CN114023507A - 同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺 - Google Patents

同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺 Download PDF

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CN114023507A CN202111331703.9A CN202111331703A CN114023507A CN 114023507 A CN114023507 A CN 114023507A CN 202111331703 A CN202111331703 A CN 202111331703A CN 114023507 A CN114023507 A CN 114023507A
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Abstract

本发明公开了一种同轴线缆，包括两根同轴线单元，同轴线单元和高密度聚乙烯骨架外侧通过聚酯粘接带包裹后形成同轴线缆。一种高速直连线缆，包括多个同轴线缆，间隔均匀设置在FRP中心加强件的外侧，同轴线缆的外侧包覆有聚酯包扎带，聚酯包扎带的外侧设置有金属屏蔽层，金属屏蔽层的外侧设有低烟无卤聚烯烃阻燃护套层。一种高速直连线缆的制作工艺，包括以下步骤：a．制作绝缘芯线；b．制作外导体；c．制作同轴线缆；d．制作高速直连线缆。通过上述方式，本发明同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺，传输带宽更宽，电磁场集中因而屏蔽性更好，几何结构比平行双线体积更小，结构更紧凑，适用于在数据中心高密度的布线场合。

Description

同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺
技术领域
本发明涉及高速线缆领域，特别是涉及一种同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺。
背景技术
DAC高速线缆（Direct Attach Cable）一般译为直接电缆、直连铜缆或高速电缆。高速线缆是一种替代光模块的低成本短距离连接方案，高速线缆两端都带有模块的线缆组件，不可更换端口，模块头和铜缆不能分离，但是相比光模块而言，高速线缆上面的连接器模块没有昂贵的光学激光器和其他电子元件，从而在短距离应用中大大地节约了成本和功耗。
高速线缆DAC是以镀银导体和发泡绝缘芯线为材料，采用线对屏蔽及总屏蔽的方式，从而构成了高速线缆。
高速线缆DAC的有优势如下：
1、高性能：适用于数据中心的短距离布线，使用范围广，集成方案能力强。
2、节能环保：高速线缆内部材质是铜芯，铜缆的自然散热效果好，节能环保。
3、低功耗：高速线缆功耗低。由于无源电缆不需要电源，耗电量几乎为0；有源电缆耗电量一般在440mW左右。
4、低成本：铜缆价格与光纤相比要低得多，因此，使用高速线缆能够大大降低整个数据中心的布线成本。
我们知道，有源光缆在某方面比高速线缆有着优势，但是，在不同的场景中选择合适的线缆可以达到更加好的效果。
AOC有源光缆与DAC高速线缆的差异：
1、功耗不同，AOC有源光缆的最大功耗比DAC高速线缆低。
2、传输距离不同，AOC有源光缆（OM3）的传输距离一般可达100M，而DAC高速线缆的传输距离一般在5-10M左右。
3、传输介质不同，AOC有源光缆采用光纤材质，属于光纤通信，不受电磁波的干扰。而DAC高速线缆采用铜线材质，属于电通信，会受电磁干扰。
4、传输信号不同，AOC有源光缆传输信号为光信号，而DAC高速线缆传输低压脉冲信号。
5、价格不同，一方面，由于光纤的价格比铜缆贵，另一方面，有源光缆两端模块含有光器件，而DAC高速线缆不含光器件，所以，AOC有源光缆的价格要比DAC高速线缆高出许多。
6、体积重量不同，在同等长度下，AOC有源光缆的重量约为DAC高速线缆的四分之一，体积约为DAC高速线缆的二分之一，便于布线和运输。
7、传输性能不同，AOC有源光缆的误码率比DAC高速线缆更低。
