CN103918038A - 高速信号传输线缆 - Google Patents

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CN103918038A
CN103918038A CN201280054854.7A CN201280054854A CN103918038A CN 103918038 A CN103918038 A CN 103918038A CN 201280054854 A CN201280054854 A CN 201280054854A CN 103918038 A CN103918038 A CN 103918038A
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coaxial line
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transmission cable
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笹井重广
宫下诚
坂口明博
林重雄
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Abstract

本发明提供一种高速信号传输线缆，具备：同轴线集合体、设置于同轴线集合体的外周的防护层、设置于最外层的护套，同轴线具有：内部导体、中空芯体、将金属箔或者设置有金属层的塑料胶带纵向添加于中空芯体的外周而形成的外部导体。该高速信号传输线缆能够适合对10Gbps以上的高速数字信号进行传输，同时，在多芯捻合的情况或者使其弯曲的情况下特性也不容易劣化的，能够利用于数字信号的高速传输。

Description

高速信号传输线缆
技术领域
本发明涉及一种高速信号传输线缆，更为具体地是涉及一种能够适合地对10Gbps以上的高速数字信号进行传输，同时即使在多芯捻合的情况下或者使其弯曲的情况下特性也不容易劣化的高速信号传输线缆。
背景技术
先前以来，使两根同轴线缆成对，通过全体防护层覆盖该同轴线缆对的外侧的信号线缆已为人们所知。在这种信号线缆中，各同轴线缆的单独外部导体通过编织线形成(例如参照专利文献1。)。
另外，使两根同轴线缆成对，以将多对该同轴线缆对排列于同心圆上的方式配置，通过全体防护层覆盖其外侧的数字信号差分传输用线缆已为人们所知。在该数字信号差分传输用线缆中，各同轴线缆的单独外部导体通过横向缠绕形成(例如参照专利文献2。)。
另外，在内部导体(中心导体)的外周，设置在长度方向上连续的具有中空部的中空绝缘体作为信号线，将两根该信号线与屏蔽线排列，通过外部导体覆盖其外侧全体的高速差分传输线缆已为人们所知。在该高速差分传输线缆中，外部导体通过金属胶带的缠绕或者纵向添加(縦添え)形成(例如参照专利文献3。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-101808号公报
专利文献2：日本特许第4110382号公报
专利文献3：日本特许第4685744号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
在上述专利文献1的信号线缆中，存在如下问题点：由于作为各同轴线缆的绝缘体使用充实体，因此介电常数较高(介电常数越高，传输速度越慢，损失越大)，以及由于各同轴线缆的单独外部导体通过编织线形成，因此欠缺外部导体内面的平滑性，此外，由于编织构造，外部导体单线的长度较单独导体长，外部导体的电阻值较单独导体的电阻值高，在用于传输10Gbps以上的高速数字信号的频带上损失变大。另外，也存在以下问题：由编织线构成的外部导体中，由于单线与绝缘体表面之间存在的空隙因单线的编织构造而不均一，因此在绝缘体的长度方向上介电常数容易产生偏差，线缆的物理长度为一定时的电长度的偏差较大，此外，由于编织线与绝缘体的附着变差，因此在多芯捻合的情况或者使其弯曲的情况下，通过编织线和绝缘体的附着状态的变化，介电常数容易发生变化，特别是在使两根任意的信号线缆成对，以分别形成相反相位的方式对差分信号在高速下进行传输的情况下，信号传输速度在两根之间发生变化，传输特性劣化。
