CN1367930A - 高性能数据电缆 - Google Patents

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Abstract

一种改进的高性能双绞线数据电缆,其在50到200欧姆、最大时在90到110欧姆的平均阻抗下计算出的阻抗标准偏差小于3.5。该双绞线是在一定张力下用金属屏蔽带螺旋绕包的,其提供一种截面空隙小于25%,最好时小于18%的屏蔽双绞线对。该带以30－45%的重叠并与电缆纵轴呈35－45度螺旋绕包。该电缆具有达600MHz的频率。

Description

高性能数据电缆
技术领域
本发明涉及一种高性能数据电缆，其能够成功地在0.3MHz到600MHz的频率范围内传输。特别是，本发明提供一种螺旋屏蔽双绞线对，在约为50到200欧姆的平均阻抗时具有3.5或以下的阻抗标准偏差。此外，本发明提供了一种高性能数据电缆，其含有若干对螺旋屏蔽双绞线且具有3.5或以下的平均标准偏差，所有缆线的单一标准偏差均不大于4.5。
背景技术
现有高性能数据电缆通常可使用背面为1密耳聚酯(Mylar聚酯薄膜)的重且刚性的2密耳铝带做屏蔽层。该屏蔽层是在与电缆的整体绞距等长的绕包层长度内绕包在每个未屏蔽的线对子组上，典型的绕包层长度为4.0到6.0英寸。该带约0.5英寸宽。绕包的覆裹角很窄，因为电缆的整体绞距是5英寸，并且该带几乎是与双绞线侧轴平行。典型的电缆具有4对双绞线，有40-65％镀锡的铜编织带覆于这四对电缆外，并且，最后用热塑性护套压紧在编织带对上，从而构成电缆。金属屏蔽带的小覆裹角通常会在布线操作中导致在用线扎或螺旋覆裹加蔽线捕获到该带之前该带出现松开的问题。
还有，该带通常不能紧贴下面的线对。此过程中会在非屏蔽的双绞线线芯周围产生带间隙，其不能足够稳定地接地以满足如CENELEC prEN50288-4-1的工业标准电气要求。
上述公知的电缆结构在静态下具有机械不稳定性，并且由于单个的整体编织层不能充分保证该带覆层在电缆弯曲时不开“花”而导致安装条件下电气性能不可靠。该“开花”会因接地的破坏而导致近端串扰(Near-EndCrosstalk，NEXT)的增加，并且进一步会侵蚀到阻抗/RL性能。这样会使衰减不均匀。阻抗数值甚至会在弯曲状态下由于导体中心间距及接地面的改变而变差。带宽的要求越高，这些问题就会变得越严重。
发明内容
本发明使用一种螺旋绕包屏蔽带，用以满足阻抗/RL，衰减的均匀性，和所要求的电容不平衡性。
本发明可消除许多通常在屏蔽双绞线对中所发现的聚集空气。这可通过采用25-65％并最好是45-55％叠合的螺旋或螺线形的绕包屏蔽而实现。该屏蔽有0.33到2.0密耳并最好是接近1密耳，如0.75到1.25密耳厚的金属层。螺旋或螺线形绕包可结合叠合的方式用以提供具有阻抗控制良好的屏蔽。沿电缆线长度所产生的一致性接地平面可使电容不平衡性较好。
本发明还用于提供在弯曲状态下的基本稳定的几何形状。使用短敷设屏蔽带消除了带间隙，并且使用最好具有45-55％带叠合并以相对于电缆的纵轴成30-45°，并不大于45°绕包角的带，消除在弯曲情况下的开花。这样在不利的使用条件下可建立稳定的物理和电气性能。本发明双绞线对的中心间距(在图3中以(d)表示)，和导体到地的距离，要比先前的电缆更加保持稳定。
本发明电缆尤其适用作7级以上电缆。这对于螺旋或螺线屏蔽的电缆以及被用到600MHz的电缆来说尤其如此。典型的高性能数据电缆在按照本发明制成时具有四对双绞线，其每对双绞线是由两根泡沫或非泡沫绝缘(氟共聚物或聚烯烃)单线制成。每对螺旋屏蔽双绞线具有本发明独特的螺旋金属屏蔽带绕包其上，并且其以25-65％最好为45-55％叠合的密度，紧密地保持该横向短折叠接缝。螺旋屏蔽双绞线是S-Z式或行星式组合在一起的分支或成束形式。该成束的线对可以通过整个编织或缠绕金属或纤维线而扎成束。最后，将热塑性护套(氟共聚物或聚烯烃，如聚氯乙烯)挤压在成束双绞线对上。
