屏蔽型(SUTP)六类对称数字通信电缆的开发1综述

1、哈尔滨理工大学学士学位论文屏蔽型（SUTP）六类对称数字通信电缆的开发摘要随着信息化发展的进程，人们对数字、声音、图像等信息传输速度的 更高要求，网速越来越成为困扰人们的一大因素。在光纤还没有到达桌面 以前，六类布线系统以其高带宽和廉价的经济性能，作为替代产品越来越 受到人们的认可。在今后一段时间内，六类布线系统还将占有统治地位。 然而其不稳定的传输性能以及人们对保密性能的渴望，造就了新的屏蔽系 统的发展。正是社会的需要，推动了布线世界的改革步伐。屏蔽系统，具有优异的电磁兼容性（EMC ）和保密性，因此也就更具 有发展潜力，也是近几年布线系统的发展方向。本文紧跟时代潮流，结合 所学专业，成功开

2、发了屏蔽型（SUTP）六类对称数字通信电缆，作为对 自己四年所学的一个总结。本文首先结合所学知识，参考前人的技术成果，以及在工厂的实际考 察，确定了其宏观结构，利用通信电缆的有关原理，对其结构进行了大量 细致的计算，最终又通过数次试产和测试，对其结构进行了细节上的调整 和改进，直到产品的性能完全符合六类对称数字通信电缆的行业标准。本 文从设计、计算、生产和测试几个部分作了大量细致的阐述，并附有一些 简图，以便读者能更好的理解作者的思想。关键词 屏蔽；六类；对称数字通信电缆-2 -The exploitation about balancedcategory six cable of shiel

3、ding type(SUTP)AbstractWith the process of informationization development, people, to such the requiring higher of transmission speed of information as the figure , sound , picture ,etc., the network speed becomes a great factor of perplexing people more and more. Before the optic fibre has not reac

4、hed the tabletop yet, six kinds of wiring system are with its high bandwidth and low-priced economic performa nee , approved of more and more substitute products by people. In a period of time to come, six kinds of wiring system will also occupy the dominant position. But its unstable transmission p

5、erformanee and peoples aspiratio n of secret performa nee , have brought up the developme nt of the new shielding system. It is exactly a need of the society, promote the reform paces of the world of connecting up.Shielding system, electromagnetic compatibility (EMC ) and privacy with excellenee, so

6、 have development potentiality even more, it is the developing direct ion of the wiri ng system in rece nt years too. This text follows the tendency of the day closely, combine the specialities studied , has succeeded in developing balaneed category six cables of shielding type (SUTP ), as a summari

7、es studied of four years to on eself.This text combines the knowledge studied at first, eonsult forefathers tech no logical achieveme nt , and the actual in vestigati on in the factory, confirm its macrostructure, utilize releva nt prin ciples of the com muni cati on cable , has carried on a large a

8、mount of careful calculati on to its structure, and test through several trial product ion fin ally, carry on adjustme nt and improveme nt on the detail to its structure, until the performanee of the products totally accords with the sector sta ndards of six kinds of symmetrical digital com muni cat

9、i on cables .哈尔滨理工大学学士学位论文This text has done a large amount of careful exposition from designing, calculat ing, produci ng and test ing , en close some sketch , so that the thought of author can be un dersta nded better by readers.Keywords shield; cat 6; balaneed category cable-5 -目录摘要IAbstractII第1章

10、绪论1.1.1六类布线标准的意义1.1.2预言未来六类布线发展趋势21.3屏蔽基本原理3.第2章理论设计5.2.1绝缘线芯的确定 5.2.1.1导电线芯的确定.5.2.1.2绝缘厚度的确定 .5.2.2芯线对绞8.2.2.1对绞节距的选择.8.2.2.2退扭选择8.2.3单绞成缆9.2.3.1填充骨架9.2.3.2聚酯带102.3.3屏蔽层102.3.4 地线1.02.4外护层挤出.1.1第3章理论计算123.1导电线芯的计算123.2绝缘线芯的确定 123.3绞合节距的选择 123.4绞入系数的计算133.4.1对绞线对绞入系数的计算 133.4.2单绞成缆绞入系数的计算 143.5复合介电

