线材对绞技术

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1、高频对称电缆设计与制造技术成都普天电缆股份有限公司肖飚摘要:本文首先介绍了高频对称电缆几个重要电性能指标及其改善措施，然后具体分析了电缆设计与制造过程中的一些技术,并提出了对绞线最小退扭率的要求”。关键词：串音回波损耗退扭率1.前言随着计算机网络和数据通信的发展，人们对对称电缆的要求也越来越高，从几年前带宽为100MHz的五类缆到今天高达1000MHz的数据缆，无疑是一个巨大的飞跃。众所周知，同轴缆的电磁场是封闭的、规则的，达到1000MHz的带宽是比较容易的。然而，对称电缆的电磁场是开放的，既不规则也不均匀，要制造高频对称电缆其难度可想而知。很多时候，电缆制造商制造出

2、了符合要求的对称电缆并按正确的布线方法布完线后，检测发现电缆的某些指标恶化了许多，尤其是近端串音衰减和结构回波损耗两项指标。所有这些，归根到底都与电缆结构设计和制造工艺有关。本文以1对、2对、4对高频对称电缆的设计制造为例，对设计和制造中的一些技术进行了探讨。2．高频对称电缆的几个重要电性能指标及其改善措施2.1串音串音引起的误码是影响通信距离的主要因素之一。根据串音产生的机理，减少线对间串音的方法有:a保证绝缘单线的均匀性和对称性，尽可能降低线对间电容不平衡是提高线对抗干扰能力的基础;b在条件允许情况下,加大线对间的距离;c采用优化的节距设计是提高串音防卫度的有力措施

3、;d采用线对屏蔽技术，但此种方法因电磁波的反射，需要适当增加绝缘外径，使用时也需要带屏蔽的接插件。[1]e除此之外，保证相邻线对维持TEM波传输也可有效地减少串音,这也是高频对称电缆设计中可用的另一种理念。我们知道，传统对绞线结构的电缆中，在对绞线的中心有很强的电场，并有很大一部分泄漏于绝缘层外。如果将对绞线用与绝缘具有相同等效相对介电常数且损耗角正切值低的材料挤一层护套(低压力挤压式)则大部分电磁场分布在绝缘和护套内，有效减少电力线从绝缘体散发出去（见图1），因而从源头上减小了对相邻线对的串音。另一方面，电磁波在绝缘体周围的空气中传播速度（C≈C)比在绝缘体内的传播速

4、度空气中的速度真空中的速度(C=C/ε,其中ε为电缆的等效相对介电常数)快。电磁场绝缘体中的速度真空中的速度ee的这种不均匀性会同时产生沿传播方向的电磁矢量以及垂直于传播方向的电磁能量，从而引起串音增加。围绕线对的护套愈厚，串音改善就愈明显。然而,由于介质损耗的原因,用这种方式来控制串音会导致衰减增加，并且也增加电缆成本。1图1传统的对绞线和圆形护套电缆的电磁场分布不过，由于护套的加入为保证电缆的特性阻抗值需要增加绝缘外径或增加绝缘的发泡度，最终电缆的衰减并不会增加多少，有时反而略低。因此，当串音得到有效控制时，即使信号衰减增加了，但传输信号时的信噪比却增加了。为了尽可

5、能降低衰减，采用此思路设计电缆时通常采用泡沫绝缘和护套。2.2特性阻抗与结构回波损耗特性阻抗是电缆回路上任意点电压波与电流波之比，并有R+jωLZ=（1）cG+jωC式中R、L、G、C分别为对称回路的交流电阻、电感、导体间介质电导和导体间互电容；ω为信号的角频率。在高频下无屏蔽对称电缆的特性阻抗近似表示为1202S−dZc=εlnd（2）e式中εe值与绝缘材料、绝缘类型、线对间填充介质的相对介电常数有关；S为回路两导体的中心距；d为导体直径。在实际中常用输入阻抗Zin来表述电缆的特性阻抗。其定义如下:Z=Z•Z（3）in0s式中Z0为终端开路时的阻抗测量值；ZS为终端短

6、路时的阻抗测量值。由于电缆结构的不均匀性，信号在传输过程中会产生波的反射，反射波在某些频率点相互迭加，当反射波幅值极大时，电缆的传输性能会在这些频率点上甚至整个频宽范围内急剧恶化。因此，输入阻抗频率扫描曲线是一条起伏颇大的随机分布曲线。通常用结构回波损耗来描述这种波动情况。结构回波损耗SRL定义如下：SRL=−20lgZin−zmZ+Z（4）inm式中Zm为拟合阻抗。由此定义可见，SRL实质是描述Zin围绕Zm波动大小的一个指标。引起Zin波动的原因是电缆部件存在着突发性或周期性的结构偏差或缺陷。如绝缘外径波动、导体直径波动、绞对时绝缘单线在节点处周期性压伤，绝缘发泡不

7、均匀、绝缘偏心时绞对过程因单线的自转造成导体中心距S呈周期性的正（余）弦函数波动等。其中周期性的结构偏差或缺陷对SRL危害最大。由于输入阻抗与制造过程中的诸多随机缺陷有着极为直接的关系，而制造过程中这诸多的随机缺陷之间又彼此间相互关联，相互影响，错综复杂，因而难以分析输入阻抗与某个缺陷的定量关系。但通过长期的生产实践得知，生产过程中的随机缺陷较小时造成的阻抗波动很小时,SRL曲线上只出现小的尖峰。极轻微的周期性结构不均匀造成的影响与其它缺陷造成的影响迭加一起，最终也呈现出随机性的波动，这与同轴缆的情况有所不同。当较严重的周期性不均匀缺陷时