CN102592745A - 复合电线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电线电缆领域、电子零组件加工领域和传输线缆领域，尤其涉及一种复合电线及其制造方法。所述复合电线包括包括至少一对光纤芯线和至少一根金属芯线，每一对所述光纤芯线的外部包覆一聚酯包带，在所有所述聚酯包带和所有所述金属芯线外部包覆一铝箔麦拉带，并采用填充物填充所述聚酯包带与所述金属芯线之间的间隙。所述复合电线不仅具有传输速度高，高频高速时输出性能稳定的特点，而且接口单一，灵活性较佳。此外，复合电线支持数据和视频信号的同时传输，传输速率能更好地满足高速传输要求。

Description

复合电线及其制造方法

技术领域

本发明涉及电线电缆领域、电子零组件加工领域和传输线缆领域，尤其涉及一种复合电线及其制造方法。

背景技术

目前市面上的传输线USB（Universal Serial Bus，通用串行总线），SATA（Serial Advanced Technology Attachment，串行高技术配置），SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口），SAS（Serial Attached SCSI， 序列式小型计算机系统接口），FireWire（火线）和PCI Express（PCI总线的第三代I/O技术）性能参差不齐，接口繁多，而随着社会的发展，资讯量也越来越大，速率传输要求也越来越高。目前的传输用线不能够同时支持数据传输和显示传输的两种协议的传输。例如，现有技术是采用分开形式，USB和SAS用于数据传输；而HDMI（High-Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口）和DP（DisplayPort，显示接口）用于显示传输。市面上的各类传输用线采用金属单芯线对绞成信号通道来实现传输，但存在线间间距不稳定，线材易扭曲变形的情况，导致传输特性不稳定。随着传输性能以及速率需求的提升，市面上的线缆已逐渐无法满足要求。当前使用的传输用线的阻抗稳定性较差，阻抗匹配性能较低，容易引起信号传输损失，而且使传输用线的高频性能不稳定，无法更高效地进行传输。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种复合电线及其制造方法。所述复合电线与现有传输用线相比，具有传输速度高，高频高速时输出性能稳定的特点，而且接口单一，灵活性较佳。此外，复合电线支持数据和视频信号的同时传输，传输速率能更好地满足高速传输要求。

为实现上述的目的，本发明采用下述技术方案：

一种复合电线，包括至少一对光纤芯线和至少一根金属芯线，每一对所述光纤芯线的外部包覆一聚酯包带，在所有所述聚酯包带和所有所述金属芯线外部包覆一铝箔麦拉带，并采用填充物填充所述聚酯包带与所述金属芯线之间的间隙。

进一步，所述铝箔麦拉带的外部包覆一编织层，在所述编织层的外部包覆一外被体。

进一步，所述金属芯线的导体为金属铜锡合金，在所述导体的外侧包覆一绝缘层；所述绝缘层的材质为聚四氟乙烯（即TEFLON）。

进一步，所述填充物为凯夫拉纤维（即KEVLAR），用于增强所述复合电线的柔韧性。

进一步，所述铝箔麦拉带的厚度为0.15mm，宽度为15mm。

进一步，所述编织层为16锭，每一锭为10条，每一条直径为0.1mm的镀锡合金铜或铜箔所做成的金属编织网，所述编织层用于增强所述复合电线的抗拉强度，并起到防电磁干扰的屏蔽作用。

