CN108091429B - 差分信号电缆 - Google Patents
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Abstract
一种差分信号电缆，包括绝缘芯线、屏蔽层，所述的绝缘芯线由一对并行放置的双导体和和覆盖在双导体上的绝缘介质以及在绝缘介质中间嵌入的中间部位气体空隙构成，中间部位气体空隙和双导体平行。本发明差分信号电缆具有外径小、重量轻、弯曲半径小、更柔软、低损耗的特点。
Description
技术领域
本发明涉及高速数据传输，特别是一种差分信号电缆。
背景技术
随着物联网IoT,LTE/LTE-A/5G通信技术的发展，个人计算机、云存储、云计算、服务器、超级计算机的增长，需要能够比以往更快的速度传输数据的差分信号电缆。光纤为远距离和高数据率传输提供了最佳的数据率和性能，这是因为光纤提供了具有低衰减和低误码率的传输。但是，由于昂贵的收发器以及光模块功耗问题，近距离仍需要能够进行高速数据传输的无源铜缆。
在处理几Gbps以上的高速数字信号的服务器、路由器、存储器等产品中，设备之间或者设备内的基板之间的信号传输利用差分信号进行的传输，其电连接使用差分信号电缆。
授予东京特殊电线株式会社日本特许第4685744号公报公开了一种中空芯体构成的高速数字信号传输电缆，可以减小有效相对介电常数、线缆体积等。然而要适用于25Gbps甚至更高数据率信号传输的时候，通常屏蔽层的金属箔要使用纵包工艺，而这种采用两根绝缘芯线的结构不利于使用纵包工艺：当电缆弯折的时候，金属箔往内部塌陷会使得电缆电气性能不稳定。
授予东京特殊电线株式会社专利CN201280054854号公开了一种使用同轴线集合体来构成高速信号传输线缆的方法，描述了同轴构造成的高速信号传输线缆在编织、横向缠绕、CuPET等构成屏蔽层时候的特性。然而由于组成的一根差分信号电缆的两根同轴之间没有耦合，使得组装加工该类型同轴结构电缆需要精确切割长度，尤其是当信号对之间的偏斜(Skew)要求在10ps以内的时候，即使不考虑同轴线缆之间介质的不均匀性(介电常数，电缆线径，导体粗糙程度等)以及成缆长度的偏差，切割长度误差可能都要求小于2mm，这对于1m以上的组件加工相当具有挑战性。
授予日立金属株式会社专利CN201320570309号公开了一种在表皮层的外周或屏蔽导体的内周形成微小的沟而形成空隙的电缆，然后差分信号的电磁场主要分布在两根导体之间以及周围，这种方式仍然不能减小有效相对介电常数从而减小电缆体积。
授予日立电线株式会社专利CN201210137921号公开了一种绝缘介质构造的方法，该方法可以解决金属箔松弛的问题，然而由于绝缘介质为实体的绝缘介质因而不能有效地减小相对介电常数。
发明内容
本发明的目的是提供一种差分信号电缆，该差分信号电缆具有比传统实心挤出工艺制造的差分信号电缆外径更小、体积更小、重量更轻、弯曲半径更小、更柔软、信号传播速度更快，批量生产时候电缆电气特性(比如SCD21差模到共模转换)一致性更好的特点，原材料成本更低的解决方案。
本发明的技术解决方案如下：
一种差分信号电缆，包括绝缘芯线和屏蔽层，所述绝缘芯线由一对并行放置的双导体和同时覆盖在所述双导体上的绝缘介质构成，所述绝缘芯线外包裹着屏蔽层，其特点在于所述绝缘介质为一个整体覆盖在所述双导体上，并在所述绝缘介质中有一个及以上的与所述双导体平行的中间部位气体空隙，所述中间部位气体空隙至少有一部分在以双导体的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且所述中间部位气体空隙整体的重心在所述双导体的中心连线的中垂面上且距离双导体中心连线的距离D满足D≤1.5*R，其中R为双导体的半径。
所述绝缘介质中还有一个及以上的中垂面气体空隙，这些中垂面气体空隙各自的重心在所述双导体的中心连线的中垂面上且各自分别距离双导体的中心连线的距离D’满足D’>1.5*R，其中R为双导体的半径。
所述绝缘介质中还有两个及以上的中垂面对称气体空隙，所述中垂面对称气体空隙沿所述双导体的中心连线的中垂面对称分布。
所述绝缘介质中还有两个及以上的中轴线对称气体空隙，所述中轴线对称气体空隙沿所述双导体的中心连线的中点对称分布。
所述绝缘介质和双导体之间还分别包裹有第一绝缘介质带。
所述绝缘介质和屏蔽层之间还有一根及以上的排流线。
所述排流线部分置于绝缘介质中且部分表面不被绝缘介质覆盖，以和所述屏蔽层接触。
所述屏蔽层外有第一稳定层，所述第一稳定层采用绕包、纵包、挤出、编织或缠绕工艺构造。
本发明的技术效果如下：
