一種提高非屏蔽Cat6 類通信電纜串音衰減性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張寧寧， 陳海亮

（鄭纜科技股份有限公司，焦作 454900）

0 引 言

通信電纜作為信號(hào)傳輸?shù)妮d體，廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸及智能小區(qū)布線等場合，起著其他電纜不可代替的作用。 隨著科技的發(fā)展，通信行業(yè)對數(shù)據(jù)通信電纜的性能要求也越來越高。 以往的3 類、5 類、5e 類數(shù)據(jù)電纜已不能滿足更高端設(shè)備的要求［1-2］，使用的范圍也隨之縮小，取而代之的6 類、6e 類電纜應(yīng)用更為廣泛。 在通信領(lǐng)域中，6 類電纜產(chǎn)品的使用較為普遍，大量應(yīng)用于通信設(shè)備及智能小區(qū)布線等場合。 評判高頻通信電纜性能的優(yōu)劣，取決于高頻下衰減、阻抗、串音等性能指標(biāo)。 衰減與阻抗取決于材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸；串音取決于結(jié)構(gòu)均勻性與穩(wěn)定性。 普通的UTP Cat6 通信線結(jié)構(gòu)中采用一根十字支撐架，增加4 組對絞線之間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高電纜的串音、回波損耗等性能。 本工作提出一種改進(jìn)的纜芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高線芯對之間的穩(wěn)定性，以便對串音性能進(jìn)行優(yōu)化。

1 影響串音的因素

串音的本質(zhì)是由于兩個(gè)傳輸回路間存在電磁耦合，當(dāng)電磁波沿第一個(gè)回路傳輸時(shí)，其周圍產(chǎn)生了電磁場，該電磁場在第二個(gè)回路上產(chǎn)生了電動(dòng)勢并在回路中產(chǎn)生干擾電流，導(dǎo)致串音的形成［3］。 串音影響回路間的通信質(zhì)量，只有降低或消除串音才能提高通信質(zhì)量。 電磁干擾越小，串音就越小，即串音衰減越大，通信效果越好。

影響串音的因素主要有：①線芯對節(jié)距差異比，差異小或整數(shù)倍時(shí)容易發(fā)生電磁耦合；②線芯對節(jié)距不均勻程度，某個(gè)線芯對節(jié)距變化導(dǎo)致節(jié)距差異比變化，有些地方就會(huì)導(dǎo)致電磁耦合平衡［4］；③纜芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，線芯對的相互位置也會(huì)導(dǎo)致電磁耦合程度的變化。 從以上條件可看出，第一條及第三條體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，第二條則體現(xiàn)在各對絞組節(jié)距穩(wěn)定性方面。 總體來看，想要減小或消除串音，在數(shù)字通信用聚烯烴絕緣水平對絞電纜UTP Cat6電纜結(jié)構(gòu)中，須配合各組線對的節(jié)距以及保持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)工藝路線

普通型UTP Cat6 的生產(chǎn)工藝流程為：導(dǎo)體、絕緣、對絞、成纜、護(hù)套、成圈、檢測；改進(jìn)型UTP Cat6的生產(chǎn)工藝流程為：導(dǎo)體、絕緣、對絞、護(hù)套、成圈、檢測。

UTP Cat6 通信電纜傳輸頻率最高為250 MHz。作為高頻通信電纜，在傳輸性能上有著更高的要求，高頻參數(shù)不僅體現(xiàn)在工藝及材料上，更取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 普通型及改進(jìn)型UTP Cat6 兩種結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

圖1 普通型UTP Cat6 結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 改進(jìn)型UTP Cat6 結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 和圖2 可知：普通型結(jié)構(gòu)在絕緣線芯絞合成對線組后，再由對絞線組絞合成纜芯，4 對絞線組間采用十字支撐架用來增加線組間的穩(wěn)定性，在一定程度上減輕電磁耦合，降低干擾［5］。 而改進(jìn)型結(jié)構(gòu)則取消十字支撐架，使各對線組獨(dú)立，形成分護(hù)套，保證了各線芯對相對位置的穩(wěn)定性，從而減小了電磁耦合及組間串音干擾。

