CN107230525A - 超高频数字通信电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高频数字通信电缆，该电缆的缆芯包括三对非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组以及十字分隔架，该十字分隔架表面置有金属箔层；非屏蔽对绞线组的对线绞合节距分别为线缆绞合节距值域的两端值和中间值，屏蔽对绞线组的对线绞合节距值取至线缆绞合节距值域内；在所述屏蔽对绞线组上包裹有线对屏蔽层，该线对屏蔽层带有屏蔽开口，该屏蔽开口朝向总屏蔽层的内壁面。其制备方法包括：确定线缆绞合节距；选择线缆绞合节距值域范围；拉制铜导体；挤包绝缘层；绞合对绞线组；包裹线对屏蔽层；绞合成缆；包覆总屏蔽层；挤包外护层。本发明能有效提高线对间绞合节距差，保证高频线缆的四线组间串音衰减水平，适用于超高频率数字信号传输。

Description

超高频数字通信电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及数字通信电缆，尤其涉及一种用于40G以太网的超高频数字通信的通信电缆。本发明还涉及制备该数字通信电缆的方法。
背景技术
随着数字通信网络不断地向大容量、高频率、高速率纵深方向发展，多业务传输平台技术也逐步成熟，并在城域网中得到推广；我国的“三网合一”通信网络的建设正如火如荼。结构化综合布线系统的快速发展，使千兆以太网已不能满足用户宽带要求，万兆以太网将成为主流技术，相应的数字通信电缆需从七类向八类以及超高传输频率的通信电缆产品发展。
决定数字通信电缆传输质量的参数主要包括特性阻抗、串音、结构回波损耗和衰减等，随着传输频率的提高，为了保证传输质量，只有不断优化电缆结构，提升电缆性能，才能满足高速数据通信需求，以保证通信网络的可靠性。串音是数字通信电缆传输性能中一项重要的参数，根据理论分析，影响串音的主要因素为线对间的节距差，以及线对中心之间的距离。为了减少线对之间的串音，要求线对和线对间的节距差越大越好，但由于节距差的变化还影响到电缆的其它传输性能，如时延差、衰减和直流电阻，还会影响到电缆结构的稳定性、电缆柔软性和用料等物理性能，综合考虑这些因素，对于一确定规格型号数字信号电缆，四对对纹线组的节距值总是被控制在一定的值域范围内，只能通过合理分配该节距值域来减少线对之间的串音。
然而有限的节距值域范围和大节距差需求，不管在理论上还是在实践中都是难以实现大节距差，故在一定的节距值域范围内仅通过节距值的调节和分配并不能有效减少线对间的串音，因而对于高频、特高频以及超高频数字信号电缆，总是在每对对绞线单元外单独使用金属屏蔽，但线对金属屏蔽层的使用不仅增大了线对工作电容值，而且金属屏蔽层在线对上的绕包也会对线对绝缘层形成机械作用，同样也会改变线对的电容值，而电容值的提高又增大线对信号传输的衰减，使线对抗衰减性能降低。如何在有限的电缆节距值域范围内，最大限度地增大线对间的节距差是提高串音衰减水平的有效手段之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能在有限的电缆线对节距值域范围内，最大限度地提高线对间绞合节距差的超高频数字信号电缆，本发明的另一要解决的技术问题是提供一种制造该超高频数字信号电缆的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的超高频数字通信电缆，包括缆芯