1、本发明的差分信号电缆，包括绝缘芯线和屏蔽层，所述绝缘芯线由一对并行放置的双导体和同时覆盖在所述双导体上的绝缘介质构成，所述绝缘芯线外包裹着屏蔽层，其特征在于所述绝缘介质为一个整体覆盖所述双导体，并在所述绝缘介质中有一个及以上的与所述双导体平行的中间部位气体空隙，所述中间部位气体空隙至少有一部分在以双导体的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且这些中间部位气体空隙整体的重心在所述双导体的中心连线的中垂面上且距离双导体的中心连线的距离D满足D≤1.5*R，其中R为双导体的半径。
2、绝缘介质作为一个整体覆盖在双导体外周，相对于传统由两根绝缘导体构成一根差分信号电缆的方式，这种整体覆盖使得双导体之间的距离更加稳定，同时双导体外周的绝缘介质为同一时刻相同参数比如温度、挤压压力挤出构成，使得构成的绝缘芯线更加对称因而构造出的差分信号电缆具有更好的差模到共模(SCD21)抑制功能。
3、重心在双导体的中心连线的中垂面上且距离双导体的中心连线的距离D>1.5*R(其中R为双导体的半径)的中垂面气体空隙所在位置的共模信号具有比差模信号更强的电场，因而通过调整中垂面气体空隙的大小和位置来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)。
4、中间部位气体空隙中可以填充氮气、空气等气体，有部分差模电场分布在中间部位气体空隙中，由于这部分为气体介质，相对于传统实心挤出材料更加均匀，相对介电常数更小，因而这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以减小有效相对介电常数，从而减小电缆体积，增加柔软度。
5、可以在挤压绝缘介质的时候在绝缘介质外周挤压出凹槽，后续工序再将排流线置入凹槽中；或则可以在挤压绝缘介质的时候则将排流线一起挤出(排流线部分表面置于绝缘介质中)的方法来放置排流线，这样排流线被限位在绝缘介质中以稳固排流线的位置，避免生产过程中以及弯折电缆时候排流线的位置发生相对变动而影响电气性能。
6、设置排流线在双导体的中心连线延长线斜上方或则斜下方可以有效减小差分信号电缆的尺寸。
总之，本发明的差分信号电缆具有比传统实心挤出工艺制造的差分信号电缆外径更小、体积更小、重量更轻、弯曲半径更小、更柔软、信号传播速度更快，批量生产时候电缆电气特性(比如SCD21差模到共模转换)一致性更好的特点，原材料成本更低的解决方案。
附图说明
图1表示现有差分信号电缆结构示意图以及共模信号、差模信号电场分布示意图；
图1(a)表示导体、绝缘介质、屏蔽层示意图；
图1(b)表示差模信号电场分布示意图；
图1(c)表示共模信号电场分布示意图；
图2表示现有差分信号电缆的差模信号分布示意图；
图3表示本发明差分信号电缆实施例1的横截面结构示意图；
图4表示本发明差分信号电缆实施例2的横截面结构示意图；
图5表示本发明差分信号电缆实施例3的横截面结构示意图；
图6表示差分信号电缆1B1的横截面结构示意图；
图7表示差分信号电缆1B2的横截面结构示意图；
图8表示本发明差分信号电缆实施例4的横截面结构示意图；
图9表示本发明差分信号电缆实施例5的横截面结构示意图；
图10表示本发明差分信号电缆实施例6的横截面结构示意图；
图11表示本发明差分信号电缆实施例7的横截面结构示意图和中间部位气体空隙241的构成；
图11(a)表示差分信号电缆1F的横截面结构示意图；
图11(b)表示差分信号电缆1F的中间部位气体空隙241构成示意图；
图12表示本发明差分信号电缆实施例8的横截面结构示意图和中间部位气体空隙241的构成；
图12(a)表示差分信号电缆1F1的横截面结构示意图；
图12(b)表示差分信号电缆1F1的中间部位气体空隙241构成示意图；
图中：
1、1A、1B、1B1、1B2、1C、1D、1E、1F、1F1-差分信号电缆；
2-绝缘芯线；
211、212–导体；
22-绝缘介质；
22a-“肋”；
221、222-第一绝缘介质带；
240、240a-中垂面气体空隙；
241、241a、241b、241c、241d、241e、241f-中间部位气体空隙；
242、243-中垂面对称气体空隙；
244、245-中轴线对称气体空隙；
3-屏蔽层；
4、41、42-排流线；
5-第一稳定层；
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细阐述本发明的实施例。应该理解，本发明不限于实施例所示出的精确设置和手段。
先请参阅图1，
