CN102160127A - 用于同轴电缆的热质量补偿绝缘泡沫支承结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于同轴电缆的热质量补偿的泡沫支承结构，例如内导体和/或内导体支承结构。泡沫支承结构设置有粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层以增大支承结构的热质量以足以允许泡沫围绕粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层，而不会在泡沫绝缘体固化时在泡沫绝缘体中形成不可接受的大的空穴。

Description

用于同轴电缆的热质量补偿绝缘泡沫支承结构及其制造方法
技术领域
背景技术
以前在通过绝缘泡沫涂覆具有低热质量(thermal mass)的支承结构例如同轴电缆的细金属丝内导体或者塑料杆内导体支承物上的努力受制于在施加的绝缘泡沫中紧邻支承结构处产生不可接受的大量的纵向空穴。
现有技术的同轴电缆在细金属丝内导体10周围具有空穴5，例如如图1所示，它难以准备用于互连，因为内导体的确切的位置是可变的。再者，与其中内导体10完全地由泡沫绝缘体15支承的电缆相比，在互连过程中在内导体10上的任何压力会导致其弯曲并坍缩到空穴5中，远离电缆末端。
Moe等人的2004年10月5日授权的名称为“Coaxial Cable and Method ofMaking Same”的共同拥有的美国专利No.6,800,809，其在此被全文引入作为参考，公开一种同轴电缆结构，其中内导体通过围绕圆柱形填料和支承结构施加金属条而形成，所述支承结构包括圆柱形塑料杆支承结构，具有围绕它的泡沫绝缘层。与利用实心金属内导体的同轴电缆相比，所形成的内导体结构显著节省材料成本以及重量。
同轴电缆行业内的竞争已经使得注意力集中在降低材料和制造成本、电气特性一致性、减少缺陷以及总体改善制造质量控制。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种同轴电缆及其制造方法，其克服现有技术中的这些不足之处。
附图说明
附图，其结合在说明书中并作为该说明书的一部分，示出本发明的实施例，并且与上面给出的对本发明的总体描述以及下面给出的对附图的详细描述一起，用以解释本发明的原理。
图1是示出现有技术的细中心导体同轴电缆的示意性端视图。
图2是示出根据本发明的细中心导体同轴电缆的示意性端视图。
图3是示意性的制造过程的图形。
图4是图3的淬火区域50的特写图。
图5是示出利用塑料杆的现有技术的支承结构的示意性端视图。
图6是示出根据本发明的支承结构的示意性端视图。
图7是示出结合图6的支承结构的内导体结构的示意性端视图。
图8是示出根据本发明的具有低热质量内导体结构的示例性同轴电缆的端视图。
图9是示出根据本发明的具有低热质量内导体结构的替代示例性同轴电缆的示意图。
具体实施方式
包括围绕具有低热质量的内导体或者其它的支承结构施加的绝缘泡沫的同轴电缆的连续生产制造在先前要么包括在绝缘泡沫中紧邻内部结构处产生不可接受的大量的纵向空穴，要么必须进行设计变化例如增大尺寸以及因此增大支承元件的热质量。本发明人已经认识到产生这些空穴的原因。
高阻抗电缆的泡沫绝缘体区域将大于其它类似的低阻抗电缆。在泡沫绝缘膨胀步骤中，泡沫绝缘体依赖于内导体的热质量来帮助向着电缆的中心而非仅仅向着在外部周围流动的冷却淬火(cooling quench)固化绝缘泡沫。即使传统的未膨胀的塑料的薄的粘合剂涂层存在于内导体周围，如果存在不足的内导体热质量来接收来自绝缘泡沫的热传递，也就是，当它膨胀时冷却泡沫绝缘体的芯，泡沫绝缘体将从内导体脱出，从而在内导体周围产生空穴。类似地，US 6,800,809的内导体支承结构具有过大尺寸的直径以提供足够的热质量来获得均一的泡沫介质层，而没有不可接受的大的空穴。
本发明人的研究已经验证，围绕泡沫绝缘支承结构施加粘合剂树脂的厚的外层例如固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物可以增加热质量并在进一步的制造步骤过程中改善组合的支承结构和绝缘泡沫组合机械特征。涂覆的支承结构的改善的机械特征和增大的热质量导致细金属丝内导体同轴电缆在特征阻抗的一致性以及使用容易性方面的明显改善。
如图2所示，本发明的第一示例性实施例具有由例如聚烯烃粘合剂树脂涂层或者其它固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20围绕的细金属丝内导体10，其具有内导体10直径的至少30％的厚度。如图2所示的第一示例性实施例的内导体10具有0.02英寸直径的内导体10。因此，根据本发明的固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20应该至少0.06英寸厚。在这个实施例中，在固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20施加到内导体10后，产生的涂覆的内导体25将具有至少0.32英寸总外径。