11、常数的计算143.6电缆的电容1.53.7电缆的特性阻抗 163.8电缆的衰减1.83.9电缆结构改进后的计算 1.9第4章工艺流程224.1高速串联生产线生产绝缘芯线224.1.1拉丝单元23哈尔滨理工大学学士学位论文4.1.2软化单元234.1.3挤塑单元254.1.4检测单元284.1.5收线单元284.2 CT500-II型退扭机和高精度对绞机完成芯线对绞 284.3 YD630单绞机成缆 294.4 CB- 65护套挤出机挤出外护层30第5章样品试制315.1绝缘芯线的生产315.2芯线对绞315.3单绞成缆315.4外护层挤出 31第6章样品测试336.1测试设备336.1.1测试

12、方案 336.1.2测试设备的性能与测试结果的关系 336.2测试人员的技术水准与测试结果的关系 3 6结论39致谢41参考文献4.2附录43-# -哈尔滨理工大学学士学位论文第1章绪论经过漫长的5年等待,2002年6月，在美国通信工业协会（TIA）TR-42委 员会的会议上,正式通过了六类布线标准,这个分类标准将成为 TIA/EIA- 568B标准的附录,它将被正式命名为TIA/EIA-568b.2-1 。这是工业史上的 最大胜利。六类标准的出台，极大推动了电信工业的发展，许多原来对六 类布线有疑虑的用户和应用开发商现在可以放心大胆的安装六类布线系统 了。六类布线与超五类布线相比所带来的好处

13、是显而易见的。随着新的以 太网传输标准的推出，应用到桌面的高速网络需求日益增长。采用高带宽 的六类布线系统，可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机 等。因此就适应未来网络发展的总体经济效益而言，六类布线比超五类只 略贵一点。预计到2005年，六类布线市场占有率将达到 70%尽管网络的发展日新月异，但就网络建设来说，千兆网络即将成为网 络建设的普遍需求时，作为网络的骨架，六类标准的推出可以说是及时雨，为建设基于千兆以太网的企业新一代网络在物理层打下了坚实的基 础1.1六类布线标准的意义Cat6双绞线布线标准的正式推出，对布线厂商、系统集成商、测试服 务提供商及用户都有非常重大的意义。对

14、于布线厂商们来说，六类正式标 准的发布让大家少了一些争议。自从六类布线系统正式进入市场，布线厂 商纷纷推出自己的Cat6布线系统，而对于六类标准的争议不断见诸报端，大家仁者见仁，智者见智，不断将自己在六类布线产品上的先进技术 与理念传递给大家，为布线标准的发展和制订做出了积极的贡献。但各厂 商的线缆、连接器的技术参数互不兼容，测试的适配器和测试标准更是五 花八门、各有千秋。在一些招标项目中由于标准的不统一，人为造成了许 多暗箱操作的机会。即使在公开公正的招投标项目中中标，依然免不了被 人置疑。正是因为没有一个正式的、统一的标准，才造成了布线市场如此 的不统一与不和谐。一个正式的标准，可以起到大

15、浪淘沙的作用，把布线 行业中不规范的市场行为降到最低。对于集成商来说，六类标准的推出，给了集成商一个新的机会。尽管 网络集成行业仍然是一个朝阳行业，但越来越透明的价格，越来越低的利 润，越来越残酷的竞争使大部分普及型的网络建设早已无利可图，而高端 应用的集成虽然能够获取应得的利润，但其对产品、技术的要求和用户的 认知度有更高的要求，一个没有正式标准的系统如何让用户接受也是一个 非常艰难的工作，更不用说各种将来未知的服务了。一个正式的标准令集 成商们松了一口气，再也不用为向用户解释草案标准而苦恼了。对于用户来说，六类正式标准的推出吹散了大家心中的迷茫，自从六 类布线系统正式出现在市场上，无数不满

16、足于五类、超五类布线系统的用 户，希望能够应用六类系统，以满足千兆网络的需求，而四年来的各种六 类草案却令许多用户望而却步，网络技术的飞速发展让任何一种技术都不 敢在正式的标准出来之前而成为主流，就象当年的100VGA nyLar一样，当先进的技术不能成为主流产品时，必然被淘汰，非主流产品即无法得到产 品技术的升级保证，更无法保证自己的投资。尽管TIA568B标准属于美洲标准，但在网络建设维护方面无论是技术还是理念都以美洲标准为依据的 亚洲来说，这个标准能够满足90鸠上的中国用户的需求。追求品质的用户不再犹豫，他们不需要再面对各种标准草案、各种六类技术而无法抉 择，他们只要问一句能否通过 TI