图1表示差分信号电缆结构示意图以及差模信号、共模信号电场分布示意图。差分信号电缆由双导体211、212，绝缘介质22，屏蔽层3组成。图1(b)表示差模信号电场分布示意图，图1(c)表示共模信号电场分布示意图，图中箭头越粗、越密集表示电场强度越大。由图1(b)可知，差模信号电场在实心介质中，分布在导体连线垂直方向的上部和下部很弱，如图2中A、B区域所示。大部分差模信号电场能量将集中在图2中C所示的区域(C区域部分边界以差分信号电缆中心为圆心、半径为1.5R的圆弧构成，如图2中AC1到AC2段所示，其中R为双导体的半径)。因此可以挖空部分图2中C所示的区域的绝缘介质来减小有效相对介电常数。同时维持A、B区域不做大的改变(差模信号电场在此区域分布弱，因而对有效相对介电常数影响小)就可以增强差分信号电缆力学强度。
和传统实心挤出介质的电缆相比，当在图2所示C区域中有气体空隙的时候，可以减小有效相对介电常数，从而可以减小电缆外径和重量，增加线缆柔软度，同时降低了物料成本。有效相对介电常数或差模阻抗可以由电磁场仿真软件得出。
实施例1：
图3表示本发明差分信号电缆实施例1的横截面结构示意图(与导体长度方向垂直的视图)。由图3可见，本发明差分信号电缆1，包括绝缘芯线2和屏蔽层3。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和覆盖在双导体211、212上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241构成。中间部位气体空隙241和双导体211、212平行，且中间部位气体空隙241的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中点(中间部位气体空隙241在以双导体211、212的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且中间部位气体空隙241整体的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中垂面上且距离双导体211、212的中心连线的距离D≤1.5*R)。中间部位气体空隙241的半径r满足0.5*R≤r≤1.5*R,其中R为双导体211、212的半径。
双导体211、212由铜、铝、铁、钢等优良电导体、或者由在这些优良电导体上实施镀锡、银等而成的单芯线或绞合线形成。
绝缘介质22优先选择四氟乙烯和全氟烷氧基(PFA)的共聚物，也可以选择乙烯和四氟乙烯(ETFE)的共聚物、四氟乙烯和六氟丙稀(FEP)的共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯、聚丙烯等以及基于他们的发泡材料等挤压构成，但不限于此。
绝缘介质22作为一个整体覆盖在双导体211、212外周，相对于传统由两根绝缘导体构成一根差分信号电缆的方式，这种整体覆盖使得双导体211、212之间的距离更加稳定，同时双导体211、212外周的绝缘介质22为同一时刻相同参数比如温度、挤压压力挤出构成，使得构成的绝缘芯线2更加对称因而差分信号电缆1具有更好的差模到共模(SCD21)抑制功能。所述绝缘介质22中的中间部位气体空隙241可以填充氮气、空气等气体，相对于传统实心挤出材料，该中间部位气体空隙241形成的介质更加均匀。中间部位气体空隙241和双导体211、212之间的间距0≤h1、h2<d/2，0<v1、v2，d为双导体211、212之间的间距。
屏蔽层3优选的由热熔金属箔带绕包构成，绕包角度5°≤α≤85°，但不限于此。优选的可以根据热熔胶的热熔温度进行热熔处理，比如在90℃～110℃温度范围内进行3～10秒热熔处理，这样使得绕包的屏蔽层3形成一个整体而不松散。
差分信号电缆1内部有部分差模电场分布在中间部位气体空隙241中，由于这部分为气体介质，因而这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以减小有效相对介电常数，从而减小电缆体积，增加柔软度。
除此之外，中间部位气体空隙241也可以为其他任意形状和大小，比如椭圆形，长方形等形状。屏蔽层3外可以继续挤压护套或则绕包麦拉带，但不限于此。
实施例2：
图4表示本发明差分信号电缆实施例2的横截面结构示意图(与导体长度方向垂直的视图)。由图4可见，本发明差分信号电缆1A，包括绝缘芯线2、屏蔽层3和排流线4。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和覆盖在双导体211、212上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241构成。中间部位气体空隙241和双导体211、212平行，且中间部位气体空隙241的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中点(中间部位气体空隙241在以双导体211、212的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且中间部位气体空隙241整体的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中垂面上且距离双导体211、212的中心连线的距离D≤1.5*R，其中R为双导体211、212的半径)。对于与在差分信号电缆1中说明的部分具有通用功能的构成要素附注同一符号而省略其说明。