同轴电缆(Coaxial Cable)是一种由两个导体组成的合成物，同轴电缆的中心导线用于传输信号，金属外导体起了两个作用：一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路，二是作为信号的屏蔽网，抑制电磁噪音对信号的干扰。发泡的聚乙烯绝缘层介于中心导线与外导体之间，绝缘层决定了电缆的传输特性，而且有效保护了中间的导线。
同轴电缆用途：同轴电缆被广泛应用于音视频或射频的传输，特性阻抗一般为75Ω，已经成为视频的标准阻抗(早期也会利用50Ω特性阻抗进行视频传输)。优质标准的同轴电缆一般比双绞线的价格更昂贵，因为同轴电缆可靠的物理特性，能够提供优良的音视频表现。信号的频率、分辨率以及电缆的有效传输距离在音视频系统中起了决定作用。同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输，适用于各种各样的应用，其中最重要的有电视传播、长途电话传输、计算机系统之间的短距离连接以及局域网等。同轴电缆作为将电视信号传播到千家万户的一种手段发展迅速，这就是有线电视。一个有线电视系统可以负载几十个甚至上百个电视频道，其传播范围可以达几十千米。长期以来同轴电缆都是长途电话网的重要组成部分。今天，它面临着来自光纤、地面微波和卫星的日益激烈的竞争。
同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信，而其缺点也是显而易见的：一是体积大，细缆的直径就有3/8英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；最后就是成本高，而所有这些缺点正是双绞线能克服的，因此在现在的局域网环境中，基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代。
由于传统的同轴电缆虽然传输带宽远大于双绞线的数据电缆，但其尺寸较大，结构僵硬，柔性较差，因而，传统的同轴电缆无法适用于在数据中心高密度的布线场合。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺，传输带宽更宽，电磁场集中因而屏蔽性更好，几何结构比平行双线体积更小，结构更紧凑，适用于在数据中心高密度的布线场合。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种同轴线缆，包括两根同轴线单元，所述同轴线单元包括同轴线以及与同轴线平行设置的接地短路铜线，两根所述同轴线单元之间成对称设置，并且通过高密度聚乙烯骨架分隔，所述同轴线单元和高密度聚乙烯骨架外侧通过聚酯粘接带包裹后形成同轴线缆，两根所述同轴线单元构成上、下行信号传输的双路同轴单元，所述同轴线单元包括由内到外依次设置的内导体、绝缘内结皮、发泡绝缘层、铜箔绕包外导体和铜丝编织屏蔽层。
在本发明一个较佳实施例中，所述高密度聚乙烯骨架横截面呈8字形结构。
在本发明一个较佳实施例中，所述同轴线缆的横截面呈椭圆形。
在本发明一个较佳实施例中，所述同轴线缆的最高传输带宽，即其截止频率由下式给出：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中d和D分别为内导体的外径和铜箔绕包外导体的内径，c为光速；衰减由下式给出：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中d和D分别为内导体外径和外导体内径，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
分别为内导体和外导体的电导率，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure DEST_PATH_IMAGE012
分别为绝缘层的介电常数和介质损耗角正切；同轴电缆在高频下的特性阻抗可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高速直连线缆，包括上述的同轴线缆，所述同轴线缆间隔均匀设置在FRP中心加强件的外侧，所述同轴线缆的外侧包覆有聚酯包扎带，所述聚酯包扎带的外侧设置有金属屏蔽层，所述金属屏蔽层的外侧设有低烟无卤聚烯烃阻燃护套层。
