PL197132B1 - Kabel do transmisji danych z oddzielnie ekranowanymi skręconymi parami - Google Patents

Abstract

1. Kabel do transmisji danych z oddzielnie ekranowanymi skr econymi parami, maj acy wiele oddzielnych skr econych par, przy czym ka zda skr econa para zawiera pierwsz a izolo- wan a zy le skr econ a wokó l drugiej izolowanej zy ly, p laszcz otaczaj acy wiele oddzielnie skr e- conych par, przy czym co najmniej dwie ze skr e- conych par s a bocznie owini ete, kompozytowym ekranem metalicznym maj acym warstw e polime- row a i warstw e metaliczn a, która to warstwa metaliczna ma grubo sc 0,00762 - 0,0254 mm, natomiast ka zdy z ekranów ma wewn etrzn a powierzchni e posiadaj ac a zachodz ace na sie- bie boki, znamienny tym, ze zachodz ace na siebie boki (43, 43', 43a, 43e) s a spojone ra- zem srodkiem wiaz acym (29, 29a, 47a, 49d), przy czym spojenie ka zdego z ekranów (22) wp lywa na polepszenie wytrzyma lo sci na od- kszta lcenie i wp lywa na polepszenie stabilno sci impedancji. PL PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197132 B1 (²¹) Numer zgłoszeni: 3⁵330^{5 (}22) D^at^{a zg}ł^oszeni^a: 24.08.2000 ^{511 )lntCL}

H01B 11/02 (2006.01) (86) Data ⁱ numer z^głoszema m^iędz^ynarodowe^go: H01B Ί1/06 (ΜΜβ.ΟΙ)

24.08.2000, PCT/US00/23311 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

08.03.2001, WO01/16964 PCT Gazette nr 10/03 (54) Kabe I do rransmisj i danyc h z oddzielnieekranowanym i skręconym i parami

(30) Pierwszeństwo: 31.08.1999,US,09/386,636	(73) Uprawniony z patentu: BELDEN WIRE AND CABLE COMPANY, Richmond,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 17.11.2003 BUP 23/03	(72) Twórca(y) wynalazku: Jason Stipes,Richmond,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(74) Pełnomocnik:
31.03.2008 WUP 03/08	Jabłkowski Tomasz, JAN WIERZCHOŃ & PARTNERZY, BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH

(57) 1. Kabel do transmisji danych z oddzielnie ekranowanymi skręconymi parami, mający wiele oddzielnych skręconych par, przy czym każda skręcona para zawiera pierwszą izolowaną żyłę skręconą wokół drugiej izolowanej żyły, płaszcz otaczający wiele oddzielnie skręconych par, przy czym co najmniej dwie ze skręconych par są bocznie owinięte, kompozytowym ekranem metalicznym mającym warstwę polimerową i warstwę metaliczną, która to warstwa metaliczna ma grubość 0,00762 - 0,0254 mm, natomiast każdy z ekranów ma wewnętrzną powierzchnię posiadającą zachodzące na siebie boki, znamienny tym, że zachodzące na siebie boki (43, 43', 43a, 43e) są spojone razem środkiem wiążącym (29, 29a, 47a, 49d), przy czym spojenie każdego z ekranów (22) wpływa na polepszenie wytrzymałości na odkształcenie i wpływa na polepszenie stabilności impedancji.

FIG. 1

PL 197 132 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kabel do transmisji danych z oddzielnie ekranowanymi skręconymi parami.

Kable elektroniczne tworzą magistralę, poprzez którą przechodzi aktualnie wiele informacji cyfrowych. Wiele takich kabli, które przenoszą informacje cyfrowe, wykorzystuje wiele skręconych par. Te kable ze skręconymi parami, aby spełnić wymagania szybkiej transmisji cyfrowej, muszą przenosić informacje o wysokich częstotliwościach. Niestety, wysokie częstotliwości zwykle przesyłane z bardzo niskimi napięciami są podatne na zakłócenia elektroniczne. Przykładowo, przesłuch zbliżony pomiędzy skręconymi parami w tym samym kablu może zakłócać transmisję sygnału wysokiej częstotliwości.