在上述专利文献2的数字信号差分传输用线缆中，存在如下问题点：由于作为各同轴线缆的绝缘体使用充实体，因此介电常数较高，以及由于各同轴线缆的单独外部导体通过横向缠绕(在将多个小直径的软铜线等平行地排列，在绝缘树脂层的外周没有间隙地以一定间距缠绕构成的防护层中，单独外部导体比中心导体长)形成，因此在多芯捻合的情况或使其弯曲的情况下，外部导体构造容易损坏，接触电阻不稳定，电阻值变高，所以在用于传输10Gbps以上的高速数字信号的频带上损失变大。另外，横向缠绕形成的外部导体中，由于单线与绝缘体表面之间存在的空隙因单线的间距缠绕构造而不均一，因此作为传输线路的中心导体与单独外部导体间的特性阻抗也不是一定的，所以在绝缘体的长度方向上介电常数产生偏差，存在线缆的物理长度为一定时的电长度偏差较大的问题。另外，通过由外部导体构造的损坏造成的单线与绝缘树脂层的附着状态变化，介电常数容易发生变化，特别是在使任意的两根信号线缆成对，以分别形成相反相位的方式对差分信号在高速下进行传输的情况下，存在信号传输速度在两根之间发生变化，传输特性劣化的问题。
在上述专利文献3的高速差分传输线缆中，存在如下问题点：在多芯捻合的情况或使其弯曲的情况下，中空芯体与外部导体之间的空隙部分的形状容易发生变化，由于其形状变化，与两芯平行地排列的信号线的绝缘覆层接触的空隙部分的大小发生变化，因此信号传输速度在两根之间发生变化，传输特性劣化。
在6Gbps的数字差分传输中，由于作为传输线缆要求对内延迟差为20ps/m以内，对间延迟差为40ps/m以内，因此在10Gbps以上的传输中，要求对内延迟差为10ps/m以内，对间延迟差为20ps/m以内。
因此，本发明的目的是提供一种高速信号传输线缆，在能够适合地对10Gbps以上的高速数字信号进行传输的同时，在多芯捻合的情况或使其弯曲的情况下，也使信号传输速度一定，特性不容易劣化，各线缆的电长度的偏差很小。
(解决技术问题的技术方案)
在第一观点中，本发明提供一种高速信号传输线缆(101、102)，具备：同轴线集合体(10)，将多根同轴线(11)集合，通过胶带(12)对其外周进行缠绕固定；防护层(13)，设置于所述同轴线集合体(10)的外周；护套(14)，设置于最外层；所述高速信号传输线缆(101、102)的特征在于，所述同轴线(11)具有：内部导体(1)；中空芯体(2)，具备覆盖所述内部导体(1)的内环部(2a)、从所述内环部(2a)以放射状延伸的多个肋部(2b)、连接所述肋部(2b)的外端的外环部(2c)，具有由所述内环部(2a)、肋部(2b)和外环部(2c)包围的多个中空部(2d)；外部导体(3)，将金属箔、或者在单面或者双面设置有金属层的塑料胶带，以至少外面为金属面的方式，纵向添加于所述中空芯体(2)的外周而形成。
在根据上述第一观点所述的高速信号传输线缆(101、102)中，作为各同轴线(11)的绝缘体使用中空芯体(2)(由于与充实型的绝缘体相比介电常数低，因此能够适合对10Gbps以上的高速数字信号进行传输，另外由于在长度方向上空气层稳定存在，因此与在绝缘体中均一的发泡困难的发泡型的绝缘体相比较，能够使同轴线的长度方向的介电常数均一)，由于各同轴线(11)具有单独的外部导体(3)(由于中空芯体与外部导体之间没有空隙，因此没有由空隙造成的介电常数的变化)，以及其外部导体(3)通过纵向添加金属箔或者设有金属层的塑料胶带形成(由于外部导体构造稳定，电流路径最短，因此通过编织线或金属箔等的螺旋缠绕电阻值变低)，因此，在用于传输10Gbps以上的高速数字信号的频带上的损失变小，能够适合对10Gbps以上的高速数字信号进行传输。此外，即使在多芯捻合的情况下，由于中空芯体与外部导体之间没有空隙，因此介电常数的变化较小(由于中空芯体的空气层的变形，产生轻微变化)，传输特性不容易劣化。另外，在外部导体(3)的纵向添加加工时的插通模具的工序或集合多根同轴线(11)通过胶带(12)对其外周进行缠绕固定等的对高速信号传输线缆进行加工的工序中，会对绝缘体施加侧压，在现有的发泡型的绝缘体中存在产生损坏而介电常数发生变化的问题，由于中空芯体在侧压强度方面优异(日本特开2011-023205号记载)，因此即使进行施加这些侧压的加工，由损坏造成的介电常数的变化也很小。
