CN1327240A - 高速传输局域网电缆 - Google Patents

Abstract

一种能够高速传输信号的局域网电缆具有多对包裹在一个套内的导线扭绞线对。每对扭绞线对具有与其他任何线对不同的扭绞频度,及至少一对线对具有与其他扭绞线对不同的扭绞方向,也即,当其他线对具有左向扭绞时,它可以具有右向扭绞。在一个四对电缆中,具有不同扭绞频度的两对线对具有对其所作的右向扭绞,及两对线对具有左向扭绞。

Description

高速传输局域网电缆

本发明涉及用于局域网(LAN)的电缆，更具体地涉及一种在高位率下在相对长的距离内具有相对低串音的电缆。

随着数字处理设备例如计算机和更具体地使用数字信号的设备的不断发展和使用，不断需要一种用于高速率地基本上无误差地传输模拟和数字信号两者的信号传输媒体。然而，有许多因素影响着这种传输，其中主要是串音。一种经常使用的电缆配置是包含于电缆套中的非屏蔽扭绞线对，但除非在电缆设计中采用一定预先注意的修改，串音将随着频率的增加而成为一个严重问题。

非屏蔽扭绞线对经常在平衡或差动模式下用于电话传输，最近注意到不平衡模式中它的潜在传输能力。特别值得注意的是与模拟信号比较，扭绞线对用于传输抗干扰量化数字信号的能力。在这类传输中，例如一个四对电缆，通常其中两对用于在一个方向内传输信号至计算机，而例如另外两对在另一个方向内例如从计算机系统传输信号。在任何这类配置中，特别是在高速率下传输数字信号时，近端串音(NEXT)能够使信号严重变坏。曾经建议过不少方案以便减少NEXT对所传输信号的坏影响。这类配置的例子示于Beggs等人的美国专利4,697,051，Friesen等人的4,873,393，和Walling等人的5,424,491中。Friesen等人的专利中的公开内容在此处引为参考，其中显示一种具有两对或多对扭绞线对，它们之中每对的扭绞频度与其他扭绞线对的扭绞频度不同以使相邻线对之间扭绞频度增量不均匀以及每对的扭绞长度都不超过每对的带绝缘的导线直径的大约四十倍。短扭绞长度和导线对的聚合能够有效地减少线对啮合，从而维持线对之间的物理距离(间距)，以便试图减少它们之间的交互影响，并进一步减少串音。该电缆方案也不需要电缆屏蔽。

以前所有公开的发明旨在减少NEXT和这类配置的至少部分能力是减少来自双向信号传输的近端串音主项，这事实上通过电磁交互至少能消除某些NEXT。

在某些具有大量接收和发送部件的系统或网络中，尤其在高速情况下，NEXT成为限制因素。在这种情况下，实际上通常采用两组或多组电缆组，其中一个电缆中的所有线对都单向地向网站或网络设备传输，而另一个电缆中的线对都自这些网站传输出来。以此方式，能达到串音隔离。使用这类单向传输，另一种串音形式，即通常称为远端串音(FEXT)者，成为一种因素，它影响着电缆传输那些原先并不严重变坏的信号的能力。以前设计为减少NEXT的电缆表现出不时发生的FEXT效果，特别是6类电缆中，即用于100兆赫或更高信号传输频率的电缆，而在很多情况下无法通过减少信号变坏的测试。现在知道在单向传输配置中远端串音是所有扭绞线对之间的耦合之和，它与双向系统中的平均耦合不同，现在清楚地知道FEXT是应该考虑的重要因素。

本发明是一种扭绞线对电缆，它设计为能产生一致地处于可接受范围内的FEXT性能，从而保证高速(或高频)传输数字数据，这基于以下发现：当电缆中某些线对具有相反扭绞方向时，电缆中不同扭绞线对产生这种效果。换言之，某些线对具有右向扭绞而某些线对具有左向扭绞。具有合适的相反扭绞方向的导线对不会在物理上啮合，因此增加了线对之间的有效横向间距并保持恒定，从而减少了线对之间的串音或耦合。当减少这些耦合时，它们之和也减少，因此减少FEXT。