17、A六类标准的测试，Draft标准之间的区 别与我何干。对于一个新建设的布线系统来说，现场认证测试是一个最重要的环 节，它将确认这个布线系统能否提供设计上的性能要求，所以正式标准中 的现场测试指标就更为重要。对于安恒公司这样的长期专注于布线现场测 试技术和服务的公司来说，没有一个正式的标准作为依据是测试时遇到的 最大问题，尽管用户并不理解为什么有了六类产品，而测试却只能用草案 标准，即使测试人员向用户解释六类草案几乎是当时最先进的测试标准， 但他们依然对不同的厂商使用不同的标准表示质疑，直到美国福禄克网络 公司正式推出永久链路适配器的布线测试解决方案，才使这一矛盾有所缓 解。尽管目前六类布线系统

18、的测试依然有厂商之分，但永久链路测试适配 器的推出已经满足了大部分厂商的兼容性问题。六类正式标准的发布让测 试服务人员面对用户时少了许多尴尬与难堪。六类正式标准的推出，用户将不再犹豫，六类布线系统建设会更多。六类正式标准的推出也打消了 一些劣质产品的以次充好的机会，合格的、符合标准的六类布线系统也会 更多；六类正式标准的推出也会给安恒公司这样专业的测试服务公司带来 新的机会与发展，重要的是六类正式标准的推出会使国内网络建设的发展 和应用产生一个新的增长点。路宽了，好车还会少吗？1.2预言未来六类布线发展趋势1、六类必将代替超五类布线系统，在未来 LAN中占主导地位 六类布线与超五类布线相比所带

19、来的好处是显而易见的。随着新的以 太网传输标准1000BASE-TX的推出，应用到桌面的高速网络需求日益增 长。采用高带宽的六类布线系统，可以大大减少在网络设备端的投资，包括 网卡和交换机等。因此就适应未来网络发展的总体经济效益而言，六类布线比超五类只略贵一点。预计到2005年，六类布线市场占有率将达到70%。2、六类-中国电子政务的基石中国电子政务建设的目的是建立一个满足国际竞争力的、统一的计算 机信息网络，为各级政府提供宽带、高速、安全、便捷的多媒体交换平 台，主要功能包括：数据、视频、语音、多媒体通信、视频会议、数据共 享、安全防护等功能，满足多媒体网络通信的要求。六类布线的使命正是 为

20、电子政务构建了一个安全、稳定、高效的信息传输平台，是中国加入 WTO与国际接轨的高速传送带。3、 中国企业信息化的永久保证。（六类布线，一劳永逸的网络布线 系统。）21世纪的中国企业信息化正处于严重饥渴状态。从企业办公自动化、企业ERP管理到企业的信息化基础建设，无一不向国际企业看齐，因 为不久的将来，中国将成为全球最重要的经济商业大国之一。有远见的企 业将选择一套具有高容量的真正六类布线系统，以满足企业未来20年的扩展应用。4、满足外国企业在中国的投资保障国际化企业走全球一体化道路。中国加入 WTO后，大量外国企业在 中国投资建厂，他们需要的是一套安全、稳定可靠的六类布线系统。1.3屏敝基本

21、原理以前,国内的用户大都采用非屏蔽布线系统，但在欧洲，大多数的最终 用户会选择屏蔽布线系统。尤其是在德国，大约95%的安装是屏蔽系统，而另外的5%为光纤。而在最新发布的北美布线 TIA/EIA-568-B标准中， 屏蔽电缆和非屏蔽电缆同时被作为水平布线的推荐媒介，从而结束了北美 没有屏蔽系统的历史。传统的UTP电缆是通过芯线的双绞来达到EMC性能的，这意味着EMC首先被UTP电缆所接收，随后才被抵消。但是，随着频率的提高， UTP的EMC性能将会下降。兰过测量发现，将电缆双绞只能满足大约 30MHz的EMC性能，对于频率更高的电磁干扰双绞线将无能为力。更糟 的是，UTP电缆周围的金属、隐蔽的“

22、地”、施工中的牵拉、弯曲等等情 况都会破坏其平衡特性，从而降低 EMC性能。事实上，我们安装电缆是 通常会将它穿入金属导管、塑料导管或者其他有着不同接地阻抗的保护 中。所以，要获得持久不变的对地性能，只有一个解决方案：在所有芯线 外加多一层铝箔进行接地。铝箔为脆弱的双绞芯线增加了保护，同时为 UTP电缆人为的创造了一个平衡环境。这意味着基于SUTP电缆的屏蔽解决方案是独立于环境的，即与环境无关。屏蔽布线技术始于欧洲，不同于双绞的平衡抵消原理，SUTP是在普通四对非屏蔽双绞线的外面加多一层或两层铝箔，利用金属对电磁波的反 射、吸收及趋肤效应原理（所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频 率的升高

