一、引言
面對用戶對于網(wǎng)絡(luò)安全的日益重視,對網(wǎng)絡(luò)寬帶需求的日益提高,傳統(tǒng)的超五類、六類布線產(chǎn)品逐步不能夠適應(yīng)高寬帶高速度的要求;同時隨著該類產(chǎn)品工藝不斷成熟和發(fā)展,市場競爭越來越激烈,制造商和系統(tǒng)集成商的利潤空間也越來越?。慌c此同時,綜合布線系統(tǒng)用數(shù)字通信對稱電纜也不斷更新?lián)Q代,6A類產(chǎn)品就是其中之一,憑借其500MHz帶寬和優(yōu)異的性能脫穎而出。 6A類電纜其結(jié)構(gòu)和6類電纜基本相同,只有導(dǎo)線線徑粗一點,生產(chǎn)成本比6類電纜略高,但它的最高傳輸頻率比6類電纜提高了一倍,比7類電纜只少100MHZ,但它的結(jié)構(gòu)比7類電纜簡單,7類電纜為了能達(dá)到600MHZ的最高傳輸頻率,采用對屏蔽加雙層總屏蔽的形式,因而6A電纜的制造成本比7類低很多,所以它頗受市場青睞,并日益彰顯其活力。
雖然6A類數(shù)字電纜在國內(nèi)用量還不多,大部分產(chǎn)品都是出口國外,在2007年,約有20% 的有源設(shè)備端口是1 0G端口,2008年超過30% 的布線安裝成為6A 類布線系統(tǒng),另外,全球每年約有10% 的布線被升級。而在可預(yù)見的未來幾年內(nèi),6A類系統(tǒng)將成為市場的主流。本文簡要介紹了該類型數(shù)字電纜結(jié)構(gòu)、性能,制造過程中關(guān)鍵控制點及應(yīng)用的前景。
二、6A類數(shù)字纜的開發(fā)和設(shè)計要求
1 產(chǎn)品生產(chǎn)的主要工藝流程圖
銅材拉絲→包絕緣層擠出單線→退扭絞對→成纜(加骨架)→屏蔽護(hù)套→成盤
2 產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)
依據(jù)TIA/EIA 568C.2-2009、YD/T926.2-2009和GB/T18015-2007相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),確定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。
3 工藝設(shè)計
3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計:
6A電纜有UTP和FTP兩種型號,但以FTP為主。在設(shè)計中為保證6A產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對稱性的穩(wěn)定,尤其是確保串音衰減指標(biāo)的順利通過,6A類數(shù)字電纜普遍采用中心十字骨架結(jié)構(gòu),其主要作用是隔離線對、穩(wěn)定纜芯結(jié)構(gòu),十字骨架外徑在5.0~5.5mm,葉片厚度在0.6~0.7mm,材料宜選用較柔軟的低密度聚乙烯(LDPE)。目前一些企業(yè)使用“腔”型骨架,這種骨架在改善產(chǎn)品阻抗和串音衰減方面,具有較大的優(yōu)勢,但是使用腔型骨架,在成纜生產(chǎn)時,對成型模具的設(shè)計和精度要求很高,成品電纜的外徑比較大,增加了制造成本。
屏蔽6A電纜結(jié)構(gòu),是對整個電纜芯采用金屬屏蔽,由于金屬屏蔽層的反射和吸收作用,可以更好地分隔周圍的電磁場,有效的防止外界的電磁干擾信號和來自電纜內(nèi)部的電磁輻射外泄,擁有極好的電磁兼容特性和保密性,同時也改善自身的傳輸穩(wěn)定效果。
3.2 輸入阻抗、衰減及串音指標(biāo)設(shè)計:
