CN106067347A - 多芯电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多芯电缆，该多芯电缆包括至少两个同轴电线对，每个同轴电线对包括并排布置且彼此接触的两根同轴电线，每根同轴电线包括中心导体、绝缘体、外部导体和护套，外部导体包括内层部分和外层部分，其中，内层部分由螺旋状地缠绕的细金属线形成，并且外层部分由螺旋状地缠绕在内层部分上的金属树脂带形成。内层部分的细金属线的缠绕方向与外层部分的金属树脂带的缠绕方向相反。金属树脂带的缠绕方向相对于细金属线的缠绕方向的角度在30°以上且90°以下的范围内。同轴电线对之间的串扰等于或小于‑40dB。

Description

多芯电缆
技术领域
本发明涉及一种具有多根同轴电线的多芯电缆。
背景技术
专利文献1披露了一种具有中心导体、介电体层、外部导体和护套的同轴电缆。外部导体与护套之间设置有带层。带层相对于同轴电缆的纵轴线方向以预定的角度缠绕在外部导体上。
专利文献1：日本专利申请公开No.2008-171778
在具有如专利文献1中公开的那样的多根同轴电缆的多芯电缆中，需要将同轴电缆之间的串扰抑制到最小。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种能够抑制同轴电线对之间的串扰的多芯电缆。
根据示例性实施例的多芯电缆，包括：
至少两个同轴电线对，每个所述同轴电线对包括并排布置且彼此接触的两根同轴电线，每根所述同轴电线包括中心导体、绝缘体、外部导体和护套，所述外部导体包括内层部分和外层部分，其中，所述内层部分由螺旋状地缠绕的细金属线形成，并且所述外层部分由螺旋状地缠绕在所述内层部分上的金属树脂带形成，
其中，所述内层部分的所述细金属线的缠绕方向与所述外层部分的所述金属树脂带的缠绕方向相反，
所述金属树脂带的缠绕方向相对于所述细金属线的缠绕方向的角度在30°以上且90°以下的范围内，并且
所述同轴电线对之间的串扰等于或小于-40dB。
根据本发明，可提供能够抑制同轴电线对之间的串扰的多芯电缆。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的多芯电缆的实例的剖视图。
图2是示出包括在图1中所示的多芯电缆中的同轴电线的实例的透视图。
图3是示出图1中所示的多芯电缆的串扰的评价结果的曲线图。
图4是示出图1中所示的多芯电缆的衰减量的评价结果的曲线图。
具体实施方式
[本发明的实施例的说明]
首先，将列举和描述本发明的实施例的内容。
(1)根据本发明的实施例的多芯电缆包括至少两个同轴电线对。每个同轴电线对包括并排布置且彼此接触的两根同轴电线。每根同轴电线包括中心导体、绝缘体、外部导体和护套。外部导体包括内层部分和外层部分，其中，内层部分由螺旋状地缠绕的细金属线形成，并且外层部分由螺旋状地缠绕在内层部分上的金属树脂带形成。内层部分的细金属线的缠绕方向与外层部分的金属树脂带的缠绕方向相反。金属树脂带的缠绕方向相对于细金属线的缠绕方向的角度在30°以上且90°以下的范围内。同轴电线对之间的串扰等于或小于-40dB。根据该构造，可提供能够抑制同轴电线对之间的串扰的多芯电缆。金属树脂带的缠绕方向相对于细金属线的缠绕方向的角度优选地在40°以上且90°以下的范围内。
(2)优选地，细金属线的缠绕方向相对于同轴电线的中心轴线的角度在5°以上且15°以下的范围内。当细金属线的缠绕方向的角度设定在上述范围内时，能够充分地抑制单根同轴电线中衰减量的增加。
(3)优选地，金属树脂带的缠绕方向相对于同轴电线的中心轴线的角度在25°以上且85°以下的范围内。当金属树脂带的缠绕方向的角度小于25°或大于85°时，难以得到抑制串扰的效果。
(4)优选地，金属树脂带的缠绕方向相对于同轴电线的中心轴线的角度在25°以上且60°以下的范围内。从将金属树脂带缠绕在细金属线上时的缠绕便利性(生产率)或同轴电线的弯曲便利性的角度考虑，理想的是将金属树脂带的缠绕方向的角度设定在60°或更小。