另外，在上述高速信号传输线缆中，除了能够以同轴线单体传输信号之外，能够使任意的两根同轴线成对，以分别形成相反相位的方式对差分信号进行传输。在利用使用了现有的发泡型的绝缘体的同轴线缆的信号传输线缆中，由于仅匹配各线缆的物理长度的话会导致电长度产生偏差，因此需要测量每一根的电长度，换算为物理长度，在通过改造加工调整物理长度使电长度一致之后，将两根做成一对的工作，但是在本发明的高速信号传输线缆中，通过同轴线(11)的中空芯体(2)，绝缘体的介电常数在长度方向是均一的，另外外部导体(3)由于通过金属箔或者设有金属层的塑料胶带的纵向添加而形成，因此与绝缘体之间没有空隙，介电常数不发生变化，所以仅通过匹配各同轴线(11)的物理长度就能够对齐电长度。由此，虽然实际的使用方式是在线缆的两末端连接连接器基板的配线形状，但是使线缆导体连接于基板的连接焊盘时，由于线缆内的全部的同轴线的电长度一致(由于在电气上为等长)，因此将任意一根同轴线与任意一个焊盘连接都没有问题。因此连接器的加工性有了飞跃性的提升，特别是与进行伴有屏蔽线的差分构造的线缆加工的情况相比，十分具有优势。
另外，在将专利文献3所述的截面为大致椭圆形状的高速差分传输线缆，集合多根并且通过外部导体和护套等使全体一体化，形成高速信号传输线缆的情况下，会产生多余的空间，造成线缆的外径增大，但是上述高速信号传输线缆是将截面为大致圆形的同轴线集合多根并且通过胶带对外周进行缠绕固定的构造，因此能够在不产生多余的空间的情况下对同轴线进行配置，能够减小线缆的外径的同时能够显著提升线缆的柔软性。
在第二观点中，本发明提供一种高速信号传输线缆(201、202)，在根据上述第一观点所述的高速信号传输线缆中，所述外部导体(3)的至少外面为金属面，同时，在所述外部导体(3)的外周设置编织线(4)。
在根据上述第二观点所述的高速信号传输线缆(201、202)中，即使作为外部导体(3)的金属箔或者附有金属层的塑料胶带由于线缆的弯曲部分破损，由于编织线(4)作为其破损部分的电流路径发挥作用，因此能够抑制特性的劣化。
(发明的效果)
根据本发明的高速信号传输线缆，能够适合对10Gbps以上的高速数字信号进行传输，同时，使传输特性不易被施工状态所影响。
附图说明
图1是示出了实施例1涉及的高速信号传输线缆的截面图。
图2是实施例1涉及的同轴线的立体图。
图3是示出了实施例2涉及的高速信号传输线缆的截面图。
图4是示出了实施例3涉及的高速信号传输线缆的截面图。
图5是实施例3涉及的同轴线的立体图。
图6是示出了实施例4涉及的高速信号传输线缆的截面图。
图7是示出了实施例4涉及的高速信号传输线缆与比较例1、2的特性的特性图。
图8是示出了实施例1涉及的高速信号传输线缆与比较例4、5的特性的图表。
图9是示出了当向使用于与图8相同的高速信号传输线缆的同轴线施加弯曲应力时测定电长度(每1m线缆的延迟时间)的变化量的结果的图表。
符号说明
1  内部导体
2  中空芯体
2a 内环部
2b 肋部
2c 外环部
2d 中空部
3  外部导体
4  编织线
10、20  同轴线集合体。
具体实施方式
以下，通过如图所示的实施方式对本发明进行进一步详细的说明。另外，本发明并不限定于该说明。
实施例
实施例1
图1是本实施例1涉及的高速信号传输线缆101的截面图。
该高速信号传输线缆101具备：同轴线集合体10，将两根同轴线11捻合或者平行地集合，通过胶带对其外周进行缠绕固定；防护层13，由设置于同轴线集合体10的外周的第一防护层13a和第二防护层13b构成；护套14，设置于最外层。
