高品质宽带市话电缆制造工艺专业技术探讨

高品质宽带市话电缆制造工艺技术探讨一前言近几年来，随着全球信息高速公路的建设和多媒体技术的兴起，以及计算机逐步进入普通家庭。特别是目前Internet正在以前所未有的速度蓬勃发展，技术的发展和网络升级换代的完成，通信网络中的长途干线网、局间中继网、长途交换网以及局间交换网络的数字化之后，而作为通信网重要组成部分的接入网目前大多还使用窄带低速的话带modem和Internet相连，妨碍了用户对宽带交互式多媒体信息的获取。因此实现信息高速公路“最后一公里”数字化、宽带化成为发展的必然趋势。从技术发展的角度来看，接入网的最终发展方向是光纤接入网。但是从经济角度来看，考虑将现有大多数接入网的传输介质—铜线网进行大规模改选所需成本昂贵，短期内很难实现。因此在今后的一段时间内，接入网仍需FTTC、FTTB和铜线电缆相配合的过渡方案。20世纪90年代出现的ADSL（非对称数字用户环路）技术为铜线电缆在接入网领域扮演主要角色创造了有力条件。据有关机构预计2001年—2005年宽带铜线电缆的部署将增长300%以上。宽带市话电缆是一种用于远程光交换单元到用户之间的传输系统，以及大楼综合布线系统中楼宇间的传输系统，其最高传输频率为100MHz。该电缆的主要电气性能与YD/T1019-2001《数字通信用实心聚烯烃绝缘水平对绞电缆》所涉及的5类缆相近，明显的区别在于该电缆是采用耐环境应力开裂，耐候性的黑色PE作护套。笔者在此就宽带市话的电缆制造工艺技术作简要探讨。二、工艺控制的设计依据笔者将通过对宽带市话电缆技术特性和技术参数的来说明工艺控制的设计依据。由于宽带市话电缆属于高频数据通信电缆，比用于音频传输的普通市话电缆加工精度高，加工难度大，其工艺控制必须把握住传输特性的要求才能去加工完善的绝缘结构和电缆结构。以下对宽带市话电缆的主要电气技术指标进行分析：（1）特性阻抗特性阻抗ZC是电缆回路上任意点电压波与电流波之比，可用下式得ZC=（1）式中R、L、G、C分别为对绞线对回路中的交流电阻、导体间的电感，导体间介质电导和导体间的电容；ω为信号的角频率。属于高频对称电缆的宽带市话电缆可近似用以下公式计算：ZC=×lg(2×)（2）式中εr为等效相对介电常数，其值与绝缘、绝缘型式线对间填充介质的相对介电常数有关；a为绝缘单线的外径；d为导线直径。从上式中可知对于PE来说，εr≈2.3，所以要满足ZC恒定的要求，绝缘单线结构的均匀性是一个关键技术和工艺诀窍，它通过控制恒定的导体直径，绝缘外径及对绞线导体间的中心距来控制ZC值。这一切必需通过控制拉丝、挤绝缘、对绞、成缆工艺的稳定性来实现。（2）结构回波损耗通常电缆特性阻抗ZC的不均匀可用结构回波损耗SRL来示，其计算公式如下：SRL=-20lg（3）式中Zin为电缆的输入阻抗。从式中可知，结构回波损耗（SRL）的实质即是描述输入阻抗Zin围绕Zc波动大小的一个指标。其主要是由于电缆结构的不稳定性引起的。SRL越大，则传输性能越好。要取得良好的SRL值就必需依靠优异的生产加工设备并组织精加工，制定完善的工艺规范，严密监控一切加工过程中的波动因素。(3)衰减衰减是影响电缆传输距离的一个重要因素。对于衰减的阐述，应是信号通过线缆传输信息期间发生的信号能量的降低和损失。它遵循一种叫趋肤效应和近似效应的物理定律，随着频率的增加，衰减会增大。而衰减正是用来衡量信号能量发生降低和损失大小的一个电气指标，其单位是“dB/100m”。在高频时，对衰减d指标的，在0.772MHz—100MHz下为：K1×+K2×f+K3/(4)式中f为通信频率，单位为MHz。K1、K2、K3取值参见下表导体规格K1K2K30.5mm1.9890.0230.0510.6mm1.7850.0210.0450.9mm1.1470.0110.029从理论上分析可知，影响衰减的主要因素包括导体直径，导体材料，绝缘材料、电缆结构等。因此要改善电缆的衰减性能,可以通过增加导体直径、选择更优良的材料以及在生产制造过程中保持电缆几何结构的稳定来实现。（4）串音串音是影响电缆性能的关键因素之一。对于串音的阐述，当信号出现在双绞线上，我们称之为“有源”。有源信号会在其周围产生磁场，而磁场会对邻近的其他“有源”线对产生影响。对串音的指标规定与5类缆相同：a).近端串音衰减功率和在1～100MHz下为64—15×lg(f/0.772)；b).