單線工藝的設(shè)計是整個設(shè)計過程中的重中之重,按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,一般6A類產(chǎn)品采用實心絕緣。當(dāng)然,現(xiàn)在很多廠家根據(jù)客戶需求,并結(jié)合成本的考慮,單線也可使用物理發(fā)泡,因為空氣的介電常數(shù)最小,在單線絕緣外徑減小的同時,工作電容不會增大,絕緣料使用量可減少50%以上,降低了制造成本。如今在激烈市場競爭下,如何在優(yōu)良性能與電纜成本之間采取折衷,也至關(guān)重要。
?、伲匦宰杩梗–haracteristic Impedance)表示字符Z 單位Ω
導(dǎo)體和絕緣的材料及幾何尺寸都會影響到特性阻抗值,輸入阻抗是6A類數(shù)字電纜中重要指標(biāo)之一,它的計算公式可列為:
阻抗上限:Zu= Zo*[(1+︱Ρ︱)/(1-︱Ρ︱)]
阻抗下限:Zl= Zo*[(1-︱Ρ︱)/(1+︱Ρ︱)]
式中,Zo—100Ω、︱Ρ︱—反射系數(shù)的模,︱Ρ︱=10(-RL/20)
結(jié)合阻抗的模板公式,可以看出,標(biāo)準(zhǔn)YD/T926.2-2009中,對于阻抗的要求略有降低,考慮到高端的6A類及以上產(chǎn)品,其阻抗指標(biāo)在低頻和高頻時容易產(chǎn)生波動,因此標(biāo)準(zhǔn)中對低頻和高頻的允許阻抗波動范圍比較大。比如,就6A類產(chǎn)品,其在500MHz時阻抗的上限為131.6Ω、而阻抗的下限為76.0Ω,遠(yuǎn)比其他標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的100±15Ω容易達(dá)到,也符合實際使用要求,當(dāng)然低頻同樣也允許存在適當(dāng)大的波動。這個標(biāo)準(zhǔn)對于阻抗的規(guī)定,是比較貼近生產(chǎn)廠家的實際產(chǎn)品指標(biāo)的。
?、冢p(Attenuation)表示字符ATT 單位為分貝dB
衰減主要表示為初始傳送端信號強度與接收端信號強度的比值,是信號沿著一定長度的線纜傳輸所產(chǎn)生的損耗,此值與線纜的長度有著直接的關(guān)系,并隨頻率的上升而增加,故此值是越小越好。
6A類纜:α≤1.820√f+0.0091f+0.250/√f(dB) 公式中f為傳輸頻率
上述公式中,受溫度影響,對于非屏蔽電纜溫度范圍在20℃~40℃的增量為0.4%/℃,40℃~60℃的溫度范圍內(nèi)為0.6%/℃,而屏蔽電纜在20℃~60℃的溫度范圍內(nèi)為0.2%/℃,標(biāo)準(zhǔn)中還特別指出,1~4MHz性能由設(shè)計保證,無需測試低于4MHz的電纜衰減性能。
如果采用實心絕緣,一般導(dǎo)體直徑控制在0.580mm來保證低頻衰減指標(biāo)合格,而工作電容一般控制在51nF/100m左右,來保證高頻衰減指標(biāo)的通過;當(dāng)然,根據(jù)客戶需求也可采用發(fā)泡工藝,在泡沫絕緣中,通過控制單線絕緣外徑和水中電容的大小,以求絕緣的發(fā)泡度和成品電纜的工作電容均能符合設(shè)計要求。
?、郏舜羲p(Near End Crosstalk Attenuation)表示字符NEXT 單位dB
NEXT是對傳送線對與鄰近線對產(chǎn)生串音干擾信號的壓制消耗能力,它是對串音干擾信號的消除作用,故此值越大越好。定義公式如下:
NEXT=10㏒(P1N/P2N)=20㏑(V1N/V2N)P1N主串對輸入功率
P2N為電纜近端被串對輸出功率
V1N主串對輸入電壓、V2N為電纜近端被串對輸出電壓