进一步，所述复合电线通过连接埠与外部的显示设备和数据装置连接，同时支持数据传输和显示信号传输；所述复合电线用于传输数据、音频、视频和电力信号中任意一种。

一种采用所述复合电线的制造方法，包括如下步骤：

（a）将两条单模的光纤芯线的各自一头通过双头的动力给线装置，并经由导轮同时进入聚酯包带装置；

（b）聚酯包带固定于聚酯包带装置中，所述聚酯包带通过包带烧结机围绕着所述光纤芯线旋转缠绕，形成双芯的光纤芯线；

（c）在缠绕聚酯包带之后形成的双芯的光纤芯线被置入热烘装置，进行热烘成型；

（d）将热烘成型的光纤芯线通过动力引取装置和收线装置分别进行轴排、收线；

（e）在所述金属芯线的表面包覆一聚四氟乙烯的绝缘层；

（f）将所述光纤芯线、所述金属芯线、所述填充物和所述铝箔麦拉带通过管绞机集合在一起制成复合电线。

进一步，在步骤（c）之后和步骤（d）之前，进一步包括以下步骤：通过在线量测装置，检测所述光纤芯线的品质，控制所述光纤芯线的特性。

进一步，在步骤（f）之后，进一步包括以下步骤：

通过编织机对所述复合电线进行编织；

通过押出机将含有编织层的复合电线押出外被体。

进一步，在步骤（c）中，加热的温度范围为110℃至130℃。

本发明的优点在于：

（1）本发明所述复合电线因采用光纤芯线和金属芯线相结合方式，具有传输速度高，高频高速时输出性能稳定的特点；

（2）本发明接口单一，灵活性较佳；

（3）本发明复合电线支持数据和视频信号的同时传输，传输速率能更好地满足高速传输要求；

（4）在本发明所述镀膜金属线缆的制造方法过程中，通过光纤芯线并排对替代传统金属芯线双绞对，并采用包带烧结机，克服了传统工艺的不稳定性（传统制造工艺使对绞成型存在线间间距不稳定，线材易扭曲变形的情况），实现高频特性的最大提升。同样，本发明在制造方法过程中，通过管绞机（即绞合型集合机）将光纤芯线、金属芯线、填充物和铝箔麦拉集合成缆，保持线材不受外力扭曲，实现高频特性稳定需求。

附图说明

图1是本发明所述复合电线的结构示意图；

图2是本发明所述复合电线与现有技术传输用线的传输速度的比较示意图；

图3是本发明所述复合电线的制造方法的示意图；

图4是本发明所述复合电线的制造方法的具体实施步骤的步骤示意图；

图5是采用现有技术电线的信号传输对阻抗特性测试的示意图；

图6是本发明所述复合电线的信号传输对阻抗特性测试的示意图；

图7是采用现有技术电线的信号传输对2M衰减特性测试的示意图；

图8是本发明所述复合电线的信号传输对2M衰减特性测试的示意图；

其中，图中的标注分别为：

10、光纤芯线；20、金属芯线；30、聚酯包带；40、填充物；50、铝箔麦拉带；60、编织层；70、外被体；

M1、动力给线装置；M2、聚酯包带装置；M3、热烘装置；M4、在线量测装置；M5、动力引取装置；M6、动力收线装置；

701、最小衰减曲线；702、最大衰减曲线；703、采用现有技术电线的信号传输对2M衰减特性曲线；

801、最小衰减曲线；802、最大衰减曲线；803、本发明所述复合电线的信号传输对2M衰减特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明复合电线及其制造方法的具体实施方式做详细说明。

本发明是以光纤芯线和金属芯线为基础，通过两者相结合及加工工艺的控制，融合PCI Express数据传输技术和DisplayPort显示技术，不仅能完美实现能量和数据极速传输的统一，而且在传输性能上取得长足的进步，并取代现有的数据传输用线及接口技术，同时在传输速度、传输性能和简约程度上得以提升，以应对技术发展带来的资讯传输要求的提升。此外，在制造方法过程中，采用包带烧结机，克服了传统工艺的不稳定性，通过管绞机保持线材不受外力扭曲，实现高频特性稳定需求。

