CN105469864A - 一种多边形导体芯线及使用其的高速数据传输线缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线缆传输技术领域，特别是一种多边形导体芯线；芯线包括组合内导体和绝缘介质，组合内导体由多条横截面呈多边形的导体组合而成；相邻导体之间通过多边形的侧面互相紧密接触，因此在对内导体进行绝缘介质的包覆、芯线加工、线缆制造及线缆使用时曲折，导体间横向截面方向相对位置不能发生变化；实验结果表明，在高速同轴、高速平行对、高速双绞线等线缆中采用本发明的芯线后，电气特性得到明显提升，性能稳定，尤其是在10Gbps以上高速线缆中对阻抗波动性具有明显平抑作用，尤其是延迟差的减少；本发明同时还提供了一种高速数据传输线缆。

Description

一种多边形导体芯线及使用其的高速数据传输线缆

技术领域

本发明涉及线缆传输技术领域，特别是一种多边形导体芯线，本发明同时还提出使用该多边形导体芯线用于传输高频和/或高速数据信号的一种高速数据传输线缆。

背景技术

近年来电子设备及元器件间传输速度要求不断攀升，数据传输的速度提升对于通讯产业具有重要意义，高速线缆和光纤是主要的传输方式。而10G以上传输速度的高速线缆广泛应用于万兆网卡、万兆交换机、万兆服务器、超级计算机、云计算、云存储网络等短距离高速互联。其中同轴电缆和平行对是高速电缆的主要结构形式。

无论是同轴、差分对还是双绞线，屏蔽层内的芯线结构设计对传输速度均具有决定性影响，线缆欲获得高速，绝缘介质的综合介电常数ε须始终保持均一稳定。

用于传输高速或高频的数据时，无论是同轴线缆，还是差分对，或者双绞线线缆，在传输速度达到10Gbps以上时，对由多条导体绞合后的内导体的一致性和同一性要求明显提高，对绝缘介质综合介电常数ε的微观稳定性要求严格一致。

以同轴线缆为例，现有的同轴线缆一般包括芯线和外导体，外导体外包裹有护套。内导体多由多根圆形导体绞合而成，绞合的方式一般采用同心复绞的方式。

目前，对于柔软高速线缆芯线普遍采用如图1所示，包括圆导体100和绝缘层200，传统1+6圆导体组合或者类似的多层圆形导体(如1+6+12……)组合作为内导体。

以此圆形内导体组合成的内导体易于获得且被广泛使用，但是该结构无论是在挤包绝缘介质的过程中，还是线缆后续加工以及产品布线及使用时，却均存在中心导体结构不断变异、无法形成稳定结构的问题。

以内导体包覆绝缘介质生产芯线的过程为例，当绝缘介质对常规1+6圆单根圆导体组合体进行包覆过程中，因绝缘介质包覆时料流会波动，料流的包覆力持续冲击导体，因常规导体为圆形，单根导体间接触为点接触，导体相互间不能限制彼此位置，导致圆导体之间的相对位置不断发生变化，单根导体由于是圆形，在料流的冲击下始终不可获得相对稳定的一致位置。因冲击产生圆导体间的缝隙，绝缘介质在包覆力下挤入单根内导体之间，内导体变成为导体与绝缘介质的混合体，不再是单纯的金属体。

不仅内导体自身结构始终存在单根导体间相对位置不一致，在生产加工和线缆应用时，单根导体间的位置也始终处于不确定的变化中，芯线生产过程中，绝缘介质有机会进入单根导体之间的间隙中，会引发导体之间的相对位置形态各异，无法形成稳定一致的产品结构，导致绝缘介质的综合介电常数ε和导体有效传输面积始终处于变化中，由此原因，结果是线缆综合性能的阻抗波动大，生产重现性差，电缆的延迟差SKEW大，影响传输速度提升，尤其是当传输速度超过10Gbps以上时，问题表现更为突出。

