CN1317142A - 包含绞合芯线的电缆 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种包括偶数导体对和另一导体对的电缆，其中偶数导体对是均分成若干线组的，另一导体对是与芯材成对、沿芯材的长度方向缠绕该芯材并与线组平行地延伸，以使各线组导体对围绕着另一导体对与芯材，并用护套材料包裹的。本文还公开了制造电缆的方法。

Description

包含绞合芯线的电缆

                  发明技术领域

本发明涉及电缆，更具体地说，本发明涉及包含奇数导体对的电缆。

                     发明背景

各种远程通信***需要包含奇数导体对的通信电缆。通常用于这种目的的电缆包含25对导体对，属五芯电缆类。这种电缆与其它电缆一样，必须遵循TIA/EIA有关的技术要求。电缆制造商已经试验了各种电缆结构技术，旨在能符合TIA/EIA 25对五芯电缆类的功率总和近端串音(NEXT)技术规范。

对于充气增压产品来说，使用具有星形构型电缆芯材的产品会通不过UL 910燃烧试验。这是由于与以现今已知的技术材料为基础的铜散热片相比，星形芯材大大地增加了可燃塑料的百分比之故。

电缆中导体对的布置是电缆通过TIA/EIA功率总和NEXT电气规范的关键。比较成功的一种试验是采用拥有护套的第25对导体对并将其作为六组四芯线组的中心芯线的电缆结构，其中六组四芯线组采用两种或两种以上不同的导体对绞距和一种或多种围绕芯线的四芯线组绞距(L)。然而，芯线内第25对导体的位置会成为使安装时间增加和遭受损坏的原因。例如，如果采用这种配置的电缆，在安装需剥去相当厚的芯线护套端时，第25对导体易于损坏。

过去，已经试验了几种不同的电缆结构，其中包括在两组四芯线组之间配置拉直的第25对导体对；沿管状电缆芯线靠近中心处设置第25对导体对；以及在电缆芯的外侧配置第25对导体对。然而，这些电缆都不能满足TIA/EIA关于第25对导体对的功率总和NEXT技术要求。此外，这种电缆也由于第25对导体对的不稳定性而不能满足信号反射损耗(SRL)、阻抗和衰减的技术要求。

业已发现，第25对导体对会与最靠近的四芯线组中的导体对发生干扰。由于第25对导体对是紧挤在四芯线组之间、或紧挤在四芯线组与芯材之间或紧挤在电缆芯线与护套之间的，因而会使第25对导体对的绝缘性受损。

已研究了一种涉及将12对导体对与13对导体对的两组导体对包裹在一起构成25对导体对电缆的电缆结构，并获得有限的成功。例如，制成的电缆不圆，因而安装比较困难，特别是导入电缆管道比较困难。

                    发明概述

本发明涉及一种电缆，这种电缆包含偶数导体对和另一导体对。因此，导体对总数为奇数。偶数导体对均分成至少包含两对导体对的线组。另一导体对是与电缆芯材成对并沿芯材长度方向缠绕该芯材的。并使各导体对线组和与电缆芯材成对的另一导体对平行地延伸，于是各导体对线组围着另一导体对与芯材而构成电缆。所有导体对和芯材是用护套材料包裹的。

在本发明的一个实施方案中，芯材的直径大于另一导体对的直径，且芯材是与另一导体对相绞合的，因此，另一导体对未与芯材相接触的任何部分会被由芯材引起的空气隙所包围。在本发明的另一个实施方案中，芯材确保另一导体对固定在由芯材形成的纵向槽中。

在本发明的优选实施方案中，芯材的介电常数高于空气的介电常数。更具体地说，芯材选自至少下列一种物质：聚氟烷氧基，TFE/全氟甲基乙烯基醚，乙烯三氟氯乙烯，聚氯乙烯，氟化全氟乙烯聚丙烯以及阻燃聚丙烯。

在本发明再一个优选实施方案中，护套材料包括介电层。该介电层可为单层或多层，每层介电层包含至少下列一种物质：低烟无卤素材料、聚氯乙烯、阻燃聚乙烯、线形低密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯、氟化乙烯丙烯、热塑性弹性体以及聚氨酯。

每一导体可以是裸铜线，但每根铜导线应由介电常数不大于约2.5的绝缘材料加以绝缘。通常，每根裸铜线直径应在22AWG与24AWG之间。绝缘材料优选包括至少下列一种物质：阻燃聚乙烯，阻燃聚丙烯，高密度聚乙烯，聚丙烯，聚氟烷氧基，固态或发泡TFE/全氟甲基乙烯基醚，固态或发泡氟化乙烯-丙烯以及发泡乙烯三氟氯乙烯。