参见图1是本发明所述复合电线的结构示意图。一种复合电线，包括光纤芯线10（至少一对）和金属芯线20（至少一根）。光纤芯线10用于信号传输，而金属芯线20用于电力传输。每一对光纤芯线10的外部包覆聚酯包带30，在所有聚酯包带30和所有金属芯线20外部包覆铝箔麦拉带50，并采用填充物40填充在聚酯包带30与金属芯线20之间的间隙；铝箔麦拉带50的外部包覆编织层60，在编织层60的外部包覆外被体70。

其中，在本发明所述复合电线的具体实施例中，金属芯线20的导体为金属铜锡合金。在所述导体的外侧包覆一绝缘层，所述绝缘层的材质为聚四氟乙烯。填充物40为凯夫拉纤维，用于增强所述复合电线的柔韧性。填充物40为4根400D（即400旦尼尔, D用于表示线密度的单位，英文denier）凯夫拉纤维。铝箔麦拉带50的厚度为0.15mm，宽度为15mm。编织层60为16锭，每一锭为10条，每一条直径为0.1mm的镀锡合金铜或铜箔所做成的金属编织网，用于增强所述复合电线的抗拉强度。此外，本发明所述光纤芯线是成对的，故每一通道（即每一对光纤芯线）支持同时两种协议的传输，每一通道（即每一对光纤芯线）支持双向10Gbps的传输。本发明所述复合电线的具体实施例中，设置有五对光纤芯线，因此整条复合电线可达到双向50Gbps传输速率。所述复合电线不仅实现快速、灵活，可在任意接口设备之间来回传输数据，传输数据的速度比使用 USB 2.0 更快达 20 倍，比FireWire 800 更快达 12 倍，比现有的Thunderbolt（即采用雷电技术）的金属芯线设计快4倍，达到真正的高速传输，而且也实现了端口统一。参见图2是本发明所述复合电线与现有技术传输用线的传输速度的比较示意图。通过图2表明采用光纤芯线设计在高速传输领域方面具有较大的优势，且支持数据和视频信号的同时传输。

所述复合电线通过连接埠与外部的显示设备（例如，显示器）和数据装置连接，同时支持数据传输和显示信号传输。所述复合电线用于传输数据、音频、视频和电力信号中任意一种。因此，所述复合电线可以高速连接硬盘、RAID阵列（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）、视频捕捉设备和网络接口等外设，能够利用DisplayPort协议进行高清视频的传输，利用PCI Express协议进行数据传输。这样，不仅可以同时支持高分辨率显示设备及高效能数据装置（而现有的传输用线只能采用分开形式，如USB和SAS用于数据传输，而HDMI和DP用于显示传输；即现有传输用线只支持单个传输协议，不支持多个同时传输），而且传输速率能更好地满足高速传输的需求。无论速度、灵活度与精简性，本发明所述复合电线树立了全新的标准。当复合电线与连接埠连接，利用所述复合电线的金属芯线特性，还可以为连接的外设提供多达10W的电力。

参见图3和图4分别是本发明所述复合电线的制造方法的示意图和本发明所述复合电线的制造方法的具体实施步骤的步骤示意图。

一种采用所述复合电线的制造方法，包括如下步骤：

S401：将两条单模的光纤芯线的各自一头通过双头的动力给线装置M1，并经由导轮同时进入聚酯包带装置M2。

其中，所述的光纤芯线用于信号传输，其生产要求与常规的单模光纤一致。区别之处在于，在本发明所述复合电线的制造方法中，需要将所述光纤芯线并排制成多对光纤芯线，每一对光纤芯线为两根单模的光纤芯线。

S402：聚酯包带固定于聚酯包带装置M2中，所述聚酯包带通过包带烧结机围绕着所述光纤芯线旋转缠绕，形成双芯的光纤芯线。

在此步骤中，需要注意两条动力给线及包带给线的张力控制，以保证每一对光纤芯线的质量，这样可使阻抗衰减性能更加卓越，也实现更高频的突破，具有更高效的传输能力。参见图5和图6分别是采用现有技术电线的信号传输对阻抗特性测试的示意图和本发明所述复合电线的信号传输对阻抗特性测试的示意图。通过比较图5和图6，表明所述复合电线的光纤芯线设计，阻抗差值由原来8.85Ω减小到2.22Ω，阻抗稳定性提升，阻抗匹配性能增强，可减少讯号传输损失，增强线缆传输能力。