发明内容

本发明为了解决目前高速线缆中组合内导体的多条单导体间相对位置容易发生变化，导致综合介电常数ε不断变异，导体实际有效传输通路通过面积变化飘忽不定，芯线内部结构不稳定，进而引发影响电气性能如传输速率、线对延迟等品质问题，而提供的一种多边形导体芯线。

为达到上述减小综合介电常数ε波动，稳定芯线的绝缘介质与导体间相对结构，进而实现高速传输和高品质传输功能，本发明提供的技术方案是：

一种多边形导体芯线，其中包括组合内导体和绝缘介质，所述组合内导体由多条单根导体组合而成，所述导体的横截面呈多边形；组合时除了位于最外层的导体外，导体的每个侧面都与相邻多边形导体的侧面之间紧密接触。

优选地，所述组合内导体中，具有中心导体。

优选地，所述组合内导体中，不具有中心导体。

优选地，所述中心导体的横截面为正六边形。

优选地，所述组合内导体中，具有共同的几何中心。

优选地，所述组合内导体，导体横截面全部为正六边形。

优选地，所述绝缘介质为氟塑料FEP、氟塑料PFA、聚乙烯PE、聚丙烯PP、微孔聚四氟乙烯PTFE带、聚丙烯PP带或者采用聚乙烯PE带绕包。

优选地，组成所述组合内导体的最外层导体为外层导体，所述外层导体除了与相邻的导体相接触的侧面外，其余的侧面加工成一个圆弧面，所述外层导体组合嵌紧后，使所述组合内导体的外表面为圆面。

优选地，所述组合内导体的外表面经加工形成圆面。

优选地，所述组合内导体的整体外表面设置镀银层、镀铜层、镀锡层或者镀镍层。

优选地，所述导体外表面设置镀银层、镀铜层、镀锡层或者镀镍层。

本发明同时还提供了一种高速数据传输线缆，包括芯线，所述芯线为上述的多边形导体芯线。

本发明的有益效果在于：

1.导体采用多边形的形状，然后进行同心组合，这样相邻的导体之间通过导体的侧面贴合相接触，与圆形的导体之间同心组合相比较，本发明的多边形导体的贴合面紧密相接，中间不易形成结构性间隙，因此无论是在对内导体进行绝缘介质的包覆，还是线缆生产加工及使用时，导体间横截面方向相位均不易变化，尤其是在生产芯线过程中，不会导致单根导体间的相对位置发生不确定性变化，绝缘介质也不易冲进导体之间；

2.在进行绝缘介质的包覆时，绝缘介质对导体进行挤压，由于多形的导体的侧边受其它导体的限制，优选的导体更设有几何中心，因此挤压力的合力全部指向内导体的几何中心，从而使导体贴合更紧密，围绕几何中心的圆周方向紧凑形成整体；

3.由于多边形导体暴露于绝缘介质的面积稳定，使得导体有效传输通路面积始终恒定，组合导体总有效传输面积的始终不变，不利于反射波形成和阻抗的变化；

实验结果表明，高速同轴、平行对、双绞线等线缆采用本发明的芯线后，电气特性得到明显提升，性能稳定，尤其是在10Gbps以上高速线缆中对阻抗波动具有明显平抑作用。

附图说明

图1为现有芯线的结构示意图；

图2本发明的典型结构示意图；

图3为同轴线缆的结构示意图；

图4为实施例一的组合内导体的横截面示意图；

图5为实施例二的组合内导体的横截面示意图；

图6为横截面为五边形的导体组成的组合内导体的横截面图；

图7为多边形导体双芯芯线的结构示意图；

图8为多边形导体双芯芯线的另一种结构示意图；

图9为平行对高速数据传输线缆的结构示意图；

图10为平行对高速数据传输线缆的另一种结构示意图；

图11为不带中心导体的组合内导体的横截面示意图；

图12为具有共同几何中心的组合内导体的横截面示意图；

图13为另一实施方式的组合内导体的横截面示意图；

图14为圆形导体TD波动变化示意图；

图15为六边形导体TD波动变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述：

实施例一：

如图2所示的一种多边形导体芯线，包括组合内导体1和绝缘介质2，绝缘介质2包裹在组合内导体1外面，组合内导体1由多条单根导体10同心绞合而成，导体10的横截面呈正六边形；绞合时除了位于最外层的导体外，导体10的每个侧面都与相邻导体10的侧面之间紧密接触。