Aby kontrolować przesłuch zbliżony stosuje się kable do transmisji danych, które mają oddzielnie ekranowane skręcone pary. Każda oddzielnie ekranowana skręcona para złożona jest z pojedynczej skręconej pary z foliowym ekranem owiniętym wokół tej pojedynczej skręconej pary. Foliowy ekran jest często owinięty z boczną fałdą lub fałdą typu owinięcia papierosowego. Taka boczna fałda przebiega wzdłuż długości pojedynczej skręconej pary. Chociaż oddzielnie ekranowane skręcone pary polepszają przesłuch zbliżony kabla i odporność na inne zakłócenia elektroniczne, konfiguracja taka może spowodować szkodliwy wpływ na inne parametry kabla. W szczególności, zastosowanie oddzielnego ekranu wokół pary często powoduje pogorszenie impedancji kabla i jego tłumienności odbicia.

Impedancja skręconej pary nieekranowanej określona jest przez wymiar użytych żył metalowych, przez stałą dielektryczną materiału izolującego oraz przez odległość pomiędzy środkami obu żył. Na impedancję oddzielnie ekranowanej skręconej pary mają wpływ takie same czynniki, ale wpływa na nią również obecność ekranu owiniętego wokół jej obwodu. Wadą obecnych ekranów jest zmienność ich kształtu geometrycznego. Bardzo małe zmiany kształtu geometrycznego i odległości całego ekranu mogą silnie wpływać na impedancję kabla. Ekran, wykonany zwykle z cienkiej folii metalowej, może marszczyć się, przesuwać lub nawet otworzyć. Niepożądane marszczenie, przesuwanie i otwieranie może nastąpić w trakcie wytwarzania, montażu i eksploatacji kabla. Takie marszczenie, przesuwanie i otwieranie może spowodować szkodliwe zwiększenie zmian impedancji. Zwiększenie zmian impedancji może mieć wpływ na inne parametry kabla, takie jak tłumienność odbicia. Zmiany impedancji i związane z nimi pogorszenie parametrów kabla w konwencjonalnych kablach z oddzielnie ekranowanymi skręconymi parami są wyraźnie niepożądane.

Celem wynalazku jest opracowanie kabla z wieloma oddzielnie ekranowanymi skręconymi parami, które mają lepszą odporność na odkształcenie i dzięki temu większą stabilność impedancji w porównaniu z kablami o konwencjonalnej konstrukcji.

Kabel do transmisji danych z oddzielnie ekranowanymi skręconymi parami, mający wiele oddzielnych skręconych par, przy czym każda skręcona para zawiera pierwszą izolowaną żyłę skręconą wokół drugiej izolowanej żyły, płaszcz otaczający wiele oddzielnie skręconych par, przy czym co najmniej dwie ze skręconych par są bocznie owinięte, kompozytowym ekranem metalicznym mającym warstwę polimerową i warstwę metaliczną, która to warstwa metaliczna ma grubość 0,00762 - 0,0254 mm, natomiast każdy z ekranów ma wewnętrzną powierzchnię posiadającą zachodzące na siebie boki, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zachodzące na siebie boki są spojone razem środkiem wiążącym, przy czym spojenie każdego z ekranów wpływa na polepszenie wytrzymałości na odkształcenie i wpływa na polepszenie stabilności impedancji.

Korzystnie, wzdłużny bok jest złożony na zakładkę tak, że zewnętrzna powierzchnia styka się ze sobą stanowiąc fałdę drugiego wzdłużnego boku, przy czym wewnętrzna powierzchnia pierwszego wzdłużnego boku jest spojona z fałdą drugiego wzdłużnego boku.

W szczególności, pierwszy wzdłużny bok jest złożony na zakładkę tak, że wewnętrzna powierzchnia styka się ze sobą stanowiąc fałdę pierwszego wzdłużnego boku, przy czym zewnętrzna powierzchnia drugiego wzdłużnego boku (35) jest spojona z fałdą pierwszego wzdłużnego boku.

Korzystnie, tylko jeden z zachodzących na siebie wzdłużnych boków ma na sobie środek wiążący.