本发明还涉及制造上述电缆的方法。首先，将各导体彼此两两成对制成偶数导体对。然后，使另一对导体成对，以使导体对总数为奇数。然后将偶数导体对均分成至少含两对导体对的线组。使另一导体对与电缆芯材成对并沿芯材长度方向缠绕该芯材，并使各导体对线组和与芯材成对的另一导体对平行地延伸，于是各导体对线组围着另一导体对与芯材而构成电缆。最后，用护套材料包裹该电缆。

               附图的简要说明

图1是根据本发明第一个实施方案电缆的透视图，其中奇数导体对是围绕低柔软性电缆芯材缠绕的。

图2是根据本发明第二个实施方案电缆的纵切面图，其中奇数导体对与柔软的芯材相绞合的。

图3是根据本发明第一或第二实施方案的电缆的横截面图。

图4是根据本发明第三个实施方案的横截面图，其中芯材包括一个纵向槽。

            优选实施方案的详细说明

在本发明的第一个实施方案中，图1中电缆100包含25对导线。首先，分别构成六组各自包含四对导线的四芯线组140。然后，在制造步骤中或在芯线110和第25对导线120与其它六组四芯线组140绞成电缆前使第25对导线120缠绕在芯线110上。芯线110是由介电常数低于3.2的高阻燃性材料制成的，以避免因不同介电常数层之间信号反射而引起SRL失效。仔细选择芯线材料110，以使沿导线传播的电磁场衰减降至最低程度，同时使导线对与导线对的偶合场衰减达到最大程度。可采用的材料包括：例如聚氟烷氧基(PFA),TFE/全氟甲基乙烯基醚(MFA)，乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)，聚氯乙烯(PVC)，氟化全氟乙烯聚丙烯(FEP)以及阻燃聚丙烯(FRPP)。

根据第一个实施方案，本发明电缆100包含直径为22AWG与24AWG之间的裸铜导线50。每根导线50是以介电常数约2.5或以下的材料60绝缘的，该绝缘材料包括固态或发泡的阻燃聚乙烯(FRPE)、阻燃聚丙烯(FRPP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、MFA、PFA或FEP以及发泡ECTFE。首先将导线50绞合形成如图5所示的导体对10，然后将导体对组合成如图3所示。图3中虚线表示导体对10的组合和辫状导体对10构成的四芯线组140，但没有标明材料。

同时，每一至少含两对导体对的线组可用一种材料包裹。例如，每一线组140可用包括由铝/聚酯材料，铝/聚丙烯材料和/或涂锡编织材料或铝编织材料制的线组护层包裹。

根据本发明原理，依据TIA/EIA的最低要求，每一线组140中最差导体对在100兆赫数据传输的近端串音干扰在35分贝范围内。依据TIA/EIA的最低要求，各线组140之间的近端串音隔离，在100兆赫时的最差性能为38分贝功率总和。外护套250包括含下列任何材料的单层介电层或多层介电层：低烟无卤(LSOH)材料，聚氯乙烯(PVC)，阻燃聚乙烯(FRPE)，线形低密度聚乙烯(LLDPE)，聚偏氟乙烯(PVDF)，乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)，氟化乙烯-丙烯(FEP)，热塑性弹性体(TPE)或聚氨酯。还可在所有成对的导体周围包裹包括由单一材料或复合材料如铝/聚酯材料，铝/聚丙烯材料，和/或涂锡编织材料或铝编织材料构成的外护层。

根据环境特征(室内，户外，化学工厂，高湿度，极端温度等)和整个阻燃特征(非充气增压普通的水平敷设，立管敷设，充气增压，非充气增压等)，选择切实可行的复合材料，以使制得的电缆能满足指定的安装要求。

在本发明的第二个实施方案中，芯线110也是足够柔软而能与第25对导体对120相绞合的，如图2所示，而不是象图1所示的第一个实施方案那样，第25对导体对120缠绕在芯线110上。当第25对导体对120与芯线110相绞合时，芯线的中心轴线方向是变化的，从而形成波浪形。波浪形可防止第25对导体对120被其周围四芯线组140与芯线110所挤压，如图2和图3所示。当芯线材料110的直径大于导体对120宽度时尤其如此。

此外，如图2所示，由于芯线的中心轴方向是变化的，因而会在沿电缆芯的中心形成空气窝230。该空气窝230能提高第25对导体对120周围的介电常数，并能增大与其它四芯线组140的间距，从而可提高与结构中的六个其它四芯线组140的绝缘性。