，以及填充于缆芯中的十字分隔架，在缆芯上包覆有总屏蔽层，所述缆芯包括三对非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组，该三对非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组分别位于十字分隔架的四个分隔区域内，该十字分隔架的骨架表面置有金属箔层；所述非屏蔽对绞线组和屏蔽对绞线组均由二根绝缘单线绞合而成，绝缘单线包括有导体以及从里向外依次包覆的绝缘内皮层、中间发泡层和绝缘外皮层；三对非屏蔽对绞线组的对线绞合节距分别为线缆绞合节距值域的两端值和中间值，屏蔽对绞线组的对线绞合节距值取至线缆绞合节距值域内且不同于非屏蔽对绞线组的对线绞合节距；在所述屏蔽对绞线组上包裹有线对屏蔽层，该线对屏蔽层带有屏蔽开口，该屏蔽开口朝向总屏蔽层的内壁面。
本发明的优选实施方式，所述线对屏蔽层的屏蔽开口沿电缆长度方向设置，该屏蔽开口的开口圆心角α=80°—100°。
本发明的进一步实施方式，所述屏蔽开口的开口两侧边处均设置有屏蔽折边，该屏蔽折边沿线对屏蔽层的半径方向设置。
本发明的优选实施方式，所述线缆绞合节距值域范围为Tmax~Tmin，三对非屏蔽对绞线组（1）的对线绞合节距分别为Tmax、（Tmax+Tmin）/2和Tmin。
本发明的优选实施方式，所述Tmax=16㎜—17㎜，Tmin=8.5㎜—9.5㎜。
本发明的进一步实施方式，所述总屏蔽层为单面铝箔屏蔽层，在总屏蔽层外包裹有外护层。
本发明的进一步实施方式，所述总屏蔽层和外护层之间设有金属排流线，该金属排流线为沿电缆长度方向设置的镀锡铜线。
本发明制备超高频数字通信电缆的方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）确定线缆绞合节距：根据线缆传输电性能确定构成线缆四对对绞组的绞合节距值域范围Tmax~Tmin；
（2）在上述线缆绞合节距值域范围内，确定三对非屏蔽对绞线组（1）的对线绞合节距分别为Tmax、（Tmax+Tmin）/2和Tmin，并在线缆绞合节距值域范围内选取确定屏蔽对绞线组的对线绞合节距；
（3）拉制铜导体：将实心软铜线拉制成直径为0.640㎜±0.01㎜的圆形铜导体，该铜导体的伸长率为25%±1.5%；
（4）挤包绝缘层：在圆形铜导体上同时共挤三层结构的绝缘层而形成绝缘单线，绝缘层从里向外依次为实心内皮层、中间泡沫层和实心外皮层，绝缘层厚度为0.32㎜±0.03㎜，其中间泡沫层厚度为0.20㎜±0.03㎜；绝缘单线的同心度大于99%，绝缘单线的椭圆度小于0.005㎜；
（5）绞合对绞线组：将绝缘单线两两相互绞合成四对对绞线组，该四对对绞线组的绞合方向相同，四对对绞线组的绞合节距值不同；
（6）包裹线对屏蔽层：将铜箔带或铝箔带采用包覆模具包裹在屏蔽对绞线组上形成线对屏蔽层，该线对屏蔽层带有屏蔽开口和屏蔽折边，屏蔽开口的开口圆心角为80°—100°，屏蔽折边沿线对屏蔽层的半径方向设置；
（7）绞合成缆：将带有线对屏蔽层的屏蔽对绞线组和三对不带屏蔽层的非屏蔽对绞合成缆芯，该缆芯的绞合节距为60㎜±5㎜；
（8）包覆总屏蔽层：在缆芯外以单面金属箔包覆总屏蔽层，该总屏蔽层的金属箔朝向缆芯内；在总屏蔽层外纵放一根0.5㎜的金属排流线；
（9）在总屏蔽层上挤包外护层形成电缆成品。
本发明的优选实施方式，所述十字分隔架包括塑料骨架和覆置于塑料骨架表面的金属箔层。