在傳輸過程中,線對間會產(chǎn)生電容耦合,會在相鄰線對中產(chǎn)生串音,而絞對后相鄰兩節(jié)距有交叉,a、b兩單線相對位置互換,耦合電容的極性相反,經(jīng)疊加后可以互相抵消,相鄰節(jié)距長度越接近,互相位置越一致,抵消的越干凈,串音越小。線對之間的距離會影響到串音的大小,距離越遠(yuǎn),串音越小,采用十字骨架可以使線對間距離增加,同時使線對對稱性更好,促使NEXT有效提高,用適當(dāng)增加十字骨架葉片的厚度就可以達(dá)到目的,NEXT指標(biāo)也相應(yīng)越好。標(biāo)準(zhǔn)中對此參數(shù)值的規(guī)定如下:
6A類纜:NEXT≥75.3-15㏒f
特別需要指出的是,6A類產(chǎn)品增加了外部近端串音(ANEXT)指標(biāo)的測試。目前測試儀廠商正在研究現(xiàn)場測試安裝系統(tǒng)ANEXT的方法。但是在實驗室里已經(jīng)可以實現(xiàn)線纜的外部串?dāng)_性能測試,最差情況是6根4對線纜包裹一根被測4對線纜,典型情況可以測試兩根相鄰4對線纜的外部串?dāng)_,此方法也可以用于鏈路或信道的測試。
三、6A類數(shù)字電纜在制造過程中的關(guān)鍵控制點
6A類數(shù)字電纜其結(jié)構(gòu)和6類基本一樣,但最高傳輸頻率提高一倍,要實現(xiàn)這個要求,關(guān)健就是首先必須要精確的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計,另外在生產(chǎn)上要選用性能優(yōu)越的設(shè)備,嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求,精心地組織生產(chǎn),才能做成合格的產(chǎn)品。
1 單線工序
單線是數(shù)字電纜生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序,設(shè)計并控制好絕緣單線各參數(shù)是首要條件。
根據(jù)設(shè)計,一般要求在生產(chǎn)過程中,要求同心度≥98%、導(dǎo)體線徑偏差限制在0.002mm之間、絕緣線徑偏差限制在0.004mm之間。如果單線絕緣用物理發(fā)泡,則水中電容應(yīng)控制在±2.0pF/m之間,絕緣的發(fā)泡度一般選取在30~40%左右比較合適,太大了絞對時容易把單線壓扁,太小了效果不明顯。
銅絲的伸長率沒有特別的要求,但退火的均勻性要求很高,在生產(chǎn)中特別需要注意退火電流的穩(wěn)定,確保銅絲伸長率的均勻穩(wěn)定。大線徑的單線在生產(chǎn)時,絕緣外徑的穩(wěn)定性和圓整度是比較難控制的,也是對后續(xù)有很大影響的參數(shù),這時設(shè)備的精密度和穩(wěn)定性就顯得尤其重要。
2 絞對工序
線對節(jié)距是直接關(guān)系到數(shù)字電纜成品的串音指標(biāo)合格與否。絞對機一般有電子調(diào)節(jié)距和齒輪調(diào)節(jié)距兩種方式,電子的換節(jié)距方便但穩(wěn)定性差,齒輪式穩(wěn)定性好,故最好選用齒輪式調(diào)節(jié)距的絞對機進(jìn)行生產(chǎn),節(jié)距的誤差才能控制在±1%之內(nèi)。
為了降低因絕緣單線在制造過程中的缺陷對成品電纜的影響,絞對工序一般采用退扭絞對機來生產(chǎn),所謂退扭就是利用反方問預(yù)扭的方法減少或者消除制造過程中單線的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,當(dāng)然如果單線的同心度好,那退扭功能的補償作用就很小了,那退扭也就沒有必要了,況且退扭是會對單線有一定的損傷的,6A電纜需要一定的退扭,退扭率一般選取為30%~50%。
絞對生產(chǎn)時,要特別防止兩根單線在絞合點的擠壓變形現(xiàn)象,兩根單線的放線張力必須一致,嚴(yán)格防止一根單線繞另一根單線的現(xiàn)象。絞對的節(jié)距一般選取8.5~18.5mm之間,當(dāng)然,由于一些生產(chǎn)企業(yè)為了串音衰減和回波損耗指標(biāo)穩(wěn)定合格,采用選取更小的節(jié)距的辦法,這樣做也無可非議,但要注意相時延和時延差兩項指標(biāo)是否能合格。
