5类电缆的制造及质量控制(完整版)

5类电缆的制造及质量控制（杨君）［摘要］本文主要介绍了永鼎集团利用现有设备生产高性能光屏蔽对绞电缆（UTP）的实践，并从工艺的角度出发讨论5类缆的结构尺寸、电气性能及其制造。

［关键词〕5类缆；数据传输1前言当今，信息高速公路的建设已成为风靡全球的产业。

而网络作为信息的载体，近年来在我国的发展也非常迅猛。

光线以其传播速度快、信息容量大成为广域网（WAN）传输介质的首选。

但是，局域网（LAN）的大楼通信综合布线系统中，由于光缆敷设费用太高，且接头费用和终端光一电转换费用昂贵，因此其造价非常昂贵。

为此，须寻求一种价廉物美的数据通信电缆来担任最后 100m的传输任务。

这样，5类缆／超5类缆应运而生。

所谓5类电缆（Category 5 Cable）是指高速数据传输用（频率为 100MHz）无屏蔽对绞电缆的一种俗称。

目前5类UTP电线主要用于大楼通信综合布线系统的工作区通信引出端到办公区域通信接线盒的水平布线。

所谓水平的含义是指上述布线方式主要是沿着地板或天花板的水平走向，安装在管道、线槽中及地板与天花板的夹层中。

根据E IA／TIA－568—A规定，水平布线一般是4对100ΩUTP电缆。

据统计，每年需求增长速度超过50％，估计到2000年5类统的年需求量可达70万km以上。

2电缆结构及原材料2.1结构设计 5类电缆除了UTP（无屏蔽对绞线）外，还包括屏蔽型电缆F TP、STP、SUTP、SSTP，其主要区别是有不同的屏蔽结构。

由于100MHz 5类缆主要传输参数有衰减、近端串音、结构回波损耗。

所以在设计中应首先考虑这几个参数。

衰减是决定局域网设计和信号在电缆中传输距离的主要因素。

而导体和绝缘的类型以及几何尺寸是影响数据对称电缆衰减的主要因素。

在设计中有以下几个方法可降低衰减。

a）增加绝缘厚度；b）采用物理发泡绝缘降低介质损耗；c）增加导体截面积但是增加绝缘厚度带来的负面效应是使电缆阻抗变大；b）方案可通过提高挤塑稳定性，保证电缆高频衰减在长时间内不会劣化；c方案导体直径从0.50mm增加到0.511mm。

近端串音是线路传输质量的一项重要指标。

它是由电磁场在相邻线对产生电压与电流而引起的串音。

它与对绞节距、绞对间节距（成缆节距）及各线对的节距比有关。

理论上，采用小节距即可从根本上改善串音，目前国际上通用的几种节距为16－18－22－24，17－20－25－3 0，1012－14-16。

在设计节距时应把所有节距有最大公倍数这一因素考虑进去。

结构回波损耗是指沿线路发射的信号遇到阻抗不均匀（由结构不均匀引起）时被反射回来后，重新“进入”正常发射信号行列，从而干扰线路的正常信号，引起误码。

所以在设计生产中应遵循以下几点：a）导体外径公差应严格控制在±3μm之内。

采用x-y双轴激光外径控制显示器随时监控外径，以保证阻抗均匀性。

b）在对绞及成缆的过程中，线对节距的一致性及导体线对收放线张力的均匀性应严格控制。

2.2材料选择导体材料：退火铜线 24AWG（0.511mm）绝缘材料：高密度聚乙烯护套材料：低烟低卤阻燃PVC3电缆的制造3.1绝缘单线的挤制由于高速数据传输电缆传输100MHz以上的高频，对电缆结构尺寸的稳定性和均匀性要求严格，因此电缆生产过程中的每一道工序都可能把自身的问题带到成品中去，而制造过程中的第一道工序——绝缘单线的挤制是整个生产的中心环节。

良好的控制单线制作过程是生产高性能电缆的基础。

线芯绝缘不偏心是阻抗保持稳定的前提，而且在轴向要求达到均匀一致的加工精度。

在生产中本公司采用引进的拉丝--退火--预热--绝缘高速串列生产线生产单线。

1）生产线速度为800m／min，具有x-y双轮全自动外径闭环反馈控制系统，实时监控外径的偏差，同轴电容闭环控制系统同步检测电容，精密的张力自动控制系统保证了导线外径的均匀性，同心度控制在95％以上，铜线外径偏差±3μm以内，电容波动在1pF／m。