2.2 UTP Cat6 電纜工藝參數(shù)設(shè)置

根據(jù)YD／T 1019—2013《數(shù)字通信用聚烯烴絕緣水平對絞電纜》要求，導(dǎo)體材料采用退火裸銅線，該材料表面光亮無氧化，電阻率不大于0.017 241 μΩ·m，符合GB／T 3953—2009 的要求；絕緣層采用高密度聚乙烯（HDPE）材料；護(hù)套采用聚氯乙烯（PVC）材料。 設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮絕緣線的直徑較小，在收線、放線時(shí)，線芯受到拉力會(huì)被拉細(xì)，導(dǎo)致高頻參數(shù)波動(dòng)范圍大，故在護(hù)套工序時(shí)采用主動(dòng)放線方式。 改進(jìn)后的電纜生產(chǎn)工藝省略了成纜工序，并對絞節(jié)距進(jìn)行了調(diào)整。 UTP Cat6 通信電纜工藝參數(shù)中偏心率設(shè)置為不大于3%，護(hù)套厚度為0.6 mm，其他工藝參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 UTP Cat6 通信電纜改進(jìn)型工藝參數(shù)

3 過程關(guān)鍵點(diǎn)控制

3.1 線芯

在高頻通信電纜中，絕緣線芯的質(zhì)量直接決定著產(chǎn)品的性能，尤其在特性阻抗及衰減指標(biāo)方面起著決定性作用。 采用實(shí)芯HDPE 絕緣擠出，表面光滑圓整、厚度均勻。 實(shí)測絕緣外徑偏差在0.002 ～0.003 mm 范圍，在線偏芯儀實(shí)測98.2%，符合工藝設(shè)置要求。

3.2 對絞節(jié)距

對絞過程中，嚴(yán)格按照工藝要求控制節(jié)距及退扭率，調(diào)節(jié)好絕緣線芯的放線張力，避免出現(xiàn)一根線芯繞另一根線芯纏繞導(dǎo)致電容不平衡和直流電阻不平衡現(xiàn)象，進(jìn)而引起串音。 隨機(jī)檢測節(jié)距變化及線芯擦傷情況。 對絞線下盤必須是“H”型擺放，防止盤邊緣碰傷線芯。

3.3 擠出

該產(chǎn)品采用PVC 護(hù)套。 由于該結(jié)構(gòu)省略成纜工序，4 組對絞線經(jīng)模芯直接進(jìn)行護(hù)套，在擠出時(shí)須控制好各線組在進(jìn)入模芯時(shí)的角度，防止模具口擦傷線芯。 用擠管式方式擠出，模口溫度控制在170 ℃±10 ℃內(nèi)，要求無焦燒或滴流狀，厚度根據(jù)YD／T 1019—2013 標(biāo)準(zhǔn)選取。

4 性能驗(yàn)證

通過高頻下近端串音衰減、回波損耗、衰減等參數(shù)的變化，來驗(yàn)證改進(jìn)后UTP Cat6 通信電纜的穩(wěn)定性。 依據(jù)YD／T 1019—2013，UTP Cat6 通信電纜的最高頻率為250 MHz，掃頻采用401 頻點(diǎn)，在頻率1.0～250 MHz內(nèi)測量，采用CTS-650 型檢測設(shè)備對結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的UTP Cat6 通信電纜進(jìn)行檢測，在21 ℃下進(jìn)行檢測，結(jié)果見表2。

表2 普通型UTP Cat6 與改進(jìn)型UTP Cat6 檢測結(jié)果對比 dB

由表2 檢測結(jié)果可知：UTP Cat6 通信電纜護(hù)套結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后，衰減與回波損耗的裕度數(shù)據(jù)無明顯變化，這是由于改進(jìn)后電纜長度、導(dǎo)體直徑、絕緣直徑、工藝等未改變，但串音衰減的裕度明顯提高，普通結(jié)構(gòu)的串音衰減裕度一般在2.3 ～5.7 dB 之間。從改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的串音衰減裕度數(shù)據(jù)可知，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，極大程度上避免了因電纜彎曲、扭壓等情況下的結(jié)構(gòu)變形；此外，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于多個(gè)獨(dú)立的分護(hù)套，減小了對絞線組間的串音干擾以及經(jīng)由第三回路造成的電磁干擾。

5 結(jié)束語

在高頻通信電纜中，性能的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在衰減、回波損耗、串音衰減、特性阻抗等參數(shù)指標(biāo)上，滿足這些參數(shù)指標(biāo)需要嚴(yán)格控制各工序工藝。 該產(chǎn)品主要對串音衰減進(jìn)行改進(jìn)，串音衰減從改進(jìn)前的58.90 dB 提高至65.71 dB，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，目前，該改進(jìn)型UTP Cat6 通信電纜已進(jìn)行小批量生產(chǎn)。