屏蔽层3优选的由热熔金属箔带绕包构成，绕包角度5°≤α≤85°，但不限于此。优选的可以根据热熔胶的热熔温度进行热熔处理，比如在90℃～110℃温度范围内进行3～10秒热熔处理，这样使得绕包的屏蔽层3形成一个整体而不松散。
排流线4由铜、铝、铁、钢等优良电导体、或者由在这些优良电导体上实施镀锡、银等而成的单芯线或绞合线而构成，也可以由扁平导体、金属箔带等构成。如图4所示，排流线4放置于绝缘芯线2上部的中间凹槽中，其中凹槽的口径d1大于排流线4的直径。排流线4中A1到B1表面和屏蔽层3的金属箔接触以降低EMI干扰。可以在挤压绝缘介质22的时候在绝缘介质外周挤压出凹槽，后续工序再将排流线4置入凹槽中；或则可以在挤压绝缘介质22的时候则将排流线4一起挤出(排流线部分表面置于绝缘介质中)的方法来放置排流线4，这样排流线4被限位在绝缘介质22里面以稳固排流线4的位置，避免生产过程中以及弯折电缆时候排流线4的位置发生相对变动而影响电气性能。
差分信号电缆1A内部有部分差模电场分布在中间部位气体空隙241中，由于这部分为气体介质，因而这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以减小有效相对介电常数，从而减小电缆体积，增加柔软度。
除此之外，中间部位气体空隙241也可以为其他任意形状和大小，比如椭圆形，长方形等形状。屏蔽层3也可以由金属箔带纵包构成，也可以由金属导体缠绕或编织构成，屏蔽层3外可以继续挤压护套或则绕包麦拉带，但不限于此。排流线4亦可以放置在屏蔽层3内的任意位置，比如放在一侧；也可以放置两根或两根以上排流线4，比如放置在两侧或中间。
实施例3
图5表示本发明差分信号电缆实施例3的横截面结构示意图(与导体长度方向垂直的视图)。由图5可见，本发差分信号电缆1B，包括绝缘芯线2、屏蔽层3、排流线41和42、第一稳定层5。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和覆盖在双导体211、212上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241和沿双导体211、212的中心连线的中垂面对称地嵌入的中垂面对称气体空隙242、243构成。其中中间部位气体空隙241的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中点，中垂面对称气体空隙242、243和双导体211、212平行。对于与在差分信号电缆1、1A中说明的部分具有通用功能的构成要素附注同一符号而省略其说明。
部分差模电场分布在中间部位气体空隙241、中垂面对称气体空隙242、243中，由于这部分为气体介质，因而差分信号电缆1B这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以提高差模信号传播速度(减小有效相对介电常数)，从而减小电缆体积，增加柔软度。同时中垂面对称气体空隙242、243所在的位置共模信号和差模信号电场强度不同，因而可以调整中垂面对称气体空隙242、243的大小来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)。中垂面对称气体空隙242、243也可以在其他位置，不限于此实施例所示。
屏蔽层3使用重叠式纵包即金属箔带宽度方向的两端沿着双导体211、212的纵向彼此重叠。屏蔽层3可以采用单面金属箔带，也可以使用双面金属箔带，或“纯”金属箔以及镀锡、银的金属箔，折边(单侧折边和双侧折边)金属箔带以及采用在这些金属箔带上涂覆了热熔胶的带子状材料构成。金属箔带纵包的起始点优先在双导体211、212等距离的位置，这样使得双导体211、212外围的结构比较对称，从而抑制信号差模到共模的转换(SCD21)。相比于传统绕包金属箔带，这种纵包金属箔带具有衰减小，截止频率高的特点。