组合内导体1由多条导体10分两层同心绞合而成，导体10的横截面呈正六边形，如图2所示，同心绞合时，从最内层往外导体10的数量分别为1根和6根。

绝缘介质2采用氟塑料FEP或PFA经高温熔融挤出包覆而成。根据实际生产需要绝缘介质2也可采用微孔聚四氟乙烯带、聚丙烯带或者采用聚乙烯带绕包而成。

实施例二：

如图3所示为同轴电缆，同轴电缆为一种高速数据传输线缆，包括组合内导体1和外导体3，组合内导体1和外导体3之间设置有绝缘介质2，绝缘介质2通常使用聚乙烯或氟塑料，在本实施例中通过使用物理发泡方法获得发泡聚乙烯作为绝缘介质2材料，发泡聚乙烯可以减少介质损耗系数，从而减少电缆信号传输的衰减。

外导体屏蔽层3外包裹有护套4，组合内导体1由多条导体10同心绞合而成，导体10的横截面呈正六边形，如图4所示，分三层同心绞合时，从最内层往外导体10的数量分别为1根、6根和12根，当然层数可以根据实际生产需要而定。绞合时除了最外层的导体外，为了描述上的方便，我们把最外层的导体10定义为外层导体112，其它的导体10为内层导体111。内层导体111的每个侧面都与相邻导体10的侧面接触。

为了提高导体10的导电性能，使之更有利于高频信号的传输，在本实施例中，导体10的外表面进行镀银处理。实际生产的过程中，为了降低生产的成本，我们也可以仅仅在绞合后的组合内导体1的外表面进行处理，镀上银层。当然在实际生产的过程中，我们也可以根据实际需要对导体10的表面或者组合内导体1的外表面进行镀铜、镀锡或者镀镍，形成镀铜层、镀锡层或者镀镍层。

实施例三：

如图5所示，在本实施例中，导体10的横截面为正六边形。从最内层到最外层分别绞合有3层导体10，导体10的数量分别为1，6和12个。

组成组合内导体1的最外层的导体为外层导体112，外层导体112除了与相邻的导体10相接触的侧面外，其余的侧面加工成一个圆弧面，导体10绞合时，外层导体112嵌紧后使组合内导体1的的外表面为圆面。在对组合内导体1进行绝缘介质2的挤塑加工时，圆面便于绝缘介质2的流动，同时减少对外层导体112的冲击力波动，有利于提高导体10的稳定性。

在实际生产的过程中，我们也可以采用相同的多边形的导体10同心绞合后，再通过切削或模具挤压的方法，对组合内导体1的外表面进行加工，使其外表面为圆面。

同理，为了提高导体10的导电性能，使之更有利于高频信号的传输，在本实施例中，我们也对导体10或者组合内导体1的外表面进行镀银处理，镀上银层。

当然导体10的形状也可以采取其它多边形的形状，如图6所示，导体10的横截面为五边形，由于正五边形的导体10无法实现绞合后紧密相接触，因此，除了中心导体采用正五边形的以外，其它五条导体10的横截面的形状根据需要设计。

在对本发明的组合内导体1进行绝缘介质2的包裹，即进行挤塑加工或者绕包包带、缠绕包带时，由于相邻的导体10之间通过导体10的侧面贴合相接触，因此在对组合内导体1进行绝缘介质2的挤塑加工时，绝缘介质2不易被冲进导体10之间，不会导致导体10的相对位置发生变化；或者在进行对组合内导体1缠绕包带时，包带对导体10进行挤压时，由于多边形的导体10的侧边受其它导体10的限制，因此挤压力的合力指向内导体1的中心，从而使导体10间更贴合。