在使第25对导体对120与六个其它四芯线组140形成电缆前或形成电缆时，使第25对导体对120与芯线110相绞合的重要作用之一是第25对导体对120相对于其它六个四芯线组140的位置是变化的，因而在第25对导体对120与芯线110相绞合的每一绞距(L)内，可使第25对导体对120只与一个四芯线组140相靠近。各导体对10之间的电磁偶合相对于上述结构中的第25对导体对120是均匀分布的。因此制得的电缆的串音干扰是最小的。

此外，使第25对导体对120与位于中心的芯线110相绞合，使导体对140均匀分布在芯线和第25对导体对周围，以制得圆形电缆，这样可保证电缆结构在安装期间保持一致。这一点在电缆安装过程中特别重要。例如，当将电缆导入电缆管道、电缆盘及置于J形吊钩上时，电缆在拐角附近是受力的并会产生各种变形。圆形电缆能使安装易于进行，使第25对导体对120与芯线110相绞合可保证在安装过程中电缆弯曲处受力时也能使电缆保持在应处的位置上。

在所有六个四芯线组140与拥有第25对导体对120的芯线110构成电缆芯前或同时，将24对导体对捆成含4对导体对的四芯线组140，使得该四芯线组140中各个导体对10相对于缆芯外部位置能以四芯线组绞距(L)的频度发生变化。这种结构可使第一条电缆中的线对与安装在其附近的电缆中的、或与其周围如电缆盘中有相同绞距(L)的线对之间的电容偶合降至最低。同样，也可使邻近电缆间的串音干扰降至最小。

在本发明电缆的第三个实施方案中，第25对导体对120的物理防护和介电效应通过具有纵向槽的芯线115得到进一步提高，其中槽的深度和宽度足以容纳第25对导体对120。图4显示的是根据第三个实施方案制成的电缆400的横截面图。如图4所示，芯线115带有槽410，槽内嵌有第25对导体对120。

虽然上述电缆400的结构在一定程度上兼顾了制得电缆的衰减性能，但也提高了电缆的NEXT性能。电缆400的衰减作用较电缆300(如图3所示)为高，这是由于在电缆400结构中，第25对导体对120部分地被构成芯线115的材料所包围之故。芯线115材料较空气(主要指电缆300中第25对导体对120四周的空气)的介电常数高得多。因此，电缆400的衰减损耗较高。于是，由于电缆400部分地被包含芯线115的材料所包围，因此与电缆300相比，电缆400具有最低的串音干扰。

大家都知道，上述只是对本发明原理的说明，在不违背本发明范围和精神的前提下，技术人员是可进行各种变更的。例如，根据本发明的电缆可包括具有与芯线绞合的第13对导线对的三个四芯线组的13对导体对结构。同样，根据本发明可通过构成两组25对导体对单元，然后安装在一个护套内而构成50对导体对的电缆。上述50对导体对电缆也可由分成三个四芯线组(12对)的子单元和拥有与芯线绞合的一对导体对的三个四芯线组的两组25对导体对单元所构成的。

Claims (25)

1．一种包含至少一个电缆单元的电缆，该电缆包含：

偶数导体对；和

一对另外的导体对，使所述电缆中的导体对总数为奇数；

其中所述偶数导体对是均分成至少包含两对导体对的线组，和

所述的另一导体对与芯材成对，并沿芯材长度方向缠绕芯线，其中芯材是贯穿整个电缆长度的，从而使所述至少包含两对导体对的线组围绕着所述另一导体对和所述芯材。

2．根据权利要求1的电缆，其中所述芯材的直径大于所述另外导体对的宽度。

3．根据权利要求2的电缆，其中所述芯材是与另一导体对相绞合的，因而另一导体对未与芯材相接触的任何部分被芯材引起的空气隙所包围。

4．根据权利要求1的电缆，其中所述芯材的直径大于所述另一导体对的直径，并包括能固定所述另一导体对的纵向槽。

5．根据权利要求1的电缆，其中所述芯材的介电常数高于空气的介电常数。

6．根据权利要求5的电缆，其中所述芯材是至少下列一种物质：聚氟烷氧基，TFE/全氟甲基乙烯基醚，乙烯三氟氯乙烯，聚氯乙烯，氟化全氟乙烯聚丙烯，阻燃聚乙烯以及阻燃聚丙烯。

7．根据权利要求1的电缆，还包括包裹所有所述导体对和所述芯材的外护套，该外护套包括介电层。

8．根据权利要求7的电缆，其中所述介电层是多层介电层，每层介电层包含至少下列一种物质：低烟无卤素材料，聚氯乙烯，阻燃聚乙烯，阻燃聚丙烯，线形低密度聚乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯三氟氯乙烯，氟化乙烯-丙烯，热塑性弹性体以及聚氨酯。

