CN102067244B - 改善串扰衰减的通信电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用作通信电缆的一部分的屏障带以改善串扰衰减。屏障带设有一个或多个具有不连续导电段的屏障层。一个屏障层的导电段优选地尺寸设计成且形状设计成覆在另一屏障层的导电段之间的间隙上。

Description

改善串扰衰减的通信电缆

技术领域

本发明涉及通信电缆，更具体地，涉及增强与这种电缆相关联的串扰衰减的方法和设备。

背景技术

随着网络变得更加复杂并需要更高带宽的电缆布线，电缆-电缆串扰(或“外来串扰”)的衰减对于提供鲁棒且可靠的通信系统变得越来越重要。外来串扰主要是耦合的电磁噪音，其会发生在被干扰的电缆中，由在被干扰的电缆附近经过的载有信号的电缆引起。另外地，串扰会在具体电缆内在双绞线之间发生，其会额外地降低通信系统的可靠性。

发明内容

在一些实施例中，本发明涉及使用具有导电段的多层材料作为增强外来串扰衰减的方法。在一个实施例中，本发明包括双层金属有图膜(或屏障带)，其包裹在高性能10Gb/s(千兆比特/秒)无屏蔽双绞线(UTP)电缆的线对周围。通常，本发明能够在较高或较低频率的通信电缆中使用，例如(TIA/EIA标准)类别5e，类别6，类别6A，类别7，以及甚至用于更高频率或比特率应用(例如40Gb/s和100Gb/s)的铜缆线布线。层中的导电段放置成使得一个层中的间隙基本上被相邻层的导电段覆盖。多层减小了串扰，而导电段之间的间隙减小了导电材料的电磁能放射并还减小了导电材料对辐射电磁能的敏感度。

本发明解决了UTP电缆的现有技术中的缺陷，以减小电缆-电缆串扰或其他类型的串扰。本发明的实施例可应用到除了UTP电缆以外的其他类型的电缆。

附图说明

为了便于理解本发明的目的，附图和说明书描述了其实施例，本发明、结构、构造和操作，以及很多相关优点将从其中得到更容易的理解和认识。

图1是根据本发明的包括多个通信电缆的通信系统实施例的立体图；

图2是一个图1所示通信电缆的截面图；

图3是根据本发明的并在图1和2的电缆中使用的屏障带实施例的局部平面图；

图4是沿图3中的截面4-4剖开的、图3所示屏障带的截面图；以及

图5是图1所示电缆的实施例的立体图，示出了安装在电缆内的屏障带的螺旋性质。

具体实施方式

现在参照附图，尤其参照图1，其示出了通信系统20，所述通信系统包括至少一个连接到设备24的通信电缆22。设备24在图1示出为插线面板，但是设备能够为被动设备或主动设备。被动设备的例子能够为但是不限于模块化插线面板，下压式插线面板，耦合器插线面板，墙壁插口，等等。主动设备的例子能够为但是不限于以太网交换机，路由器，服务器，物理层管理系统，以及以太网供电设备，如能够在数据中心/电信间中发现的；安全装置(摄像机和其他传感器，等等)和门禁设备；以及电话，计算机，传真机，打印机和其他外围设备，如能够在工作站区域中发现的。例如通信系统20能够进一步包括机壳，机架，电缆管理和顶置路由系统。

通信电缆22以无屏蔽双绞线(UTP)电缆的形式显示，更具体地为能够以10Gb/s操作的类别6A电缆，如图2中更具体地示出的，其将在下面更详细地描述。然而，本发明能够应用到各种通信电缆和其他类型的电缆，并且/或者在各种通信电缆和其他类型的电缆中实施。电缆22能够直接终端连接到设备24中，或者替代地，能够终端连接在各种插头25或插座模块27(例如RJ45类型)，插座模块盒，无限带宽连接器，RJ21，以及很多其他连接器类型或其组合中。此外，电缆22能够被加工为电缆的线束或捆束，并且能够额外地被加工为预先终端连接的线束。