在本发明一个较佳实施例中，所述同轴线缆绕FRP中心加强件的中心所在圆间隔均匀设置。
在本发明一个较佳实施例中，所述同轴线缆的数量为6个。
在本发明一个较佳实施例中，所述同轴线缆的铜箔绕包外导体通过接地短路铜线与SFP连接器的印刷电路板相连接，内导体与SFP连接器的印刷电路板相连接。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种上述的高速直连线缆的制作工艺，包括以下步骤：a．制作绝缘芯线：在串列线上，将镀银铜线内导体上挤出聚烯烃发泡绝缘层；b．制作外导体：通过绕包机在绝缘芯线外包裹一层铜箔绕包外导体和一层金属编织屏蔽网；c．制作同轴线缆：将两根同轴线连同各一根铜线分置在一根由高密度聚乙烯制成的8字形骨架两侧，外面绕包裹着一层聚酯带粘胶带，形成一个由两根同轴线构成的一组双路同轴单元；d．制作高速直连线缆：绞笼式成缆机上，将多个双路同轴单元绞合成缆，以FRP为中心骨架， 每层绞合层外用聚酯带绕包扎紧，形成缆芯，并在成缆芯线外加一层金属线材编织物的金属屏蔽层，最后在护套挤出线上挤制低烟无卤聚烯烃阻燃护套层。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤a中发泡绝缘层的最大外径为1.6mm，所述步骤b中铜箔绕包外导体的厚度不小于0.004mm。
本发明的有益效果是：本发明同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺，釆用特殊的光缆结构及接续方式，适用于数据中心中高密度的布线应用。高速线缆DAC在数据中心机架内连接方案：（1）高速线缆用于数据中心机架内部之间的短距离直连，一般长度在1~10米最佳。（2）5~30米以内的短距离可以选择AOC有源光缆，（3）30米以上长距离可以选择光模块+光纤跳线组合。高速线缆又称为直接电缆、直连铜缆或高速电缆。高速线缆是一种替代光模块的低成本短距离连接方案，高速线缆两端都带有模块的线缆组件，不可更换端口，模块头和铜缆不能分离，但是相比光模块而言，高速线缆上面的连接器模块没有昂贵的光学激光器和其他电子元件，从而在短距离应用中大大地节约了成本和功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明同轴线缆一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明高速直连线缆的结构示意图；
图3是高速直连线缆与SFP连接器连接的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1、同轴线缆，11、内导体，12、绝缘内结皮，13、发泡绝缘层，14、铜箔绕包外导体，15、铜丝编织屏蔽层，16、接地短路铜线，17、聚酯粘接带，18、高密度聚乙烯骨架，2、高速直连线缆，21、FRP中心加强件，22、聚酯包扎带，23、金属屏蔽网，24、低烟无卤聚烯烃阻燃护套层，3、SFP连接器，31、印刷电路板，32、功能芯片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种同轴线缆，包括两根同轴线单元，同轴线单元包括同轴线以及与同轴线平行设置的接地短路铜线16，两根同轴线单元之间成对称设置，并且通过高密度聚乙烯骨架18分隔，同轴线单元和高密度聚乙烯骨架18外侧通过聚酯粘接带17包裹后形成同轴线缆，两根同轴线单元构成上、下行信号传输的双路同轴单元，同轴线单元包括由内到外依次设置的内导体11、绝缘内结皮12、发泡绝缘层13、铜箔绕包外导体14和铜丝编织屏蔽层15。
另外，高密度聚乙烯骨架18横截面呈8字形结构。
另外，同轴线缆1的横截面呈椭圆形。
另外，同轴线缆比平行双线传输带宽更宽，电磁场集中因而屏蔽性更好，2. 同轴线的几何结构比平行双线体积更小，结构更紧凑。同轴线的最高传输带宽，亦即其截止频率由下式给出：
Figure 931301DEST_PATH_IMAGE002
，其中d和D分别为内导体的外径和铜箔绕包外导体的内径，c为光速；采用微型同轴线组构，故其传输频带很宽。衰减由下式给出：