所使用的包带烧结机克服了传统工艺的不稳定性（传统制造工艺使对绞成型存在线间间距不稳定，线材易扭曲变形的情况），实现高频特性的最大提升。参见图7是采用现有技术电线的信号传输对2M衰减特性测试的示意图（其中，Δ1.横坐标信号频率点取10Mhz.纵坐标信号衰减度-0.5637dB；Δ2.横坐标信号频率点取2Ghz. 纵坐标信号衰减度-19.448dB；Δ3.横坐标信号频率点取6Ghz. 纵坐标信号衰减度-33.842dB；Δ4.横坐标信号频率点取10Ghz.纵坐标信号衰减度-48.151dB；Δ5.横坐标信号频率点取14Ghz.纵坐标信号衰减度-63.133dB）和图8是本发明所述复合电线的信号传输对2M衰减特性测试的示意图（其中，Δ1.横坐标信号频率点取10Mhz.纵坐标信号衰减度-0.3923dB；Δ2.横坐标信号频率点取2Ghz. 纵坐标信号衰减度-5.9872dB；Δ3.横坐标信号频率点取6Ghz. 纵坐标信号衰减度-19.240dB；Δ4.横坐标信号频率点取10Ghz.纵坐标信号衰减度-30.941dB；Δ5.横坐标信号频率点取14Ghz.纵坐标信号衰减度-34.264dB）。以下是图7和图8的比较说明：图7所示，其中两条曲线701和702分别表示标准要求之最小衰减曲线和最大衰减曲线，若所测试线材衰减曲线在所述两条曲线中间，则表示衰减符合测试标准要求，而采用现有技术电线（如USB、SATA和SAS）的信号传输对2M衰减特性曲线703在测试频率点Δ2、Δ3、Δ4和Δ5高频处均超出标准要求范围，无法满足线缆在一定长度条件下的高频衰减要求。图8所示，其中两条曲线801和802分别表示标准要求之最小衰减曲线和最大衰减曲线，本发明所述复合电线的信号传输对2M衰减特性曲线803在测试频率点Δ2、Δ3、Δ4和Δ5高频处均符合标准要求范围，尤其是在频率点Δ4 (10GHZ)，频率点Δ5 (14GHZ)高频下，均可以满足衰减要求。

S403：在缠绕聚酯包带之后形成的双芯的光纤芯线被置入热烘装置M3，进行热烘成型。

在进行热烘成型的过程中，加热的温度范围为110℃至130℃，最佳温度为120℃。若温度过低，则聚酯包带无法烧结黏合，易散开，导致光纤芯线特性不稳定；若温度过高，则会影响光纤芯线特性。因此，将温度范围控制在120℃±10℃以达到最佳包覆效果。

S404：通过在线量测装置M4，检测所述光纤芯线的品质，控制所述光纤芯线的特性，保证所述光纤芯线的稳定性。

S405：将热烘成型的光纤芯线通过动力引取装置M5和动力收线装置M6分别进行轴排、收线。此步骤与常规轴排、收线工序要求一致。

S406：在所述金属芯线的表面包覆一聚四氟乙烯的绝缘层。

其中，所述金属芯线生产要求与常规TEFLON单芯的金属芯线要求一致。由于要通过所述金属芯线进行电力传输，因此，包覆在金属芯线表面的绝缘层材质为聚四氟乙烯，该材质不仅具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，而且耐高温。