本发明的优选实施方式，所述线对屏蔽层上的屏蔽开口朝向总屏蔽层，且线对屏蔽层的开口折边紧贴总屏蔽层内侧。
在本发明中，由于在线缆的四对对绞线组中仅有一对对绞线组采用屏蔽结构，而其余的三对对绞线组采用了非屏蔽结构，当综合考虑线缆的电性能指标和优化的结构形式等电缆参数因素而确定对绞线组的对线绞合节距数值范围后，即线缆绞合节距值域，三对对绞线组的节距就可以在该优化确定的节距值域范围内进行分配，只要在该值域范围内选择三个数值差距较大的节距值分别作为三对非屏蔽对绞线组的节距，就可使该三对对绞线组的节距差实现最大化，而对绞线组与对绞线组之间的节距差增大有效减少线对之间的串音，从而保证高频线缆的四线组间串音衰减水平，实现了在有限的节距值域范围内节距差值的最大化。又由于本发明的屏蔽对绞线组的屏蔽层并不是采用传统的全周绕包或纵包方法，而是在该线对屏蔽层上带有屏蔽开口，该屏蔽开口又朝向总屏蔽层的内壁面，一方面带有开口的线对屏蔽层与总屏蔽层之间仍然构成了严密的环绕线对全周的屏蔽层，同样能有效阻止电磁干扰信号侵入到该对绞线单元中，也避免了对绞线单元内部电磁信号辐射外泄，具有严密可靠的屏蔽效果；更重要的一方面，具有开口的线对屏蔽层无包缠压力地包裹于对绞线组上，不会因屏蔽带绕包张力不一而对线组的绝缘层形成挤压和折弯等机械作用，而这种机械作用所引起的绝缘层变形或屏蔽层施压所引起的线组导体径向位置的变化，均会造成绝缘层介电常数的变化和对绞线组工作电容增大，从而使线缆传输衰减常数增大，本发明中带开口的屏蔽层巧妙地解决了上述不足。还由于三对非屏蔽线组和一对屏蔽对绞线组分别位于十字隔架的四个分隔区内，且十字分隔架的骨架表面置有金属箔层，十字分隔架使得对线组的相互排列位置在有限的空间尽量保持了较大的间隔距离，间隔距离的增大提高了高频四线组的串音衰减水平，十字分隔架也减少线组间的相互挤压，大大减轻了绝缘单线之间的接触应力，减少了绝缘单线接触线处的挤压变形，更好地保证缆芯结构和电缆阻抗均匀稳定；十字分隔架上的金属箔层对线组又产生了屏蔽作用，使高频电缆具有极高的抗内、外部电磁干扰的综合屏蔽效果。在本发明中导体外的绝缘层采用绝缘内皮层、中间泡沫层和绝缘外皮层的三层绝缘结构，使绝缘单线间的工作电容大幅下降，从而使传输衰减常数降低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明超高频数字通信电缆一种具体实施方式的横截面结构示意图；
图2是图1 所示结构中线对屏蔽层的横截面放大结构示意图。
图中，1—非屏蔽对绞线组、2—绝缘单线、21—导体、22—绝缘内皮层、23—中间泡沫层、24—绝缘外皮层、3—十字分隔架、4—缆芯、5—屏蔽对绞线组、6—线对屏蔽层、7—屏蔽开口、8—总屏蔽层、9—外护层、10—金属排流线、11—屏蔽折边。
具体实施方式
如图1所示的超高频数字通信电缆，该数字通信电缆的缆芯4外包覆总屏蔽层8，总屏蔽层8采用厚度为0.06mm的单面铝箔进行纵包，其纵包重叠率为15%。在总屏蔽层8上挤包有低烟无卤电缆护套料构成的外护层9，该外护层9的壁厚控制在0.60±0.10mm，包覆外护层后的电缆外径不大于7.60mm。在总屏蔽层8与外护层9之间沿电缆长度纵向放置一根金属排流线10，金属排流线10为0.5mm的镀锡铜线构成。电缆的缆芯4包括三对非屏蔽对绞线组1和一对屏蔽对绞线组5。三对非屏蔽对绞线组1和一对屏蔽对绞线组5中间位置填充有十字分隔架3，十字分隔架3的骨架采用聚乙烯材料，十字分隔架3的四个叶片骨架表面上均匀涂有一层金属箔层，该金属箔层可以是铝箔层或铜箔层；三对非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组分别位于十字分隔架的四个分隔区域内。