例如，在一个具有四对线对A、B、C、D的线心的电缆中，当所有扭绞都在同一方向内时，如在现有电缆中或都是右扭或都是左扭时，存在着六种可能的耦合，即AB、AC、AD、BC、BD和CD。另一方面，如线对A与其他三对的扭绞方向相反时，只存在着三个可能的同方向耦合，即BC、BD和CD。如线对A和B是例如左向扭绞而线对C和D是右向扭绞，则只有两个可能的同方向耦合，即AB和CD。可以知道，减少耦合数量对于减少FEXT是有利的。

虽然本发明的原理可用于电缆中不同数量的扭绞线对，但可参照四对扭绞线对很好地阐述这些原理。因此，在本发明的一个实施例中，它的电缆包括包含在由合适塑料材料制成的管状部件中的四对绝缘线。金属屏蔽可以包裹也可以不包裹该管状部件，及最好有一个塑料套包裹该装配件。

根据本发明原理，一对扭绞线对(线对A)具有左向扭绞，其扭绞长度约为例如0.380英寸至0.523±英寸，及第二扭绞线对(线对B)具有左向扭绞，其扭绞长度约为例如0.390英寸至0.487±英寸。第三对扭绞线对(线对C)具有右向扭绞，其扭绞长度约为例如0.580英寸至0.619±英寸，及第四扭绞线对(线对D)具有右向扭绞，其扭绞长度约为例如0.650英寸至0.713英寸。在一个优选实施例中，线对A、B、C、D分别具有约为0.440英寸、0.410英寸、0.596英寸和0.670英寸的值。因此，所有扭绞长度既短又不同，及维持着线对之间的距离，从而减少能够随后产生强化耦合的啮合。还发现这种电缆配置虽不改进但事实上并不影响NEXT性能，而它却能改进FEXT性能。

本发明的电缆还产生电气上以及物理上的优点。在今日，其中所有扭绞线对都在同一扭绞方向例如右向或左向内的扭绞线对电缆会对电缆产生一个扭力，以使相对长的电缆本身在安装时难以操纵。另一方面，本发明的电缆在机械上或物理上更为中性，因为具有不同扭绞方向的不同线对具有较小扭力。

结合附图阅读以下详细说明，将能更容易地理解本发明的许多原理和优点。

图1是现有技术中使用的显示用于改进NEXT的扭绞线对的一段电缆；

图2是根据本发明的显示用于改进FEXT的扭绞线对的一段电缆；

图3是图1中电缆和图2中电缆两者的测量NEXT与TFD的曲线；

图4是图1和图2的电缆的测量FEXT与TFD的曲线；

图5是图1和图2的电缆的测量NEXT与TFD和绞距SL乘积的曲线；

图6是图1和图2的电缆的测量FEXT与TFD和SL乘积的曲线；

图7是图1和图2的电缆的测量FEXT与截断的(范围为0至1)TFD和SL乘积的曲线；及

图8是图1和图2的电缆的测量NEXT与截断的(范围为0至1)TFD和SL乘积的曲线。

在图1中显示一段电缆，它具有四对扭绞的绝缘的金属导线12、13、14和16，用于在现有技术中减少NEXT。可以看出，每对扭绞线对具有不同扭绞频度(每英寸的扭绞数量)及所有线对都在相同方向内扭绞，在图1中显示它们是左向(LH)扭绞。应该理解电缆11可能具有比四对导线多得多的线对，以及对于所有都是相同方向的线对而言，扭绞可以是不同的，即每对具有不同扭绞频度，从而产生一个称为扭绞频度差(TFD)的参数。此外，通常习惯于将数对线对组合在一束内，然后将该束在相同方向内扭绞，产生另一个参数，绞距即SL，它具有加紧扭绞导线对的作用。也可能具有相反扭绞的绞距。