排流线41、42放置于绝缘芯线2的两侧，置于挤压出的绝缘介质22的凹槽中，凹槽的口径d2大于排流线4的直径。凹槽位置不设置在双导体211、212的中心连线延长线的位置，而在双导体211、212中心联系延长线斜上方或则斜下方，但不限于此。这样可以减小差分信号电缆1B的尺寸。排流线的A2到B2表面部分和屏蔽层3的金属箔接触以降低EMI干扰。可以在挤压绝缘介质22的时候挤压出凹槽，后续工序再将排流线41、42置入凹槽中；或则可以在挤压绝缘介质22的时候则将排流线41、42一起挤出的方法来放置排流线，这样排流线41、42被限位在绝缘介质22里面以稳固排流线41、42的位置，避免生产过程中以及弯折电缆时候排流线41、42的位置发生相对变动而影响电气性能。
第一稳定层5采用树脂带、PET(比如麦拉)、聚酰亚胺/>、金属箔带、PTFE聚四氟乙烯带、LD-PTFE低密度聚四氟乙烯带、Porous-PTFE微孔聚四氟乙烯带、ePTFE膨体聚四氟乙烯带、聚四氟乙烯微孔膜、PTFE带以及涂覆了热熔胶的聚酯带(比如热熔麦拉带)等带状材料采用绕包的工艺来构造，绕包角度5°≤α≤85°。
除此之外，中间部位气体空隙241也可以为其他形状，如图6所示的椭圆形，如图7所示的任意形状等。其中图6所示的差分信号电缆1B1，其中间部位气体空隙241部分在以双导体211、212的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且中间部位气体空241整体的重心O在所述的双导体211、212的中心连线的中垂面上且距离双导体211、212的中心连线的距离D＝R满足D≤1.5*R，其中R为双导体211、212的半径。中垂面对称气体空隙242、243也可以为其他任意形状和其他数量如图6、图7所示，其中图6所示的差分信号电缆1B1的中垂面对称气体空隙242、243由屏蔽层3覆盖在绝缘介质22中开口宽度为W1的凹槽开口外面而形成。本实施例中的屏蔽层3也可以采用对缝式纵包或间隙式纵包以及绕包、编织、缠绕工艺；排流线41、42亦可以放置在屏蔽层3内的任意位置。第一稳定层5除了使用带子状材料绕包构成以外，也可以用众所周知的金属导体、纤维等线状材料缠绕或则编织的方法来构造以及利用挤出的方式来构造。
实施例4：
图8表示本发明差分信号电缆实施例4的横截面结构示意图(与导体长度方向垂直的视图)。由图8可见，本发明差分信号电缆1C，包括绝缘芯线2、屏蔽层3、排流线41和42、第一稳定层5。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和覆盖在双导体211、212上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241和沿双导体211、212的中心连线的中点对称嵌入的中轴线对称气体空隙244、245构成。中轴线对称气体空隙244、245和双导体211、212平行。对于与在1、1A和1B中说明的部分具有通用功能的构成要素附注同一符号而省略其说明。
排流线41、42放置于绝缘芯线2的两侧，排流线41、42中A到B表面部分未覆盖压绝缘介质22，以和屏蔽层3的金属箔接触降低EMI干扰。可以在挤压绝缘介质22的时候将排流线41、42一起挤出来放置排流线。排流线41、42部分被埋藏在绝缘介质22里面以稳固排流线41、42的位置，避免生产过程中以及弯折电缆时候排流线41、42的位置发生相对变动而影响电气性能。
部分差模电场分布在中间部位气体空隙241、中轴线对称气体空隙244、245中，由于这部分为气体介质，因而差分信号电缆1C这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以提高差模信号传播速度(减小有效相对介电常数)，从而减小电缆体积，增加柔软度。同时中轴线对称气体空隙244、245所在位置的共模信号和差模信号电场强度不同，因而可以调整中轴线对称气体空隙244、245的大小来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)。
除此之外，中间部位气体空隙241也可以为其他形状，中轴线对称气体空隙244、245也可以分布在其他位置以及为其他形状和其他数量。
实施例5：
图9表示本发明差分信号电缆实施例5的横截面结构示意图。由图9可见，本发明差分信号电缆1D，包括绝缘芯线2、屏蔽层3、排流线41和42、第一稳定层5。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和覆盖在双导体211、212上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241和中垂面对称气体空隙242、243和中轴线对称气体空隙244、245构成。对于与在差分信号电缆1、1A、1B和1C中说明的部分具有通用功能的构成要素附注同一符号而省略其说明。
