CN1213443C - 一种超五类金属编织屏蔽电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及网络通讯产品，尤其涉及一种在UTP和FTP电缆的基础上改进得出的SFTP超五类金属编织屏蔽电缆，其最外层是护套层，最内层是分别被绝缘材料包住的四对线芯，在所述护套层内设有铝塑复合带屏蔽层包住所述线芯，其特征在于，在所述护套层与所述铝塑复合带屏蔽层之间还设有金属丝编织屏蔽层，在所述铝塑复合带屏蔽层与所述金属丝编织屏蔽层之间还设有一根沿所述网线延伸的用于接地的金属导线。这种电缆具有超五类缆的电气性能，不但具备铝塑复合带屏蔽层，还有一层密度为92%的金属编织屏蔽层，大大提高了电缆的屏蔽效果。
Description
技术领域
本发明涉及网络通讯产品，更具体地说，涉及一种具有较强的抗电磁干扰能力的SFTP(Shielded AL Foil Twisted Pair：屏蔽双绞线)超五类金属编织屏蔽电缆，可应用于多媒体、数据通信等领域。
背景技术
在速率较高的信号传输中，电缆回路之间的相互串扰和外部干扰会影响传输质量，产生信号失真和畸变，电缆屏蔽的原理就是利用金属屏蔽体，使干扰电缆的电磁场减弱，电缆屏蔽有三种：
1、静电屏蔽：其作用是使电场终止于屏蔽体(屏蔽层)的金属表面上，并把电荷通过接地措施传送到大地中去。
2、静磁屏蔽：其作用是使磁场限制在屏蔽体内部，这种屏蔽材料通常是强磁材料，如钢等。
3、电磁屏蔽：也是屏蔽网线所采取的屏蔽方式，在高频时，屏蔽的作用是利用屏蔽体的反射和屏蔽体内高频能量的衰减来达到电磁屏蔽的作用。如屏蔽层的波阻抗和周围介质的波阻抗不同会引起电磁波反射和金属材料内因涡流引起的损耗而达到屏蔽的目的。
随着科技的进步、信息技术发展很快，通信干线逐渐被光缆代替，但最后一公里的信号传输仍然需要采用双绞线电缆来完成，五类缆在这最后一公里中的应用越来越广泛，并且其传输性能要求也在不断提高，UTP五类缆(简称UTP CAT5)就是广泛应用的网络电缆之一，该电缆的结构如图1所示。
从图1中可以看出，UTP CAT5电缆1包括线芯12、分别包住各条线芯12的绝缘材料18、用于保证电缆圆整度的聚酯带层16、以及最外层的护套层11，为了方便撕开护套层11，在其内表面有一根撕裂线17。其中线芯12的导体一般为24AWG的单根镀锡铜丝导体或多股镀锡铜丝绞合导体；绝缘材料18为介电系数较好的聚乙烯塑料；护套层11为阻燃性能较好的聚氯乙烯护套料拉制而成。UTP CAT5电缆的加工工艺较一般的对称电缆特殊，导体直径和绝缘外径的精度高，均匀性好，绝缘外径的精度在0.03mm以下，导体直径的精度在0.001mm以下，外径精度越高，阻抗的均匀性越好。UTP CAT5电缆1由4对不同节距的线对绞合而成，再挤包一层阻燃聚氯乙烯作为护套层11即得到成品电缆，选择不同级别的聚氯乙烯，可使电缆达到不同的阻燃等级要求。
UTP CAT5电缆的一般结构参数如下：
(1)导体直流电阻：≤93.8Ω/100m；
(2)绝缘电阻：≥5000MΩ·km；
(3)线对间电容不平衡：≤330pF/100m；
(4)电阻不平衡：＜5％。
UTP CAT5电缆(单根导体)的特性阻抗、回波损耗、衰减、近端串音，近端串音功率和等效运端串音等电气性能参数，即：UTP五类缆的电气性能如表一所示：
表一
| 频率MHz | 特性阻抗ohm | 回波损耗dB | 衰减dB/100m | 近端串音dB | 近端串音功率和dB | 等效远端串音dB |
| 0.772 | 100±15 | 16.7 | 1.8 | 64.0 | 64.0 | 63.0 |
| 1.0 | 17.0 | 2.0 | 62.3 | 62.3 | 60.8 | |
| 4.0 | 18.8 | 4.1 | 53.3 | 53.3 | 48.7 | |
| 8.0 | 19.7 | 5.8 | 48.8 | 48.8 | 42.7 | |
| 10.0 | 20.0 | 6.5 | 47.3 | 47.3 | 40.8 | |