三对非屏蔽对绞线组1和一对屏蔽对绞线组5均由二根绝缘单线绞合而成，非屏蔽对绞线组1的外侧不包覆绝缘层，屏蔽对绞线组5的外侧包裹有线对绝缘层。绝缘单线2包括有导体21以及从里向外依次包覆的绝缘内皮层22、中间发泡层23和绝缘外皮层24；导体21采用实心软铜线拉制而成，绝缘外皮层24采用高密度聚乙烯材料；中间发泡层23采用高、低密度聚乙烯与成核剂混合经氮气处理而成；绝缘内皮层22采用低密度聚乙烯材料。三对非屏蔽对绞线组1和一对屏蔽对绞线组5的绞合方向相同，本实施例中对绞线组的绞合方向均为S向，其绞合节距各不相同。
综合考虑线缆的传输性能和优化的结构形式等电缆参数因素，如时延差、衰减和直流电阻，以及电缆结构的稳定性、电缆柔软性等，并运用六西格玛设计方法结合平衡节点原理优选确定出线缆四对对绞线组的绞合节距选择范围，即优选确定线缆绞合节距值域范围为Tmax~Tmin，优选地：Tmax=16㎜—17㎜，Tmin=8.5㎜—9.5㎜。则三对非屏蔽对绞线组1的对线绞合节距分别为Tmax、（Tmax+Tmin）/2和Tmin，即分别为线缆绞合节距值域的两端值和中间值。本实施例中，Tmax=16.5㎜，Tmin=9.1㎜，则三对非屏蔽对绞线组1的对线绞合节距分别为16.5㎜、12.8㎜、9.1㎜。屏蔽对绞线组5的对线绞合节距值则在线缆绞合节距值域范围Tmax~Tmin内进行选择，且不同于非屏蔽对绞线组的对线绞合节距，本实施例的屏蔽对绞线组5的对线绞合节距为10.3㎜。本发明的结构满足了组内串扰的要求，实际系统可满足2000MHz串扰指标要求。
如图2所示，包裹于屏蔽对绞线组5上的线对屏蔽层6带有屏蔽开口7，该屏蔽开口7朝向总屏蔽层8的内壁面，屏蔽开口7的开口两侧边处均设置有屏蔽折边11，该屏蔽折边11沿线对屏蔽层6的半径方向设置，线对屏蔽层6通过其上的屏蔽折边11搭接于总屏蔽层8的内壁面上。线对屏蔽层6的屏蔽开口7沿电缆长度方向设置，该屏蔽开口7的开口圆心角α=90°；优选地α=80°—100°。
本发明制备超高频数字通信电缆的方法，包括如下步骤：
（1）确定线缆绞合节距：综合考虑线缆的传输性能和优化的结构形式等电缆参数因素，并运用六西格玛设计方法结合平衡节点原理优选出线缆四对对绞线组的绞合节距选择范围，并确定构成线缆四对对绞组的绞合节距值域范围Tmax~Tmin。
（2）在上述线缆绞合节距值域范围内，确定三对非屏蔽对绞线组的各对线绞合节距分别为Tmax、（Tmax+Tmin）/2和Tmin，并在线缆绞合节距值域范围内选取确定屏蔽对绞线组的对线绞合节距。
（3）拉制铜导体：将实心软铜线拉制成直径为0.640㎜±0.01㎜的圆形铜导体，该铜导体的伸长率为25%±1.5%。
（4）挤包绝缘层：将上述拉制的铜导体送入具有挤塑功能的绝缘层挤出机，该挤出机对三层绝缘料均加热熔融并在导体外形成三层同时共挤绝缘层，绝缘层的总厚度为0.32mm±0.03mm，实心内皮层采用低密度聚乙烯绝缘料，以增强导体与绝缘层之间的粘附力，绝缘泡沫层采用低密度聚乙烯、高密度聚乙烯及成核剂组合而成的发泡料，再通过小型注气针将高压氮气送入螺杆中部与发泡绝缘材料相作用以进行物理发泡，中间泡沫层的在线发泡度控制在20-35之间，以保证泡孔细密、均匀。实心外皮层采用高密度聚乙烯材料来提高绝缘单线的强度，使绝缘层抗拉强度达到16MPa以上。绝缘层伸长率在400%以上，绝缘层与铜导体间的粘附力控制在5—8N/mm2,绝缘单线的同心度控制在99%以上，绝缘单线的椭圆度小于0.005mm。