23、而趋于导体表面分布，频率越高，趋肤深度越小，即频率越高， 电磁波的穿透能力越弱），有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻 止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作。实验表明，频率超过5MHz的电磁波只能透过38卩m厚的铝箔。如果 让屏蔽层的厚度超过38卩m,如我们采用一层65卩m厚度的铝箔拖包，使 能够透过屏蔽层进入电缆内部的电磁干扰的频率主要在 5MHz以下，而对 于5MHz以下的低频干扰可应用双绞的原理有效的抵消。电磁兼容性（EMC），是指电子设备或网络系统具有一定的抵抗电磁干 扰的能力，同时不能产生过量的电磁辐射。也就是说，要求该设备或网络 系统能够在比较恶劣的电磁环境中正常工作，同时又

24、不能辐射过量的电磁 波干扰周围其它设备及网络的正常工作。目前，屏蔽布线系统已经为越来越多的用户所认识，它在电磁兼容方 面的良好性能也正在为越来越多的人所认可。所以，市场上的屏蔽布线产 品已不只局限于欧洲产品，越来越多的厂商提供屏蔽布线产品。同时，我 们中国越来越多的用户，尤其是涉及到保密要求和辐设强烈的项目，比 如，在某些恶劣的电磁环境中（如工厂，设备中心，电站），或对抗干扰和保密性要求高（如政府机关，军事设施，银行及金融机构），开始关注和使用屏蔽系统，甚至是六类屏蔽系统。随着信息化发展的进程，铜缆制造工艺水平的不断提升，以及信息化 发展对数字、声音、图像等信息传输速度的更高要求，在今后一段时

25、间， 六类缆将以其更高的传输带宽逐步成为布线市场上的主流产品，而六类屏 蔽线将以其卓越的性能，尤其是其保密性，将成为未来线缆产品的主导。 因此六类屏蔽系统具有广阔的发展前景。很多生产商都希望抓住这次契 机，努力扩大生产，提高知名度，为公司的生存提供更可靠的保障，而加 入了这一产品的竞争中。我公司为了将来的可持续发展，并在即将到来的 布线革命中占有一席之地，也加入了开发六类缆屏蔽系统的行列，我有幸 参与了这一产品的开发，并把它作为我的毕业设计记录下来。-17 -第2章理论设计2.1绝缘线芯的确定2.1.1导电线芯的确定导电线芯的大小直接影响到导体的特性阻抗，考虑到生产成本，参见行业标准规定，单根

26、导体 0.5mm线材直流电阻最大值为9.50 Q /100m（中华人民共和国通信行业标准 YD/T 1019 2001）,根据导体直流电阻 计算公式：R=PL/S（公式 2-1）确定导体规格。2.1.2绝缘厚度的确定1. C = 5 10 （法/公里）（公式2-2）36ln 空Id丿式中，-总的绞合系数环-组合绝缘介质的等）效介I电常数a -回路两导线中心间距！离米）d -导电线芯直径（毫米-由于接地金属套和邻近导线产影响而引用的修正参数图2-1电容与导电线芯直径d和线间距离a的关系曲线 由图2-1可知，要减小电容c有两个办法：1）减小导电线芯直径d2）增大线间距离a,即增大绝缘厚度对特性阻抗

27、来说，导电线芯直径不能太小（低频下不易符合），因此可增大绝缘厚度，但是成本会增大，而且绝缘直径不能大于1.10mm，否则将插不下水晶头。2. L 二4ln 2d Q（x） 10* （亨/公里）（公式 2-3）d式中，-总的绞合系数a -回路两导线中心间距！离米）d -导电线芯直径Kd3Q（x） -为x=y的特定函数，K=213. f 10d图2-2电感关系曲线 由图2-2可知L随线间距离a的增加而增大 随导电线芯直径的d增加而减小 随频率f的增加而略微减小图2-3 电缆的特性曲线与频率的关系3、100Q电缆的电气特性虽没有对电感作单独规定，但特性阻抗与有关。可以综合考虑L、C,以确定导电线芯和