固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20由泡沫绝缘体15围绕，泡沫绝缘体15由外导体30围绕。在示例性实施例中，泡沫绝缘体15和固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20是聚烯烃树脂，聚烯烃树脂被选择以具有相容分子属性。固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20还可选择以提供对内导体10适当的粘结以及可接受的信号损失特征。
第一实施例的细金属丝内导体10可以具有用于改善抗拉强度的钢芯。铜或者其它的高导电性金属电镀可施加到钢芯以防止其腐蚀并改善导电性。还可施加锡外层以简化与内导体的焊接连接。
外导体30可以根据需要是有或者没有皱褶的实心(solid)铝或者铜材料。或者，也可施加箔和/或编织外导体30。如果期望，可增加塑料的外保护鞘。
在根据本实施例的连续制造工艺过程中，如图3所示，细金属丝内导体10被送到第一挤压器35，第一挤压器35围绕内导体10施加固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20到内导体10直径的至少30％的厚度。通过冷却管40或者其它的冷却机构冷却导体10并且围绕的热的固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20(涂覆的内导体25)。在由足够的可用的加工空间的场合，冷却机构可形成为通过露天的延伸的传送路径。
第二挤压器45施加泡沫绝缘体树脂层到膨胀的涂覆内导体25，以在退出第二挤压器45时形成泡沫绝缘体15。膨胀借助通过淬火区域50进行控制，如图4所示，直到泡沫绝缘体15抵达它的期望的膨胀度。因为由固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20涂覆的内导体10具有比先前的高阻抗细金属丝内导体同轴电缆明显更高的热质量，内导体10和固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20能随着它膨胀从热泡沫绝缘体15抽出热量。因此，涂覆的内导体25和泡沫绝缘体15之间的大于绝缘泡沫的单元(cell)尺寸的空穴5的形成得以最小化和/或基本消除。
泡沫绝缘体15涂覆的内导体25可固化期望的时间段或者直接传送到外导体30施加工艺(未示出)。期望的外导体30可例如通过围绕泡沫绝缘体15与内导体10同轴地缝焊实心金属外导体30而进行施加。用于施加外导体30到泡沫绝缘体15涂覆的内导体25的方法在现有技术中是熟知的，因此在此不进一步的详细描述。
为了最小化材料要求，固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20厚度以及因此的塑料杆55和固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20组合的热质量可被调节直到呈现可接受的热质量以产生期望的泡沫绝缘体15施加参数以及因此的最终的同轴电缆特征。
关于根据US 6,800,809的内导体支承结构，为了避免不可接受的空穴和/或在塑料杆55和泡沫绝缘体15层之间的位置偏移，塑料杆55先前已经施加为具有增大的直径，例如如图5所示。因为每单位横截面积的塑料杆55的材料成本比用于粘接剂60和/或泡沫绝缘体15聚合物层的材料成本高很多，因为塑料杆55的直径增大，形成的内导体支承结构的材料成本同样明显增大。
尽管塑料杆55可以具有比在此及上面描述的细金属丝内导体10更大的直径，塑性材料通常具有比金属更低的每横截面积热质量。因此，本发明人同样已经观察到围绕泡沫绝缘体15的空穴产生和/或具有明显更大直径的塑料杆55的位置偏移问题。对于细金属丝内导体10，施加固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20到塑料杆55增大塑料杆55的热质量，从而使得能够应用明显更小的塑料杆55直径，例如如图6和7所示，而没有遭遇不可接受的低热质量泡沫绝缘体15施加空穴缺陷。
为了改善塑料杆55和固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20之间的粘着，可以施加中间粘合剂层60。类似地，中间粘合剂层60可以施加在固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20和泡沫绝缘体15之间。