（5）绞合对绞线组：将八根绝缘单线两两相互绞合而绞合成四对对绞线组，该四对对绞线的绞合方向相同均为S向，四对对绞线组的绞合节距值不同。本实例中四对对绞线组的绞合节距分别为9.1mm、16.5mm、10.3mm和12.8mm。绞对退扭可改善因单线偏心或线径不均匀而造成的阻抗波动等，使传输性能更加稳定。根据绞合节距大小，将退扭率控制在15%—30%之间，严格控制单线的放线张力和收线张力，放线张力控制在800CN±20CN之间，收线张力控制为16N±1N之间，绞合节距偏差不超过±0.03mm。
（6）包裹线对屏蔽层：选择绞合节距为10.3mm的对绞线组作为屏蔽对绞线组，将规格为0.07×6mm的单面聚酯薄膜铝箔带采用专用模具对选定的屏蔽对绞线组进行包裹，而形成线对屏蔽层，该线对屏蔽层带有屏蔽开口和屏蔽折边，包裹时屏蔽开口朝向外侧，屏蔽开口的开口圆心角α为90°，优选α为80°—100°之间，屏蔽折边沿线对屏蔽层的半径方向布置。
（7）绞合成缆：在三对非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组中间纵向填充一根四个叶片内侧均涂有铝箔层的十字分隔架，使得三对非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组分别置于十字分隔架的四个分隔区域内。该十字分隔架采用5.2*0.7mm的聚乙烯为骨架，在该骨架表面上涂有铝箔屏蔽层。将非屏蔽对绞线组和一对屏蔽对绞线组绞合成缆芯。缆芯的成缆绞合节距为60mm±5mm，成缆绞合方向也为S向，收线张力控制为70N±5N。缆芯绞合后屏蔽对绞线组的线对屏蔽层上的屏蔽开口朝向外侧。
（8）包覆总屏蔽层：在纵包设备上采用自制的专用模具将缆芯用0.07*25mm的单面铝箔进行纵包向包覆以形成总屏蔽层，且纵包过程中将两端边按一定方向从180°经过六道专用模具逐步调整至0°，其包覆表面平整，保证了屏蔽衰减和转移阻抗等屏蔽性能；其重叠量为4mm。在纵向包覆的铝箔外放置金属排流线，该金属排流线为一根0.5mm的镀锡铜线，金属排流线与铝箔表面充分接触，保证其连续性。线对屏蔽层上的屏蔽开口朝向总屏蔽层，且线对屏蔽层的开口折边紧贴总屏蔽层内侧。
（9）在总屏蔽层上挤包外护层形成电缆成品。采用低烟无卤电缆护套料在总屏蔽层外周挤包外护层，外护层的壁厚为0.55 mm±0.1mm，包覆外护层后的电缆外径为7.8mm。

Claims (10)

1.一种超高频数字通信电缆，包括缆芯（4），以及填充于缆芯（4）中的十字分隔架（3），在缆芯（4）上包覆有总屏蔽层（8），其特征在于：所述缆芯（4）包括三对非屏蔽对绞线组（1）和一对屏蔽对绞线组（5），该三对非屏蔽对绞线组（1）和一对屏蔽对绞线组（5）分别位于十字分隔架（3）的四个分隔区域内，该十字分隔架（3）的骨架表面置有金属箔层；所述非屏蔽对绞线组（1）和屏蔽对绞线组（5）均由二根绝缘单线（2）绞合而成，绝缘单线（2）包括有导体（21）以及从里向外依次包覆的绝缘内皮层（22）、中间发泡层（23）和绝缘外皮层（24）；三对非屏蔽对绞线组（1）的对线绞合节距分别为线缆绞合节距值域的两端值和中间值，屏蔽对绞线组（5）的对线绞合节距值取至线缆绞合节距值域内且不同于非屏蔽对绞线组（1）的对线绞合节距；在所述屏蔽对绞线组（5）上包裹有线对屏蔽层（6），该线对屏蔽层（6）带有屏蔽开口（7），该屏蔽开口（7）朝向总屏蔽层（8）的内壁面。