| 16.0 | 20.0 | 8.2 | 44.3 | 44.3 | 36.7 | |
| 20.0 | 20.0 | 9.3 | 42.8 | 42.8 | 34.7 | |
| 25.0 | 19.3 | 10.4 | 41.3 | 41.3 | 32.8 | |
| 31.25 | 18.6 | 11.7 | 39.9 | 39.9 | 30.9 | |
| 62.5 | 16.5 | 17.0 | 35.4 | 35.4 | 24.8 | |
| 100 | 15.1 | 22.0 | 32.3 | 32.3 | 20.8 |
在早期的局域网网络中，常常选用UTP结构形式的5类电缆来制作网线。UTP电缆没有任何屏蔽保护措施，信号在电缆上传输的过程中产生电磁干扰能量，可以通过空间向外传播，并且电缆自身不具有抗外界电磁干扰能力，不能阻止外界空间电磁场的干扰。UTP电缆没有屏蔽层，只能通过介质、滤波器和平衡—非平衡转换器对干扰进行平衡与过滤，以达到防止干扰的目的；另外，与UTP5类电缆配合使用的适配连接器也是非屏蔽模型插座和非屏蔽模型插头，所以UTP电缆无法实现电缆的屏蔽效能，在EMC方面已经不能满足产品设计的需求。
为了产品国际化，满足产品设计EMC方面的需求，FTP结构形式的电缆应运而生。FTP CAT5电缆结构如图2示，从图2中可以看出，在FTP电缆2除了被绝缘材料28包住的线芯22、用于保证电缆圆整度的聚酯带层26、以及最外的护套层21，还包括在聚酯带层26与护套层21之间的单面铝塑复合带层23，铝塑复合带层23向内的一面是铝箔，向外的一面是PE塑料。即在UTP五类缆的结构中增加了一层绕包的铝箔23，另外在铝塑复合带23铝箔面还有一根接地线24以方便屏蔽接地。同UTP电缆一样，为了方便撕开护套层21，在其内表面有一根撕裂线27。
FTP CAT5电缆和UTP CAT5电缆相比，在结构上，FTP CAT5增加了一层铝箔23和接地导体24，接地导体可以使电缆屏蔽较容易实现接地。在电气性能上FTP CAT5电缆和UTP CAT5电缆有着基本完全相同的性能要求。区别在于FTP CAT5电缆比UTP CAT5增加了屏蔽效能。UTP CAT5电缆本身是没有任何屏蔽保护措施的，而FTP CAT5则可以实现相当程度的屏蔽效能。
可以看出，FTP电缆的屏蔽是靠一层铝箔23和接地线24实现的，屏蔽电磁干扰的效果和范围小，铝箔厚度有限，在高频电磁场中不能有效阻止电磁辐射的传导，反射空间电磁能的能力小；并且电缆使用中弯曲时，由于铝箔脆弱，非常容易损坏，从而起不到屏蔽作用。EMC测试考察的是整体屏蔽效能，部分的失去屏蔽功能相当于整体屏蔽功能变坏。
随着信息技术的发展，在通信设备内部和通信设备之间，大量的高频传输方式被采用，同时衍生了大量的更强电磁干扰，引起信号、图像和数据传输的失真，因此，铝箔屏蔽电缆FTP在防电磁干扰方面，越来越来显得力不从心。因此，在设备的线缆连接上要求设计屏蔽效能更好的电缆。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有UTP CAT5电缆和FTP CAT5电缆在屏蔽方面存在的上述缺陷，提供一种超五类金属编织屏蔽电缆，具有更好的屏蔽效果，并具有超五类电缆的电气性能。
本发明的技术方案在于，一种超五类金属编织屏蔽电缆，其最外层是护套层，最内层是分别被绝缘材料包住的四对线芯，在所述护套层内设有铝塑复合带屏蔽层包住所述线芯，在所述护套层与所述铝塑复合带屏蔽层之间还设有金属丝编织屏蔽层，在所述铝塑复合带屏蔽层与所述金属丝编织屏蔽层之间还设有一根沿所述金属丝编织屏蔽层延伸的用于接地的金属导线，其中所述的金属丝编织屏蔽层为镀锡铜丝编织屏蔽层。
在所述铝塑复合带屏蔽层内还设有绕包住所述线芯的聚酯带。
所述镀锡铜丝编织屏蔽层的编织密度为92％。
所述镀锡铜丝编织屏蔽层的编织铜丝有16锭，每一锭有8根铜丝，每根铜丝的外径为0.16mm。
所述绝缘材料为具有低介质损耗系数的发泡聚乙烯，绝缘外径为1.00±0.03mm，绝缘电阻大于10000MΩ·km。