在图2中显示本发明的一个优选实施例，其中包括它的最简单形式，一个电缆17包括一个由合适绝缘材料制成的电缆套18，包裹着四对扭绞导线对19、21、22和23。应该理解电缆17可能包括其他部件，例如屏蔽、金属套和/或防水部件，为简化起见，没有显示它们。根据本发明原理，如图2中所示，线对19和22具有左向(LH)扭绞及线对21和23具有右向(RH)扭绞。每对具有不同扭绞频度，这也可称为扭绞长度。线对19具有LH扭绞长度，其范围为0.380英寸至0.523英寸；线对21具有RH扭绞长度，其范围为0.580英寸至0.619英寸；线对22具有LH扭绞长度，其范围为0.390英寸至0.487英寸；及线对23具有RH扭绞长度，其范围为0.650英寸至0.713英寸。在下面的讨论中，给出测试结果的电缆的扭绞长度给定为0.434英寸、0.593英寸、0.400英寸和0.665英寸。应该理解，决定于扭绞金属线的物理特性，难于得到和维持精确长度，所给出值大部分是很接近的近似值。从测试表中给出的值来看，可为不同扭绞线对来确定TFD。

图3至图8的曲线展示本发明原理的功效和完备性。

所有进行测量的原型电缆是四对电缆，具有绞距大约为0.434、0.400、0.593和0.665英寸。在正常时为左向扭绞方向的情况下，设计中考虑在一对或多对线对中使用右向扭绞。在有些原型中只有一对线对是相反扭绞方向，因此如上所述，在六个线对组合中有三个组合具有相反扭绞。其他原型具有两对相反扭绞方向，其结果是六个线对组合中有四个组合具有相反扭绞。在某些原型中，两对相邻线对是相反的，而其他原型中，两对对角的线对是相反的。如图1中所示，控制电缆的所有线对都是左向扭绞。第二组电缆也用作在实验领域中占据空白点。这些电缆的绞距是0.351、0.495、0.685和0.969英寸。在这些曲线中，零数据线是在可接受的串音的特定频率时的工业标准-32αB。因此，任何正向的测量代表改进的串音而负向的测量代表增加的串音。测量中所有所用电缆大约为100米长。全部曲线都决定于通常使用的扭绞频度差(TFD)参数，其中扭绞频度是每单位长度(例如英寸)中的扭绞数量，其中小数值是在相同方向内扭绞线对的结果。相反扭绞的TFD在2至5扭绞/英寸的范围内，而常规相同方向的扭绞在0至2扭绞/英寸的范围内。

在图3的曲线中，现有技术电缆在左侧而本发明电缆在右侧，曲线显示出相反方向扭绞对组合具有比相同扭绞方向组合较差的性能，其平均值约小于12αB。感兴趣的是当扭绞频度差增加时，相同和相反扭绞方向两者都显示出改进的性能。

图4的曲线显示出相反扭绞(2至5扭绞/英寸范围)的FEXT性能优于相同方向扭绞，其平均值约为15db，并且波动小得多。还可看出，对于相同方向扭绞，小的TFD值具有大得多的波动。对于较好FEXT性能，实施本发明原理的图2的电缆是一个优选配置，比以前没有达到的界限超出很多。

在TFD与绞距之间的交互影响已在现有技术中观察到，并且已经发现TFD×SL的乘积不应是整数，或者更具体地，在整数的±0.1的范围内。虽然此警告是基于NEXT结果的，但它也可用于FEXT性能。在图5中，横座标值是NEXT测量的TFD×SL，及可以看出相同扭绞方向线对产生比不同扭绞方向更好的结果，以及两者在横座标整数值2和12(TFD×SL)处都显示出较差性能。

图6是不同TFD×SL值的FEXT结果曲线，展示出相反扭绞方向的FEXT性能明显地高出相同扭绞方向的情况，其平均值约为15db，即使当TFD×SL值接近于整数值时其性能也较少变坏。