28、绝缘外径。Ze-：(公式 2-4)由图2-3可知Ze会随f的增加而减小，因为f T丄；,C不变。在高频时，如250Hz若Ze能满足最小值要求，即大于85Q，则Ze就能满足性能要求。若Ze值偏小，则可以增大L或减小C即增加线间距离a Zc值偏大，则可以减小L或增大C即增大导电线芯直径d4、101电缆的衰减1250MHz1.808 f 0.017 f0.020（公式2-5）PG(x)(d)2R =昭1 F(x) a R(全)(欧/公里)(公式2-6)d 21-H(x)()2aPG(x)(d)2R (全)为 R1 F(x)a 的 10%左右d 21 - H (x)()aG G Ct an(西/公里)

29、(公式2-7)r。= W芈(欧/公里)(公式2-8)兀d式中R0 -回路直流电阻值d -导电线芯直径(毫米a -回路两导线中心间距！离米)P -各种四线组的修正，系1数选值伪Kdx二 ，K -.厂为涡流系数2F(x)、G(x)、H(x)均为x的特定函数由此可见，:的计算比较复杂，在设计中，只能以点带面确定某些频 率点的值。综上所述，要确定导电线芯，绝缘线芯直径，必须综合考虑电容、特 性阻抗、衰减等性能指标，要使它们都符合六类标准规定的最低要求，并 有一定的安全裕度，必须综合考虑导电线芯、绝缘线芯的直径，调整各自 的直径，使各个指标有最好的表现值。在整个网络线的生产过程中，绝缘芯线挤出的质量好坏

30、，将是影响 产品性能指标的关键因素，导体的公差控制，绝缘层的均匀性，线径的稳 定性都是需要进行严格的参数控制。由此，我们还是运用原来用于生产五 类，超五类的设备，永雄机械制造厂生产的TEL96-1型绝缘线芯高速串联生产线。该机型集导体拉丝，软化，连续退火，挤塑，冷却，在线检测和 自动收线换轴为一体的工艺连续化，控制自动化，运行高速化的串联生产 设备。该设备吸收了国内外同行在同类产品中的优点，是具有一定的高技 术内涵的新型产品。为保证稳定的使用性能，改设备主要零部件全部采用 了进口元件，另外还配置了英国的 BETA公司的XY双向C型在线测试 仪，使芯线的线径能在高速运转情况下，确保线径在工艺要求

31、的范围内， 其导体，芯线线径均可控制在 0.003mm的公差范围内，这可满足六类网 络线对线径公差的要求，另外，考虑进口芯线眼模的配套性，芯线挤出机 头我们单独采用了奥地利 UNITEK进口机头（全世界最为先进的挤出机 头）与进口的斯米克模具进行配套，这样将原有设备的性能更加提高了一 个层次。对于设备的具体介绍和操作将在后面详细论述。22芯线对绞221对绞节距的选择在电缆制造过程中，将绝缘线芯绞合成线组的目的，除了保持回路传 输参数稳定，增加电缆的弯曲性能外，还可减少电缆组间的电磁耦合，亦 即减少了组间串音。线对绞合节距的稳定性以及线对与线对的节距比的稳 定性至关重要。为了满足局域网对近端串音

32、衰减的要求，对绞节距当然越 小越好，其典型值为 17 2025 30mm或16182022mm，甚至可 以为101214 16mm。对绞节距一般为820mm。2.2.2退扭选择六类绝缘线芯宜采用退扭的方法，因这对六类数据电缆产品特性阻抗snlfl*图2-4绝缘线芯已退扭的特性阻抗图2-5绝缘线芯未退扭的特性阻抗的影响是明显的，采用退扭后的电缆其特性阻抗与频率的变化曲线更趋于 平缓13。如图2-4, 2-5所示：绝缘芯线的对绞工艺也是一个重要的工艺控制环节，通过对同行所采 用的设备进行调查分析，结合本公司多年的电线设备加工能力，最后我们 确定自行设计生产CT500-U型高精度对绞机，放线装置采用

33、了变频调速控 制放线张力，而收线张力则采用了地惯量高灵敏度电磁粉末离合器控制， 张力均匀，绝缘变形小等特点。从实践经验来看，该机型能适合网络线的 对绞工艺要求。具体介绍也在后面论述。2.3单绞成缆所谓成缆，就是把四组绞合线对以一定的节距绞和起来，中间填以 填充条，外面包裹有屏蔽层和聚酯带，以便于下一工序挤外护层护套之 用。无填充骨架结构电缆成缆节距一般在80120mm之间，而有填充骨架结构电缆成缆节距一般在120160mm之间。因为成缆节距太大，电缆 弯曲性能变差，电缆安装或受力后传输性能容易变化；成缆节距太小，容 易引起衰减、阻抗超标。关于成缆方向，业内人士意见不一，有采用成缆 方向与绞对方