通信电缆22能够用于各种结构的电缆布线应用，包括接插线，主干布线，和水平布线，尽管本发明不限于这种应用。通常，本发明能够用于军事，工业，电信，计算机，数据通信，以及其他电缆布线应用。

现在具体参照图2，示出了沿图1的截面线2-2剖开的电缆22的横截面。电缆22包括用十字腹板28分开的四个双绞的导电线对26的内芯23。屏障带32的包裹包围十字腹板28。屏障带32能够螺旋地绕十字腹板28缠绕。电缆22还能够包括绝缘外套33。屏障带32在图2的视图中以简要的形式示出，其仅示出了绝缘衬底42以及导电段34和38。十字腹板28包括将双绞线26相互隔开的中心“x”部分，以及从“x”部分的周边延伸的周边部分，其将双绞线26与屏障带32分开。还参照图3和4，屏障带32包括第一屏障层35(在图2中示出为内屏障层)，其包括由间隙36分开的导电段34；第二屏障层37(在图2中示出为外屏障层)，其包括由导电材料段38中的间隙40分开的导电段38；以及绝缘衬底42，其将第一导电层的导电段34和间隙36与第二导电层的导电段38和间隙40分开。第一和第二屏障层，更具体地导电段34和导电段38，在电缆内交错，使得外屏障层的间隙40与内导电层的导电段34对齐。屏障带32能够绕内绝缘层30螺旋形地或螺旋地缠绕。替代地，屏障带能够以非螺旋的方式绕绝缘层施加(例如，“香烟”或纵长型)。

绝缘外套33能够为15mil厚(然而，其他厚度也是可行的)。电缆22的总直径能够为例如约300mil；然而，其他厚度也是可行的。

图3是屏障带32的平面图，示出了绝缘衬底上的有图导电段，其中使用了不连续导电材料的两个屏障层35和37。导电段34和38沿下面衬底42的纵向和横向以一系列平面图案布置。如所讨论的，有图导电段的多屏障层的使用有利于通过有效减小电缆22与邻近电缆的联接并且通过为与其他电缆的联接提供屏障来增强外来串扰衰减。导电段34和38的不连续性质减小或消除了来自屏障层35和37的辐射。在所示实施例中，双层栅格状金属图案结合到屏障带32中，其绕示例性高性能10Gb/s的电缆的双绞线26螺旋包裹。可选择图案使得一屏障层的导电段与相邻屏障层的间隙36、40重叠。例如在图3和4中，顶部35和底部37屏障层具有导电段，该导电段以一系列15°平行四边形(带圆角)布置，其约为1071milx203mil，在水平和垂直方向上的段之间具有60mil间隙尺寸44，如图3所示。根据一个实施例，圆角设有1/16”的半径。

参照上屏障层35，任何单层导电材料的性能至少部分取决于不连续图案的间隙尺寸44和不连续段的纵向长度46，并且还能够至少在一些程度上取决于导电段的横向宽度48。通常，间隙尺寸44越小且纵长长度46越长，电缆-电缆串扰衰减越好。然而，如果纵向图案长度46太长，不连续导电材料的层能够为辐射的并且能够易于受到相关频率范围内的电磁能的影响。一种解决方案是设计纵向图案长度46使其稍微大于电缆周围内的双绞导电线对的平均对捻距，但是小于在线对上传送到最高频率信号的波长的四分之一。对捻距等于双绞线的一个完整绞绕的长度。

通信电缆中的双绞线颜色可为蓝、橙、绿和棕。在所示实施例中，四个双绞导电线对的绞绕长度(即，对捻距)为蓝对0.828cm，橙对1.204cm，绿对0.897cm且棕对1.074cm。高性能电缆(例如，10Gb/s)的典型对捻距范围从0.8cm到1.3cm。因此，导电段长度对于适于以500MHz频率使用的电缆典型地在约1.3cm到约10cm范围内。在更高或更低的频率，长度将分别变得更低或更高。

