大对数数字通信电缆的设计与制造

   2  电气参数的理论计算     2.1电缆的一次参数     导体有效电阻R、回路电感L、电容C和绝缘电导G称为电缆的一次参数，这些参数与传输的电压、电流的大小无关，是由电缆本身的结构尺寸、材料和电流的频率等决定的。     2.2电缆的二次参数     对称回路的传输质量主要是根据回路的二次参数来估算的。     2.2.1衰减常数α     衰减常数α是影响电缆传输距离的一个重要参数，主要由因为导体本身损耗而产生的衰减和由于绝缘介质损耗而产生的衰减两部分组成。衰减是用以衡量信号能量发生降低和损失大小的一个电气指标，并随传输频率的增加而增大，影响衰减的主要因素包括导体直径、导体材料、绝缘材料、电缆结构等。因此要改善电缆的衰减性能，可以通过增加导体直径、选择更优良的材料以及在生产过程中保持电缆几何结构尺寸的稳定来实现。     2.2.2特性阻抗Zc     特性阻抗Zc是电磁波沿均匀线路传播时，在无终端失配影响的情况下所遇到的阻抗。对称电缆的阻抗分为特性阻抗Zc和输入阻抗Zin。特性阻抗随电磁波频率的升高而减小，当频率超过3000Hz后，特性阻抗值就不再变化，此时输入阻抗Zin受电缆结构因素的影响，入射信号的反射波围绕特性阻抗Zc上下波动。影响阻抗的因素有：电缆总绞入率、导体直径、导体中心间距以及组合绝缘介质的等效介电常数，这些参数都是电缆的结构因素，控制好这4个结构因素的均匀性和稳定性，电缆在每段上阻抗值的波动范围就能控制到最小。     2.2.3串音     在对称电缆中，各回路间的干扰是由横向电磁场的存在而引起的，此时电磁场在邻近的回路上会产生干扰电流。串音根据主被串回路的位置分类，在被串回路中，与主串回路的信号源同一端受到的串音称为近端串音，而在另一端受到的串音称为远端串音。近端串音衰减是主串回路的发送功率串到被串回路近端后的衰减值；远端串音衰减是主串回路的发送功率串到被串回路远端后的衰减值。     电缆中各线对的扭绞节距、相邻线对间的节距搭配、线对两导体间的距离、缆芯的稳定程度等，都是引发线对间串音的重要因素。设计不同的各线对扭绞节距，是目前减小电缆串音较为有效的方法。    

    3  关键工序控制要点     大对数数字通信电缆生产工艺流程如图1所示。 图1   大对数数字通信电缆生产工艺流程     3.1串联绝缘单线工序     单线是电缆中最基础的元件。串联绝缘单线生产工序作为整个电缆生产的第一道工序，直接影响电缆的性能。     3.1.1导体和绝缘层的外径波动     导体和绝缘层的外径变化对绝缘芯线甚为重要。一根0.510/0.910mm绝缘芯线的水电容约为216pF/m，铜导体直径变化     0.001mm，而绝缘层外径不变，电容约变化0.72pF/m；铜导体直径变化0.002mm，电容变化将达3 pF/m。在上述结构规格中，当铜导体直径不变，而绝缘层外径变化0.002 mm时，电容变化约为0.8 pF/m，若绝缘层外径的公差在0.005 mm，电容变化可达     4pF/m。这样的变化是很危险的，如果迭加在阻抗峰值上就会超出标准规定范围。鉴于电容对阻抗的影响，严格控制导体外径与绝缘层外径是绝对必要的。大唐电信在生产过程中，把导体的直径波动控制在0.002mm，绝缘层的直径波动控制在0.01mm，保证了单线的质量。     3.1.2同心度的监控     实际生产中导体与绝缘层不可能达到理想的同心圆状态。单线结构的不均匀会导致电场畸变，在后续生产过程中，这种缺陷会不断累积迭加，最终引起特性阻抗波动过大、串音衰减严重、结构回波损耗过大等严重问题。因此，同心度的监控是串联绝缘单线生产工序中非常重要的一环。挤出线的同心度很大程度上取决于机头的圆周均流程度和模具同心度。大唐电信采用进口机头模具，生产的单线同心度达到96%～97%，为提高单线质量打下了坚实的基础。     3.2绞对工序     大对数数字通信电缆的串音衰减是由两部分组成的，即组内串音和组间串音。组内串音是指子单元内4对线间的串音，组间串音是指相邻子单元间的串音。     3.2.1节距选择     选取合适的绞对节距，可以有效改善电缆组内串音。电缆中每个线组的扭绞节距都必须注意与其他各线组扭绞节距的配合，要各不相同。对扭绞节距的配合和计算可用下式进行：     式中，a和b为线组的扭绞节距；v和w为大于零的整数。     生产过程中首先要选定节距范围，节距最小值不能太小，节距小材料浪费大，生产效率低；节距最大值亦不可太大，太大会影响结构稳定。