2.根据权利要求1所述的超高频数字通信电缆，其特征在于：所述线对屏蔽层（6）的屏蔽开口（7）沿电缆长度方向设置，该屏蔽开口（7）的开口圆心角α=80°—100°。
3.根据权利要求2所述的超高频数字通信电缆，其特征在于：所述屏蔽开口（7）的开口两侧边处均设置有屏蔽折边（11），该屏蔽折边（11）沿线对屏蔽层（6）的半径方向设置。
4.根据权利要求1所述的超高频数字通信电缆，其特征在于：所述线缆绞合节距值域范围为Tmax~Tmin，三对非屏蔽对绞线组（1）的对线绞合节距分别为Tmax、（Tmax+Tmin）/2和Tmin。
5.根据权利要求4所述的超高频数字通信电缆，其特征在于：所述Tmax=16㎜—17㎜，Tmin=8.5㎜—9.5㎜。
6.根据权利要求1所述的超高频数字通信电缆，其特征在于：所述总屏蔽层（8）为单面铝箔屏蔽层，在总屏蔽层（8）外包裹有外护层（9）。
7.根据权利要求1所述的超高频数字通信电缆，其特征在于：所述总屏蔽层（8）和外护层（9）之间设有金属排流线（10），该金属排流线（10）为沿电缆长度方向设置的镀锡铜线。
8.一种制备超高频数字通信电缆的方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
（1）确定线缆绞合节距：根据线缆传输电性能确定构成线缆四对对绞组的绞合节距值域范围Tmax~Tmin；
（2）在上述线缆绞合节距值域范围内，确定三对非屏蔽对绞线组（1）的对线绞合节距分别为Tmax、（Tmax+Tmin）/2和Tmin，并在线缆绞合节距值域范围内选取确定屏蔽对绞线组（5）的对线绞合节距；
（3）拉制铜导体：将实心软铜线拉制成直径为0.640㎜±0.01㎜的圆形铜导体，该铜导体的伸长率为25%±1.5%；
（4）挤包绝缘层：在圆形铜导体上同时共挤三层结构的绝缘层而形成绝缘单线，绝缘层从里向外依次为实心内皮层、中间泡沫层和实心外皮层，绝缘层厚度为0.32㎜±0.03㎜，其中间泡沫层厚度为0.20㎜±0.03㎜；绝缘单线的同心度大于99%，绝缘单线的椭圆度小于0.005㎜；
（5）绞合对绞线组：将绝缘单线两两相互绞合成四对对绞线组，该四对对绞线组的绞合方向相同，四对对绞线组的绞合节距值不同；
（6）包裹线对屏蔽层：将铜箔带或铝箔带采用包覆模具包裹在屏蔽对绞线组上形成线对屏蔽层，该线对屏蔽层带有屏蔽开口和屏蔽折边，屏蔽开口的开口圆心角为80°—100°，屏蔽折边沿线对屏蔽层的半径方向设置；
（7）绞合成缆：将带有线对屏蔽层的屏蔽对绞线组和三对不带屏蔽层的非屏蔽对绞合成缆芯，该缆芯的绞合节距为60㎜±5㎜；
（8）包覆总屏蔽层：在缆芯外以单面金属箔包覆总屏蔽层，该总屏蔽层的金属箔朝向缆芯内；在总屏蔽层外纵放一根0.5㎜的金属排流线；
（9）在总屏蔽层上挤包外护层形成电缆成品。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述十字分隔架包括塑料骨架和覆置于塑料骨架表面的金属箔层。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述线对屏蔽层上的屏蔽开口朝向总屏蔽层，且线对屏蔽层的开口折边紧贴总屏蔽层内侧。
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