通常，金属屏蔽带是铝带或复合带，如短折叠BELDFOIL带(一种金属箔或覆层覆于支撑塑料薄膜的一面上的屏蔽)，或DUOFOIL带(一种金属箔或覆层覆于支撑塑料薄膜的双面上的屏蔽)或无边BELDFOIL带。整个金属层具有0.33到2.0密耳且最好为1.0密耳厚的铝层。虽然最好为铝，但是任何适用于该金属和复合金属带的金属均可使用，如铜、铜合金、银、镍等。每对双绞线可绕包金属，其面向外，不过绕包是最好采用45到55％叠合。如上所述，叠合可以随着实际情况而从25％变化到65％。最好屏蔽是可提供优异衰减和阻抗特性的那些用以共同提供短路效果的带。然而，采用适当的叠合，可以消除短折叠。
高性能数据电缆中的屏蔽双绞线对数目通常为4-8对，但还可根据需要而增加。螺旋绕包屏蔽的张力可以达到使绕包屏蔽消除大部分的聚集空气，用以提供螺旋屏蔽扭绞电缆的标准阻抗偏差，以及用于具有许多螺旋屏蔽双绞线的高性能数据电缆的平均标准阻抗偏差。在屏蔽带和扎线上的张力可以达到沿电缆长度上的任何点所截开的螺旋屏蔽双绞线整个截面面积中空隙空间只有25％或以下，并最好为18％或以下。
本发明提供了一种高性能双绞线数据电缆，其具有螺旋绕包在未屏蔽双绞线对上，并且按需要可以将纤维线或金属编织物或扎线同时或顺序地绕包在螺旋屏蔽上，以提供附加的屏蔽接合。屏蔽和扎线的绕包是在一定张力下用于单对双绞线，也可用在其本身上，对于每对频率高于600MHz的螺旋屏蔽双绞线对来说，各线对具有的不适当阻抗有3.5或以下的标称或标准阻抗偏差。具有许多螺旋屏蔽双绞线对，并具有频率达600MHz的高性能数据电缆对于所有螺旋屏蔽双绞线对来说具有的平均标准阻抗偏差为3.5或以下，并且没有一个标准阻抗偏差大于4.5。标准阻抗偏差是根据50-200欧姆并最好为90-100欧姆的均值或平均阻抗计算的，并且其对于328英尺或更长的电缆进行至少具有350次频率测试。
本发明的其他优点将结合附图对本发明的进一步描述而会变得更加清楚。
附图说明
图1是用于本发明的双绞线对的透视图；
图2是按照本发明紧密螺旋绕包的双绞线对的透视图；
图3是沿图2的线3-3所截的截面图；
图4是按照本发明通过编织而成束并绕包的用以提供编织电缆的四对螺旋绕包双绞线的截面图；
图5是含有图4编织电缆的电缆截面图；
图6是图5电缆的透视图。
具体实施方式
图1表示具有导线12和13的双绞线对10。每对导线12和13均具有挤压于其上的适当绝缘14和15，其可以是发泡的或非发泡的氟共聚物或适当的聚烯烃。
图2表示图1的双绞线，其紧密并螺旋地绕包有金属屏蔽16。金属屏蔽可以是任何适用的屏蔽，如金属带或有非金属基的复合物带如聚酯(即MYLAR)的复合带，在非金属基的一侧或两侧上具有通常用于电缆屏蔽的金属。用于带和复合带的金属可以是铝、铜、铜合金、镍、银等。整个金属的厚度为0.33到2.0密耳，最好为0.75到1.25密耳，并接近I.0密耳。屏蔽可以是短折叠BELDFOIL型带，或DUOFOIL型带，其是一种在带两侧上有金属的带。
带16如图3所示具有足够压力地螺旋绕包，不至于破坏绝缘14和15，而且可提供在图3所示螺旋屏蔽双绞线对内小于整个截面积的25％的小间隙空间。该截面积是沿电缆长度上的任何一点所切开的。最好是，空隙空间小于截面积的18％。紧密绕包的带16符合双绞线10的外部形状，用以提供螺旋屏蔽双绞线对10A。带16可以按35°到45°角，最好按45-55％的叠合进行绕包。当带上整个金属厚度优选为1.0密耳时，该叠合可使带具有的有效金属厚度是2密耳，并且还可使屏蔽双绞线很柔软。带的宽度为0.5到1.5英寸，并最好约为0.75英寸。该紧密绕包可提供如上所述的标准阻抗偏差和平均标准阻抗偏差。
绝缘最好为具有0.010到0.060英寸并最好为0.015到0.020英寸厚度的发泡氟共聚物。各个导线12和13通常为20到30 AWG并最好为22到24 AWG。
导线可以是实心的或绞合的，而最好是实心的。对于所有四对双绞线对电缆10来说，绞合长度可以是相同的或不同的，并且按右旋和/或左旋的方向绕包。绞距最好为0.3-2.0英寸。整个电缆绞合直径通常为电缆的平均芯线直径的10到20倍。