34、向相同的，也有采用反向的。同向可能造成绝缘芯线相互挤 压变形，从而影响电气性能。反向，容易造成退扭，使绞对节距不稳定而 影响特性阻抗、回波损耗等指标。具体应视生产设备、绝缘材料、对绞节 距和成缆节距而定。在实际生产中，我们采用同向的生产方式。2.3.1填充骨架加填充骨架相对于无填充骨架的优点如下：1. 可以使电缆中的4对线对在生产及使用过程中长期地处于比较 稳定的状态，并使成品外观比较圆整。2. 与非骨架相比，电气性能上有明显的优势。成品电缆的串音衰减性能，特别是远端串音衰减有较明显的提高。图2-62-9是在图2-7骨架式六类电缆近端串音9a营兽nnnlD盟CS相同对绞节距及成缆节距的情况下，

35、两种结构的六类数据电缆 产品在整箱（305米）测试时，产品性能方面的比较。图2-6非骨架式六类电缆近端串音图2-8非骨架式六类电缆远端串音图2-9骨架式六类电缆远端串音3. 电气性能稳定然而其也有一定的缺点：1. 外径增加，成本增大。2. 柔软度差，施工困难。3. 生产较难。当然这些与其对电缆性能方面所做出的贡献相比是可以忽略的，所以在六 类线中我们都加入填充骨架，一般选用十字形，使四对线分布在十字填充 架的四个空间中，使结构稳定13。2.3.2聚酯带聚酯带分内外两层，采用拖包工艺。内层主要作用是包紧四组绞线 对，外层主要作用是包紧铝箔屏蔽层，使护套外观圆整，无波纹。通常情 况下，其厚度在0.

36、020mm左右，而宽度视电缆粗细具体选择，一般以包紧 而且有25%的重叠率为准。2.3.3屏蔽层屏蔽原理在前面已经说过，是利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤 效应原理，有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射 出去，干扰其他设备的工作。其厚度应大于 0.038mm。2.3.4地线为确保有效性，屏敝必须在电子上从端到端是连续的，并且正确接 地。所以地线应与屏蔽层金属面相接触，以使屏蔽层安全接地。对绞芯线成缆用设备的选择，也是在设备选型过程中要考虑的一个主 要问题，要保证芯线在成缆过程中导体和绝缘不被拉细，应必须配置电动 放线装置，我公司采用新技公司生产的电脑绞距单绞机。该机型采用电

37、脑 输入各工艺参数，可进行参数自动跟踪，显示产量统计，故障报警。成缆 节距稳定，同时配置有绕包、拖包装置，来完成屏蔽层的包覆。单绞机的 使用也将在后面论述2.4外护层挤出电缆护层是电缆的重要组成部分之一。护层质量的好坏，选用的是否铝箔内层聚酯带外层聚酯带填充条地线撕裂绳外披图2-10电缆截面图适当，直接影响电缆的使用寿命。电缆的护层对电缆起着机械保护，防止 化学腐蚀，防潮和防止水浸入等作用。因此要求护层具有良好的密封性。实际生产中，我们采用PVC材料，特殊情况下，我们也用 LOSH （低烟无 卤）料来挤包护层，但价格较贵，只在特殊场合下使用。外护层挤出机也 将在后面统一论述。这些就是开发新产品

38、的理论基础，然而这些远远不能满足实际生产的 需要，在开发过程中也遇到了很多问题，这在以后的论述中会逐步涉及 到，不过产品的大致结构已经能够确定，如图 2-10所示。虽然还不能最后确定线缆的规格，但有了结构以后，剩下的工作就是 怎么确定这每个部分的大小，这些需要通过反复计算，论证，生产，测 试，改良，以下我们将要让这个设想变为现实，当然这需要一个过程，下 面我们来分别讨论。第3章理论计算3.1导电线芯的计算由公式2-1可知R= PL/S100Q电缆的电气特性规定了 0.5mm的单根导体直流电阻最大值为9.50Q /100m，软铜电阻率为 p =0.017241Q m 川/mR_ 0.017241