9．根据权利要求1的电缆，其中所述偶数导体对和所述另一导体对中每根导体包含各以介电常数不高于约2.5的绝缘材料绝缘的裸铜线。

10．根据权利要求9的电缆，其中所述绝缘材料包括至少下列一种物质：阻燃聚乙烯，阻燃聚丙烯，高密度聚乙烯，聚丙烯，聚氟烷氧基，固态或发泡的TFE/全氟甲基乙烯基醚，固态或发泡的氟化乙烯-丙烯以及发泡的乙烯三氟氯乙烯。

11．根据权利要求1的电缆，其中所述至少包含两对导体对的每一线组是由分组护层包裹的，该分组护层包含至少一种下列材料：铝/聚酯，铝/聚丙烯以及涂锡编织材料或铝编织材料。

12．根据权利要求1的电缆，其中所述线组正好由四对导体对构成，每一线组中的每一导体对在所述电缆单元的长度内有重复不大于3倍的导体对绞距，而所述四个线组的每组在电缆单元内有重复不大于3倍的四芯线组绞距。

13．根据权利要求12的电缆，其中所述至少包含两对导体对的每一线组对于100兆赫下的数据传输几乎没有至少35分贝范围内近端串音干扰的最差导体对，所述线组间的近端串音隔离在100兆赫下几乎不存在至少38分贝功率总和的最差性能。

14．根据权利要求13的电缆，其中所述芯材包括多层介电层，而每层介电层包含至少下列一种物质：低烟无卤素材料，聚氯乙烯，阻燃聚乙烯，阻燃聚丙烯，线形低密度聚乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯三氟氯乙烯，氟化乙烯-丙烯，热塑性弹性体以及聚氨酯。

15．根据权利要求1的电缆还包括包裹所有所述导体对的外护层，所述外护层包括至少一种下列材料：铝/聚酯，铝/聚丙烯以及涂锡的编织材料或铝编织材料。

16．一种制造电缆的方法，该方法包括下列步骤：

使导体两两成对以制得偶数导体对；

使另一对导体成对，以制得总数为奇数的导体对；

使所述偶数导体对均分成至少包含两对导体对的线组；

使所述另一导体对与芯材成对，并使所述另一导体对沿芯材长度方向缠绕该芯材；

使所述至少包含两对导体对的线组与已与所述芯材成对的所述另一导体对平行地延伸构成电缆，其中所述至少包含两对导体对的线组围绕所述另一对导体对和所述芯材；以及

用护套材料包裹所述电缆。

17．根据权利要求16的方法，其中所述芯材的直径大于所述另一导体对的直径，所述沿芯材长度缠绕另一导体对的步骤包括使所述芯材与所述另一导体对相绞合，从而使另一导体对未与芯材相接触的任何部分被芯材引起的空气隙所包围。

18．根据权利要求16的方法，其中所述芯材的直径大于所述另一导体对的直径，所述沿芯材缠绕另一导体对的步骤包括将所述另一导体对固定在所述芯材中形成的纵向槽内。

19．根据权利要求16的方法，其中所述芯材的介电常数高于空气的介电常数。

20．根据权利要求19的方法，其中所述芯材是至少下列一种物质：聚氟烷氧基，TFE/全氟甲基乙烯基醚，乙烯三氟氯乙烯，聚氯乙烯，氟化全氟乙烯聚丙烯，阻燃聚乙烯以及阻燃聚丙烯。

21．根据权利要求16的方法，其中所述护套材料包括介电层。

22．根据权利要求21的方法，其中所述介电层是多层介电层，而每层介电层包含至少下列一种物质：低烟无卤素材料，聚氯乙烯，阻燃聚乙烯，阻燃聚丙烯，线形低密度聚乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯三氟氯乙烯，氟化乙烯一丙烯，热塑性弹性体以及聚氨酯。

23．根据权利要求16的方法还包括每一导体分别以介电常数不高于2.5的绝缘材料绝缘，其中每一导体包括裸铜线。

24．根据权利要求23的方法，其中所述裸铜线是22AWG与24AWG之间的铜线。

25．根据权利要求23的方法，其中所述绝缘材料包括至少一种下列物质：阻燃聚乙烯，阻燃聚丙烯，高密度聚乙烯，聚丙烯，聚氟烷氧基，固态或发泡TFE/全氟甲基乙烯基醚，固态或发泡氟化乙烯-丙烯以及发泡乙烯三氟氯乙烯。

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