所述护套层为阻燃聚氯乙烯，其平均厚度为0.57mm，最薄厚度为0.52mm，所述护套层的外径6.8±0.2mm。
所述四对线芯的节距在12mm～21mm之间，线芯的颜色分别为蓝和白蓝，橙和白橙，绿和白绿，棕和白棕。
所述铝塑复合带屏蔽层的重叠率大于30％。
可以看出，本发明的SFTP超五类金属编织屏蔽电缆(SFTP CAT5e)不但具备铝塑复合带屏蔽层，还有一层密度为92％的金属编织屏蔽层，大大提高了电缆的屏蔽效果。另外，这种电缆还具有超五类缆的电气性能。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是UTP电缆的截面结构示意图；
图2是FTP电缆的截面结构示意图；
图3是本发明中SFTP CAT5e的截面示意图；
图4是对SFTP CAT5e剥去部分护套层时的示意图。
具体实施方式
SFTP(Shielded AL Foil Twisted Pair：屏蔽双绞线)电缆虽然在业界提出多年，但是，国内没有将金属编织屏蔽用在超五类缆上，将SFTP CAT5e应用到产品上也没有先例。本发明根据产品设计的需要和屏蔽网线加工工艺的特点，提出完整的SFTP CAT5e电气性能和结构尺寸等参数。在电气性能上，主要依据EIA/TIA 568A(商业大厦综合布线标准)、EIA/TIA 568A-5(4对100Ω增强型5类电缆的传输特性)；在结构尺寸上，主要依据原UTPCAT5和FTP CAT5的结构特点选择适当的电缆结构参数，以达到超五类缆的电气性能要求。要求SFTP CAT5e的物理机械性能均达到相关的国家标准或邮电行业标准中的要求，并且电缆的阻燃性能可通过NEC标准的相关阻燃等级及测试和UL相关等级的安规认证。
SFTP CAT5e的结构如图3和图4所示，电缆3有四对线芯32，每对线芯分别被绝缘材料38包住；然后绕包一层聚酯带36将四对线芯32全部包住，可以提高缆芯的圆整度；再采用铝塑复合带屏蔽层33和铜丝编织屏蔽层35进行双层屏蔽，较原来的单层铝箔屏蔽电缆FTP有更佳的屏蔽效果，线材的屏蔽覆盖率超过90％，在铝塑复合带屏蔽层33和铜丝编织屏蔽层35之间还有一根铜导体接地线34，良好的连续导体可保证接地的连续性。同时，在护套层31内有一根撕裂线37。SFTP CAT5e电缆是在原FTP CAT5电缆结构的基础上，增加了一层铜丝编织屏蔽35。这种电缆不但具有超五类电缆的电气性能，而且满足EMC的需要，一方面铜丝编织屏蔽层35中的铜有良好的导电率，能把电磁干扰能量很快地通过接地的方式泄露到大地，另一方面，铜丝编织屏蔽层35在缆芯周围把电缆和外部信号隔离开，象一道屏障，阻挡电磁干扰能量辐射。
下面将详细介绍SFTP CAT5e电缆的主要特点：
一、导体
在SFTP CAT5e中，线芯32中的导体采用24AWG单根镀锡铜导体，具有较好的抗张强度、断裂伸长率和直径稳定性。其中，
导体直径：0.525±0.005mm；
直流电阻：≤9.38Ω/100m。
二、线芯绝缘
在SFTP CAT5e中，线芯32外的绝缘材料38选用具有较低的介质损耗系数的发泡PE(FOAM PE)，绝缘材料33具有良好的绝缘外径稳定性，适当的断裂延伸率和绝缘剥离度。其中，
绝缘外径：1.00±0.03m；
绝缘电阻：＞10000MΩ·km。
三、对绞节距
在SFTP CAT5e中，线芯32的四组对绞线的节距控制在12mm～21mm之间，线芯的颜色分别为：蓝和白蓝，橙和白橙，绿和白绿，棕和白棕。
四、成缆
在SFTP CAT5e中，线芯32的四组对绞线总成缆节距大约为300mm～400mm，四对不同颜色的芯线按照某个设定的节距成缆，然后绕包一层聚酯带36，同时绕包一层铝塑复合带33，最后编织一层镀锡铜丝35，编织铜丝的规格为16×8×0.16，表示其中编织铜丝有16锭，每一锭有8根铜丝，每根铜丝的外径为0.16mm，并在铝塑复合带33和铜丝编织层35之间加一根用于接地的24AWG的镀锡铜丝34。其中，要求铝塑复合带33的重叠率大于30％，铜丝编织层35密度为92％。