一般节距范围选50～120mm。不同导线直径的电缆，选用节距范围亦不同，导线直径大的，选用节距亦要大些。选用的节距，不能全是计算出来的数值，还要根据绞对机齿轮搭配情况再作适当修正。     选定节距开始生产后，还需要注意节距的波动。节距波动偏大会使单线结构不均匀，正负电磁感应耦合电流不能相互平衡，最终导致特性阻抗、串音和回波损耗不合格。     3.2.2张力控制     张力过大或不均会引起线芯结构的变化，导致传输参数严重恶化，因此必须对其加强控制。绞对机设备应有稳定的运转速度，放收线张力控制均匀可调。     3.2.3退扭     在普通绞对机生产过程中，线组会绕两线芯中心线进行公转，同时各线芯绕自身圆心自转，这样会产生两个不良影响：     l由于绝缘偏心，在两根线芯相对转动时，导体间距1  前言     近年来，综合布线业务在我国逐渐兴起，这既是在计算机技术和通信技术发展的基础上进一步适应社会信息化和经济国际化的需要，也是办公自动化技术发展的结果。建筑物综合布线系统中的垂直干线子系统由连接主设备间至各楼层配线间的线缆构成，其功能主要是把各分层配线架与主配线架相连，用主干电缆提供楼层之间的通信通道，使整个布线系统形成一个有机的整体。     大对数数字通信电缆相对光缆具有铺设方便、线缆管理简洁、成本低等优点，因此目前不少综合布线系统已经或准备选用大对数数字通信电缆作为垂直干线子系统的传输介质。     2  电气参数的理论计算     2.1电缆的一次参数     导体有效电阻R、回路电感L、电容C和绝缘电导G称为电缆的一次参数，这些参数与传输的电压、电流的大小无关，是由电缆本身的结构尺寸、材料和电流的频率等决定的。     2.2电缆的二次参数     对称回路的传输质量主要是根据回路的二次参数来估算的。     2.2.1衰减常数α     衰减常数α是影响电缆传输距离的一个重要参数，主要由因为导体本身损耗而产生的衰减和由于绝缘介质损耗而产生的衰减两部分组成。衰减是用以衡量信号能量发生降低和损失大小的一个电气指标，并随传输频率的增加而增大，影响衰减的主要因素包括导体直径、导体材料、绝缘材料、电缆结构等。因此要改善电缆的衰减性能，可以通过增加导体直径、选择更优良的材料以及在生产过程中保持电缆几何结构尺寸的稳定来实现。     2.2.2特性阻抗Zc     特性阻抗Zc是电磁波沿均匀线路传播时，在无终端失配影响的情况下所遇到的阻抗。对称电缆的阻抗分为特性阻抗Zc和输入阻抗Zin。特性阻抗随电磁波频率的升高而减小，当频率超过3000Hz后，特性阻抗值就不再变化，此时输入阻抗Zin受电缆结构因素的影响，入射信号的反射波围绕特性阻抗Zc上下波动。影响阻抗的因素有：电缆总绞入率、导体直径、导体中心间距以及组合绝缘介质的等效介电常数，这些参数都是电缆的结构因素，控制好这4个结构因素的均匀性和稳定性，电缆在每段上阻抗值的波动范围就能控制到最小。     2.2.3串音     在对称电缆中，各回路间的干扰是由横向电磁场的存在而引起的，此时电磁场在邻近的回路上会产生干扰电流。串音根据主被串回路的位置分类，在被串回路中，与主串回路的信号源同一端受到的串音称为近端串音，而在另一端受到的串音称为远端串音。近端串音衰减是主串回路的发送功率串到被串回路近端后的衰减值；远端串音衰减是主串回路的发送功率串到被串回路远端后的衰减值。     电缆中各线对的扭绞节距、相邻线对间的节距搭配、线对两导体间的距离、缆芯的稳定程度等，都是引发线对间串音的重要因素。设计不同的各线对扭绞节距，是目前减小电缆串音较为有效的方法。     3  关键工序控制要点     大对数数字通信电缆生产工艺流程如图1所示。 图1   大对数数字通信电缆生产工艺流程     3.1串联绝缘单线工序     单线是电缆中最基础的元件。串联绝缘单线生产工序作为整个电缆生产的第一道工序，直接影响电缆的性能。     3.1.1导体和绝缘层的外径波动     导体和绝缘层的外径变化对绝缘芯线甚为重要。一根0.510/0.910mm绝缘芯线的水电容约为216pF/m，铜导体直径变化     0.001mm，而绝缘层外径不变，电容约变化0.72pF/m；铜导体直径变化0.002mm，电容变化将达3 pF/m。在上述结构规格中，当铜导体直径不变，而绝缘层外径变化0.002 mm时，电容变化约为0.8 pF/m，若绝缘层外径的公差在0.005 mm，电容变化可达     4pF/m。这样的变化是很危险的，如果迭加在阻抗峰值上就会超出标准规定范围。