39、 100-9.50=0.181484 m m- Smd2.4-d f ；4S := 0.4807 mm小于给定值- 0.5mm因此，理论上只要直径大于 0.5mm就可以满足性能要求，但是从开发 五类线的经验可知，线径越大，越有利于衰减，而且特性阻抗也能比较接 近于标准值。而且五类线的规格一般确定在0.515-0.520之间。又因为在同等条件下，六类线比五类线要求高的多，所以，六类线的导体直径一般 应大于这个数值，先选用0.585mm试算。3.2绝缘线芯的确定绝缘线芯的确定比较复杂，也是采用试算的方法。首先确定其绝缘厚 度为0.22mm则绝缘线径为：D =0.585 + 2P22=1.025(m

40、m)至于所设定的导体直径、绝缘直径能否满足性能的需要，还要看最后确定 的线材的电容、电感、衰减等参数能否满足六类缆性能指标，而作相应的 调整。3.3绞合节距的选择绞和节距的确定是一个重点，也是一个难点，它直接关系到线缆成品 的一个重要指标，近端串音衰减，从以往生产经验来看，最容易出现差错的地方就是近端串音。首先选用了 一组推荐节距，10 12 14 16,这是一组标准的五类缆节距，从而也就注定了开发的失败。结果证明，其效果 与六类缆要求相去甚远，在此不再赘述。从而我们改进了节距值，其值如下：编号颜色节距(mm绞向A监-白间监15SB橙-一白间橙11SC绿-白间绿13SD棕-白间棕9S成缆节距确

41、定为140mm在规定范围100 160mn之 间。3.4绞入系数的计算3.4.1对绞线对绞入系数的计算对绞线对绞入系数计算公式14为：1Ks = 1 D-： Ts 2 2式中：D为单根绝缘线芯的直径Ts为对绞线对的绞制节距因此，对于各绞线对： 蓝一白间蓝，S=15mmKsr = 1 D： . Ts 2 121二 11.025； 15 2 2=1.02278橙一白间橙，S=11mmKs2 = 1 D； Ts 2 占1=11.025； 112 2=1.04197绿一白间绿，S=13mmKS3 = 1 D； Ts 2 12= 1 +(1.025兀/13 2 占= 1.03022棕一白间棕，S=9mm

42、1KS4 = 1 D 二 Ts 2 b1= 1 +（1.025兀/9 2 占=1.062083.4.2单绞成缆绞入系数的计算成缆绞入系数的计算公式14为：1 Kd =1 + 1.414213U2D + L）i/Td Fb式中：D为单根绝缘线芯的直径L为十字填充条骨架的叶片厚度，为 0.35mmTd为成缆节距，为140mm即：1KD =11.4142132 1.025 0.35140 2 月1.00289因此，总的绞入系数为- Ks2 Ks3 Ks4 Kd= 1.02278 1.04197 1.03022 1.06208 1.00289= 1.169453.5复合介电常数的计算24图3-1电线电

43、缆横截面视图绝缘体横截面积，即图中八个小同心圆中空白面积0.585 丫【i、2丿g o 一 *1.025 YI - JISj =8X 兀1 j 2丿=8 0.556384.45101电缆中空气的横截面积，即图中大阴影面积，S3为十字填充条面积伍3 丫S2S1 S32=兀5 3 Y4.0 -2 0.35 5.3.211.75056则，绝缘与空气的复合介电常数为心 S1 +S24.0 2.3 11.75056 1.0-4.45101 +11.75056=1.35714外护层横截面积为，即最外层圆环面积S4 二仃.30、2I.2=13.57953所以，总的复合介电常数为,Sd+S3spS1 S2；3

44、S S2S34.0 11.75056 1.35714 13.57953 2.34.0 11.7505613.57953=1.787063.6电缆的电容由公式2-2可知，电缆电容的计算公式为:c蕊肿10C -36ln 2aId丿式中：f22申 Ds a2 2Ds +a22(d2 +dr _d ) -a 2 2(d2 +dr _d ) +a(3dr _d f -a2(3dj -d f +a2(31.025 0.585 f1.0252(3X1.025 -0.585 f +1.02525.1494757.250725= 0.7102因此，电容c r36l n i 奪Id丿_ 1.16945減1.787

45、060上 勺02536ln -. x 0.7102 0.585丿2.0898 00-32.82388= 0.06367 D0(F/Km )= 6.367( nF/100m)标准规定0.5 mm规格的六类缆电容最大值为 5.6nF/100m，显然计算值超 出了此范围，正如此前所说，要减小电容，就必须减小导电线芯直径或增 大线间距离，因此调整后的结构为导电线芯直径为0.57 mm，绝缘厚度为0.25 mm。3.7电缆的特性阻抗由公式2-3可知，电感L的计算公式为：L 二4ln 2ad Q x 10- d式中：a、d与电容公式中的规定一致Q(x )的计算公式在高频下为：哈尔滨理工大学学士学位论文2占