在塑料杆55支承结构52实施例中，内导体10通过用金属65围绕和/或以其他方式金属化整个塑料杆支承结构的外径而进一步形成，该金属例如通过缝焊施加在泡沫绝缘体15外径周围的金属条而进行施加，这在现有技术中是熟知的。
用于同轴电缆的内导体10的直径通常根据期望的同轴电缆结构和阻抗特征进行选择。在包括传统的塑料杆内导体支承结构的最大直径的共同制造的同轴电缆中，例如通过US 6,800,809公开的，塑料杆会被要求大到3.5毫米的直径。根据本发明，塑料杆55的直径可显著减小。例如，通过施加具有所选择的塑料杆55直径的大致30％的厚度的固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20，3.5毫米塑料杆55可由具有1.0毫米或更小的直径的塑料杆55替换。
因为塑料杆55的直径减小，塑料杆材料的拉伸强度限制会变得显著。高拉伸强度塑料杆55的例子包括凯夫拉尔(Kevlar)纤维和/或玻璃增强塑料。在塑料杆55设置在具有适当的拉伸强度特征的高强度聚合物材料中的场合，塑料杆55直径可进一步减小并且固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层厚度增大，例如增加到塑料杆55直径的50％或更大。
用于制造内导体支承结构52的方法类似于在此及上面的用于制备涂有固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20的细金属丝内导体10的步骤，其中用塑料杆55替代细金属丝内导体10并相应地调节各层厚度以产生内导体10结构，该内导体10结构然后作为输入施加到传统的生产过程中以产生最终的同轴电缆。在生产内导体10结构中的额外步骤可包括如果需要的话，用额外的中间粘合剂层60对塑料杆55和/或固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20外径进行中间涂覆。
本发明已经关于用于内导体示例性实施例的细金属丝内导体10和塑料杆55支承结构52进行了演示。本领域技术人员应当认识到，在此的电缆设计和制造过程可适用于具有对应期望的特征阻抗和大到0.1英寸导体直径的实心内导体的泡沫绝缘体厚度的同轴电缆。对于具有更厚的固态金属内导体的同轴电缆，未涂覆的内导体10的热质量应当足以避免在泡沫绝缘体15的固化过程中出现的在此描述的空穴5，只要内导体10不在过高温度下传送到第二挤压器45用于泡沫绝缘体15涂覆。
本领域技术人员应当认识到，本发明同样适用于其它的具有低热质量的其他同轴电缆内导体10结构，如具有例如如图8和9所示的金属65外径的塑料杆55或者管70。在这种情形中，内导体10的直径并不是固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20厚度的限制。相反地，固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物层20可以以一定厚度施加，该厚度被选择以在绝缘泡沫15施加过程中实现期望的热质量从而实现空穴最小化效果，如在此及上所述的。
塑料杆55的金属65外径可以通过金属化塑料杆55而进行施加，例如，通过缝焊围绕塑料杆55弯折的金属条、涂覆、沉积和/或电镀操作。或者，金属化可以经由在塑料杆55或管70的外径上施加金属箔。
尽管制造工艺在此描述为连续工艺，但是该工艺可以分为数个单独的部分，在馈送下一部分之前从存储的每个部分逐步地进行工作，这并不脱离本发明所主张的范围。
部件列表
  5   空穴
  10   内导体
  15   泡沫绝缘体
  20   固态或高密度泡沫聚合物或混合物层
  25   涂覆的内导体
  30   外导体
  35   第一挤压器
  40   冷却管
  45   第二挤压器
  50   淬火区域
  52   支承结构
  55   塑料杆
  60   粘合剂层
  65   金属
  70   管
在前面的描述中已经涉及到比率、整数或者具有已知的等同物的部件的地方，这样的等同物在此被引入，如同其单独被提出一样。
尽管已经通过对其实施例的描述而示出本发明，并且尽管这些实施例已经描述得相当的详细，但是，本申请人并不意在限制或者以任何方式限制所述权利要求的范围到这样的细节。其它的优点和修改对于本领域技术人员来说将容易地显现。因此，本发明在其更宽的方面并不限于特定细节、代表性的设备、方法以及示出和描述的示例性的例子。相应地，可以从这些细节进行一定的偏离，而不脱离本申请人的总体发明构思的精神或者范围。进一步地，应当认识到，可以对本发明进行改进和/或修改，其并不偏离本发明的权利要求所限定的范围或精神。

Claims (19)

1.一种同轴电缆，包括：
内导体；
围绕所述内导体的粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物，其具有所述内导体的直径的至少30％的厚度；