(5)优选地，在垂直于多芯电缆的纵向的横截面中，多芯电缆包括第一层和第二层，其中，第一层由多根同轴电线中的布置在一个圆周上的一些同轴电线形成，并且第二层由布置在围绕所述第一层的另一个圆周上的与所述第一层的所述一些同轴电线不同的多根同轴电线形成。构成一个同轴电线对的两根同轴电线布置在第一层或第二层中的同一层。当构成一个同轴电线对的两根同轴电线布置在同一层时，可防止同轴电线对的时滞(skew)的增加。
(6)优选地，多芯电缆只容纳均具有相同外径的多根同轴电线，或者多芯电缆只容纳均具有相同外径的多根同轴电线和至少一个填充物(filler)。根据该构造，布置在多芯电缆中的同轴电线间的位置关系能够稳定布置而不发生偏离。
(7)优选地，第一层与第二层之间缠绕有带。根据该构造，可防止由于布置在第二层的同轴电线掉向第一层侧而产生时滞的增加。
[本发明实施例的细节]
在下文中，将参考附图描述根据本发明的多芯电缆的实施例的实例。如图1所示，根据本实施例的多芯电缆1具有多根同轴电线10和填充缆(filler cord)30。多根同轴电线10设定为连同填充缆30以螺旋形状进行完全绞合。多根同轴电线10的周部覆盖有屏蔽层31。屏蔽层31的周部覆盖有套壳32。
为了适于差动传输的应用，同轴电线10以成对的方式容纳在本实施例的多芯电缆1中。在本实施例中，一对同轴电线10构成同轴电线对，例如在多芯电缆1中容纳有八个同轴电线对11至18。构成各个同轴电线对的两个同轴电线10(例如，同轴电线对11的同轴电线10)并排布置且彼此接触。同时，理想的是构成一对的同轴电线10不互相扭绞。
除了八个同轴电线对11至18外，多芯电缆1还具有两根填充缆30。每根填充缆30为由例如尼龙、聚丙烯和短纤维(staple fiber)等形成并且具有圆形截面的直线部件。填充缆30设置为使由多根同轴电线10构造而成的同轴电线对11至18之间的位置关系保持稳定。因此，例如，填充缆30的直径可以稍小于同轴电线10的直径(如图1所示)或者也可以等于或大于同轴电线10的直径。
如图1所示，在垂直于多芯电缆1的纵向的横截面中，八个同轴电线对11至18中的两个同轴电线对17、18以及填充缆30布置在接近电缆的中心的一个圆周上，从而形成第一层10A。此外，其余的六个同轴电线对11至16布置在围绕第一层10A的另一个圆周上，从而形成第二层10B。所述六个同轴电线对11至16由与构成同轴电线对17、18的同轴电线10不同的同轴电线10构造而成。换言之，包括在同轴电线对11至18中的每个同轴电线对中的同轴电线10只布置在第一层10A或第二层10B中的同一层。此外，包括在同一同轴电线对中的同轴电线10不分别地布置在第一层10A和第二层10B。原因在于：当包括在同一同轴电线对中的同轴电线10分别地布置在第一层10A和第二层10B时，同轴电线对的时滞(因同轴电线10的延迟时间的差异而产生的延迟时间之差)增加。因此，在本实施例中，构成每个同轴电线对11至18的同轴电线10只布置在第一层10A或第二层10B中的同一层。这样，可防止每个同轴电线对中时滞的增加。
此外，如在本实施例中那样，当由十六个同轴电线10构造而成的八个同轴电线对11至18布置在多芯电缆1中时，四根同轴电线10连同两根填充缆30布置在一个圆周上的第一层10A(内层侧)并且十二根同轴电线10布置在围绕第一层10A的第二层10B。在这种情况下，容纳在多芯电缆1中的同轴电线10间的位置关系稳定布置而不发生偏离。此外，通过这样设置同轴电线，当在同轴电线对11至18中实施差动传输时，时滞减少至8ps/m或更小。
如图1和图2所示，同轴电线10均具有这样的同轴结构：中心导体21覆盖有绝缘体22，外部导体23布置在绝缘体22的外周并且外部导体23的周部覆盖有护套24。
