7类数字通信电缆的设计和制造

7类数字通信电缆的设计和制造
吴荣美;唐秀芹
【摘要】介绍7类数字通信电缆的应用及其主要电气性能指标,重点描述该种电缆的工艺设计、制造过程中的关键技术控制,以便进一步提高产品质量.
【期刊名称】《电线电缆》
【年(卷),期】2009(000)004
【总页数】4页(P8-10,13)
【关键词】7类数字通信电缆;电气性能;设计;制造及控制
【作者】吴荣美;唐秀芹
【作者单位】江苏东强股份有限公司,江苏,东台,224247;江苏东强股份有限公司,江苏,东台,224247
【正文语种】中文
【中图分类】TM248.9
随着数据通信和网络信息技术的飞跃发展以及计算机性能的不断提高，人们对综合布线系统性能的要求也越来越高。

网络速率日益提高，意味着工作频率的提高，但工作频率越高，越容易产生电磁辐射和电磁耦合；同时，周围环境中还会不断有新的电磁干扰源产生，网络工作频率越高产生的辐射也越严重。

7类数字通信电缆技术是通过双绞线的绞合平衡和金属屏蔽层的屏蔽作用，有效防止外界电磁干扰信号侵入电缆内部(金属屏蔽层的集肤效应)，不让来自于电缆内部的电磁辐射外泄(金属屏蔽层的反射效应)，具有非常好的电磁兼容特性和保密性。

7类屏蔽数据电缆
的特点之一是每对线对都单独使用金属屏蔽，由于金属屏蔽层的集肤效应、反射和吸收作用，能更好地分隔周围的电磁场并减少线对之间的串音。

当布线系统用于高带宽而周围环境中又存在较大的电磁干扰，或者用户为防止信息在传输通道中泄漏，对传输的数据信息保密级别较高或用户对电磁兼容性要求较高时，宜采用7类电
缆布线系统，尤其在将来高带宽高速率的综合布线系统中，7类电缆将被更多的用户所青睐。

预计在未来几年内，7类电缆将能迅速成为市场主导产品，以满足未来技术不断发展的要求。

东强公司几年来一直致力于数字通信电缆的研制、开发和生产，相继成功开发了6类、6A类以及大对数数字电缆。

近期又在此基础上开发成功了7类数字通信电缆，并已经得到欧洲市场用户的肯定。

鉴于双层屏蔽型7类数字电缆开发、生产具有
一定的技术难度，故本文将对该电缆的设计与生产控制进行简单的介绍。

依据客户的要求，并参照美国电子工业协会的EIA/TIA-568-B.2-10《商用建筑电
信布线标准》2006年草稿、欧洲电工标准化委员会制订的EN 50288标准、国际电工委员会制订的IEC 61156—5标准，我公司对7类数字通信电缆进行了设计，并对产品的主要性能性能指标作了一些规定(见表1)。

2.1 材料的选用
考虑到电缆的高频电气性能指标，采用介电常数小(发泡绝缘)高频介质损耗低且不随频率、温度升高而出现明显变化的绝缘料；导体选用高纯度无氧铜；屏蔽层采用优质单面铝塑复合带和镀锡铜丝编织。

其具体材料如下：
导体——直径为0.58 mm纯铜退火导线；
绝缘——发泡绝缘(为了降低介质损耗)；
线对分屏蔽——采用铝塑复合带，铝箔厚度达到0.05 mm左右；
电缆总屏蔽——采用镀锡铜丝编织，编织密度为45%左右；
护套料——采用环保型低烟无卤阻燃聚烯烃。

2.2 结构设计
为满足产品衰减指标的要求，采用了物理发泡绝缘的单线；为了保证产品结构的稳定，成缆时采用过线导向模具固定铝塑复合带和线对的位置，使4对双绞线分别
对应嵌入四根复合带内，同时扭绞成型，防止金属屏蔽的反作用；在成缆后编织一层金属屏蔽层，形成一个非常稳定的缆芯结构(见图1)。

由于编织层较软且细小，
因此成品电缆具有很好的柔软性，便于布线施工。

2.3 工艺参数的设计和计算
2.3.1 绝缘外径的设计和计算
在整个设计中，绝缘外径的选择较为复杂，牵涉到工作电容、特性阻抗和衰减等指标的匹配，而这些指标值是相互矛盾、相互制约的值，因此，在确定绝缘材料和绝缘结构后，首先根据经验公式试算，然后通过实际检测再进行调整，我们所用经验公式为：
Cm=27.88×εr/[2.3×lg(1.2×D/d)]
α=6×10-3×÷ln(2a-d)/d×
(k/d+d/2a2)+9.10×10-5×f××tgδ
式中，ZC为特性阻抗(Ω)；Cm为工作电容(nF/km)；α为绝缘衰减常数(Np/km)；εr为绝缘等效介电常数；D为绝缘外径(mm)；d为导体外径(mm)；f为工作频率(Hz)；k为绞入系数；a为导体间中心距(mm)；tg δ为绝缘材料等效介质耗损角
正切。

在设计该型号电缆时，考虑到高频衰减和阻抗的因素，绝缘层采用物理发泡结构。

2.3.2 对绞、成缆、屏蔽工艺的设计
为满足带宽在600 MHz高频传输时电缆衰减、阻抗、近端串音和回波损耗等指标的标准要求，并要有一定裕量，在各个线对节距和线对之间的节距比的设计上，经过精心计算后确定，但仍须通过多次试验来进行调整和完善。

在节距的设计(对绞
节距、成缆节距)和确定过程中，我们做了数次试验，通过对多种方案的比较，认
为7类屏蔽数字电缆的对绞节距不宜太小，节距差也应相对小些，对绞节距设定
在30～50 mm以内，成缆节距在120～160 mm以内为好。

