［摘要］本文主要介紹了永鼎集團利用現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)高性能光屏蔽對絞電纜（UTP）的實踐，并從工藝的角度出發(fā)討論5類纜的結(jié)構(gòu)尺寸、電氣性能及其制造。

［關(guān)鍵詞〕5類纜；數(shù)據(jù)傳輸

1前言

    當(dāng)今，信息高速公路的建設(shè)已成為風(fēng)靡全球的產(chǎn)業(yè)。而網(wǎng)絡(luò)作為信息的載體，近年來在我國的發(fā)展也非常迅猛。光線以其傳播速度快、信息容量大成為廣域網(wǎng)（WAN）傳輸介質(zhì)的首選。 但是，局域網(wǎng)（LAN）的大樓通信綜合布線系統(tǒng)中，由于光纜敷設(shè)費用太高，且接頭費用和終端光一電轉(zhuǎn)換費用昂貴，因此其造價非常昂貴。為此，須尋求一種價廉物美的數(shù)據(jù)通信電纜來擔(dān)任最后 100m的傳輸任務(wù)。這樣，5類纜／超5類纜應(yīng)運而生。

    所謂5類電纜（Category 5 Cable）是指高速數(shù)據(jù)傳輸用（頻率為 100MHz）無屏蔽對絞電纜的一種俗稱。

 目前5類UTP電線主要用于大樓通信綜合布線系統(tǒng)的工作區(qū)通信引出端到辦公區(qū)域通信接線盒的水平布線。所謂水平的含義是指上述布線方式主要是沿著地板或天花板的水平走向，安裝在管道、線槽中及地板與天花板的夾層中。根據(jù)EIA／TIA－568—A規(guī)定，水平布線一般是4對100ΩUTP電纜。據(jù)統(tǒng)計，每年需求增長速度超過50％，估計到2000年5類統(tǒng)的年需求量可達70萬km以上。

2電纜結(jié)構(gòu)及原材料

 2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計 5類電纜除了UTP（無屏蔽對統(tǒng)統(tǒng)）外，還包括屏蔽型電纜FTP、STP、SUTP、SSTP，其主要區(qū)別是有不同的屏蔽結(jié)構(gòu)。

由于100MHz 5類統(tǒng)主要傳輸參數(shù)有衰減、近端串音、結(jié)構(gòu)回波損耗。所以在設(shè)計中應(yīng)首先考慮這幾個參數(shù)。衰減是決定局域網(wǎng)設(shè)計和信號在電纜中傳輸距離的主要因素。而導(dǎo)體和絕緣的類型以及幾何尺寸是影響數(shù)據(jù)對稱電纜衰減的主要因素。

在設(shè)計中有以下幾個方法可降低衰減。

a）增加絕緣厚度；

 b）采用物理發(fā)泡絕緣降低介質(zhì)損耗；

c）增加導(dǎo)體截面積 但是增加絕緣厚度帶來的負(fù)面效應(yīng)是使電纜阻抗變大；

b）方案可通過提高擠塑穩(wěn)定性，保證電纜高頻衰減在長時間內(nèi)不會劣化； c方案導(dǎo)體直徑從0.50mm增加到0.511mm。 近端串音是線路傳輸質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。它是由電磁場在相鄰線對產(chǎn)生電壓與電流而引起的串音。它與對統(tǒng)節(jié)距、統(tǒng)對間節(jié)距（成纜節(jié)距）及各線對的節(jié)距比有關(guān)。理論上，采用小節(jié)距即可從根本上改善串育，目前國際上通用的幾種節(jié)距為16－18－22－24，17－20－25－30，1012－14-16。

在設(shè)計節(jié)距時應(yīng)把所有節(jié)距有最大公倍數(shù)這一因素考慮進去。 結(jié)構(gòu)回波損耗是指沿線路發(fā)射的信號遇到阻抗不均勻（由結(jié)構(gòu)不均勻引起）時被反射回來后，重新“進入”正常發(fā)射信號行列，從而干擾線路的正常信號，引起誤碼。