参见图4，四个屏蔽双绞线对10A可通过编织物18而束成在一起，并紧密保持在一起，用以提供编织电缆10B。编织物18是金属，其为40-90％并最好为45-65％的金属或纤维编织物。金属编织物可以是镀锡铜编织物，还可为任何类型的金属编织物，它将适用于高性能7级数据电缆，如铜、铜合金、紫铜(合成元素的铜合金可以是除了镍或锌以外的元素，如铜-镉合金)、银等。
参见图5和6，图4的电缆10B具有护套19，其挤压在其上，用于生产本发明高性能数据电缆20。护套可以用任何7级电缆用的护套材料，如热塑性聚烯烃，即阻燃聚乙烯、聚氯乙烯等，或氟共聚物，即氟化乙烯丙烯。
接地线21是在电缆线10A之间，其还可以放在任何适当位置，如环绕在成束的双绞线对上，用以代替编织物18，以及作为护套和编织物18之间的地线。
还有，如上所述，编织物18可以是纤维编织物或适当的扎线如Aramid760。如果需要扎线绕在螺旋屏蔽双绞线对10A上也是同样的。
如下面的实例中所示，本发明高性能电缆10B具有四对由金属编织物捆扎的螺旋屏蔽双绞线对。可以按照CENELEC所要求的阻抗检验法检验实例，并且对328英尺的电缆长度进行检验。螺旋屏蔽可以是具有1密耳厚的铝的BELDFOIL带。该带可以按大约45°角按约50％的叠合螺旋绕包。阻抗检测是在0.3MHz下开始的，并且从约1.0到600MHz进行至少350次阻抗检测。电缆导线12和13是22 AWG实心铜导线，且绝缘14和15为发泡FEP。所有螺旋屏蔽双绞线对均具有小于18％的空隙17。
实例
在23.0C下对具有用金属编织物的捆扎的四对螺旋屏蔽双绞线对10B的328英尺长的上述高性能数据电缆进行检验。在0.3到600MHz上对四对螺旋屏蔽双绞线对的每对阻抗进行检测。在1.0到600MHz之间至少进行350次检测。
第一螺旋屏蔽双绞线对具有在98.5280均值阻抗范围的标准阻抗偏差为3.2294。
第二螺旋屏蔽双绞线对具有在96.5均值阻抗范围的标准阻抗偏差为2.7258。
第三螺旋屏蔽双绞线对具有在97.9824均值阻抗范围所获取的2.8652的标准阻抗偏差。
第四螺旋屏蔽双绞线对具有在100.4164均值阻抗范围所获取的2.6130的标准阻抗偏差。
该实例的高性能电缆20具有2.8751(3.2294+2.7208+2.8652+2.6130)/4)的平均标准阻抗偏差。下列表示数据。
当然，可以理解，所描述的实施例已经通过图示的方式给出了，并且本发明不限于所描述的具体实施例。本技术领域的普通专业人员可以对其进行各种改形和变形，但是其均不会脱离后续权利要求所限定的本发明的范围和精神。

Claims (17)

1、一种螺旋屏蔽双绞线数据电缆，其特征在于包括：
一绝缘双绞线对，
一屏蔽带，选自由金属带、具有非金属基层和在所述基层一侧上的金属层的第一复合带、和具有非金属基层和在所述基层两侧上的金属层的第二复合带组成的材料组中；
所述屏蔽带是绕所述双绞线对以叠合的方式螺旋绕包的；
所述屏蔽带具有0.33到2.00密耳厚的金属；
所述屏蔽带可以一定张力绕包在所述双绞线上，用以消除实际的空气量，并且使截面空隙面积小于屏蔽双绞线对截面积的25％，以提供所述螺旋屏蔽双绞线数据电缆；和
所述螺旋屏蔽双绞线数据电缆在50-200欧姆均值或平均阻抗范围内计算所述标准偏差时，已调整到20℃下的双绞线数据电缆具有3.5或以下的阻抗偏差。
2、如权利要求1所述的电缆，其特征在于，其中：
所述电缆具有至少600MHz的频率；和
所述标准阻抗偏差是对328英尺或更长的电缆进行测量的，其在1.0到600MHz范围内进行至少进行350次测量，并且所述标准阻抗偏差为3.5或以下，并在90到110欧姆均值或平均阻抗范围内计算阻抗偏差。
3、如权利要求2所述的电缆，其特征在于，其中：
所述截面空隙面积小于18％；并且
所述屏蔽带具有0.75到1.25密耳厚的金属。
4、如权利要求2所述的电缆，其特征在于，其中：
所述屏蔽带具有0.5到1.5英寸的宽度，并且是以25-65％的叠合以与绞线对的纵轴成30-45°角进行螺旋绕包的。
5、如权利要求3所述的电缆，其特征在于，其中：
所述屏蔽带具有0.5到1.5英寸的宽度，并且是以25-65％的叠合以与双绞线对的纵轴成30-45°角进行螺旋绕包的。
6、如权利要求1所述的电缆，其特征在于进一步包括：
至少四对所述螺旋屏蔽双绞线对，