图2是同轴线11的立体图。
同轴线11具有：内部导体1；中空芯部2，具备覆盖内部导体1的内环部2a、从内环部2a以放射状延伸的多个肋部2b和连结肋部2b的外端的外环部2c，并具有通过内环部2a、肋部2b和外环部2c包围的多个中空部2d；外部导体3，将设置有金属层的塑料胶带在中空芯体2的外周纵向添加而形成。
同轴线11的外径，例如可以是0.98mm。
另外，也可以在同轴线11的外周进一步设置单独的绝缘覆层。
内部导体1例如可以是将七根线径0.127mm的镀锡软铜线捻合的集合捻线。另外，内部导体1可以是单线，也可以是同心捻线。此外，也可以是铜合金线或其他镀金属线。
中空芯体2例如是PFA制，例如外径是0.95mm。此外，中空芯体2也可以是PFA之外的FFP或PTFE、ETFE等的氟树脂制。另外，也可以是PE或PP等的聚烯烃树脂制。
肋部2b从确保机械强度的观点来看，优选为三个以上。
中空部2d相对于中空芯体2的全体的中空率，例如是20％-70％。
外部导体3，例如是外面镀铜内面涂抹粘接剂的镀铜聚酯胶带，以胶带宽度的25％左右重叠的方式，纵向添加并粘贴到中空芯体2的外周。此外，外部导体3也可以是金属箔、或者镀金属塑料胶带之外的金属层压塑料胶带，也可以是金属蒸镀塑料胶带。金属可以使用铜以外的金、银、铝等。另外，在将绝缘覆层等设置于外部导体3的外周的情况下，在外部导体3的内面也可以没有粘接剂。
外部导体3的厚度例如是0.005mm-0.050mm。
在外部导体3的外面，能够通过各同轴线11施加颜色不同的标识5进行识别。另外，也可以在各同轴线的外部导体3的外周进一步设置绝缘覆层进行设别。
返回图1，胶带12例如是聚酯。
第一防护层13a例如是铝聚酯胶带。
第二防护层13b例如是镀锡软铜线构成的编织线。
护套14例如是非铅PVC。
图8为对于使用于高速信号传输线缆101的同轴线11的16根样本测定的电长度(每1m线缆的延迟时间)τ。
max为测量值的最大值，min为测量值的最小值，延迟时间差为max-min，average为平均值，σ为标准偏差，3σ为标准偏差的3倍值。
实施例1：是一种如下构造的同轴线11，在将外径0.95mm的PFA制、中空率55％的中空芯体作为绝缘体设置于捻合七根线径0.127mm的镀锡软铜线(28AWG)的内部导体的外周的绝缘线缆上，纵向添加厚度0.015mm的铜层压塑料胶带进行防护，通过FEP对外周进行覆盖。
比较例4：是一种如下构造的同轴线，将线径0.05mm的镀银软铜线作为外部导体编织在实施例1的绝缘线缆上。
比较例5：是一种如下构造的同轴线，将线径0.08mm的镀银软铜线作为外部导体横向缠绕在实施例1的绝缘线缆上。
每种的特性阻抗都设定为51±1(Ω)。
实施例1使用的同轴线11的延迟时间差为4.1ps/m，与比较例4、5相比，判定其匹配物理长度时的延迟时间差很小。
图9是示出了当向使用于与图8相同的高速信号传输线缆101的同轴线11施加弯曲应力时测定电长度(每1m线缆的延迟时间τ)的变化量的结果的图表。
具体地是，使用实施例1、比较例4、比较例5的每种样本数三根，测定施加应力前的延迟时间τ，而后测定将同轴线在直径70mm的圆筒上缠绕三周时的延迟时间τ，对各变化量进行比较。
使用于实施例1的同轴线11的延迟时间τ的变化量平均为-1.30ps/m，该变化是由于中空芯体的空气层的变形(损坏)，使得绝缘体的介电常数略微升高。
使用于比较例4的同轴线(编织线外部导体)的延迟时间τ的变化量平均为1.94ps/m，虽然与实施例1相同，中空芯体的变形相同，但是除此之外，在根据外部导体的编织线与绝缘体的附着状态发生变化的影响下，该变化使绝缘体的合成的介电常数变低。与实施例1相比较来看，虽然由弯曲应力造成的延迟时间τ的变化量平均值的差较小，但是在变化量的偏差中，相对于实施例1的σ为0.0606，引例4的σ为0.1381，约为实施例1的2.28倍的偏差，因此在使高速信号传输线缆制品弯曲进行配线时等，导致线缆内的各同轴线的延迟时间τ的变化的偏差变大，特别是导致差分信号的传输特性劣化。
