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五類電纜的制造及質量控制

  當今,信息高速公路的建設已成為風靡全球的產業。而網絡作為信息的載體,近年來在我國的發展也非常迅猛。光線以其傳播速度快、信息容量大成為廣域網(WAN)傳輸介質的首選。 但是,局域網(LAN)的大樓通信綜合布線系統中,由于光纜敷設費用太高,且接頭費用和終端光一電轉換費用昂貴,因此其造價非常昂貴。為此,須尋求一種價廉物美的數據通信電纜來擔任最后 100m的傳輸任務。這樣,5類纜/超5類纜應運而生。

  所謂5類電纜(Category 5 Cable)是指高速數據傳輸用(頻率為 100MHz)無屏蔽對絞電纜的一種俗稱。

  目前5類UTP電線主要用于大樓通信綜合布線系統的工作區通信引出端到辦公區域通信接線盒的水平布線。所謂水平的含義是指上述布線方式主要是沿著地板或天花板的水平走向,安裝在管道、線槽中及地板與天花板的夾層中。根據EIA/TIA-568—A規定,水平布線一般是4對100ΩUTP電纜。據統計,每年需求增長速度超過50%,估計到2000年5類統的年需求量可達70萬km以上。

  2電纜結構及原材料

  2.1結構設計 5類電纜除了UTP(無屏蔽對統統)外,還包括屏蔽型電纜FTP、STP、SUTP、SSTP,其主要區別是有不同的屏蔽結構。

  由于100MHz 5類統主要傳輸參數有衰減、近端串音、結構回波損耗。所以在設計中應首先考慮這幾個參數。衰減是決定局域網設計和信號在電纜中傳輸距離的主要因素。而導體和絕緣的類型以及幾何尺寸是影響數據對稱電纜衰減的主要因素。

  在設計中有以下幾個方法可降低衰減。

  a)增加絕緣厚度;

  b)采用物理發泡絕緣降低介質損耗;

  c)增加導體截面積 但是增加絕緣厚度帶來的負面效應是使電纜阻抗變大;

  b)方案可通過提高擠塑穩定性,保證電纜高頻衰減在長時間內不會劣化; c方案導體直徑從0.50mm增加到0.511mm。 近端串音是線路傳輸質量的一項重要指標。它是由電磁場在相鄰線對產生電壓與電流而引起的串音。它與對統節距、統對間節距(成纜節距)及各線對的節距比有關。理論上,采用小節距即可從根本上改善串育,目前國際上通用的幾種節距為16-18-22-24,17-20-25-30,1012-14-16。

  在設計節距時應把所有節距有最大公倍數這一因素考慮進去。 結構回波損耗是指沿線路發射的信號遇到阻抗不均勻(由結構不均勻引起)時被反射回來后,重新進入正常發射信號行列,從而干擾線路的正常信號,引起誤碼。

  所以在設計生產中應遵循以下幾點:

  a)導體外徑公差應嚴格控制在±3μm之內。采用x-y雙軸激光外徑控制顯示器隨時監控外徑,以保證阻抗均勻性。

  b)在對統及成纜的過程中,線對節距的一致性及導體線對收放線張力的均勻性應嚴格控制。

  2.2材料選擇 導體材料:退火銅線 24AWG(0.511mm)絕緣材料:高密度聚乙烯 護套材料:低煙低鹵阻燃PVC

  3電纜的制造

  3.1絕緣單線的擠制 由于高速數據傳輸電纜傳輸100MHz以上的高頻,對電纜結構尺寸的穩定性和均勻性要求嚴格,因此電纜生產過程中的每一道工序都可能把自身的問題帶到成品中去,而制造過程中的第一道工序—— 絕緣單線的擠制是整個生產的中心環節。 良好的控制單線制作過程是生產高性能電纜的基礎。線芯絕緣不偏心是阻抗保持穩定的前提,而且在軸向要求達到均勻一致的加工精度。

  在生產中本公司采用引進的拉絲--退火--預熱--絕緣高速串列生產線技制單線。

  1)生產線速度為800m/min,具有x-y雙輪全自動外徑閉環反饋控制系統,實時監控外徑的偏差,同軸電容閉環控制系統同步檢測電容,精密的張力自動控制系統保證了導線外徑的均勻性,同心度控制在95%以上,銅線外徑偏差±3μm以內,電容波動在1pF/m。

  2)色母粒應少加,絕緣線的顏色盡量做淡。因為任何一種顏色對介質來說都是雜質,顏色越深則衰減越大。

  3)導體的伸長率是導體質量的另一個重要指標。導線稍硬或者說彈性模量較大可使導線在后續加工過程中不易變形,有利于阻抗均勻性。另外,導線伸長率控制范圍小,則可避免兩根軟硬不均的芯線對統所產生的不均勻性,從而減小結構回波損耗。在實際生產中,導線伸長率控制在15%~ 22%,盡量做到每道工序后伸長率基本保持不變。