S407：将所述光纤芯线、所述金属芯线、所述填充物和所述铝箔麦拉带通过管绞机集合在一起制成复合电线。

其中，铝箔麦拉带的厚度为0.15mm，宽度为15mm。填充物选用KEVLAR（即凯夫拉纤维）用于四周填充，增强线材柔韧性。通过管绞机（即绞合型集合机）将光纤芯线、金属芯线、填充物和铝箔麦拉带集合成缆，保持线材不受外力扭曲，实现高频特性稳定需求。在此步骤中需要注意各芯线的张力, 制成复合电线的要求与常规成缆要求一致。

S408：通过编织机对所述复合电线进行编织。即在所述复合电线的外侧设置一编织层。所述编织层为16锭（编织锭数），每一锭为10条，每一条直径为0.1mm的镀锡合金铜或铜箔所做成的金属编织网，所述编织层用于增加线材的抗拉强度，并起到防电磁干扰的屏蔽作用。所述编织层的编织工艺与常规编织工艺一致。

S409：通过押出机将含有编织层的复合电线押出外被体。所述外被体的押出与常规外被体押出的要求一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。   

Claims (11)

1.一种复合电线，其特征在于，包括至少一对光纤芯线和至少一根金属芯线，每一对所述光纤芯线的外部包覆一聚酯包带，在所有所述聚酯包带和所有所述金属芯线外部包覆一铝箔麦拉带，并采用填充物填充所述聚酯包带与所述金属芯线之间的间隙。

2.如权利要求1所述的复合电线，其特征在于，所述铝箔麦拉带的外部包覆一编织层，在所述编织层的外部包覆一外被体。

3.如权利要求1所述的复合电线，其特征在于，所述金属芯线的导体为金属铜锡合金，在所述导体的外侧包覆一绝缘层；所述绝缘层的材质为聚四氟乙烯。

4.如权利要求1所述的复合电线，其特征在于，所述填充物为凯夫拉纤维，用于增强所述复合电线的柔韧性。

5.如权利要求1所述的复合电线，其特征在于，所述铝箔麦拉带的厚度为0.15mm，宽度为15mm。

6.如权利要求2所述的复合电线，其特征在于，所述编织层为16锭，每一锭为10条，每一条直径为0.1mm的镀锡合金铜或铜箔所做成的金属编织网，所述编织层用于增强所述复合电线的抗拉强度，并起到防电磁干扰的屏蔽作用。

7.如权利要求1所述的复合电线，其特征在于，所述复合电线通过连接埠与外部的显示设备和数据装置连接，同时支持数据传输和显示信号传输；所述复合电线用于传输数据、音频、视频和电力信号中任意一种。

8.一种采用权利要求1所述复合电线的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）将两条单模的光纤芯线的各自一头通过双头的动力给线装置，并经由导轮同时进入聚酯包带装置；

（b）聚酯包带固定于聚酯包带装置中，所述聚酯包带通过包带烧结机围绕着所述光纤芯线旋转缠绕，形成双芯的光纤芯线；

（c）在缠绕聚酯包带之后形成的双芯的光纤芯线被置入热烘装置，进行热烘成型；

（d）将热烘成型的光纤芯线通过动力引取装置和收线装置分别进行轴排、收线；

（e）在所述金属芯线的表面包覆一聚四氟乙烯的绝缘层；

（f）将所述光纤芯线、所述金属芯线、所述填充物和所述铝箔麦拉带通过管绞机集合在一起制成复合电线。

9.如权利要求8所述复合电线的制造方法，其特征在于，在步骤（c）之后和步骤（d）之前，进一步包括以下步骤：通过在线量测装置，检测所述光纤芯线的品质，控制所述光纤芯线的特性。

10.如权利要求8所述复合电线的制造方法，其特征在于，在步骤（f）之后，进一步包括以下步骤：

通过编织机对所述复合电线进行编织；

通过押出机将含有编织层的复合电线押出外被体。

11.如权利要求8所述复合电线的制造方法，其特征在于，在步骤（c）中，加热的温度范围为110℃至130℃。

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