使用于比较例5的同轴线(横向缠绕外部导体)的延迟时间τ的变化量平均为16.28ps/m，虽然与实施例1相同，中空芯体的变形相同，但是除此之外，在外部导体的横向缠绕防护层与绝缘体的附着状态大幅变化的影响下，该变化使绝缘体的合成的介电常数变低，变化量超过了10ps/m，因此不能使用于10Gbps以上的高速信号传输。
根据实施例1的高速信号传输线缆101，可以获得如下效果。
(1)由于作为各同轴线11的绝缘体使用中空芯体2，因此与充实型的绝缘体相比可以使介电常数降低，另外与发泡型的绝缘体相比，在同心圆方向和长度方向介电常数均一，适于高速信号传输。另外，各同轴线11具有单独的外部导体3，因此中空芯体与外部导体之间没有空隙，没有了介电常数的变化。此外，外部导体3是通过金属箔或者设有金属层的塑料胶带的纵向添加形成的，因此外部导体内面平滑，电流路径为最短的同时，施加弯曲应力时的延迟时间的变化量和变化量的偏差变小。由此，在约5m的长度下，能够适合于传输10Gbps以上的高速数字差分信号，另外在高速信号传输线缆的末端加工时或在布设时即使施加弯曲应力，传输特性的变化也很小。
(2)由于只需要匹配各同轴线11的物理长度来对齐电长度，因此对每一根电长度进行计算，换算成物理长度，通过改造加工调整物理长度使其与电长度一致的工序并不必要。
(3)为了尽可能地使同轴线间的延迟时间差变小，例如可以考虑对各同轴线11的电长度进行计算，换算为物理长度，通过改造加工调整物理长度使其与电长度一致，但是在高速信号传输线缆101上，由于各同轴线的电长度的偏差本来就很小，因此调整的物理长度也很小，改造加工容易实现。
(4)即使在多芯捻合的情况下，由于中空芯体与外部导体之间没有空隙，因此介电常数变化很少，因为电长度不变，所以传输特性难以劣化。
(5)通过各同轴线11的外面的标识5或者绝缘覆层，能够对各同轴线11通过视觉认定进行识别。
实施例2
图3是实施例2涉及的高速信号传输线缆102的截面图。
该高速信号传输线缆102具备：同轴线集合体10，将合适的形状/尺寸的柔软的树脂材料构成的介入物15以及十六根同轴线11进行捻合或者平行地集合，通过胶带12对其外周进行缠绕固定；防护层13，由设置于同轴线集合体10的外周的第一防护层13a和第二防护层13b构成；护套14，设置于最外层。
同轴线11、胶带12、第一防护层13a、第二防护层13b以及护套14，与实施例1相同，例如设置厚度0.85mm的护套14后的外径例如为8.5mm。
根据实施例2的高速信号传输线缆102，能够获得与实施例1相同的效果。
另外，使任意的两根同轴线成对，以分别形成相反相位的方式传输差分信号的情况下，由于线缆内的全部的同轴线的电长度一致，以及各同轴线通过金属箔或者设置有金属层的塑料胶带的纵向添加被完全地被防护，所以对于任何同轴线之间能够使延迟时间差减小到与图8相同的4.1ps/m。
实施例3
图4是实施例3涉及的高速信号传输线缆201的截面图。
该高速信号传输线缆201具备：同轴线集合体20，将两根同轴线21进行捻合或者平行地集合，通过胶带12对其外周进行缠绕固定；防护层13，由设置于同轴线集合体20的外周的第一防护层13a和第二防护层13b构成；护套14，设置于最外层。
胶带12、第一防护层13a、第二防护层13b以及护套14与实施例1相同。
图5为同轴线21的立体图。
同轴线21具有：内部导体1；中空芯体2，具备覆盖内部导体1的内环部2a、从内环部2a以放射状延伸的多个肋部2b、连接肋部2b的外端的外环部2c，具有由内环部2a、外环部2b和肋部2c包围的多个中空部2d；外部导体3，将至少在外面设置有金属层的塑料胶带纵向添加于中空芯体2的外周形成；编织线4，设置于外部导体3的外周。
内部导体1、中空芯体2以及外部导体3与实施例1相同。
编织线4，例如可以是镀锡软铜线构成的编织线，与外部导体3的外面的金属层接触导通。