五、护套层
在SFTP CAT5e中，护套层31的材料采用阻燃PVC，平均厚度0.57mm，最薄0.52mm，护套外径6.8±0.2mm，电缆护套颜色灰色(参照标准色板：PANIONE 445U，色差ΔE≤1.00)。电缆的护套印字包括但不限于以下内容：UL CM 4PR 24AWG SFTP CAT5e 75℃。
六、安全性
按照UL1581标准，SFTP CAT5e电缆通过垂直燃烧试验，达到NEC标准的CM阻燃等级。
七、SFTP CAT5e的电气性能如表二所示
表二
| 频率MHz | 特性阻抗 | 回波损耗 | 衰减dB/100m | 近端串音串 | 近端串音功率 | 等效远端串音 | 等效串音功率 |
| ohm | dB | dB | 和dB | dB | 和dB | ||
| 0.772 | 100±15 | 19.4 | 1.8 | 67.0 | 64.0 | 66.0 | 63.0 |
| 1.0 | 20.0 | 2.0 | 65.3 | 62.3 | 63.8 | 60.8 | |
| 4.0 | 23.0 | 4.1 | 56.3 | 53.3 | 51.7 | 48.7 | |
| 8.0 | 24.5 | 5.8 | 51.8 | 48.8 | 45.7 | 42.7 | |
| 10.0 | 25.0 | 6.5 | 50.3 | 47.3 | 43.8 | 40.8 | |
| 16.0 | 25.0 | 8.2 | 47.3 | 44.3 | 39.7 | 36.7 | |
| 20.0 | 25.0 | 9.3 | 45.8 | 42.8 | 37.7 | 34.7 | |
| 25.0 | 24.3 | 10.4 | 44.3 | 41.3 | 35.8 | 32.8 | |
| 31.25 | 23.6 | 11.7 | 42.9 | 39.9 | 33.8 | 30.9 | |
| 62.5 | 21.5 | 17.0 | 38.4 | 35.4 | 27.8 | 24.8 | |
| 100 | 20.1 | 22.0 | 35.3 | 32.3 | 23.8 | 20.8 |
SFTP CAT5e的电气性能(表二)和UTP五类缆的电气性能(表一)相比，在同样的条件下，电缆的回波损耗、近端串音、近端串音功率和、等效远端串音、等效远端串音功率和等性能指标均有相当程度的改善。
八、主要应用
表三所示是在种电缆在应用方面的差别：
表三
| 线缆种类 | 传输带宽(MHz) | 传输速率(Mbps) | 主要应用 |
| UTP CAT5 | 100 | 100 | 快速以太网 |
| FTP CAT5 | 100 | 100 | 快速以太网 |
| SFTP CAT5e | 100 | 155 | 千兆位以太网 |
通过对在UTP、FTP、SFTP CAT5e三种电缆的各种性能进行对比，可以看出：
对于FTP电缆而言，由于只有一层铝箔总屏蔽，屏蔽效率较小，而本发明的SFTP CAT5e电缆，不但具备铝箔总屏蔽，而且还有一层密度大于90％的金属编织屏蔽层，可大大提高电缆的屏蔽效率。
作为本发明的最核心技术，就是在原来的UTP CAT5的基础上进行改进得出SFTP CAT5e，即在五类缆的结构中增加铜丝编织屏蔽，本发明中将编织密度定位在92％，通过电缆生产车间控制工艺，并使电缆达到超五类缆的电气性能指标。下面将通过对FTP电缆和金属线编织屏蔽密度为92％的SFTP电缆的屏蔽效果进行测试对比，表四分别是长度为100米FTP电缆和SFTP电缆的在30MHz~250MHz范围内、四对双绞线在8个频率点的屏蔽效率测试结果；从表四中可以看出，FTP电缆的屏蔽效能平均值为43.5dB；金属线编织屏蔽密度为92％的SFTP电缆，其屏蔽效能平均值可达81dB。所以，金属线编织屏蔽SFTP电缆的EMC性能比FTP电缆更为优越。
表四
| 测试项目Test Item | 单位Unit | 测试结果Test Result | |