  3.2絞制工序

  絞制包括對統和成纜兩個過程,目前國際流行的群絞機把這兩步并在一步完成。這種群統機的優點是:將對統和成線兩工序合二為一,省去對絞后的收繞和成纜時的放出,減少導線的反復彎曲從而有利于電纜的電氣性能的穩定。省人工、占地小。這種群續機最大的缺點是放線不易退扭,線對受力均勻性不及單獨工序,而且投資大。

  本公司在利用原有設備及部分設備改制的基礎上,采用對統和成線兩步的方式。

  1)對絞

  a)對統節距

  電纜對統節距對近端串音有很大的影響,與普通2類、3類線相比,5類纜對統節距要小得多,最小節距可以是10mm。但并不是節距越小越好,因為節距小會引起生產速度慢、材料用量增加、銅線的直流電阻增大、電纜衰減增加。實踐證明節距為10—12-14-16并不是最佳的,而在12~22范圍之內選擇適當的四個節距,才能獲得較佳的衰減及近端串音。

  b)對續設備

  要求對績時速度快而均勻。通常生產通信電纜的國產高速對絞機,經過改制,使節距在10~50mm范圍內,能滿足生產5類纜的要求。

  放線裝置采用主動放線,兩單線進入對統機之前,一定要有同步皮帶上下壓住,使進入對續機的兩根線張力均勻。張力過大會拉細銅線,過小則芯線松馳、跳動。節距形成后再加一個定型裝置,

  使線對呈完好的螺旋型。同時機器配置靈敏的張力反饋系統。

  對對統的質量要求是,當線對被退扭后,兩根絕緣導線的長度應相等。

  2)成統

  在實際生產中,為充分利用現有設備,降低生產成本,在原有的成纜設備上進行技術改造。技術改造主要內容有:放線架采用主動放線;四對線進入成纜機之前一定要有同步皮帶上下壓住,使四對線受力均勻;導輪盡量大,使對統節距保持穩定,并有張力反饋。成纜節距控制在180mm以下,成纜節距小,有利于統芯結構穩定。

  對成纜的質量要求是,纜芯結構穩定、緊湊,節距不易松散,對阻抗不均勻性影響最小。

  3.3護套

  UTP 4對5類纜護套最小厚度0.50mm,電纜最大外徑小于5.8mm,中間放一撕裂繩。外護套表面圓整、光滑,延伸率≥125%,抗拉強度大于12.5MPa。護套包覆于纜芯外,既不能使纜芯松動,也不能擠壓線芯,以防電氣性能易受環境變化的影響。

  本廠擠護套在常規的φ45單螺桿擠出機上進行,但增加了主動放線、激光測徑儀及噴墨印字設備。

  3.4成圈與包裝

  傳統的成圈工藝使電纜在施工放出時易打扭,使纜芯出現退扭及加扭。當出現這種情況時,電纜的阻抗將產生變化并引起結構回波損耗問題,同時使90m段長內的電纜串育性能降低。我們自制一臺簡易交叉卷繞成圖機,成圈后線纜呈#型排列,放線時采用國際流行的匣式無扭自由放線,不會扭曲。

  標準包裝為304.8m(或1000英尺),小包裝100m或91.44m(300英尺)。采用特制紙箱進行包裝。

  4測試結果

  4.1測試標準

  依據什么標準來衡量5類電纜的結構尺寸與性能是非常關鍵的。目前,國際上有關5類電纜的標準有以下幾個可供參考:

  1)IEC1156、-1(1994)及 IEC1156.2~4(1995)的LAN通信電纜系統標準;

  2)ISO/IEC,11801(1995)標準;

  3)美國電子工業協會1991年1月頒布的 EIA/TIA-568標準,以及隨后修改并作為替代前者及TSB-36、TSB-40和TSB-58的EIA/TIA-586-A標準;

  4)美國NEMA及UL分別于1994年頒布的相應標準。

  我國5類電纜的國家標準有以下兩個:

  1)YD/T 926.1~2—1997大樓通信綜合布線系統標準;

  2)YD/T 838.1~4—1996數學通信用對絞/星級對稱電纜標準。

  本公司以上述兩個國家標準為企業標準。

  4.2測試設備及結果

  測試設備采用美國DCM CMS-2XLD網絡分析測試儀。本公司按上述規范設計,批量生產的電纜用成圈后裝箱(長度為304.8m)的5類線纜進行測試,測試頻率1~350MHz。

  5結束語

  高頻數字式對稱電纜的電氣性能與線對的幾何尺寸和穩定性有緊密關系,在生產中應重視每一細小環節對幾何尺寸的影響。要使電纜能工作在更高頻率下,如 350~622MHz,則線對必須單個包覆與屏蔽。

  國外已開發出622Mb/S的超7類纜,除采用單個線對單獨屏蔽外,還把單個線對固定在網狀骨架槽中,結構非常穩定。如美國Prestolite wire(普利多導線公司)生產的NETLink GXTM 550MHz

  7類光屏蔽UTP 4對電纜使用的就是網狀骨架結構,其近端串音和結構回波損耗在高頻時的性能相當好。

  國內現有的設備尚無力生產這種結構的超5類統,但從大容量信息對信道帶寬要求的發展趨勢來看,超高頻(350MHz以上)數字對稱電纜必定取代現有的高頻(100MHz)的數字對稱電纜。

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