鉴于电容对阻抗的影响，严格控制导体外径与绝缘层外径是绝对必要的。大唐电信在生产过程中，把导体的直径波动控制在0.002mm，绝缘层的直径波动控制在0.01mm，保证了单线的质量。     3.1.2同心度的监控     实际生产中导体与绝缘层不可能达到理想的同心圆状态。单线结构的不均匀会导致电场畸变，在后续生产过程中，这种缺陷会不断累积迭加，最终引起特性阻抗波动过大、串音衰减严重、结构回波损耗过大等严重问题。因此，同心度的监控是串联绝缘单线生产工序中非常重要的一环。挤出线的同心度很大程度上取决于机头的圆周均流程度和模具同心度。大唐电信采用进口机头模具，生产的单线同心度达到96%～97%，为提高单线质量打下了坚实的基础。     3.2绞对工序     大对数数字通信电缆的串音衰减是由两部分组成的，即组内串音和组间串音。组内串音是指子单元内4对线间的串音，组间串音是指相邻子单元间的串音。     3.2.1节距选择     选取合适的绞对节距，可以有效改善电缆组内串音。电缆中每个线组的扭绞节距都必须注意与其他各线组扭绞节距的配合，要各不相同。对扭绞节距的配合和计算可用下式进行：     式中，a和b为线组的扭绞节距；v和w为大于零的整数。     生产过程中首先要选定节距范围，节距最小值不能太小，节距小材料浪费大，生产效率低；节距最大值亦不可太大，太大会影响结构稳定。一般节距范围选50～120mm。不同导线直径的电缆，选用节距范围亦不同，导线直径大的，选用节距亦要大些。选用的节距，不能全是计算出来的数值，还要根据绞对机齿轮搭配情况再作适当修正。     选定节距开始生产后，还需要注意节距的波动。节距波动偏大会使单线结构不均匀，正负电磁感应耦合电流不能相互平衡，最终导致特性阻抗、串音和回波损耗不合格。     3.2.2张力控制     张力过大或不均会引起线芯结构的变化，导致传输参数严重恶化，因此必须对其加强控制。绞对机设备应有稳定的运转速度，放收线张力控制均匀可调。     3.2.3退扭     在普通绞对机生产过程中，线组会绕两线芯中心线进行公转，同时各线芯绕自身圆心自转，这样会产生两个不良影响：     l由于绝缘偏心，在两根线芯相对转动时，导体间距会变化；     l线芯自转时会形成一个扭转，这个扭矩会导致不良内应力的产生。     同时，由于排线、摩擦、表面滑动等因素影响，线芯间转动不可避免。为了减轻这些影响，退扭非常必要。通常情况下，选择 30％～35%的退扭比例即可。     3.3子单位生产工序     子单位由4个线对绞合而成。各子单位中的线对色序见表1或表2中第1对～第4对，中心线对色序可采用表中第5对～第6对。表1 子单位中线对色序1   表2 子单位线对色序2 表3 扎带标志色序     子单位应采用非吸湿性扎带螺旋捆扎，捆扎节距小于60mm。当各子单位的线对色序相同时，子单位扎带的标志颜色应不同，色序要求见表3。     3.4成缆工序     3.4.1缆芯排列     面向电缆A端看，子单位内各线对序号均应按顺时针方向依次排列，子单位序号应从内到外按顺时针方向依次排列，如图2所示。     3.4.2生产控制要点     成缆设备需要具有运转速度稳定、放收线张力控制均匀可调的特点。生产中应保持放收线张力稳定以避免造成缆芯结构受损。通常情况下，成缆节距为20～25倍缆芯直径。 图2  50对数字电缆缆芯排序     3.5护套工序     护套生产线应具备主动放收线并保持张力稳定的能力。护套挤出过程中，护套层应松紧适度并均匀地覆盖在缆芯表面，这同样需要对挤出机的温度和模具进行合理配置。只有这样，电缆的各项参数才能得到保证。    

     4  结束语     以上以UTP50对数字电缆为例，对大对数数字通信电缆的结构参数设计和关键工艺控制做了论述。数字通信电缆的生产控制环节较多，各个电气参数相互制约影响，所以前期对结构参数的设计计算是必须的，而后的生产过程环环紧扣，必须严格控制才能保证电缆质量。     链接：大唐电信旗下成都大唐线缆有限公司是我国现代有线通信技术的研究开发基地，由我国最早专门从事线缆研究的邮电部第五研究所的优良资产和优秀技术力量组建，积累了四十多年的通信光电缆研发、生产及工程的丰富经验，为我国通信建设做出了重大贡献。公司从德国、法国、美国等先进设备生产厂商进口了多台世界领先的生产设备和检测设备，保证了产品质量。公司生产的各种电缆产品通过了泰尔认证中心的认证，获得进网许可证书；同时通过美国UL认证，具备海外销售实力。公司数字电缆产品符合RoHS规范，是绿色、无污染产品。