使用由多根细金属线绞合而构造成的绞线作为中心导体21。该细金属线具有足够传输电子信号的高导电性。可以使用退火铜线或铜合金线作为细金属线。也可以使用镀有其它金属的铜或铜合金。在本实施例中，可以使用由七根镀银的退火铜线构造成的绞线作为中心导体21。该由绞线制成的中心导体21的外径为例如0.12mm至0.048mm(AWG34至AWG46)。
绝缘体22例如包括由四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)制成的碳氟树脂，由聚乙烯、聚丙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等制成的聚烯烃树脂，聚氯乙烯，或聚甲基戊烯。通过围绕中心导体21挤出并涂布前述树脂来形成绝缘体22。
外部导体23包括内层部分23A和围绕内层部分23A设置的外层部分23B。内层部分23A由螺旋状地缠绕在绝缘体22上的细金属线M形成。例如，细金属线M具有0.1mm至0.02mm的外径并且细金属线M是退火铜线、镀锡的退火铜线、镀锡的铜合金线或镀银的铜合金线等。在内层部分23A中，细金属线M相对于沿同轴电线10的纵向的中心轴线A以预定的角度θ1螺旋状地缠绕在绝缘体22上。细金属线M的缠绕方向与同轴电线10的中心轴线A之间的角度θ1为小的角度。该角度θ1在5°以上且15°以下的范围内，例如，10°。当将细金属线M的缠绕方向设定为使得细金属线M的缠绕方向相对于同轴电线10的中心轴线A的角度θ1在5°以上且15°以下的范围内时，可抑制单根同轴电线10中衰减量的增加。
外层部分23B由螺旋状地缠绕在内层部分23A上的金属树脂带T制成。金属树脂带T是通过在树脂带上层叠和粘接诸如铜箔或铝箔等金属箔而制成的，并且金属树脂带T的厚度为例如0.1μm至12μm。外层部分23B的金属树脂带T相对于同轴电线10的中心轴线A以预定的角度θ2螺旋状地缠绕在细金属线M上，使得金属树脂带的缠绕方向与内层部分23A的细金属线M的缠绕方向相反。金属树脂带T的缠绕方向相对于同轴电线10的中心轴线A的角度θ2为小的角度。角度θ2在25°以上且85°以下的范围内，优选地，在25°以上且60°以下的范围内。当金属树脂带T的缠绕方向的角度θ2小于25°或大于85°时，难以得到抑制同轴电线对11至18中的任意两个同轴电线对之间的串扰的效果。此外，从将金属树脂带T缠绕在细金属线M上时的缠绕便利性(生产率)或同轴电线10的弯曲便利性的角度考虑，理想的是将金属树脂带T的缠绕方向的角度θ2设定在60°或更小。
当角度θ1和θ2设定在上述范围内时，金属树脂带T的缠绕方向与细金属线M的缠绕方向之间的角度θ3可以设定在30°以上且90°以下的范围内，优选地，在30°以上且60°以下的范围内，更优选地，在33°以上且60°以下的范围内。角度θ3可以设定在40°以上且90°以下的范围内。同时，在本实施例中，细金属线M与金属树脂带T之间的角度假定为小的角度。当金属树脂带T的缠绕方向与细金属线M的缠绕方向之间的角度θ3设定在30°以上且90°以下的范围内时，可以将同轴电线对11至18中的任意两个同轴电线对之间的串扰抑制到-40dB或更小。
缠绕在外部导体23的外层部分23B上的护套24由例如以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的树脂带形成。可以挤出并涂布碳氟树脂、聚烯烃树脂或聚氯乙烯，以作为护套24。
在这样设定的八个同轴电线对11至18之中，布置在第二层10B中的六个同轴电线对11至16的周部覆盖有屏蔽层31。此外，屏蔽层31的外周侧覆盖有套壳32。
屏蔽层31例如为具有几十μm的外径的镀锡的铜线或铜合金线的编织层(braid)。由于屏蔽层31防止了在沿同轴电线对11至18中的同轴电线10传播的信号上加载噪声，因此能够实现无因噪声影响而产生的误差的精确的信号传输。此外，套壳32由聚氯乙烯(PVC)或聚烯烃树脂等形成。