3 成纜工序
成纜退扭的目的是防止芯線受到扭轉(zhuǎn)而使絞對線結(jié)構(gòu)改變、性能指標(biāo)受到影響,使絞對線在成纜時絞對節(jié)距和屏蔽都不會發(fā)生變化,因此生產(chǎn)6A類電纜成纜退扭是改善電纜傳輸性能的有效手段。成纜應(yīng)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(jié)距保持穩(wěn)定。
成纜節(jié)距也對電纜串音、衰減、阻抗性能產(chǎn)生較大的影響,節(jié)距太小會對以上幾個電氣性能不合格,要通過精心計算和反復(fù)試驗來選擇合適的成纜節(jié)距,一般控制在80~120mm。
4 屏蔽方式的選擇
6A屏蔽電纜的屏蔽層一般采用單面鋁塑復(fù)合帶,其方式一般有斜包和縱包兩種方式:一種為成纜上鋁箔斜包(所謂斜包,即通過成纜形成節(jié)距時,鋁箔繞包方式),另一種為護(hù)套時縱包。從成品電纜的外觀看,斜包要包的緊,整個成品電纜外徑也相對要小;我們試驗過,用相同工藝、選用相同材料,對屏蔽鋁箔采用不同的包裹方式,從成品測試數(shù)據(jù)來分析,護(hù)套縱包整體衰減指標(biāo)和阻抗波動范圍均優(yōu)于斜包方式,但斜包生產(chǎn)方便,生產(chǎn)放率高,成品率高,如需采用可以加粗單線線徑來解決。
5、護(hù)套、裝盤工序
護(hù)套工序在制造過程中不只是護(hù)套外觀質(zhì)量的問題,同樣關(guān)于到成品電氣性能的好壞。護(hù)套的松緊度一定要控制好,不能太松、也不能太緊。太松會造成電纜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,太緊會擠壓線對,致使絕緣相對介電常數(shù)變大。特別需要調(diào)整好牽引和成圈的張力,盡量避免纜芯變形,一旦張力過大,會導(dǎo)致阻抗、回波及衰減等電性能不合格,嚴(yán)重的串音也會受影響。
6A類電纜成品時一般都要求裝盤,打餅式成圈由于內(nèi)孔小、電纜交叉擠壓嚴(yán)重,屏蔽層容易扭曲,扭曲后阻抗會有影響,會導(dǎo)致不合格,盤裝對整個電纜的性能會有很大改善,但必須注意設(shè)計盤具時,其筒體直徑要盡可能大。在裝盤過程中收、放線的漲力盡量減小,這樣會有利于改善阻抗、衰減電氣性能,如漲力過大在測試圖形上阻抗會出現(xiàn)尖峰,衰減會出現(xiàn)鋸齒形,導(dǎo)致不合格。
四、6A類數(shù)字電纜的市場前景
電線電纜業(yè)高端市場前景廣闊,值得期待,國外企業(yè)因深厚的技術(shù)積累而具備強大的研發(fā)能力,目前在高端市場占據(jù)優(yōu)勢,因此我國的電線電纜企業(yè)仍需苦練內(nèi)功,深耕細(xì)作,通過不斷的技術(shù)進(jìn)步來實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和高端化。根據(jù)目前對布線系統(tǒng)發(fā)展趨勢,我們可以預(yù)測,布線市場將逐步由高端的6A、甚至七類電纜所替代,都將或早或晚過渡到萬兆以太網(wǎng)絡(luò)或7類布線系統(tǒng),不論原來安裝的是超5類系統(tǒng)還是6類系統(tǒng),新的解決方案將必然流行:不是6A類萬兆系統(tǒng),就是7類系統(tǒng),但是目前基于7類纜的模塊問題,依舊是行業(yè)內(nèi)需解決的問題,因此6A布線系統(tǒng)必將是新的亮點和重點。
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