| 耦合损耗 | 1#FTP | 2#SFTP(92％编织屏蔽) | |
| 30MHz | dB | 橙和白橙：47.2白和白棕：42.1绿和白绿：48.6蓝和白蓝：52.6 | 橙和白橙：72.1棕和白棕：74.0绿和白绿：72.9蓝和白蓝：73.2 |
| 62.5MHz | dB | 橙和白橙：41.3棕和白棕：43.3绿和白绿：42.2蓝和白蓝：48.4 | 橙和白橙：84.6棕和白棕：80.7绿和白绿：84.9蓝和白蓝：84.4 |
| 90MHz | dB | 橙和白橙：36.9棕和白棕：51.3绿和白绿：35.9蓝和白蓝：45.4 | 橙和白橙：84.2棕和白棕：80.3绿和白绿：83.3蓝和白蓝：79.6 |
| 100MHz | dB | 橙和白橙：38.6棕和白棕：36.2绿和白绿：34.0蓝和白蓝：44.6 | 橙和白橙：94.8棕和白棕：87.5绿和白绿：83.4蓝和白蓝：85.9 |
| 125MHz | dB | 橙和白橙：42.0棕和白棕：39.8绿和白绿：37.6蓝和白蓝：43.6 | 橙和白橙：87.3棕和白棕：84.3绿和白绿：76.6蓝和白蓝：78.7 |
| 150MHz | dB | 橙和白橙：40.5棕和白棕：41.2绿和白绿：40.7蓝和白蓝：52.5 | 橙和白橙：74.5棕和白棕：79.3绿和白绿：75.7蓝和白蓝：78.3 |
| 200MHz | dB | 橙和白橙：50.7棕和白棕：45.4绿和白绿：43.4蓝和白蓝：47.5 | 橙和白橙：80.5棕和白棕：83.8绿和白绿：77.2蓝和白蓝：82.8 |
| 250MHz | dB | 橙和白橙：38.6棕和白棕：46.0绿和白绿：49.2蓝和白蓝：49.5 | 橙和白橙：82.1棕和白棕：80.1绿和白绿：83.4蓝和白蓝：82.6 |
Claims (8)
1、一种超五类金属编织屏蔽电缆，其最外层是护套层，最内层是分别被绝缘材料包住的四对线芯，在所述护套层内设有铝塑复合带屏蔽层包住所述线芯，其特征在于，在所述护套层与所述铝塑复合带屏蔽层之间还设有金属丝编织屏蔽层，在所述铝塑复合带屏蔽层与所述金属丝编织屏蔽层之间还设有一根沿所述金属丝编织屏蔽层延伸的用于接地的金属导线，其中所述的金属丝编织屏蔽层为镀锡铜丝编织屏蔽层。
2、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，在所述铝塑复合带屏蔽层内还设有绕包住所述线芯的聚酯带。
3、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述镀锡铜丝编织屏蔽层的编织密度为92％。
4、根据权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述镀锡铜丝编织屏蔽层的编织铜丝有16锭，每一锭有8根铜丝，每根铜丝的外径为0.16mm。
5、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述绝缘材料为具有低介质损耗系数的发泡聚乙烯，绝缘外径为1.00±0.03mm，绝缘电阻大于10000MΩ·km。
6、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述护套层为阻燃聚氯乙烯，其平均厚度为0.57mm，最薄厚度为0.52mm，所述护套层的外径6.8±0.2mm。
7、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述四对线芯的节距在12mm～21mm之间，线芯的颜色分别为蓝和白蓝，橙和白橙，绿和白绿，棕和白棕。
8、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述铝塑复合带屏蔽层的重叠率大于30％。
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