Figure 51704DEST_PATH_IMAGE004
，其中d和D分别为内导体外径和外导体内径，
Figure 175649DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 898754DEST_PATH_IMAGE008
分别为内导体和外导体的电导率，
Figure 916389DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 817480DEST_PATH_IMAGE012
分别为绝缘层的介电常数和介质损耗角正切；在高频下，主要衰减项是介质损耗，故同轴线绝缘釆用物理发泡高压聚乙烯绝缘，以降低其介质损耗，从而降低电缆的高频衰减。同轴电缆在高频下的特性阻抗可按下式计算：
Figure 677989DEST_PATH_IMAGE014
。
如图2和图3所示，一种高速直连线缆，包括上述的同轴线缆1，同轴线缆1间隔均匀设置在FRP中心加强件21的外侧，同轴线缆1的外侧包覆有聚酯包扎带22，聚酯包扎带22的外侧设置有金属屏蔽层23，金属屏蔽层23的外侧设有低烟无卤聚烯烃阻燃护套层24。
另外，同轴线缆1绕FRP中心加强件21的中心所在圆间隔均匀设置。
另外，同轴线缆1的数量为6个。
另外，同轴线缆1的铜箔绕包外导体14通过接地短路铜线16与SFP连接器3的印刷电路板31相连接，内导体11与SFP连接器3的印刷电路板31相连接。
将两根微型同轴线缆连同其接地铜线用一个8字型高密度聚乙烯骨架分开，外面再用聚酯粘胶带绕包成一个橢圆单位。这构成一个上、下行信号传输的双通道单元。以此单元成缆后构成缆芯，在其外包扎聚酯带，并以铜丝编织构成屏蔽层，进一步提高电缆的屏蔽效果。最后用聚烯烃低烟无卤护套料挤出护套层。再以定长的电缆，两端装上SFP连接器，电缆的内导体及外导体（通过短路铜线）与SFP内置的印刷电路板（PCB）相连接，如图3所示。也可在一端分别用LC型等连接器构成MPO/MTP-LC分支跳线。本发明的同轴型高速直连电缆CDAC(Coaxial Line Direct Attach Cable)比市场上使用的由平行双线构成的高速直连电缆DAC(Direct Attach Cable)有下列优点：1.鉴于同轴线与平行双线固有的特点，同轴线比平行双线传输带宽更宽，电磁场集中因而屏蔽性更好，2.同轴线的几何结构比平行双线体积更小，结构更紧凑。电路板上通常必须有一颗EEprom芯片(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory)即是带电可擦可编程只读存储器，主要内容包括线缆和主机端的握手协议和身份识别。里面会有一些协会规定的信息和供应商信息以及线缆的信息。高速直连电缆分为有源和无源线缆两种：无源线缆比较简单，祇要有一颗EEprom芯片即可。有源线缆比较复杂，需要有一颗EEprom芯片以及信号放大芯片，或者可以用MCU来代替EEprom芯片，因为MCU也有存储功能。带有信号放大功能的有源线缆可做得长一些，可买现长距离的主机端布线。
一种上述的高速直连线缆的制作工艺，包括以下步骤：a．制作绝缘芯线：在串列线上，将镀银铜线内导体上挤出聚烯烃发泡绝缘层，发泡绝缘层的最大外径为1.6mm，；
b．制作外导体：通过绕包机在绝缘芯线外包裹一层铜箔绕包外导体和一层金属编织屏蔽网，铜箔绕包外导体的厚度不小于0.004mm；
c．制作同轴线缆：将两根同轴线连同各一根铜线分置在一根由高密度聚乙烯制成的8字形骨架两侧，外面绕包裹着一层聚酯带粘胶带，形成一个由两根同轴线构成的一组双路同轴单元；
d．制作高速直连线缆：绞笼式成缆机上，将多个双路同轴单元绞合成缆，以FRP为中心骨架， 每层绞合层外用聚酯带绕包扎紧，形成缆芯，并在成缆芯线外加一层金属线材编织物的金属屏蔽层，用以增加屏蔽效果，获得更好的性能，最后在护套挤出线上挤制低烟无卤聚烯烃阻燃护套层。