为了制造本实施例的多芯电缆1，首先，在多芯电缆1的截面中的中心附近，将分别由两根并排布置且彼此接触的同轴电线10构成的同轴电线对17、18和两根填充缆30彼此紧密靠近地布置在同一个圆周上。这时，填充缆30分别布置在同轴电线对17与同轴电线对18之间，从而形成第一层10A。然后，将分别由并排布置且彼此接触的两根同轴电线10构成的其余的六个同轴电线对11至16布置在围绕第一层10A(同轴电线对17、18和填充缆30)的另一个圆周上，从而形成第二层10B。然后，将这样布置的八个同轴电线对11至18和填充缆30设定为以螺旋形状进行整体绞合。可选地，布置在第一层10A中的同轴电线10和布置在第二层10B中的同轴电线10可分别地进行绞合。在这种情况下，可将带(未示出)缠绕在第一层10A上、第二层10B下(内侧)(即缠绕在第一层10A与第二层10B之间)，以防止因布置在第二层10B中的同轴电线10掉向第一层10A侧而产生时滞的增加。随后，围绕这样设定的同轴电线对11至18形成屏蔽层31。最后，将套壳32挤出并涂布在屏蔽层31的外周部上。
(实例)
对在上述多芯电缆1中，因构成同轴电线10的外部导体23的金属树脂带T的存在与否或金属树脂带T的缠绕方向与细金属线M的缠绕方向之间的角度θ3的变化而对串扰和衰减量产生的影响进行评价。具体地说，对表1中显示的实例1至实例12的同轴电线的串扰、衰减量和频带空段(suck-out)进行评价。结果示出在表1中。此外，实例1、实例2和实例5的同轴电线的串扰的评价结果示出在图3中并且实例1、实例2和实例5的同轴电线的衰减量的评价结果示出在图4中。使用尺寸为AWG 32(中心导体的截面积为0.0324mm2)并且特性阻抗为45Ω的线材作为同轴电线。
实例1表示这样的同轴电线：其中在螺旋状地缠绕的细金属线上没有缠绕金属树脂带并且护套直接覆盖细金属线的周部。实例2表示这样的同轴电线：其中金属树脂带沿与细金属线相同的缠绕方向缠绕，使得金属树脂带相对于细金属线的角度θ3为7°(角度θ1为10°并且角度θ2为17°)。实例3表示这样的同轴电线：其中金属树脂带以与细金属线相同的缠绕方向缠绕，使得金属树脂带相对于细金属线的角度θ3为33°(角度θ1为10°并且角度θ2为43°)，该角度θ3大于实例2中的角度θ3。实例4表示这样的同轴电线：其中金属树脂带以与细金属线相反的缠绕方向缠绕，使得金属树脂带相对于细金属线的角度θ3为27°(角度θ1为10°并且角度θ2为17°)。实例5表示这样的同轴电线：金属树脂带以与细金属线相反的缠绕方向缠绕，使得金属树脂带相对于细金属线的角度θ3为53°(角度θ1为10°并且角度θ2为43°)，该角度θ3大于实例4中的角度θ3。类似地，在表1中示出了实例6至12中的角度θ1、θ2和θ3。
[表1]
在表1所示的评价项目中，以“优良”表示串扰小于-60dB，以“合格”表示串扰在-60dB以上且-40dB以下的范围内，并且以“不合格”表示串扰大于-40dB。以“优良”表示衰减量在-4.5dB/m或更小的范围内并且以“不合格”表示衰减量大于-4.5dB/m。此外，当在3GHz至15GHz的范围内未观察到衰减量曲线急剧下降并且在这种下降后上升时，频带空段表示为“优良”。
如表1所示，就串扰而言，实例1为“不合格”且实例2和实例3为“合格”。另一方面，实例4至实例12为“优良”。与实例1至实例3相比，在实例4至实例12中，抑制串扰的效果是足够的。具体地说，如图3的曲线图所示，可以看出，实例5中的串扰在全部频率范围内都被抑制到-60dB或更小。另一方面，已发现，实例1中的串扰在1000MHz至20000MHz的频率范围内大于-60dB并且在3000MHz至10000MHz的频率范围内大于-40dB。此外，已发现，实例2中的串扰在3000MHz至10000MHz的频率范围内大于-60dB。
