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行業快訊

綜合布線系統用數字電纜的發展動向

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2018/5/23     瀏覽次數:    

一、前言

隨著IT業的飛速發展,人們對綜合布線系統性能要求也越來越高,網絡的帶寬隨之相應增加。綜合布線系統用數字電纜也不斷更新換代,6類布線技術憑借其250MHz的帶寬滿足了今天的商業應用,它代表了非屏蔽對絞線和屏蔽對絞線(為總屏蔽對絞線)所能支持的最高帶寬能力。然而局域網的功能仍在快速擴展,帶寬可以高達600MHz的7類電纜(總屏蔽加上線對屏蔽)便迎合了網絡日新月異的發展。

二、6類數字電纜的結構特點

為了給網絡應用提供更加暢通的通路,較高的抗噪性,高帶寬、大數據量、傳輸距離遠、抗干擾能力強是基本的要求,6類布線系統以250MHz的帶寬,滿足了這些要求。國外已普遍應用6類布線系統,國內網絡運營商也在大力推廣。

6類技術可支持高達250MHz的網絡傳輸帶寬,不同的制造工藝和布線結構,都必須滿足標準規定的這一帶寬要求。6類數字電纜有骨架式和非骨架式兩種結構。

1、骨架式6類數字電纜

節距設計合理的4對線對,通過在電纜中心設計塑料十字骨架來穩定4個線對的相對位置,并使線對間相互隔離,電纜的近端串音和遠端串音達到一個最佳效果,同時減少了串音干擾,提高了傳輸質量,保證了電氣性能的穩定可靠。絕緣仍用實心HDPE,銅線直徑/絕緣外徑為0.57/1.02(mm)。

6類纜絞對必須退扭才能滿足電氣性能的要求,一般絞對的退扭率控制在30~50%,其特性阻抗值會大為改善。成纜同樣需要退扭,退扭率在50~100%之間,可大大改善其傳輸性能。提高電纜的制造精度和一致性可保證回波損耗滿足要求。通過增加導線直徑和選擇優良的絕緣材料可以改善電纜的衰減性能。

2、非骨架式6類數字電纜

非骨架式6類數字電纜沒有骨架固定,其4對線位置較易受外力作用而相對改變,影響到成品電纜的串音衰減性能,造成電氣性能不如骨架式穩定,因此設計電纜時,要考慮各項指標應有較大的裕度,這種結構的電纜對絞及成纜節距比骨架式結構小,以保證結構的穩定性,達到較高的串音衰減,目前采用這種結構的布線廠商多用零退扭絞對機,產品同樣能符合6類布線系統的電氣性能要求。

3、7類數字電纜的結構特點

近年來,萬兆以太網的建設方興未艾,能在高速環境下傳輸高頻信號的7類屏蔽電纜顯出了勃勃生機,成為銅纜傳輸萬兆以太網主要媒介。它支持高傳輸數率的應用,可提供高于600MHz的帶寬,最高帶寬可達1.2GHz,能夠在一個信道上支持包括數據、多媒體、寬帶視頻等多種應用,線對分別屏蔽,可降低射頻干擾,有極高的安全性。

7類屏蔽電纜采用物理發泡皮-泡-皮絕緣形式,可減小電纜外徑并降低電容,衰減也隨之降低,導線直徑/絕緣外徑為0.58/1.45(mm),每對線都使用金屬屏蔽,絞對屏蔽形式為鋁箔縱包,由于金屬屏蔽層的趨膚效應及反射和吸收作用,可消除線對之間的串音并可消除和減少環境的電氣干擾,提高電磁兼容性。纜芯也采用金屬屏蔽,纜芯屏蔽形式采用鋁箔縱包或銅線編織,可降低轉移阻抗,消除或減少環境的電磁干擾,使電纜結構和傳輸參數穩定。

由于采用了雙屏蔽結構,線對間抗串擾能力大為提高,所以對絞采用大節距,節距差可以較小,這樣既可以減小電纜變形,又可以降低時延和時延差。與6類纜相同,絞對同樣需要退扭,退扭率為30~50%,這樣可改善因單線偏心或線徑不均勻而造成的阻抗波動等,使傳輸性能更加穩定。七類數字電纜成纜也需要退扭,退扭率在50~100%之間,可防止絞對線因受到扭力變形而引起的傳輸性能劣化。

4、6類、7類數字電纜的工序控制要求

根據6類、7類數字通信電纜的結構特點及性能要求,各企業應在工序的工藝控制上下功夫,以滿足電纜各項性能指標滿足國內外標準的要求。

(1)絕緣工序

銅線延伸率要穩定控制在±2%以內;導線直徑波動范圍為±0.002mm;絕緣外徑波動范圍為±0.01mm;同心度大于96%;同軸電容限制在±1.5pF/m;導體預熱溫度穩定適當,以保證銅線與絕緣層之間粘接良好;7類纜發泡材料擠出要均勻,注氣壓力變化,螺桿轉數變化,收放線張力變化要盡可能小,發泡層的泡要均勻細密,使整條單線上絕緣的等效介電常數保持均勻一致。