图7是一个FEXT曲线，它使用TFD×SL为横座标，然而数值都截断为0至1的范围。其结果是，两种扭绞配置的结果互相混合，其中菱形代表相同扭绞方向的测量，而方块代表相反扭绞方向。此曲线展示出应该避免接近整数的TFD×SL值。中间范围的值使FEXT比相同扭绞电缆改进大约15αB，并且表现出较少波动。

图8是类似于图7的曲线，但显示出NEXT性能。可以看出，如所预料的，不同扭绞方向配置差于相同扭绞方向配置。

从以上所述知道，当电缆中至少一对扭绞线对具有与其余扭绞线对不同的扭绞方向时，其远端串音能很大地改进。如所指出的，当电缆中所有线对都只在一个方向内传输信号例如在ATM系统中时，远端串音成为主要问题，而本发明所产生的远端串音完全处于可容忍的限度之内，这个结果优于其中所有线对都在相同方向内扭绞的标准现有技术电缆所得结果。不同扭绞方向配置和个别扭绞频度的差别不鼓励套叠线对，相伴地减少了线对之间的交互影响。远端串音的改进如此大，以致可能将来影响到电缆结构。

作为结论，熟悉技术的人显然应该注意到，可以在实质上不背离本发明原理的情况下对优选实施例作出许多变动和修改。所有这些变动和修改都应包括于权利要求书中所阐述的本发明范围之内。此外，在权利要求书中，相应的结构、材料、操作和所有装置或步骤的对应内容再加上功能元件都应该包括如专门提到的任何结构、材料或使用其他所要求的元件完成功能的操作。

Claims (8)

1.一种用于高速传输电信号的电缆包括：

一个具有多对绝缘导线的扭绞线对的线心；

至少一对所述扭绞线对所具有的的扭绞方向不同于至少另外一对所述扭绞线对的扭绞方向；

每一对所述扭绞线对所具有的的扭绞长度不同于其他所述线对的扭绞长度；及

一个包裹所述线心并包裹导线的扭绞线对的套。

2.如权利要求1中所要求的电缆，其中有四对或更多对导线扭绞线对，及所述扭绞线对中的一对具有与其他三对线对不同的扭绞方向。

3.如权利要求1中所要求的电缆，其中有四对或更多对导线扭绞线对，及所述扭绞线对中的两对具有与其余线对不同的扭绞方向。

4.如权利要求1中所要求的电缆，其中有至少四对或更多对扭绞线对；

第一线对的扭绞长度的范围是大约0.380英寸至0.523英寸；

第二线对的扭绞长度的范围是大约0.390英寸至0.487英寸；

第三线对的扭绞长度的范围是大约0.580英寸至0.619英寸；及

第四线对的扭绞长度的范围是大约0.650英寸至0.713英寸。

5.如权利要求4中所要求的电缆，其中

所述第一线对的扭绞长度大约为0.440英寸；

所述第二线对的扭绞长度大约为0.410英寸；

所述第三线对的扭绞长度大约为0.596英寸；及

所述第四线对的扭绞长度大约为0.670英寸。

6.如权利要求4中所要求的电缆，其中所述包括所有所述扭绞线对的线心具有一个对其所作的扭绞，所述扭绞由一个称为绞距的参数所测量。

7.如权利要求6中所要求的电缆，其中扭绞线对的线对之间的扭绞频度差乘以绞距的乘积小于或大于一个整数值至少0.1英寸。

8.一种用于高速传输电信号的电缆包括：

一个具有多对绝缘导线的扭绞线对的线心；

所述扭绞线对中的第一两对具有第一扭绞方向；

所述扭绞线对中的第二两对具有与所述第一扭绞方向相反的第二扭绞方向；

每一对所述扭绞线对所具有的的扭绞长度不同于其他所述线对的扭绞长度；及

一个包裹所述线心并包裹导线的扭绞线对的套。

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