在对绞退扭率方面
应考虑尽量减少芯线绞合接触点处的扭力变形，因其会引起传输性能的劣化。

为了考虑串音和结构回波等指标的稳定，在设计屏蔽带的放带张力时经过多次摸索，设置为20N，同时设计专用模具提高屏蔽带纵包效果。

3.1 拉丝/绝缘工序
绝缘单线制造工序是整个数字电缆生产的关键工序。

除了应具有高精度的生产设备之外，还应严格控制单线制造过程中各项参数一致。

绝缘单线中导体的圆整度和表面质量及绝缘层的厚度、偏心率以及发泡度等参数直接决定成品电缆传输特性的优劣程度。

我们在三层共挤绝缘串联生产线上生产物理发泡绝缘单线。

该设备配有自定心机头、X-Y双向测径仪、偏心仪、FFT(快速傅立叶变换)、水电容检测器、火
花击穿装置等，能实时监控外径的偏差、单线的水电容及回波损耗等。

生产的绝缘单线能满足以下要求：导体直径偏差为±0.001 mm，绝缘外径偏差为±0.005 mm，绝缘同心度≥98%，同轴电容偏差为±1 pF/m，导体断裂伸长率偏差为±1%，并
严格控制导体与绝缘层之间的粘附力，以防在后续加工过程中单线受力变形。

3.2 对绞工序
对绞工序是电缆生产的重要工序。

对绞的绞合节距、退扭率以及收、放线张力等对后续的指标影响较大。

在满足串音指标要求的范围内，节距差越小越好，以减小电缆变形，降低时延和时延差；为了保证单线结构不被破坏，尽量减小线芯接触点处的挤压变形，以满足阻抗的均匀稳定，故退扭率不宜太大，最好不要超过40%；
放线张力也不宜太大。

控制芯线间距离的稳定性对绞对设备提出了很高的要求。

我们采用进口的高速退扭双扭绞对机，该绞对机双单线退扭，转速高达4000 r/min，磁制式张力控制系统使满盘至空盘范围都保持恒定张力，并且退扭率通过数字化设
置自动反馈，偏差控制在±0.1%；节距是通过机械齿轮传动，节距偏差控制在
±0.2 mm以内。

3.3 屏蔽、成缆工序
采用一步法完成纵包屏蔽及成缆工艺。

在电缆屏蔽制造过程中，由于屏蔽材料壁厚规格的不同会对电缆的传输性能产生不同程度的影响，所以选用较软的铝箔(厚度
为0.05 mm)来做电缆线对的屏蔽层。

但屏蔽铝箔包覆线对的松、紧程度不同，对电缆传输性能的稳定性将产生较大影响，因此设计合理的屏蔽成型过线模具就显得尤为重要。

如果铝箔屏蔽层包覆不紧，在电缆弯曲时线对屏蔽容易出现很小的缝隙，使电缆的转移阻抗增大，减弱屏蔽效率，且随着频率的增加而使ACR(衰减/串音比)降低。

如果铝箔屏蔽层包覆太紧，在铝箔通过成型过线模具时因摩擦系数大而
容易断带，影响生产效率，而且容易造成电缆的衰减不合格。

在制造过程中不断调整铝箔成型工艺的同时，还要控制好铝箔放带张力。

在整个屏蔽工序中屏蔽带的张力应保持不变，其变化范围应小于4%。

因此，在线对屏蔽时，采用自制的专用成型模具将四对对绞线分别嵌入四根屏蔽带内，且有一定的重叠量和角度，然后再绞合在一起。

在放置屏蔽带时，要注意放带张力一致和压缩模的压缩量对等。

成缆节距一般对串音、阻抗、衰减的影响比较大，首先要选择好合适的成缆节距，成缆节距一般控制在120～160 mm。

因为成缆节距太大，电缆弯曲性能变差，电缆安装或受力后传输性能回波损耗、特性阻抗有很大的影响；成缆节距太小，容易引起衰减等指标超标。

因此，具体的工艺设计应视生产设备、绝缘材料、对绞节距和成缆节距等情况综合考虑后确定。

我们在进口单扭成缆机上采用右向绞合，成缆机放线张力和金属屏蔽带放带张力通过变频器控制，保证生产过程中张力恒定，牵引装置采用低惯性橡皮被覆轮，以保护缆芯，避免绞距松动，并且由牵引机提供信号反馈，以达到精确的成缆节距，生产的缆芯圆整，节距偏差控制在±3 mm以内。

3.4 编织总屏蔽工序
在编织总屏蔽工序中，选择合适的定径和过线模以及编织丝放线的张力控制，而且缆芯的收放线张力的均匀一致性也须特别注意，所以选用国内质量较好的编织机来生产该高端产品。

为了考虑转移阻抗和耦合衰减的影响，我们通过增加编织密度的方法来满足这个指标的要求。

3.5 挤外护套
在挤外护套工序中，应对护套厚度、护套内外径一致性加以严格控制，须调整好缆芯的收放线张力，并尽量避免屏蔽层变形和成品电缆被压扁，以便减少其对成品电缆的特性阻抗、回波损耗等性能的影响；尽可能将外护套紧贴挤包于屏蔽层，以保证缆芯内线对位置的固定，防止屏蔽层与缆芯在布线施工中受外力挤压或弯曲而变形，给工程带来隐患。

在外护套材料上，选用了环保型低烟无卤阻燃材料，制造出绿色环保型的数据电缆。

通过上述工艺生产的7类数字通信电缆，用CTS 650全性能数字电缆测试仪对低频性能和高频性能进行测试，测试结果见表2和表3。

从表2、表3可知，该电缆的电气性能均满足规定的要求。