導線和絕緣間的附著力是影響回波損耗的主要因素之一,應控制好導線預熱溫度,擠塑前導線要光亮清潔,不能有水、油及其它污物,擠塑后要分段冷卻,以保證附著力控制在工藝規定的范圍。

應嚴格控制色母料的材料質量和加入比例,劣質的色母料不但造成單線擊穿點增多,而且會使絕緣層強度低,不耐磨,易受損;色母料加入過多將會影響電纜的回波損耗值。因此要選用優質母料,加入后的單線顏色以能區分識別為宜,不能太深。以減少色母料的不良影響。

選用優質絕緣料和合理的工藝參數保證單線表面光滑圓整,防止因單線表面摩擦力大而造成的后道工序的導輪、倒桿、模具等對單線的磨損。

(2)絞對工序

6類纜的絞對節距在8~16mm,7類纜的絞對節距在20~40mm。設計線對節距時,相鄰線對的節距差應盡可能大,相鄰和相近的線對節距不宜成低整數倍關系。

絞對工序主要控制收放線張力和單對線的彎曲半徑,單線的張力及對線收線張力要均勻一致,防止出現一根線輕微地繞在另一根線上。防止絕緣單線在絞對節點處出現周期性壓傷和嚴重變形。單對線的彎曲半徑必須大于50mm,以防止單對線結構不穩定。

絞對機必須帶退扭,以改善絕緣層偏心及不均勻對電氣性能造成的影響,目前退扭絞對機主要有兩種:零退扭絞對機和部分退扭絞對機。零退扭絞對機在絞線時只是兩線扭絞轉動而單線自身并不轉,因此單線并未受到損傷,基本不會影響電纜的回波損耗值。部分退扭絞對機是絞對前單線先反方向預扭,絞對后相當于進行了部分退扭。由于單線受到了正反方向的兩次扭轉,故單線會受到不同程度的損傷,因此退扭率一般控制在30%左右,最大不應超過50%。

絞對節距公差限定在±0.5mm以內。兩根導線間的對稱性能和軸向距離差,在生產中必須保持不變,防止扭絞不對稱。7類電纜對絞屏蔽時工序中屏蔽帶的張力變化范圍應小于±10%。對所有的絞對線進行屏蔽時必須采用相等的壓縮量。

(3)成纜工序

成纜應采用具有張力反饋控制的主動放線裝置,保證在整個電纜長度上絞對線張力的一致。并確保四對線的反向張力恒定一致,以確保電纜良好的幾何性能,使其節距保持穩定。

成纜時必須保證纜芯對稱,對線位置相對固定。成纜節距一般在100~150mm。成纜對串音影響較大,節距太大,電纜彎曲受力后回波損耗和特性阻抗將會受到影響;節距太小,容易使電纜電容、衰減變大。

成纜退扭的目的是防止芯線受到扭轉而使絞對線結構改變、性能指標受到影響,使絞對線在成纜時絞對節距和屏蔽都不會發生變化,因此成纜退扭是改善電纜傳輸性能的有效手段。在整個成纜過程中絞對線的延伸張力應保持在±10%以內,絞對線的彎曲半徑應大于75mm,以保持纜芯結構穩定,性能不致劣化。7類纜采用鋁箔屏蔽時,工序中屏蔽帶的張力要防止周期性波動,應保持恒定,其變化范圍應小于±10%。在屏蔽過程中,要設計合理的模具尺寸,使鋁箔包覆的松緊度適宜。以保證電纜傳輸性能的穩定性,因為鋁箔包覆不緊,在電纜彎曲時屏蔽層易出現縫隙,影響電纜的轉移阻抗和屏蔽性能;鋁箔包覆太緊,會影響電纜的電容和插入損耗值。采用銅編織屏蔽時,應有效控制編織銅絲的張力和編織密度。纜芯的彎曲半徑應大于150mm。

(4)護套工序

模具要配置合理,保證護套松緊適宜,護套外徑均勻一致,6類纜護套不能過緊,因為護套過緊會使線對絕緣層受壓變形,影響傳輸性能;7類電纜外護套應緊貼屏蔽層,防止電纜在受到外力時變形,導致纜芯中線對的相對位置改變,其傳輸性能勢必受到影響。

護套收放線張力調整非常關鍵,收線張力太緊易使電纜被壓扁、纜芯變形,成品的特性阻抗、回波損耗等性能會受到不同程度的影響。

5、數字通信電纜的傳輸性能

5.1衰減

衰減是影響傳輸距離的主要因素之一,導線直徑、絕緣外徑、絕緣類型、絕緣料的介電常數和介質損耗是影響數字電纜衰減的重要因素。

降低衰減的方法主要有:

(1)增加導線直徑尺寸。

(2)絕緣厚度增加,但副作用是阻抗也隨之增大,因此應在阻抗允許的范圍內適當增加,以防止回路產生阻抗不匹配,影響傳輸質量。

(3)選用低介電常數和低介質損耗的絕緣料。

(4)絞對節距不宜過小,經濟而又能滿足標準要求的絞對節距可以防止衰減增大。

(5)采用合理的絕緣形式,如采用泡沫實心皮或7類數字電纜采用的物理發泡皮-泡-皮絕緣形式。

5.2特性阻抗

眾所周知,特性阻抗是電纜的二次參數,是電磁波沿均勻傳輸線路傳輸而沒有反射時所遇到的阻抗。電纜的特性阻抗與介質的介電常數和導體直徑成反比,與絕緣外徑成正比,因此絕緣厚度越大,特性阻抗也越大;材料的等效介電常數越大,特性阻抗越小,但電纜衰減越大,所以設計時要找到平衡點,保證特性阻抗在100±15Ω這個標準范圍內。

在高頻下,當絕緣材料一定,導線直徑、絕緣外徑和絕緣形式確定的情況下,只要其結構穩定一致,可以認為特性阻抗是一個和頻率無關的常數。

5.3串音

電磁波從一個傳輸回路串入到另一個傳輸回路的現象稱為串音。總的串音由系統性串音和隨機性串音組成。系統性串音的減小主要靠設計合理優化的絞對節距,在設計節距時應注意最大節距與最小節距的確定、節距的合理搭配,如果節距設計有缺陷則可造成系統性串音。隨機性串音很大程度上取決于工藝、材料和設備,它是由于原材料及生產工藝控制不均勻所造成的,主要原因有:

(1)單線拉、擠制工藝:銅導線導電率與斷裂伸長率不均勻;導線外徑偏差;芯線絕緣偏心;芯線絕緣外徑不均勻;絕緣材料性能不均勻。

(2)絞對工序:絞對節距偏離設計理論值。

(3)成纜工序:由于放線張力不勻使線對偏離正常位置,使纜芯不圓整、不對稱。

(4)護套工序:護套擠制中造成纜芯不圓整、纜芯壓扁。

根據串音的產生機理,減少線對間串音的方法有:

(1)保證絕緣單線的均勻一致性,降低線對間電容不平衡。

(2)設計合理優化的絞對節距,主被串線對距離越遠,節距倒數和與差越大,則串音越小。節距設計好后要根據本廠的設備工藝情況及成品串音測試情況對節距進行調整修正,以獲得符合本廠工藝設備條件的最佳節距。確保絞對節距的精度滿足設計要求,絞對收放線張力均勻一致。

(3)成纜收放線張力要均勻,防止對線松緊不一,模具設計要合理,防止纜芯受擠壓或變形。屏蔽層要圓整。

(4)護套工序應防止纜芯壓扁、不圓整。

5.4結構回波損耗

結構回波損耗實質是描述輸入阻抗圍繞擬合阻抗波動大小的一個指標。引起輸入阻抗波動的原因是電纜存在著各種缺陷,比如導線直徑和絕緣外徑不均勻,單線偏心,絕緣層發泡不均勻,絞對線周期性刮傷、壓傷等。其中周期性的結構偏差和損傷對結構回波損耗影響最大。

提高結構回波損耗的方法有:

(1)提高線對縱向結構的均勻一致性。

(2)單線拉絲、擠塑時導線直徑和單線外徑公差要盡可能小,同心度高,表面光滑圓整。

(3)絞對收放線張力要均勻一致,節距、退扭率設計合理。防止對線掉輪或受到各種非正常外力損傷。

(4)成纜節距要均勻一致,避免出現節距周期性大幅度波動。模具設計要精確,避免模具太小造成芯線周期性損傷。

6、市場展望

目前綜合布線市場中6類布線系統的發展勢頭強勁,各布線廠商紛紛推出6類布線產品。有報道說2006年6類布線已在國際市場中占有主導地位。國內有些廠家以OEM的形式大量出口。國內6類纜的用量還不是很多,主要供給一些處在網絡技術前沿的單位使用。但隨著我國網絡和數據通信的不斷發展,6類電纜將會滿足我國網絡未來發展的需要。

隨著銅纜傳萬兆以太網標準的出臺,7類電纜將率先應用于教育行業、大型數據中心等對網絡速度要求較高的領域,7類系統在德國已經有成功的應用案例,預計其未來幾年將主要應用于歐洲市場。隨著屏蔽布線系統被更多的用戶所接受,電磁兼容性的重要性被更多的人所認識,屏蔽系統的應用已不局限于歐洲市場。屏蔽產品已被列入北美相關布線標準,這標志著這一地區有著一定的市場潛力,但由于受傳統布線系統的影響,預計近期內不可能成為這一市場的主流。由上可見,在世界范圍內,未來幾年將是6類、7類布線系統市場發展的高峰期,

7、結束語

經歷了前幾年風云變換的綜合布線市場,我們感受到,只有緊跟國際數字電纜的技術潮流,站在新品研發的前沿,對各類高新產品要做好必要的技術儲備,靜觀市場風云,以高品質的數字電纜產品積極拓展國際國內市場,才能在激烈的市場競爭中把握主動權。

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