Przez spojenie części ekranu ze sobą ekran tworzy półsztywną rurę otaczającą skręconą parę. Dzięki większej sztywności i pewnemu owinięciu ekran zachowuje swój kształt i zapobiega się przesuwaniu lub otwieraniu się ekranu podczas procesu wytwarzania lub w trakcie eksploatacji kabla. Konfiguracja spojonego ekranu przeciwdziała również marszczeniu się i odkształcaniu ekranu. Wynikiem lepszej stabilności ekranu jest ogólne zmniejszenie zmian impedancji kabla.

PL 197 132 B1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony, w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia boczny przekrój kabla według wynalazku, posiadającego cztery oddzielnie ekranowane skręcone pary, fig. 2a-2e - boczne przekroje poprzeczne alternatywnych przykładów wykonania oddzielnie ekranowanej skręconej pary według wynalazku, fig. 3a - powiększony widok z góry i z boku częściowo odwiniętego ekranu przekrojonego poprzecznie i wzdłużnie, fig. 3b - częściowy przekrój alternatywnego przykładu wykonania oddzielnie ekranowanych skręconych par z fig. 2d; fig. 3c - częściowy przekrój boczny alternatywnego przykładu wykonania ekranowanej skręconej pary, zaś fig. 4a-4d przedstawiają w postaci schematu blokowego alternatywne sposoby wytwarzania oddzielnie ekranowanych skręconych par według wynalazku.

Na figurze 1 pokazano, w przekroju poprzecznym, kabel transmisji danych posiadający wiele oddzielnie ekranowanych skręconych par 15a, 15b, 15c, 15d. Kabel ten ma płaszcz 17. Płaszcz 17 może być wykonany z PCW, fluoropolimeru lub z innych rodzajów materiału. W pokazanej konstrukcji płaszcz ma grubość w przybliżeniu 0,5 mm. Promieniowo wewnątrz płaszcza umieszczony jest pleciony całkowicie metaliczny ekran 19. Ten pleciony ekran zapewnia pokrycie 40-65%. Promieniowo wewnątrz od oplotu usytuowane są cztery oddzielnie ekranowane skręcone pary według przedmiotowego wynalazku.

W przedstawionym kablu wszystkie cztery oddzielnie ekranowane skręcone pary są identyczne. Na figurze 2a pokazano w powiększeniu jedną z oddzielnie ekranowanych skręconych par 15a z fig. 1. Ta oddzielnie ekranowana skręcona para 15a ma pojedynczą skręconą parę 20 i pojedynczy bocznie założony ekran 22. Skręcona para ma pierwszą żyłę 23 otoczoną pierwszą izolacją 23a. Skręcona para ma również drugą żyłę 24 otoczoną drugą izolacją 24a. Pierwsza izolowana żyła 23 i druga izolowana żyła 24 są skręcone wokół siebie na długości każdej żyły. Pierwsza i druga izolacja 23a, 24a mogą być złączone w miejscu, gdzie izolacje te stykają się ze sobą. Połączenie takie może być wykonane za pomocą kleju. Spojenie może być wykonane za pomocą wspólnej wstęgi bez szwu (nie pokazano). Zwykle pierwsza i druga izolacja 23a, 24a są takie same. Izolacje mogą być z fluoropolimeru lub poliolefiny, takiej jak fluorowany etylen-propylen, polietylen lub polipropylen. Pierwsza i druga żyła 23, 24 skręconej pary są też identyczne. Przedstawione żyły są w zakresie 28-22 AWG. Żyły mogą być linkowe lub lite.

Pojedynczy ekran 22 otacza jedną skręconą parę 20. Ekran ten, jak pokazano na fig. 2a, ma co najmniej trzy różne warstwy. Pierwsza warstwa 27, która tworzy pierwszą powierzchnię, jest wykonana z aluminium. Warstwa ta wynosi zwykle 8-76 ąm. Druga warstwa 29, która tworzy drugą powierzchnię, jest wykonana z kopolimeru etylen-kwas akrylowy, EAA. EAA ma grubość 8-25 ąm. EAA używany jest jako warstwa klejowa. Trzecia warstwa 31 z poliestru jest usytuowana pomiędzy pierwszą a drugą warstwą. Ta trzecia warstwa 31 ma grubość 8-25 ąm. Trzecia warstwa 31 jest warstwą nadającą wytrzymałość ekranowi lub taśmie. Chociaż pokazano specjalną taśmę ekranującą, posiadającą specjalny klej, można stosować inne taśmy z innymi klejami. Przykładowo, pierwsza warstwa mogłaby być wykonana z miedzi, srebra lub innego przewodzącego metalu. Druga warstwa, czyli warstwa klejowa, mogłaby być wykonana z kilku kopolimerów lub poliolefin, takich jak EBA, EVA, EVS, EVSBA lub nawet LDPE. Trzecia warstwa mogłaby być wykonana z fluoropolimeru lub poliolefiny, takiej jak poliester, polipropylen lub polietylen.

