6A類數(shù)字電纜的開發(fā)與制造技術(shù)

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摘要：本文主要通過介紹目前布線市場高端數(shù)字電纜的需求，并結(jié)合各生產(chǎn)廠家在開發(fā)生產(chǎn)6A類數(shù)字電纜的過程，簡單闡述了該類產(chǎn)品的工藝設(shè)計、電氣性能特點和生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵控制點。

關(guān)鍵詞：高端、6A；工藝設(shè)計；關(guān)鍵控制點；

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??；與此同時，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。

①．特性阻抗（Characteristic 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。

②．衰減（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。

③．近端串音衰減（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?。晃覀冊囼炦^，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。

參考文獻(xiàn)

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