由于在编织线上不直接施加标识，因此可以通过使编织单线的材质进行一根-多根的变更进行识别，也可以在各同轴线的编织线4的外周进一步设置绝缘覆层进行识别。
根据实施例3的高速信号传输线缆201，除了实施例1的效果之外，即使作为外部导体3的塑料胶带由于线缆的弯曲而部分破损，由于编织线4作为其破损部分的电流路径发挥功能，因此能够抑制特性的劣化。
实施例4
图6是实施例4涉及的高速信号传输线缆202的截面图。
该高速信号传输线缆202具备：同轴线集合体20，将合适的形状/尺寸的柔软的树脂材料构成的介入物15以及十六根同轴线21进行捻合或者平行地集合，通过胶带12对其外周进行缠绕固定；防护层13，由设置于同轴线集合体20的外周的第一防护层13a和第二防护层13b构成；护套14，设置于最外层。
同轴线21与实施例3相同。胶带12、第一防护层13a、第二防护层13b以及护套14与实施例1相同。
图7所示的特性曲线A(实施例)，表示使用一对高速信号传输线缆202的同轴线21，在5m长度下传输差分信号时的衰减量。
图7所示特性的曲线B(比较例1)，表示使用高速差分传输线缆(参照专利文献3的图1)，在5m长度下传输差分信号时的衰减量。上述高速差分传输线缆构成如下，在内部导体的外周设置中空芯体作为信号线(使用与同轴线21相同的中空芯体)，将两根该信号线与屏蔽线排列，使外侧全体通过外部导体覆盖。
图7所示的特性曲线C(比较例2)，表示使用没有外部导体3(金属箔或者附加金属层的塑料胶带的纵向添加)的一对高速信号传输线缆202的同轴线21，在5m长度下传输差分信号时的衰减量。
图7所示的特性曲线D(比较例3)，表示使用外部导体仅通过横向缠绕的防护层形成的一对高速信号传输线缆202的同轴线21，在5m长度下传输差分信号时的衰减量。
比较例1示出了在某特定频率的范围内损失非常大的吸收(サックアウト)现象，不能够使用于6GHz以上的高速信号传输。
比较例2虽然是平缓的衰减曲线，但是由于外部导体通过编织线形成，因此与实施例相比，外部导体的电阻值变大的情况通过衰减量表现在图表上。与实施例相比较，6GHz以上的衰减量的差变大，在12GHz下有大约3dB衰减量的差，频率升高的话衰减量进一步增大。
比较例3的衰减曲线剧烈，这是由于外部导体通过横向缠绕形成，因此单线与绝缘体表面之间存在的空隙由于单线的间距缠绕构造而不均一，所以作为传输线路的中心导体与外部导体之间的特性阻抗并不一定，通过衰减特性的剧烈表现出来。另外，由于是横向缠绕，因此通过与比较例1、2的比较，外部导体的电阻值较大的情况通过衰减量的大小表现出来。
将这些进行比较的话，可知6GHz以上时，实施例的高速信号传输线缆202的衰减量最小。
根据实施例4的高速信号传输线缆202，能够获得与实施例1-3相同的效果。
(产业上的利用可能性)
本发明的高速信号传输线缆，能够利用于数字信号的高速传输。

Claims (2)

1.一种高速信号传输线缆(101、102)，具备：同轴线集合体(10)，将多根同轴线(11)集合，通过胶带(12)对其外周进行缠绕固定；防护层(13)，设置于所述同轴线集合体(10)的外周；护套(14)，设置于最外层；所述高速信号传输线缆(101、102)的特征在于，
所述同轴线(11)具有：内部导体(1)；中空芯体(2)，具备覆盖所述内部导体(1)的内环部(2a)、从所述内环部(2a)以放射状延伸的多个肋部(2b)、连接所述肋部(2b)的外端的外环部(2c)，具有由所述内环部(2a)、肋部(2b)和外环部(2c)包围的多个中空部(2d)；外部导体(3)，将金属箔、或者在单面或者双面设置有金属层的塑料胶带，以至少外面为金属面的方式，纵向添加于所述中空芯体(2)的外周而形成。
2.根据权利要求1所述的高速信号传输线缆(201、202)，其特征在于，所述外部导体(3)的至少外面为金属面，同时，在所述外部导体(3)的外周设置编织线(4)。
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