Ekran 22, jak pokazano na fig. 3a, ma pierwszy przebiegający wzdłużnie bok 33 i drugi przebiegający wzdłużnie bok 35. Pierwszy i drugi bok przebiegają na całej długości wzdłużnej osi 41 ekranu. Te przebiegające wzdłużnie boki pierwszy i drugi sąsiadują z i są rozdzielone przez wzdłużną oś 41 ekranu. Druga powierzchnia 29 jest powierzchnią zarówno pierwszego jak i drugiego wzdłużnie przebiegającego boku. Pierwsza powierzchnia 27 stanowi również powierzchnię zarówno pierwszego jak i drugiego wzdłużnie przebiegającego boku. Wracając do fig. 2a, ekran 22 jest zorientowany wokół skręconej pary 20 z bocznym zachodzeniem na siebie, charakterystycznym dla owinięcia papierosowego, zwanym dalej bocznym owinięciem. Określenie to bez ograniczenia obejmuje również ekran, który jest utworzony przez pierwotne założenie ekranu raczej wzdłuż bocznej szerokości ekranu, a nie wzdłuż jego długości 41. Kształt geometryczny taśmy założonej wzdłuż swej bocznej szerokości wokół skręconej pary tworzy zachodzący na siebie bok 43, który przebiega wzdłuż długości skręconej pary. Ten zachodzący na siebie bok 43 przebiega równolegle do osi wzdłużnej skręconej pary, a nie spiralnie wzdłuż osi wzdłużnej tej pary, jeżeli kabel złożony z wielu izolowanych pojedynczych skręconych par jest wprowadzony w wiązkę przez działanie planetarne. Działanie planetarne oznacza, że żadne siły pochodzące od momentów obrotowych nie są wywierane przez wiele izolowanych pojedynczych skręconych par, gdy są one skręcane ze sobą. Zachodzący na siebie bok 43 będzie przebiegał równo4

PL 197 132 B1 legle do osi wzdłużnej skręconej pary, jak również spiralnie wokół osi wzdłużnej skręconej pary, jeżeli kabel złożony z wielu izolowanych oddzielnych skręconych par jest skręcony razem przy zastosowaniu konwencjonalnego pojedynczego lub podwójnego działania skręcającego. Pojedyncze lub podwójne działanie skręcające wobec kabla oznacza, że w poszczególnych skręconych parach podczas skręcania wielu par razem wytwarzany jest moment obrotowy. Oba te sposoby są pospolicie stosowane przy produkcji kabli i każdy z nich może być zastosowany do wytwarzania kabla według wynalazku.

W obszarze zachodzącego na siebie boku 43 ekranu druga powierzchnia 29 jest zwrócona do pierwszej powierzchni 27. Pierwsza przebiegająca wzdłużnie krawędź 44 jest zwrócona w kierunku zgodnym z ruchem zegara. Druga wzdłużna krawędź 44a jest zwrócona w kierunku przeciwnym do ruchu zegara. W obszarze zachodzącego na siebie boku 43 część drugiej powierzchni 29, która tworzy powierzchnię drugiego przebiegającego wzdłużnie boku, jest spojona z częścią pierwszej powierzchni 27, która tworzy powierzchnię pierwszego przebiegającego wzdłużnie boku. Łukowa długość zachodzącego na siebie boku 43 może być różna. Na fig. 2b pokazano zachodzący na siebie bok z większą długością łuku niż zachodzący na siebie bok 43 pokazany na fig. 2a.