所以在設(shè)計生產(chǎn)中應(yīng)遵循以下幾點：

 a）導(dǎo)體外徑公差應(yīng)嚴(yán)格控制在±3μm之內(nèi)。采用x-y雙軸激光外徑控制顯示器隨時監(jiān)控外徑，以保證阻抗均勻性。

b）在對統(tǒng)及成纜的過程中，線對節(jié)距的一致性及導(dǎo)體線對收放線張力的均勻性應(yīng)嚴(yán)格控制。

2.2材料選擇 導(dǎo)體材料：退火銅線 24AWG（0.511mm）絕緣材料：高密度聚乙烯 護套材料：低煙低鹵阻燃PVC

3電纜的制造

3.1絕緣單線的擠制 由于高速數(shù)據(jù)傳輸電纜傳輸100MHz以上的高頻，對電纜結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性和均勻性要求嚴(yán)格，因此電纜生產(chǎn)過程中的每一道工序都可能把自身的問題帶到成品中去，而制造過程中的第一道工序—— 絕緣單線的擠制是整個生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)。 良好的控制單線制作過程是生產(chǎn)高性能電纜的基礎(chǔ)。線芯絕緣不偏心是阻抗保持穩(wěn)定的前提，而且在軸向要求達到均勻一致的加工精度。

在生產(chǎn)中本公司采用引進的拉絲--退火--預(yù)熱--絕緣高速串列生產(chǎn)線技制單線。

1）生產(chǎn)線速度為800m／min，具有x-y雙輪全自動外徑閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控外徑的偏差，同軸電容閉環(huán)控制系統(tǒng)同步檢測電容，精密的張力自動控制系統(tǒng)保證了導(dǎo)線外徑的均勻性，同心度控制在95％以上，銅線外徑偏差±3μm以內(nèi)，電容波動在1pF／m。

 2）色母粒應(yīng)少加，絕緣線的顏色盡量做淡。因為任何一種顏色對介質(zhì)來說都是雜質(zhì)，顏色越深則衰減越大。

3）導(dǎo)體的伸長率是導(dǎo)體質(zhì)量的另一個重要指標(biāo)。導(dǎo)線稍硬或者說彈性模量較大可使導(dǎo)線在后續(xù)加工過程中不易變形，有利于阻抗均勻性。另外，導(dǎo)線伸長率控制范圍小，則可避免兩根軟硬不均的芯線對統(tǒng)所產(chǎn)生的不均勻性，從而減小結(jié)構(gòu)回波損耗。在實際生產(chǎn)中，導(dǎo)線伸長率控制在15％～ 22％，盡量做到每道工序后伸長率基本保持不變。

3.2絞制工序

    絞制包括對統(tǒng)和成纜兩個過程，目前國際流行的群絞機把這兩步并在一步完成。這種群統(tǒng)機的優(yōu)點是：將對統(tǒng)和成線兩工序合二為一，省去對絞后的收繞和成纜時的放出，減少導(dǎo)線的反復(fù)彎曲從而有利于電纜的電氣性能的穩(wěn)定。省人工、占地小。這種群續(xù)機最大的缺點是放線不易退扭，線對受力均勻性不及單獨工序，而且投資大。

    本公司在利用原有設(shè)備及部分設(shè)備改制的基礎(chǔ)上，采用對統(tǒng)和成線兩步的方式。

    1）對絞

    a）對統(tǒng)節(jié)距

    電纜對統(tǒng)節(jié)距對近端串音有很大的影響，與普通2類、3類線相比，5類纜對統(tǒng)節(jié)距要小得多，最小節(jié)距可以是10mm。但并不是節(jié)距越小越好，因為節(jié)距小會引起生產(chǎn)速度慢、材料用量增加、銅線的直流電阻增大、電纜衰減增加。實踐證明節(jié)距為10—12－14－16并不是最佳的，而在12～22范圍之內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)乃膫€節(jié)距，才能獲得較佳的衰減及近端串音。

    b）對續(xù)設(shè)備

    要求對績時速度快而均勻。通常生產(chǎn)通信電纜的國產(chǎn)高速對絞機，經(jīng)過改制，使節(jié)距在10～50mm范圍內(nèi)，能滿足生產(chǎn)5類纜的要求。

    放線裝置采用主動放線，兩單線進入對統(tǒng)機之前，一定要有同步皮帶上下壓住，使進入對續(xù)機的兩根線張力均勻。張力過大會拉細(xì)銅線，過小則芯線松馳、跳動。節(jié)距形成后再加一個定型裝置，

使線對呈完好的螺旋型。同時機器配置靈敏的張力反饋系統(tǒng)。

    對對統(tǒng)的質(zhì)量要求是，當(dāng)線對被退扭后，兩根絕緣導(dǎo)線的長度應(yīng)相等。

    2）成統(tǒng)