排流线41、42放置于绝缘介质22两端，位于绝缘介质22和屏蔽层3之间。
有部分差模电场分布在中间部位气体空隙241、中垂面对称气体空隙242和243、中轴线对称气体空隙244和245中，由于这部分为气体介质，因而这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以减小有效的相对介电常数，从而减小电缆体积，增加柔软度。除此之外，中间部位气体空隙241、中垂面对称气体空隙242和243、中轴线对称气体空隙244和245也可以为其他任意形状。屏蔽层3可以采用纵包或绕包或编织或缠绕的工艺来构造。
实施例6：
图10表示本发明差分信号电缆实施例6的横截面结构示意图(与导体长度方向垂直的视图)。由图10可见，本发明差分信号电缆1E，包括绝缘芯线2、屏蔽层3、排流线4。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和分别绕包在所述的双导体211、212上的第一绝缘介质带221、222和同时覆盖在第一绝缘介质带221、222上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241和中垂面气体空隙240构成。其中中间部位气体空隙241的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中点。中垂面气体空隙240和双导体211、212平行，中垂面气体空隙240重心在双导体211、212的中心连线的中垂面上，且距离双导体211、212的中心连线的距离D满足D>1.5*R，其中R为双导体211、212的半径。对于与在差分信号电缆1、1A、1C中说明的部分具有通用功能的构成要素附注同一符号而省略其说明。
第一绝缘介质带221、222由PTFE聚四氟乙烯带或基于PTFE聚四氟乙烯拉伸的带子状材料或LD-PTFE低密度聚四氟乙烯带或Porous-PTFE微孔聚四氟乙烯带或ePTFE膨体聚四氟乙烯带或聚四氟乙烯微孔膜或Aerogel气凝胶等低密度(密度≤2.3g/cm3)、低介电常数(介电常数≤2.2)、低介电损耗(损耗正切≤0.0008)带子状材料采用绕包的工艺来构造，绕包角度5°≤α≤85°,但不限于此。第一绝缘介质带221、222其目的为改善导体和绝缘介质之间的附着力(比如在绝缘介质22和双导体211、212做一个机械力缓冲作用)，当选择低介电常数的低密度聚四氟乙烯(比如介电常数为1.4的LD-PTFE)可以进一步减小有效的相对介电常数。
中垂面气体空隙240所在位置的共模信号具有比差模信号更强的电场，因而通过调整中垂面气体空隙240的大小来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)。中垂面气体空隙240数量也可以为两个及以上比如一个置于中间部位气体空隙241上方，一个置于中间部位气体空隙241下方，也可以为其他形状和在其他位置，不限于此实施例所示。
另外，第一绝缘介质带221、222也可以采用纵包的工艺包裹在双导体211、212上，不限于此实施例所示。
实施例7：
图11(a)表示本发明差分信号电缆实施例7的横截面结构示意图(与导体长度方向垂直的视图)。由图11(a)可见，本发明差分信号电缆1F，包括绝缘芯线2、屏蔽层3、排流线41和42、第一稳定层5。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和覆盖在双导体211、212上的绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241和绝缘介质22中间下方的中垂面气体空隙240a构成。其中中垂面气体空隙240a由屏蔽层3覆盖在绝缘介质22中间下方开口宽度为W的凹槽开口外面而形成，中垂面气体空隙240a重心在双导体211、212的中心连线的中垂面上，且距离双导体211、212的中心连线的距离D’满足D’>1.5*R，其中R为双导体211、212的半径。中间部位气体空隙241由中间部位气体空隙241a、241b、241c、241d、241e、241f构成，如图11(b)所示。对于与在差分信号电缆1、1A、1B和1C中说明的部分具有通用功能的构成要素附注同一符号而省略其说明。
中垂面气体空隙240a所在位置的共模信号具有比差模信号更强的电场，因而通过调整中垂面气体空隙240a的大小来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)。中垂面气体空隙240a也可以为其他形状、数量和在其他位置，不限于此实施例所示。