Należy zauważyć, że chociaż na fig. 2a pokazano ekran, w którym warstwa promieniowo zwrócona na zewnątrz jest warstwą aluminium, ekran taki mógłby mieć wiele innych konstrukcji. Przykładowo, warstwa aluminiowa mogłaby być usytuowana pomiędzy warstwą EAA a warstwą poliestrową. W konstrukcji tej warstwa EAA byłaby warstwą promieniowo najbardziej zewnętrzną. Alternatywnie, warstwa poliestrowa mogłaby być warstwą promieniowo najbardziej zewnętrzną. Warstwa EAA byłaby promieniowo wewnętrzna, a warstwa aluminiowa usytuowana byłaby pomiędzy tymi wymienionymi warstwami. Zachodzący na siebie bok może mieć drugą stronę promieniowo na zewnątrz od pierwszej strony, jak pokazano na fig. 2a, albo też drugą stronę promieniowo wewnętrzną wobec pierwszej strony. Można stosować również inne orientacje, przy czym niektóre z nich zostały omówione poniżej.

Figura 2c przedstawia alternatywny przykład wykonania oddzielnej ekranowanej pary skręconej. Oddzielnie ekranowana skręcona para wykorzystuje skręconą parę i ekran, które są takie same jak skręcona para i ekran z fig. 2a. Bocznie założony ekran 22 z fig. 2c ma jednak inną orientację niż bocznie założony ekran z fig. 2a. Na fig. 2c pierwsza wzdłużnie przebiegająca krawędź 44 nie przykrywa zakładkowo drugiej przebiegającej wzdłużnie krawędzi 44a. Ekran 22 jest raczej bocznie założony wzdłuż swej długości tak, by pierwsza wzdłużnie przebiegająca krawędź 44 była usytuowana bocznie blisko drugiej wzdłużnie przebiegającej krawędzi 44a. Ekran jest bocznie założony, by zetknąć drugą powierzchnię 29 pierwszego wzdłużnie przebiegającego boku 33 z drugą powierzchnią 29 drugiego przebiegającego wzdłużnie boku 35. Zetknięte powierzchnie są spojone ze sobą. Spojony bok 43a jest następnie bocznie założony na sąsiedniej części 45 ekranu.

Figura 2d przedstawia jeszcze inny przykład wykonania oddzielnie ekranowanej skręcanej pary. Przykład wykonania z fig. 2d jest taki sam jak z fig. 2a z wyjątkiem konstrukcji ekranu i orientacji owiniętego ekranu. Jak pokazano na fig. 3b, ekran 22a ma pierwszą warstwę 47a, która jest wykonana z EAA, drugą warstwę 47b z aluminium i trzecią warstwę 47c z poliestru. Wracając do fig. 2d, w tej konfiguracji przebiegające wzdłużnie krawędzie nie zachodzą na siebie. Ekran jest bocznie założony, by zetknąć pierwszą warstwę 47a pierwszego przebiegającego wzdłużnie boku 33 z pierwszą warstwą 47a drugiego przebiegającego wzdłużnie boku 35. Zetknięte warstwy zostają następnie spojone. Spojona część 43b jest następnie zaginana promieniowo do wewnątrz sąsiedniej części ekranu.

Figura 3c przedstawia rozwiązanie alternatywne wobec konstrukcji ekranu pokazanej na fig. 3a i 3b. Ekran ma pierwszą warstwę 49a z aluminium, drugą warstwę 49b z poliestru, trzecią warstwę 49c z aluminium i czwartą warstwę 49d z EAA.

Figura 2e przedstawia jeszcze inny przykład realizacji konstrukcji ekranu. Warstwa 29a z EAA nie tworzy powierzchni przykrywającej pierwszy wzdłużnie przebiegający bok 33 i drugi wzdłużnie przebiegający bok 35. Przykrywa ona raczej tylko część 43e drugiego przebiegającego wzdłużnie boku. Przykrywa ona tylko część 43e drugiego boku 35 spojoną z pierwszym bokiem 33. Warstwa aluminium przy części 43e jest usytuowana pomiędzy warstwą 29a z EAA a warstwą 31a z poliestru. Wzdłużnie przebiegające boki pierwszy i drugi zawierają zarówno warstwę aluminium jak i warstwę poliestru.