    在實際生產(chǎn)中，為充分利用現(xiàn)有設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，在原有的成纜設(shè)備上進行技術(shù)改造。技術(shù)改造主要內(nèi)容有：放線架采用主動放線；四對線進入成纜機之前一定要有同步皮帶上下壓住，使四對線受力均勻；導(dǎo)輪盡量大，使對統(tǒng)節(jié)距保持穩(wěn)定，并有張力反饋。成纜節(jié)距控制在180mm以下，成纜節(jié)距小，有利于統(tǒng)芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

    對成纜的質(zhì)量要求是，纜芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、緊湊，節(jié)距不易松散，對阻抗不均勻性影響最小。

3.3護套

    UTP 4對5類纜護套最小厚度0.50mm，電纜最大外徑小于5.8mm，中間放一撕裂繩。外護套表面圓整、光滑，延伸率≥125％，抗拉強度大于12.5MPa。護套包覆于纜芯外，既不能使纜芯松動，也不能擠壓線芯，以防電氣性能易受環(huán)境變化的影響。

    本廠擠護套在常規(guī)的φ45單螺桿擠出機上進行，但增加了主動放線、激光測徑儀及噴墨印字設(shè)備。

3.4成圈與包裝

    傳統(tǒng)的成圈工藝使電纜在施工放出時易打扭，使纜芯出現(xiàn)“退扭”及“加扭”。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，電纜的阻抗將產(chǎn)生變化并引起“結(jié)構(gòu)回波損耗”問題，同時使90m段長內(nèi)的電纜串育性能降低。我們自制一臺簡易交叉卷繞成圖機，成圈后線纜呈＃型排列，放線時采用國際流行的匣式無扭自由放線，不會扭曲。

    標(biāo)準(zhǔn)包裝為304.8m（或1000英尺），小包裝100m或91.44m（300英尺）。采用特制紙箱進行包裝。

4測試結(jié)果

4.1測試標(biāo)準(zhǔn)

    依據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)來衡量5類電纜的結(jié)構(gòu)尺寸與性能是非常關(guān)鍵的。目前，國際上有關(guān)5類電纜的標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個可供參考：

    1）IEC1156、－1（1994）及 IEC1156.2～4（1995）的LAN通信電纜系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；

    2）ISO／IEC，11801（1995）標(biāo)準(zhǔn)；

    3）美國電子工業(yè)協(xié)會1991年1月頒布的 EIA／TIA－568標(biāo)準(zhǔn)，以及隨后修改并作為替代前者及TSB－36、TSB－40和TSB－58的EIA／TIA－586－A標(biāo)準(zhǔn)；

    4）美國NEMA及UL分別于1994年頒布的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

    我國5類電纜的國家標(biāo)準(zhǔn)有以下兩個：

    1）YD／T 926.1～2—1997大樓通信綜合布線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；

    2）YD／T 838.1～4—1996數(shù)學(xué)通信用對絞／星級對稱電纜標(biāo)準(zhǔn)。

    本公司以上述兩個國家標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2測試設(shè)備及結(jié)果

    測試設(shè)備采用美國DCM CMS－2XLD網(wǎng)絡(luò)分析測試儀。本公司按上述規(guī)范設(shè)計，批量生產(chǎn)的電纜用成圈后裝箱（長度為304.8m）的5類線纜進行測試，測試頻率1～350MHz。

5結(jié)束語

    高頻數(shù)字式對稱電纜的電氣性能與線對的幾何尺寸和穩(wěn)定性有緊密關(guān)系，在生產(chǎn)中應(yīng)重視每一細(xì)小環(huán)節(jié)對幾何尺寸的影響。要使電纜能工作在更高頻率下，如 350～622MHz，則線對必須單個包覆與屏蔽。

    國外已開發(fā)出622Mb／S的超7類纜，除采用單個線對單獨屏蔽外，還把單個線對固定在網(wǎng)狀骨架槽中，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。如美國Prestolite wire（普利多導(dǎo)線公司）生產(chǎn)的NETLink GXTM 550MHz

7類光屏蔽UTP 4對電纜使用的就是網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，其近端串音和結(jié)構(gòu)回波損耗在高頻時的性能相當(dāng)好。

    國內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備尚無力生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的超5類統(tǒng)，但從大容量信息對信道帶寬要求的發(fā)展趨勢來看，超高頻（350MHz以上）數(shù)字對稱電纜必定取代現(xiàn)有的高頻（100MHz）的數(shù)字對稱電纜。

    本文是在洪永華高級工程師指導(dǎo)下完成的，筆者深表謝意。

摘自《光纖與電纜》-楊君