用微型同轴线缆构成的高速直连电缆，将多根同轴线以特殊方式组合成缆，并且摒弃了传统的同轴连接器，而釆用小型可插拔连接器（Small Form Plugable Connector ，SFP），可与多种光、电线缆的连接器兼容。本发明的同轴线型高速直连电缆的带宽可达110GHz，远高于双绞线电缆，可适用于400/800Gbps 的数据中心的内联布线。长度近10米左右。在短长度的布线中，与光纤相比，不需光电转換，因而成本很低，使用方便，为高速数据中心布线提供了一个全新的线缆型式。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种同轴线缆，其特征在于，包括两根同轴线单元，所述同轴线单元包括同轴线以及与同轴线平行设置的接地短路铜线，两根所述同轴线单元之间成对称设置，并且通过高密度聚乙烯骨架分隔，所述同轴线单元和高密度聚乙烯骨架外侧通过聚酯粘接带包裹后形成同轴线缆，两根所述同轴线单元构成上、下行信号传输的双路同轴单元，所述同轴线单元包括由内到外依次设置的内导体、绝缘内结皮、发泡绝缘层、铜箔绕包外导体和铜丝编织屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的同轴线缆，其特征在于，所述高密度聚乙烯骨架横截面呈8字形结构。
3.根据权利要求2所述的同轴线缆，其特征在于，所述同轴线缆的横截面呈椭圆形。
4.根据权利要求3所述的同轴线缆，其特征在于，所述同轴线缆的最高传输带宽，即其截止频率由下式给出：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中d和D分别为内导体的外径和铜箔绕包外导体的内径，c为光速；衰减由下式给出：
Figure 971173DEST_PATH_IMAGE002
，其中d和D分别为内导体外径和外导体内径，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 780997DEST_PATH_IMAGE004
分别为内导体和外导体的电导率，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 790672DEST_PATH_IMAGE006
分别为绝缘层的介电常数和介质损耗角正切；同轴电缆在高频下的特性阻抗可按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
5.一种高速直连线缆，其特征在于，包括多个如权利要求1-4任一所述的同轴线缆，所述同轴线缆间隔均匀设置在FRP中心加强件的外侧，所述同轴线缆的外侧包覆有聚酯包扎带，所述聚酯包扎带的外侧设置有金属屏蔽层，所述金属屏蔽层的外侧设有低烟无卤聚烯烃阻燃护套层。
6.根据权利要求5所述的高速直连线缆，其特征在于，所述同轴线缆绕FRP中心加强件的中心所在圆间隔均匀设置。
7.根据权利要求6所述的高速直连线缆，其特征在于，所述同轴线缆的数量为6个。
8.根据权利要求7所述的高速直连线缆，其特征在于，所述同轴线缆的铜箔绕包外导体通过接地短路铜线与SFP连接器的印刷电路板相连接，内导体与SFP连接器的印刷电路板相连接。
9.一种如权利要求5所述的高速直连线缆的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a．制作绝缘芯线：在串列线上，将镀银铜线内导体上挤出聚烯烃发泡绝缘层；
b．制作外导体：通过绕包机在绝缘芯线外包裹一层铜箔绕包外导体和一层金属编织屏蔽网；
c．制作同轴线缆：将两根同轴线连同各一根铜线分置在一根由高密度聚乙烯制成的8字形骨架两侧，外面绕包裹着一层聚酯带粘胶带，形成一个由两根同轴线构成的一组双路同轴单元；
d．制作高速直连线缆：绞笼式成缆机上，将多个双路同轴单元绞合成缆，以FRP为中心骨架， 每层绞合层外用聚酯带绕包扎紧，形成缆芯，并在成缆芯线外加一层金属线材编织物的金属屏蔽层，最后在护套挤出线上挤制低烟无卤聚烯烃阻燃护套层。
10.根据权利要求9所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤a中发泡绝缘层的最大外径为1.6mm，所述步骤b中铜箔绕包外导体的厚度不小于0.004mm。
CN202111331703.9A 2021-11-11 2021-11-11 同轴线缆、高速直连线缆以及高速直连线缆的制作工艺 Pending CN114023507A (zh)

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