Na figurze 4a przedstawiono schemat blokowy urządzenia do wytwarzania oddzielnie ekranowanych skręconych par według wynalazku. Pojedyncza skręcona para 20 równocześnie z ekranem jest przepuszczana przez metalowy kształtujący i grzejący korpus 51. Ten metalowy korpus kształtujący owija bocznie ekran wokół skręconej pary i spaja ten ekran w celu wytworzenia izolowanej ekranowanej pary skręconej 15a. Metalowy korpus kształtujący i grzejący jest nagrzany do temperatury

PL 197 132 B1

104-204°C, by przeprowadzać spajanie. Do tego metalowego korpusu kształtującego dołączony jest czujnik temperatury 53 i grzejnik 55. Regulator 57 jest sprzężony z grzejnikiem i z czujnikiem temperatury. Skręcona para i ekran są transportowane poprzez nagrzany korpus kształtujący przez naprężenie ciągnące wytwarzane przez dodatkowy element urządzenia wytwarzającego kabel, taki jak przyciągarka, z linii wytłaczania lub zespół kablowy.

Według dalszego alternatywnego sposobu, jak pokazano na fig. 4b, wiele oddzielnie ekranowanych skręconych par może być skręcane wokół siebie w kompletny kabel równocześnie za pomocą wielu metalowych kształtujących i grzejących korpusów 51.

Alternatywny sposób wytwarzania oddzielnych ekranowanych skręconych par przedstawiono na fig. 4c. Według tego alternatywnego sposobu skrzynka 63 z gorącym granulatem służy do spajania ekranu. To alternatywne urządzenie ma pierwszą sekcję 63a, w której ekran jest bocznie zdwajany wokół skręconej pary. W drugiej części 63b urządzenia ekran jest spajany za pomocą gorących granulek. Granulki te są nagrzewane za pomocą nagrzewnicy 63c doprowadzającej gorące powietrze.

Zamiast stosowania gorącego powietrza lub elektrycznego elementu grzejnego każde z opisanych urządzeń może wykorzystywać nagrzewnicę 65 emitującą promieniowanie podczerwone (fig. 4d).

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kabel do transmisjj danych z 0(^c^z^ielrne3el^r£^rK^\w^rn^rm skręconymi paramii mający wiele oddzielnych skręconych par, przy czym każda skręcona para zawiera pierwszą izolowaną żyłę skręconą wokół drugiej izolowanej żyły, płaszcz otaczający wiele oddzielnie skręconych par, przy czym co najmniej dwie ze skręconych par są bocznie owinięte, kompozytowym ekranem metalicznym mającym warstwę polimerową i warstwę metaliczną, która to warstwa metaliczna ma grubość 0,00762 -0,0254 mm, natomiast każdy z ekranów ma wewnętrzną powierzchnię posiadającą zachodzące na siebie boki, znamienny tym, że zachodzące na siebie boki (43, 43', 43a, 43e) są spojone razem środkiem wiążącym (29, 29a, 47a, 49d), przy czym spojenie każdego z ekranów (22) wpływa na polepszenie wytrzymałości na odkształcenie i wpływa na polepszenie stabilności impedancji.
2. 2. Kabel według zassrz. 1, tym, że wzdłużny bok. (35) t ess złożony na zaWadkę tak, że zewnętrzna powierzchnia styka się ze sobą stanowiąc fałdę drugiego wzdłużnego boku (35), przy czym wewnętrzna powierzchnia pierwszego wzdłużnego boku (33) jest spojona z fałdą drugiego wzdłużnego boku (35).
3. 3. Kabel według zasstz. 1, znamienny tym, że pierwszy wzdłużny bok (33) tess ztożony na zakładkę tak, że wewnętrzna powierzchnia styka się ze sobą stanowiąc fałdę pierwszego wzdłużnego boku (33), przy czym zewnętrzna powierzchnia drugiego wzdłużnego boku (35) jest spojona z fałdą pierwszego wzdłużnego boku (33).
4. 4. Kabel według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że tylko jeden z zachodzących na siebie wzdłużnych boków (33, 35) ma na sobie środek wiążący.