此外，对于具有500MHz频率的信号，当传播的速度为20cm/ns时，波长将为约40cm。在此波长，屏障层的导电段的长度应小于10cm(即，波长的四分之一)，以防止导电段辐射电磁能。

还希望的是，导电段的横向宽度48当它们在电缆芯中绞绕时“覆盖”双绞线。换言之，希望导电段的横向宽度48足够宽以在从电缆中心向外的径向方向上覆在双绞线上。通常，横向宽度48越宽，电缆-电缆串扰衰减越好。还希望屏障带32绕电缆芯以与电缆芯的绞绕率近似相等的比率螺旋地包裹。在所示实施例中，电缆线捻距为7.62cm。对于高性能电缆(例如，10Gb/s)，典型的电缆线捻距(即，电缆芯的绞绕率)在约6cm到约12cm的范围内。优选的是，根据本发明的屏障带以与电缆线捻距(即，一个完整包裹在约6cm到约12cm范围内)的相同比率包裹。然而，本发明不限于该包裹长度范围，可使用更长或更短的包裹长度。

不连续导电段的屏障带的高性能应用是使用一个或多个导电屏障层以增加电缆-电缆串扰衰减。对于多层屏障，屏障层由衬底分开使得各层不直接相互电接触。尽管示出了两个屏障层35和37，本发明能够包括单个屏障层，或三个或更多个屏障层。

图4更详细地示出了沿图3中的截面4-4剖开的屏障带32的截面图，其采用有两个屏障层35和37。每个屏障层包括衬底50以及导电段34或38。例如，衬底50是绝缘材料并能够为约0.75mil厚。导电段的层包含具有约0.35mil厚度的铝的平面图形，例如带圆角的平行四边形。根据本发明的其他实施例，导电段可由不同形状制成，例如规则或不规则多边形，其他不规则形状，曲线闭合形状，由导电材料裂缝形成的独立区，和/或以上的组合。本发明能够在多列导电段中结合不同形状。其他导电材料，例如铜，金，或镍可用于导电段。其他导电段厚度范围可从约0.3mil到约1.5mil。半导体材料也可用于这些区域。绝缘衬底50材料的例子包括聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和其他材料。

导电段34和38经由喷胶层52附接到共用绝缘衬底42。例如，喷胶层52能够为0.5mil厚且绝缘衬底的共用层42能够为1.5mil厚。给定层的示出的示例厚度，图4的屏障带32的总厚度为约4.7mil。应理解的是，对于不同层可采用不同材料厚度。根据一些实施例，希望保持导电段34和38的两层之间的距离较小，以此来减小这些层之间的电容。

图5是电缆22的实施例的部分立体图和局部分解图，示出了安装在电缆22内的屏障带32的螺旋性质。图5示出了屏障带32如何在电缆22的十字腹板28和外套33之间螺旋缠绕。替代地，屏障带能够以非螺旋方式绕十字腹板28施加(例如，香烟或纵长型)。希望屏障带32的螺旋包裹具有约等于电缆22的芯捻距的包裹率(即，电缆的双绞线26绕彼此包裹的比率，等于十字腹板28包裹率)。然而，在一些实施例中，屏障带32的螺旋包裹可具有大于或小于电缆22的芯捻距的包裹率。

本发明的一个设计考虑事项相对于每个双绞线的有效绞绕率(将绞绕距与电缆距结合)构造了屏障带结构(例如导电段尺寸，形状，间隔，数量，列的数量和方向)，从而提供增强的电缆-电缆耦合衰减。如果屏障带结构和有效绞绕率之间的关系不正确，则关于每个双绞线的有效绞绕率的屏障带的重复图案的间距会在通道的工作频谱的各个段产生到相邻电缆(一个或多个)的强健耦合机构，这是不希望的。根据本发明，图1-5所示的实施例是一个组合，其提供了直到500MHz的有效ANEXT和AFEXT衰减。本发明还提高了屏障带中的高纵向阻抗，其与已知UTP电缆性能相比减小或消除了EMI敏感度。

