以使线对12保持其正确的 几何形状。 

这种布置在解决由异线串音引起的问题方面，较之于现有技术设置提供了明显的优势。如以上在背景技术中指出的，具有最长绞距长度的双绞线12d面临关于异线串音的问题最多。本发明的设置通过将具有最长绞距长度的双绞线12d放置在电缆10中心，提供了增长的距邻近电缆中双绞线的距离，而不需要额外的间隙或屏蔽。 

除了减少异线串音的优点，该设置还在控制电缆10本身内的串音方面具有优于现有技术的优点。如在背景中指出的和图1中的现有技术所示，由于全部四个线对是彼此接近或直接接触的，所以典型的四个双绞线电缆需要解决六种不同的串音组合(C1-C6)。然而，在本发明中，由于双绞线12d的中心定位和其它线对12间的120°分隔，双绞线12a-12c彼此分隔，将串音组合减少到三种，即12a-12d、12b-12d和12c-12d。这允许为较短的三种绞距长度的线对12a-12c提供有多种绞距长度选择的生产，并且能够允许更轻、更便宜和更长的绞距长度(虽然不长于12d)。 

根据本发明的设置，发现了在内部串音方面优于现有技术的改进。例如，现有技术中具有相应绞距长度(P1 0.3”、P2 0.45”、P3 0.35”、P4 0.4”)的四线对电缆中，在1-2、2-3和2-4之间测量的串音为52.5-18Log(f/100)dB，在1-3、1-4和3-4之间的为49.5-18Log(f/100)dB，其中f＝频率。 

另一方面，图2所示的本发明的设置，其中P1(12a)0.3”、P3(12b)0.325”、P4(12c)0.35”及P2(12d)0.55”，在线对1-2、2-3和2-4之间的串音达到了63.5-18Log(f/100)dB，改进了21％；在线对1-3、1-4和3-4之间的串音达到了58.5-18Log(f/100)dB，改进了18％。另外，需要指出的是，在更接近的扭绞比率/绞距长度和将最长绞距长度P2设置在中心的情况下，实现了内部串音的减少，同时也减少了异线串音。 

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，可以按照不同的方式形成护套114，具有设置在护套114内部圆周附近的交替凹槽20和脊22。这些脊22设置成用以进一步拉大线对12a-12d与护套114的外部圆周的距离，进一步减小与位于邻近电缆中的线对的异线串音的机率。另外，这种布置减小了线对12a-12c与护套114内径的接触表面，更有利于减少线对12内信号中由聚合物护套114引起的任何插入损耗(insertion loss)。这种设置使电缆10即使在具有附加的凹槽20和脊22的情况下，也保持了比基本上为(0.29”-0.32”)的现有技术小的总外径。与每100米具有4到6纳秒的传播延迟 (propagation delay)、总计大约降低1％的相似设置的无脊电缆相比，根据这种设置，插入损耗显著降低2-3％。 

如图4所示的本发明另一个实施例中，替代设置的电缆10形成有具有护套14和四个双绞线12a-12d。但是，不使用用于保持线对12a-12c之间的间隔的三个缓冲器元件16，可以想到将位于电缆10中心的线对12d包裹在具有三个分隔部31a-31c的附加聚合物护套30内。聚合物护套30在线对12a-12c中的每个线对和线对12d之间放置附加屏障，同时分隔部31a-31c保持线对12a-12c之间的间隔，附加屏障和分隔部31a-31c有助于减少线对12之间的内部串音，并且允许电缆10将具有最长绞距长度的线对12d定位在中心。 

有利地，聚合物护套30形成为具有分支31a-31c的单一部件，或者可替代地，分支31a-31c被单独形成，然后将它们附着或装入护套30内。虽然以直分支的形式示出分支31a-31c，但是可以想到它们可以是用于保持电缆10的预期重量和几何形状所需的任何可用形状和设计(固态/中空的、四方/椭圆/梯形的)。 

在本发明的另一个实施例中，护套30可选择地以金属或金属化铠装(sheath)材料形成以减少串音。同样，为了在外围线对12a-12c之间减少串音，分隔部31a-31c由金属制成或将它们金属化。另外，为了进一步减少电缆10内的串音，可以在线对12a-12d的周围包裹箔片。 

虽然这里仅示出和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员可做出多种修改、替代、改变或利用等效特征。因此，可以理解，本申请的意图是覆盖在本发明实质精神范围内的全部这种修改和改变。 

Claims (12)

1.一种用于减少串音的电缆，所述电缆包括：

多个非屏蔽双绞线，每个非屏蔽双绞线是绝缘的绕彼此扭绞的导体对，每个所述非屏蔽双绞线具有不同的绞距长度；以及

围绕所述多个非屏蔽双绞线的护套，其中将所述多个非屏蔽双绞线中具有最长绞距长度的非屏蔽双绞线定位在所述护套的中心，从而具有最长绞距长度的所述非屏蔽双绞线的轴线与所述电缆的中心纵轴方向基本重合。

2.如权利要求1所述的电缆，其中所述各非屏蔽双绞线是铜线双绞线。

3.如权利要求2所述的电缆，其中将所述双绞线包裹在箔片中。

4.如权利要求1所述的电缆，其中所述电缆具有四个非屏蔽双绞线，每个所述非屏蔽双绞线具有不同的绞距长度，具有所述四个非屏蔽双绞线的最长绞距长度的是所述定位在中心的非屏蔽双绞线。

5.如权利要求4所述的电缆，其中将三个非最长绞距长度的非屏蔽双绞线沿所述护套的内径远离所述电缆的中心放置，并基本上彼此间隔120度放置。

6.如权利要求5所述的电缆，其中所述电缆还包括放置在所述非最长绞距长度的非屏蔽双绞线之间的三个缓冲器元件。

7.如权利要求5所述的电缆，其中所述具有最长绞距长度且定位在中心的非屏蔽双绞线具有附加护套。

8.如权利要求7所述的电缆，其中所述具有最长绞距长度且定位在中心的非屏蔽双绞线被屏蔽。

9.如权利要求7所述的电缆，其中围绕具有最长绞距长度且定位在中心的所述非屏蔽双绞线的所述附加护套还包括三个径向延伸的分支。

10.如权利要求9所述的电缆，其中将所述径向延伸分支中的每一个分支放置在所述三个非最长绞距长度的非屏蔽双绞线中的两个之间。

11.如权利要求10所述的电缆，其中所述护套具有交替的凹槽和脊。

12.如权利要求1所述的电缆，其中所述护套具有交替的凹槽和脊。

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