46、Q x 二x式中：kdx 二2而因此，k=213.f 10取 f =2.5 108Hz 时k=21.3、. f 10：= 21.3. 2.5 108 10= 336.78257kdx =2336.78257 0.585- 2=98.508922Q x =2x_ 2 2-98.5089 =0.028710,L = 41 n 2a d Q xIL d一 270250.585 iI= 1.16945 4ln0.028710IL0.585= 4.32778 10* H. Km电缆特性阻抗为:4.32778 10*0.06367 10= 82.445 f 1标准规定，六类数据缆特性阻抗为8515，计算值

47、显然略小，要增大其值，有两个方法，一减小电容值，这也可说明当初电容值为什么偏大而要 改变结构。二就是增大电感，如前所述，可以通过增大线间距离或减小导-17 -哈尔滨理工大学学士学位论文电线芯的直径来完成。这与减小电容的方式相同，可见调整方式是正确 的。3.8电缆的衰减在高频下，电缆的电导相对较小，因此在计算衰减时可以忽略不计, 这样可以大大减少计算量，但是计算结果也就相对的不精确。 由公式2-4可知，衰减的计算公式可以简化为：R Ca =十一2、L式中：电容、电感在前面已经计算出来 由公式2-5可知，R为对称电缆的回路有效电阻：-飞a_- 2PG(x1 + F (x )+i(x3式中：在高频下

48、2x - 3F x =4 2 98.5089 -34= 34.0729- 2x -1G x :8、2 98.5089 -18=17.2864、1 3V25 242.H x =42x-1 x汉 98.5089-52屁 78.5089-198.5089 ?=0.7393-45 -而取R全为Ro-1 +F(x)+i(xE的10%Ro为回路直流电阻R-8000二d2= 1.16945 0.0172418000 2兀 x 0.585=150.0281Km17.2864R =1.1 150.02811 +34.0729 +1 -0.7393(0.585 厂iCI.025 丿 0.585 勺 1.025 丿

49、一= 7012.1127 门 Km所以，CLROf =2_ 7012.11270.06367 10-2 Y 4.32778X10“= 42.5259 N Km8.686二 42.525910100= 36.938 dB 100m标准规定，六类数据缆在高频 250M Hz时的衰减值最大为32.8dB/100 m,显 然计算值已超出了规定范围，要减小衰减，可以减小电容或增大电感，这 又和前面的分析不谋而合，因此确定最先试算的结构有点偏大，而改进后 的结构能否满足标准规定，还要进一步计算后才能得出结论。3.9电缆结构改进后的计算改进后的结构为导电线芯直径0.57 mm,绝缘厚度为0.25 mm，贝U

50、绝缘直径为1.07 mm。由于计算过程一致，因此不再详细论述，公式中的所有符号和上面的意义 一致，只写出步骤和结果。1Ksi = 1+(1.0/I5f % =1.02481KS2 = 1+ (1.07 兀/11 评=1.04571KS3 =1+ (1.07 兀/13f =1.03291KS4 = 1 +(1.07兀/9丫 宦=1.06751Kd =11.414213 2D L 二 TD 2包=1.003607?5 57?71丿-JFt= 21 377x10=336.78x = = 95.98312Q(=2 迈/*0,Q294EZ = ln + C(x) xlO-4 二 4 716站xlO(H/

51、g)= 92.56(0)从以上计算可知，电容和特性阻抗都能满足六类缆的性能要求，说明调整 后的结构是合理的，但是要确定最终的结构，还要看其衰减能否满足性能 指标。同样是在f =2.5 10出Hz的情况下，k =336.78 x 二 95.9831V2x 3F x33.180034V2x-1G x16.848、1 ,3V2x-5 22H(x) = r=4、2x-1 x 一亦 8000R02156.3417= 0.73892二d2-R =1.1R0d fPG,;-： 预热机一软化单元辅助张力机一、王操作盘冷却水槽挤塑单元吹干器牵 牵高张收引压力线机测 试 器摆轮（机5）(4)收线单元检测单元图4-1高速绝缘芯线串联生产线具体的每个单元组成部分如下：拉丝单元：两个铜杆盛放筒、高放线架、17模中型拉丝机软化单元：导体预热、软化机、张力摆轮。挤塑单元：预热机、辅助张力机、辅助挤出机、主挤出机、冷却水槽（喷淋式）、牵引机（带喷