根据本发明的屏障带能够绕电缆内的个体双绞线螺旋地或以其他方式包裹，从而改善双绞线之间的串扰衰减。此外，根据本发明的屏障层可结合到电缆内的不同结构，包括绝缘层、绝缘外套或双绞线分隔结构。

从上面描述能够看到提供了电缆的改善性能的特征以增加电缆-电缆串扰衰减。尽管示出并描述了本发明的具体实施例，对于本领域技术人员将明显的是可在不脱离本发明广泛方面的情况下做出改变和修改。因此，该目的是覆盖落入本发明真实精神和范围内的所有这种改变和修改。前面描述和附图中所述的主题仅通过示出的方法提供，并不作为限制。

Claims (17)

1.一种屏障带，用于包裹通信电缆中的导体双绞线的芯，由此使外来串扰衰减，所述屏障带包括：

绝缘衬底；

具有由间隙分开的导电段的第一屏障层；以及

具有由间隙分开的导电段的第二屏障层；

其中，所述第一屏障层和第二屏障层的导电段为平行四边形，

其中，所述导电段沿所述绝缘衬底的纵向和横向以一系列平面图案布置，在水平和垂直方向上的导电段之间具有间隙，

其中，所述第一屏障层和第二屏障层的所述导电段在图案上相互交迭，使得两层中一层的间隙基本上被两层中另一层的导电段覆盖。

2.如权利要求1所述的屏障带，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有15度的斜度。

3.如权利要求1所述的屏障带，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有圆角。

4.如权利要求1所述的屏障带，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有从1.3cm到10cm的长度。

5.如权利要求1所述的屏障带，其特征在于，所述平行四边形的导电段由选自以下的材料制成：铝，铜，金和镍。

6.如权利要求1所述的屏障带，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有0.35mil的厚度。

7.如权利要求1所述的屏障带，其特征在于，所述导电段由胶层附接到所述绝缘衬底。

8.如权利要求7所述的屏障带，其特征在于，所述胶层为0.5mil厚。

9.一种电缆，包括：

多个导体双绞线，所述导体双绞线包括电缆芯；以及

屏障带，所述屏障带基本上包围所述电缆芯，所述屏障带包括：

绝缘衬底；

具有由间隙分开的导电段的第一屏障层；以及

具有由间隙分开的导电段的第二屏障层；

其中，所述第一屏障层和第二屏障层的导电段为平行四边形，

其中，所述导电段沿所述绝缘衬底的纵向和横向以一系列平面图案布置，在水平和垂直方向上的导电段之间具有间隙，

其中，所述第一屏障层和第二屏障层的所述导电段在图案上相互交迭，使得两层中一层的间隙基本上被两层中另一层的导电段覆盖。

10.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，还包括十字腹板，所述十字腹板将所述双绞线相互分开。

11.如权利要求10所述的电缆，其特征在于，所述十字腹板包括将所述双绞线相互分开的中心部分，以及将所述双绞线与所述屏障带分开的周边部分。

12.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述屏障带绕所述电缆芯螺旋包裹。

13.如权利要求12所述的电缆，其特征在于，所述电缆芯在所述电缆内以双绞电缆线捻距绞绕，并且其中所述屏障带绕所述电缆芯以与所述电缆线捻距相等的屏障包裹长度螺旋包裹。

14.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有15度的斜度。

15.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有圆角。

16.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述平行四边形的导电段具有从1.3cm到10cm的长度。

17.如权利要求9所述的电缆，其特征在于，所述平行四边形的导电段由选自以下的材料制成：铝，铜，金和镍。

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