由中间部位气体空隙241a、241b、241c、241d、241e、241f构成的中间部位气体空隙241包含着由绝缘介质22形成的“肋”22a，如图11(a)所示。中间部位气体空隙241整体的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中点(由中间部位气体空隙241a、241b、241c、241d、241e、241f构成的中间部位气体空隙241至少有一部分在以双导体211、212的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且这些中间部位气体空隙241整体的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中垂面上且距离双导体211、212的中心连线的距离D＝0满足D≤1.5*R，其中R为双导体211、212的半径)。这样的好处是当差分信号电缆1F弯折或则受到外力挤压的时候，中间部位气体空隙241更不容易变形，从而保证差分信号电缆1F的电气特性。
除此之外，中间部位气体空隙241也可以为其他气体间隙形状构成，如图12(b)所示。差分信号电缆1F1，包括绝缘芯线2、屏蔽层3、排流线41和42、第一稳定层5。所述的绝缘芯线2由双导体211、212和绝缘介质22以及在绝缘介质22中间嵌入的中间部位气体空隙241和绝缘介质22中间下方的中垂面气体空隙240a和中垂面气体空隙240构成。其中中垂面气体空隙240a由屏蔽层3覆盖在绝缘介质22中间下方的凹槽开口外面而形成，中间部位气体空隙241由中间部位气体空隙241a、241b、241c、241d、241e、241f构成，如图12(a)所示(由中间部位气体空隙241a、241b、241c、241d、241e、241f构成的中间部位气体空隙241至少有一部分在以双导体211、212的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且这些中间部位气体空隙241整体的重心在所述的双导体211、212的中心连线的中垂面上且距离双导体211、212的中心连线的距离D＝0满足D≤1.5*R，中垂面气体空隙240、240a各自重心分别在双导体211、212的中心连线的中垂面上，且各自分别距离双导体211、212的中心连线的距离D’满足D’>1.5*R，其中R为双导体211、212的半径)。
有部分差模电场分布在中间部位气体空隙241中，由于这部分为气体介质，因而这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以减小有效的相对介电常数，从而减小电缆体积，增加柔软度。中垂面气体空隙240、240a所在位置的共模信号具有比差模信号更强的电场，因而通过调整中垂面气体空隙240、240a的大小来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)
实验表明，本发明优势总结：
●绝缘介质22作为一个整体覆盖在双导体211、212外周，相对于传统由两根绝缘导体构成一根差分信号电缆的方式，这种整体覆盖使得双导体211、212之间的距离更加稳定，同时双导体211、212外周的绝缘介质22为同一时刻相同参数比如温度、挤压压力挤出构成，使得构成的绝缘芯线2更加对称因而构造出的差分信号电缆具有更好的差模到共模(SCD21)抑制功能。
●中垂面气体空隙240所在位置的共模信号具有比差模信号更强的电场，因而通过调整中垂面气体空隙240的大小来调整共模信号和差模信号的传播速度差，从而抑制差模共模转换(SCD21)。
●中间部位气体空隙241中可以填充氮气、空气等气体，有部分差模电场分布在中间部位气体空隙241中，由于这部分为气体介质，相对于传统实心挤出材料更加均匀，相对介电常数更小，因而这种结构构成的绝缘介质相对于传统实心介质可以减小有效相对介电常数，从而减小电缆体积，增加柔软度。
●可以在挤压绝缘介质22的时候在绝缘介质外周挤压出凹槽，后续工序再将排流线4置入凹槽中；或则可以在挤压绝缘介质22的时候则将排流线4一起挤出排流线部分表面置于绝缘介质中)的方法来来放置排流线，这样排流线4被限位在绝缘介质22里面以稳固排流线4的位置，避免生产过程中以及弯折电缆时候排流线4的位置发生相对变动而影响电气性能。
●设置排流线4在导体211、212中心联系延长线斜上方或则斜下方可以有效减小差分信号电缆1的尺寸。