围绕所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物的泡沫绝缘体；和
围绕所述泡沫绝缘体的外导体。
2.如权利要求1所述的同轴电缆，其中，所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物尺寸确定成将所述粘接高密度聚合物涂覆内导体的热质量增大到这样的程度，即：随着所述泡沫绝缘体固化，固化所述泡沫绝缘体而不会形成基本上大于所述泡沫绝缘体的单元尺寸的空穴。
3.如权利要求1所述的同轴电缆，其中，所述内导体是金属化的塑料杆。
4.如权利要求1所述的同轴电缆，其中，所述内导体是金属化的塑料管。
5.一种用于同轴电缆的内导体支承结构，包括：
塑料杆；
围绕所述塑料杆的粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物，其具有所述塑料杆直径的至少30％的厚度；和
围绕所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物的泡沫绝缘体。
6.如权利要求5所述的内导体支承结构，其中，所述塑料杆是玻璃增强塑料杆。
7.如权利要求5所述的内导体支承结构，进一步包括在所述塑料杆和所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物之间的粘合剂涂层。
8.如权利要求5所述的内导体支承结构，进一步包括在所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物和所述绝缘泡沫之间的粘合剂涂层。
9.如权利要求5所述的内导体支承结构，进一步包括围绕所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物的金属层。
10.一种用于制造同轴电缆的方法，包括步骤：
用粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物涂覆内导体；
围绕所述内导体的粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物具有所述内导体直径的至少30％的厚度；
通过泡沫绝缘体围绕所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物；以及
通过外导体围绕所述泡沫绝缘体。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述内导体通过穿过第一挤压器而涂覆有粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物通过穿过第二挤压器而被泡沫绝缘体围绕。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述泡沫绝缘体和所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物是聚烯烃。
14.如权利要求10所述的方法，其中，粘合剂涂层在施加所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物之前施加到所述内导体。
15.如权利要求10所述的方法，其中，粘合剂涂层在施加所述泡沫绝缘体之前施加到所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物。
16.如权利要求10所述的方法，其中，当涂覆有所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物时所述内导体的热质量足够大以允许泡沫绝缘体来围绕粘合剂树脂而不会在泡沫绝缘体固化时形成基本上大于泡沫绝缘体的单元大小的空穴。
17.一种同轴电缆，包括：
内导体；
围绕所述内导体的粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物；
围绕所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物的泡沫绝缘体；和
围绕所述泡沫绝缘体的外导体；
所述粘合剂固态或者高密度泡沫聚合物或者混合物具有一定厚度，该厚度的尺寸确定成增大粘接高密度聚合物涂覆的内导体的热质量到当泡沫绝缘体固化时固化泡沫绝缘体而不会形成基本上大于泡沫绝缘体的单元大小的空穴的水平。
18.如权利要求17所述的同轴电缆，其中，所述内导体是金属化的塑料杆。
19.如权利要求17所述的同轴电缆，其中，所述内导体是金属化的塑料管。
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