实施例四

如图7所示为一种多边形导体双芯芯线，它包括两组实施例一的多边形导体芯线，并在该两组芯线的外层依次设置外屏蔽保护层41和外护套42。图8所示为多边形导体双芯芯线的另一种实施方法，它包括两个组合内导体1、绝缘介质2、外屏蔽保护层41和外护套42，组合内导体1由7条导体10分两层同心绞合而成，导体10的横截面呈正六边形，如图2所示，同心绞合时，从最内层往外导体10的数量分别为1根和6根，一个绝缘介质2把两组组合内导体1同时包覆。图9和图10所示的为分别采用上述两种多边形导体双芯芯线的平行对高速数据传输线缆，包括平行设置的两组多边形导体双芯芯线和依次包覆在多边形导体双芯芯线外的内护层43、外护层44和护套45。

在上述所有实施例中，芯线的组合内导体1采用同心绞合的方式都具有中心导体1111，如实施例二和实施例三的中心导体1111的横截面呈正六边形和正五边形。当然我们也可以采用如图11所示的没有中心导体1111的组合内导体1；或者采用如图12所示的具有共同几何中心的组合内导体1，该组合内导体1由若干个横截面呈三角形的导体10组成，图12所示的导体10的数量为6根，这6根导体10的横截面相同都为等边三角形，这6根导体10组合时具有共同的顶点，即几何中心，从而形成一个横截面呈正六边形的组合内导体1，当然这类似的异形导体行业里通常还有四边形、五边形、六边形等。

当然以上的芯线的组合内导体1采用同心绞合的方式都具有中心导体1111均是多边形，圆形其实也是一种特殊的多边形形态，图13中心导体1111为圆形，以上实施例中，内层导体111、外层导体112间的面接触是平面接触，本领域技术人员根据需求还可以设置成各种曲面紧密接触，如图13中中心导体1111与内层导体111间以及内层导体111侧面之间的紧密接触都属于曲面接触。

如实施例二和实施例三的中心导体1111的横截面呈正六边形和正五边形

以下为采用六边形与圆形导体芯线结构的同轴缆TimeDelay(TD)延迟变化对比数据图(如附图14、15所示)

可见，采用改善后的六边形导体芯线的TD波动明显下降，采用圆形导体TD实测高点与低点极差有30PS，波动剧烈，而改为六边形导体后，高点与低点极差降到10PS以内，改善前后最高降幅达20PS以上，质量提升幅度达60％以上。

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (12)

1.一种多边形导体芯线，其中包括组合内导体和绝缘介质，其特征在于：所述组合内导体由多条单根导体组合而成，所述导体的横截面呈多边形；组合时除了位于最外层的导体外，导体的每个侧面都与相邻多边形导体的侧面之间紧密接触。

2.如权利要求1所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述组合内导体中，具有中心导体。

3.如权利要求1所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述组合内导体中，不具有中心导体。

4.如权利要求2所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述中心导体的横截面为正六边形。

5.如权利要求3所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述组合内导体中，具有共同的几何中心。

6.如权利要求4所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述组合内导体，导体横截面全部为正六边形。

7.如权利要求1至6任意一项所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述绝缘介质为氟塑料FEP、氟塑料PFA、聚乙烯PE、聚丙烯PP、微孔聚四氟乙烯PTFE带、聚丙烯PP带或者采用聚乙烯PE带绕包。

8.如权利要求1至6任意一项所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：组成所述组合内导体的最外层导体为外层导体，所述外层导体除了与相邻的导体相接触的侧面外，其余的侧面加工成一个圆弧面，所述外层导体组合嵌紧后，使所述组合内导体的外表面为圆面。

9.如权利要求1至6任意一项所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述组合内导体的外表面经加工形成圆面。

10.如权利要求9所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述组合内导体的整体外表面设置镀银层、镀铜层、镀锡层或者镀镍层。

11.如权利要求1至6任意一项所述的一种多边形导体芯线，其特征在于：所述导体外表面设置镀银层、镀铜层、镀锡层或者镀镍层。

12.一种高速数据传输线缆，包括芯线，其特征在于，所述芯线为权利要求1、2、3、4、5、6或10所述的一种多边形导体芯线。