虽然已经在这里具体描述了本发明的某些当前优选的实施例，但是对本发明所属领域的那些技术人员来说将很显然能做出对这里示出和描述的各种实施例的改变和修改而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明应该仅以所附权利要求和适用法规所要求的程度来限制。
注：Mylar，Kapton均为DuPont注册商标。
Claims (13)
1.一种差分信号电缆（1），包括绝缘芯线（2）和屏蔽层（3），所述绝缘芯线（2）由一对并行放置的双导体（211、212）和同时覆盖在所述双导体（211、212）上的绝缘介质（22）构成，所述绝缘芯线（2）外包裹着屏蔽层（3），其特征在于所述绝缘介质（22）为一个整体覆盖在所述双导体（211、212）上，并在所述绝缘介质（22）中有一个及以上的与所述双导体（211、212）平行的中间部位气体空隙（241），所述中间部位气体空隙（241）至少有一部分在以双导体（211、212）的中心连线的中点形成的线为中轴线、1.5*R为半径形成的圆柱覆盖的范围内，并且所述中间部位气体空隙（241）整体的重心在所述双导体（211、212）的中心连线的中垂面上且距离双导体（211、212）中心连线的距离D满足D≤1.5*R，其中R为双导体（211、212）的半径。
2.根据权利要求1所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）中还有一个及以上的中垂面气体空隙（240），这些中垂面气体空隙（240）各自的重心在所述双导体（211、212）的中心连线的中垂面上且各自分别距离双导体（211、212）的中心连线的距离D’满足D’>1.5*R，其中R为双导体（211、212）的半径。
3.根据权利要求1所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）中还有两个及以上的中垂面对称气体空隙（242、243），所述中垂面对称气体空隙（242、243）沿所述双导体（211、212）的中心连线的中垂面对称分布。
4.根据权利要求2所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）中还有两个及以上的中垂面对称气体空隙（242、243），所述中垂面对称气体空隙（242、243）沿所述双导体（211、212）的中心连线的中垂面对称分布。
5.根据权利要求1至4任一项所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）中还有两个及以上的中轴线对称气体空隙（244、245），所述中轴线对称气体空隙（244、245）沿所述双导体（211、212）的中心连线的中点对称分布。
6.根据权利要求1至4任一项所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）和双导体（211、212）之间还分别包裹有第一绝缘介质带（221、222）。
7.根据权利要求5所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）和双导体（211、212）之间还分别包裹有第一绝缘介质带（221、222）。
8.根据权利要求1至4任一项所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）和屏蔽层（3）之间还有一根及以上的排流线（4）。
9.根据权利要求5所述的差分信号电缆，其特征在于所述绝缘介质（22）和屏蔽层（3）之间还有一根及以上的排流线（4）。
10.根据权利要求8所述的差分信号电缆，其特征在于所述排流线（4）部分置于绝缘介质（22）中且部分表面不被绝缘介质（22）覆盖，以和所述屏蔽层（3）接触。
11.根据权利要求9所述的差分信号电缆，其特征在于所述排流线（4）部分置于绝缘介质（22）中且部分表面不被绝缘介质（22）覆盖，以和所述屏蔽层（3）接触。
12.根据权利要求1至4任一项所述的差分信号电缆，其特征在于所述屏蔽层（3）外有第一稳定层（5），所述第一稳定层（5）采用绕包、纵包、挤出、编织或缠绕工艺构造。
13.根据权利要求5所述的差分信号电缆，其特征在于所述屏蔽层（3）外有第一稳定层（5），所述第一稳定层（5）采用绕包、纵包、挤出、编织或缠绕工艺构造。
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2018
- 2018-01-24 CN CN201810069546.0A patent/CN108091429B/zh active Active
Patent Citations (7)
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