2）色母粒应少加，绝缘线的颜色尽量做淡。

因为任何一种颜色对介质来说都是杂质，颜色越深则衰减越大。

3）导体的伸长率是导体质量的另一个重要指标。

导线稍硬或者说弹性模量较大可使导线在后续加工过程中不易变形，有利于阻抗均匀性。

另外，导线伸长率控制范围小，则可避免两根软硬不均的芯线对绞所产生的不均匀性，从而减小结构回波损耗。

在实际生产中，导线伸长率控制在15％～ 22％，尽量做到每道工序后伸长率基本保持不变。

3.2绞制工序绞制包括对绞和成缆两个过程，目前国际流行的群绞机把这两步并在一步完成。

这种群绞机的优点是：将对绞和成线两工序合二为一，省去对绞后的收绕和成缆时的放出，减少导线的反复弯曲从而有利于电缆的电气性能的稳定。

省人工、占地小。

这种群绞机最大的缺点是放线不易退扭，线对受力均匀性不及单独工序，而且投资大。

本公司在利用原有设备及部分设备改制的基础上，采用对绞和成线两步的方式。

1）对绞a）对绞节距电缆对绞节距对近端串音有很大的影响，与普通2类、3类线相比，5类缆对绞节距要小得多，最小节距可以是10mm。

但并不是节距越小越好，因为节距小会引起生产速度慢、材料用量增加、铜线的直流电阻增大、电缆衰减增加。

实践证明节距为10—12－14－16并不是最佳的，而在12～22范围之内选择适当的四个节距，才能获得较佳的衰减及近端串音。

b）对绞设备要求对绞时速度快而均匀。

通常生产通信电缆的国产高速对绞机，经过改制，使节距在10～50mm范围内，能满足生产5类缆的要求。

放线装置采用主动放线，两单线进入对绞机之前，一定要有同步皮带上下压住，使进入对续机的两根线张力均匀。

张力过大会拉细铜线，过小则芯线松驰、跳动。

节距形成后再加一个定型装置，使线对呈完好的螺旋型。

同时机器配置灵敏的张力反馈系统。

对对绞的质量要求是，当线对被退扭后，两根绝缘导线的长度应相等。

2）成缆在实际生产中，为充分利用现有设备，降低生产成本，在原有的成缆设备上进行技术改造。

技术改造主要内容有：放线架采用主动放线；四对线进入成缆机之前一定要有同步皮带上下压住，使四对线受力均匀；导轮尽量大，使对绞节距保持稳定，并有张力反馈。

成缆节距控制在180mm以下，成缆节距小，有利于缆芯结构稳定。

对成缆的质量要求是，缆芯结构稳定、紧凑，节距不易松散，对阻抗不均匀性影响最小。

3.3护套UTP 4对5类缆护套最小厚度0.50mm，电缆最大外径小于5.8mm，中间放一撕裂绳。

外护套表面圆整、光滑，延伸率≥125％，抗拉强度大于12.5MPa。

护套包覆于缆芯外，既不能使缆芯松动，也不能挤压线芯，以防电气性能易受环境变化的影响。

本厂挤护套在常规的φ45单螺杆挤出机上进行，但增加了主动放线、激光测径仪及喷墨印字设备。

3.4成圈与包装传统的成圈工艺使电缆在施工放出时易打扭，使缆芯出现“退扭”及“加扭”。

当出现这种情况时，电缆的阻抗将产生变化并引起“结构回波损耗”问题，同时使90m段长内的电缆串音性能降低。

我们自制一台简易交叉卷绕成图机，成圈后线缆呈＃型排列，放线时采用国际流行的匣式无扭自由放线，不会扭曲。

标准包装为304.8m（或1000英尺），小包装100m或91.44m（300英尺）。

采用特制纸箱进行包装。

4测试结果4.1测试标准依据什么标准来衡量5类电缆的结构尺寸与性能是非常关键的。

目前，国际上有关5类电缆的标准有以下几个可供参考：1）IEC1156、－1（1994）及 IEC1156.2～4（1995）的LAN通信电缆系统标准；2）ISO／IEC，11801（1995）标准；3）美国电子工业协会1991年1月颁布的 EIA／TIA－568标准，以及随后修改并作为替代前者及TSB－36、TSB－40和TSB－58的EIA／TIA－586－A标准；4）美国NEMA及UL分别于1994年颁布的相应标准。

我国5类电缆的国家标准有以下两个：1）YD／T 926.1～2—1997大楼通信综合布线系统标准；2）YD／T 838.1～4—1996数学通信用对绞／星级对称电缆标准。

本公司以上述两个国家标准为企业标准。

4.2测试设备及结果测试设备采用美国DCM CMS－2XLD网络分析测试仪。

本公司按上述规范设计，批量生产的电缆用成圈后装箱（长度为304.8m）的5类线缆进行测试，测试频率1～350MHz。

5结束语高频数字式对称电缆的电气性能与线对的几何尺寸和稳定性有紧密关系，在生产中应重视每一细小环节对几何尺寸的影响。

要使电缆能工作在更高频率下，如 350～622MHz，则线对必须单个包覆与屏蔽。

国外已开发出622Mb／S的超7类缆，除采用单个线对单独屏蔽外，还把单个线对固定在网状骨架槽中，结构非常稳定。

如美国Prestolite wire（普利多导线公司）生产的NETLink GXTM 550MHz7类光屏蔽UTP 4对电缆使用的就是网状骨架结构，其近端串音和结构回波损耗在高频时的性能相当好。

国内现有的设备尚无力生产这种结构的超5类缆，但从大容量信息对信道带宽要求的发展趋势来看，超高频（350MHz以上）数字对称电缆必定取代现有的高频（100MHz）的数字对称电缆。

本文是在洪永华高级工程师指导下完成的，笔者深表谢意。

摘自《光纤与电缆》。