此外，如表1所示，就衰减量而言，实例1至实例4为“不合格”而实例5至实例12为“优良”，并且可以看出，与实例1至实例4相比，实例5至实例12中衰减量的增加被进一步抑制(即使在频率为高时也能实现低的衰减)。具体地说，如图4的曲线图所示，与实例1和示例2相比可以看出，实例5即使在频率为高时也能实现低的衰减。同时，如图4的曲线图所示，在实例2中，在4000MHz至14000MHz的频率范围内可观察到发生衰减突降的频带空段现象。然而，频带空段现象未在实例1和实例5中发生。
根据前述内容，在实例5至实例12中，金属树脂带以与细金属线相反的缠绕方向缠绕，使得金属树脂带的缠绕方向与细金属线的缠绕方向之间的角度θ3不小于30°，可以确认在串扰、衰减量和频带空段全部评价项目中都得到了优良的结果。同时，角度θ3最大为90°(在本实施例中，细金属线与金属树脂带之间的角度为小角度或锐角)。在角度θ1为10°并且角度θ2(沿与角度θ1相反的方向)为30°(即，角度θ3为40°)的实例8和实例10中，在串扰、衰减量和频带空段中也全部得到了优良的结果。根据这些结果可以假定：当角度θ3增加时，在串扰、衰减量和频带空段中全部能够得到优良的结果。在本实施例中，角度θ3的理想值在30°以上且90°以下的范围内，理想地，在30°以上且60°以下的范围内，更理想地，在33°以上且60°以下的范围内。
尽管已参考具体实施例对本发明进行详细描述，但可以在不背离本发明的要旨和范围的情况下作出各种修改和变型。
上述实施例的多芯电缆1中的同轴电线10和填充缆30的数量和结构不限于本实施例。例如，只要多芯电缆1中的多根同轴电线10间的结构关系能稳定地保持，可省略填充缆30。此外，在上述实施例中，金属树脂带T由粘接到树脂带上的铜箔或铝箔等构造而成。然而，金属树脂带也可以由沉积在树脂带上的金属材料构造而成。

Claims (9)

1.一种多芯电缆，包括：
至少两个同轴电线对，每个所述同轴电线对包括并排布置且彼此接触的两根同轴电线，每根所述同轴电线包括中心导体、绝缘体、外部导体和护套，所述外部导体包括内层部分和外层部分，其中，所述内层部分由螺旋状地缠绕的细金属线形成，并且所述外层部分由螺旋状地缠绕在所述内层部分上的金属树脂带形成，
其中，所述内层部分的所述细金属线的缠绕方向与所述外层部分的所述金属树脂带的缠绕方向相反，
所述金属树脂带的缠绕方向相对于所述细金属线的缠绕方向的角度在30°以上且90°以下的范围内，并且
所述同轴电线对之间的串扰等于或小于-40dB。
2.根据权利要求1所述的多芯电缆，其中所述金属树脂带的缠绕方向相对于所述细金属线的缠绕方向的角度在40°以上且90°以下的范围内。
3.根据权利要求1所述的多芯电缆，其中所述细金属线的缠绕方向相对于所述同轴电线的中心轴线的角度在5°以上且15°以下的范围内。
4.根据权利要求1或3所述的多芯电缆，其中所述金属树脂带的缠绕方向相对于所述同轴电线的中心轴线的角度在25°以上且85°以下的范围内。
5.根据权利要求1或3所述的多芯电缆，其中所述金属树脂带的缠绕方向相对于所述同轴电线的中心轴线的角度在25°以上且60°以下的范围内。
6.根据权利要求1或3所述的多芯电缆，在垂直于所述多芯电缆的纵向的横截面中还包括：
第一层，其由所述多根同轴电线中的布置在一个圆周上的一些同轴电线形成；以及
第二层，其由布置在围绕所述第一层的另一个圆周上的与所述第一层的所述一些同轴电线不同的多根同轴电线形成，
其中，构成一个同轴电线对的两根同轴电线只布置在所述第一层或所述第二层中的同一层。
7.根据权利要求6所述的多芯电缆，其中，所述多芯电缆只容纳均具有相同外径的所述多根同轴电线，或者所述多芯电缆只容纳均具有相同外径的所述多根同轴电线和至少一个填充物。
8.根据权利要求6所述的多芯电缆，还包括：
带，其缠绕在所述第一层与所述第二层之间。
9.根据权利要求7所述的多芯电缆，还包括：
带，其缠绕在所述第一层与所述第二层之间。
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