一护套绕包在所述至少四束螺旋屏蔽双绞线对上，用以提供一种高性能数据电缆；
所述高性能数据电缆频率至少为600MHz；
所述高性能数据电缆在对328英尺或更长高性能数据电缆进行检测时，具有调到20°下时的平均标准阻抗偏差为3.5或以下；和
所述平均标准阻抗偏差是所有标准阻抗偏差的平均，其是对所述至少四对螺旋屏蔽双绞线对的每对进行测量的，并且在1.0到600MHz的频率范围内至少检测350次，并在90到110欧姆的均值或平均阻抗范围内计算阻抗偏差，并且没有单一标准阻抗偏差大于所述均值或平均阻抗的4.5。
7、如权利要求6所述的电缆，其特征在于，其中：
所述屏蔽带具有0.5到1.5英寸的宽度，并且是以25-65％的叠合以与双绞线对的纵轴成30-45°角进行螺旋绕包的。
8、如权利要求7所述的电缆，其特征在于，其中：
所述截面积小于18％；并且
所述屏蔽带具有0.75到1.25英寸的宽度，并且是以25-65％的叠合以与双绞线对的纵轴成30-45°角进行螺旋绕包的。
9、如权利要求8所述的电缆，其中电缆在施加护套以前先捆扎。
10、一种制备螺旋双绞线数据电缆的方法，其特征在于包括
提供绝缘双绞线对；
用金属屏蔽带螺旋绕包所述双绞线对，以提供一种具有所述屏蔽带叠合的螺旋屏蔽双绞线对，并且所述屏蔽带具有0.33到2.00密耳的金属厚度，并且所述屏蔽带可选自由金属带、具有非金属基层和在所述基层一侧上的金属层的第一复合带、和具有非金属基层和在所述基层两侧上的金属层的第二复合带组成的材料组中；和
以一定张力螺旋绕包金属屏蔽，其提供所述螺旋双绞线对在对328英尺或更长电缆进行测量至少350次，并对标准阻抗在50到200欧姆均值或平均阻抗范围内进行计算时，在20℃下标准阻抗偏差为3.5或以下。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中：
所述屏蔽带具有0.75到1.25密耳的金属厚度，
绕包并捆扎双绞线对，使得所述截面空隙面积小于25％，并且所述电缆具有600MHz的频率，
所述至少350次检测是从1.0到600MHz进行的，和
所述标准阻抗偏差为3.5或以下，并可在90到110欧姆均值或平均阻抗范围内计算阻抗偏差。
12、如权利要求10所述的方法，其特征在于进一步包括
捆扎至少四对所述螺旋屏蔽双绞线对；和
在至少四对捆扎螺旋屏蔽双绞线对上挤压护套，以提供高性能数据电缆。
13、如权利要求11所述的方法，其特征在于包括
以25-65％的叠合和与双绞线对的纵轴成30-45°的角螺旋绕包所述金属屏蔽带；
所述屏蔽是短路金属屏蔽带；所述截面的空隙面积小于25％；
所述屏蔽带具有0.75到1.25密耳厚和0.5到1.5英寸宽的金属。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于包括
以45-55％的叠合和与双绞线对的纵轴成35-45°的角螺旋绕包所述金属屏蔽带；
所述屏蔽是短路金属屏蔽带；所述截面空隙面积小于18％；
所述屏蔽带具有0.75到1.25密耳厚和0.5到1.5英寸宽的金属。
15、如权利要求13所述的方法，其特征在于进一步包括
捆扎至少四对所述螺旋屏蔽双绞线对；和
在至少四对捆扎螺旋屏蔽双绞线对上挤出护套，以提供高性能数据电缆。
16、如权利要求14所述的方法，其特征在于进一步包括
捆扎至少四对所述螺旋屏蔽双绞线对；和
在至少四对捆扎螺旋屏蔽双绞线对上挤压护套，以提供高性能数据电缆。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于所述高性能数据电缆具有600MHz频率，并且在对328英尺或更长高性能数据电缆进行测量时，具有3.5或以下的平均标准阻抗偏差，并且所述平均标准阻抗偏差是对所述至少四对螺旋屏蔽双绞线对的每对在1.0到600MHz范围内检测至少350次，并在90到110欧姆均值或平均阻抗范围内计算出的所有标准阻抗偏差的平均值，而没有一个标准阻抗偏差与所述均值或平均阻抗大于4.5。
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