远端串音防卫度功率和在1～100MHz下为63—20×lg(f/0.772)。其中f为通信频率，单位为MHz。串音干扰与导线间的距离，导线直径及所用材料有关.串音干扰是部分电容、部分电感、介质损耗、金属损耗不平衡造成的，即是由电容耦合和电感耦合而产生的。而实际生产控制中往往通过使用线组的绞合节距相互配合来减小组间直接系统性耦合，以达到减小串音的目的。虽然从理论上说线组绞合节距的选择越短，可以大大减小线组间的电容耦合和电感耦合，但是线对节距减小后，绞入线长度急剧增加，从而引起衰减增加，同时，短节距时，各线对间的线长差大，随之线对间的传输时间差也就越大。这样同样会严重影响电缆的质量。所以说选择合理的绞对节距和保持节距差，是改善串音特性的关键因素。三、制造工艺控制宽带市话电缆的生产主要由四个主要工序：绝缘、对绞、成缆和护套。从生产工艺角度分析，最后一个工序护套对电缆的最终电气性能影响不大，而另外三个工序对电缆电气性能影响较大。为了生产高品质的产品，笔者在此仅从电缆生产中前三个工序着手分别对每道工序中的工艺控制关键部分进行技术分析。（1）绝缘芯线挤塑a).铜导线质量及直径精度宽带市话电缆对铜导体的要求极为严格：直径偏差控制在±0.002㎜；导体延伸率是导体质量的一个重要指标，要求导体延伸率均匀且控制范围宜小。若延伸率控制范围较大，会在后几道工序的加工过程中因各单线抗拉能力不一致而导致线对的对称性变差。在实际生产过程中导体延伸率通常控制到18%～23%，尽量做到每道工序后导体延伸率基本保持不变。导体的不圆度也应作严格控制，通常不圆度不宜大于0.002㎜。b).绝缘材料型式及尺寸控制宽带市话电缆的绝缘型式有实心、泡沫、泡沫/实心皮聚烯烃绝缘三种型式。在此笔者仅对实心聚烯烃绝缘型式作简单分析。绝缘材料应选择具有低介电常数和低损耗系数的HDPE材料。绝缘介电常数决定了电缆所需要的绝缘厚度，以满足当导体尺寸给定后的标称电缆阻抗。介电常数还与信号在线对中的传播速度成反比。介电常数越低，信号传播的速度越快。对于宽带市话电缆来说，信号的传播速度应是越快越好。绝缘材料介质损耗系数直接对电缆的衰减参数造成影响。介质损耗系数愈小的材料，其衰减值越好。相应电缆的质量就越好。在实际生产加工过程中应尽量减少色母料的加入比例，使绝缘芯线尽量做淡。因为任何一种颜色对于介质来说都是杂质，颜色越深，衰减越大。通过在x—y双轴激光外径闭环控制系统，对绝缘外径实时监控，将其控制在±0.01㎜内。绝缘同心度应大于95%且表面光滑圆整。在实心填充型绝缘芯线挤制的过程中，经常会出现导体与绝缘层的粘附力过小和绝缘气泡的问题。导体与绝缘层粘附力过小，往往会导致导体与绝缘层脱离，严重影响电缆的结构回波损耗（SRL）指标。因此应适当控制导体的预热部分及绝缘的冷却速度，从而确保导体与绝缘层粘附力的适度和恒定。绝缘气泡的产生，往往会导致电缆的衰减曲线出现波动，即反映了电缆在个别频率点上的衰减不合格。要消灭绝缘出现气泡，应从控制导体表面的清洁度、绝缘挤制速度，导体预热温度、水槽水温等方面着手。（2）绞对由于宽带市话电缆对串音及结构回波损耗有很高的要求，所以必需通过采用极短的节距并保持恒定的节距差来实现。对于宽带市话电缆其绞对节距宜控在12～30㎜之间，并确保节距变化在±0.5㎜范围内。在绞对生产过程中，保证电缆制造长度上节距的均匀性及使各单线对绞张力均匀是工艺控制的关键。为了保证节距的均匀性应从控制对绞设备的电机及各部位的传感器来实现，确保其输出的恒定。具体的是放线采用主动放线，两根对绞线进入对绞机前一定要用同步皮带上下压住，以确保进入对绞机的两根线张力均匀。在线对绞制过程中，采用部分退扭绞对机进行生产时，此设备可以使线对在绞制中实现在线退扭，通过退扭使线对导体间距离完成一个周期变化所对应的长度包含若干个绞对节距，但未超过最高使用频率的1/8个波长。那么线对阻抗在一个节距内完成一个周期的快速变化，其大小表现为正弦波，从而使线对总长度上的阻抗变化变得平滑，可以有效的减小线对产生的反射。以上措施可以使宽带市话电缆的近端串音和回波损耗指标得到很大改善。（3）绞缆绞缆工序相对于绝缘挤塑、对绞工序来说，对电缆的性能影响相对要小。在绞缆生产中，成缆节距各线对放线张力的均匀性是工艺控制的要点。在宽带市话电缆中成缆节距虽非关键，但必须非常稳定，通常生产经验宜控制在100㎜左右。各线对的放线张力的控制，应采用张力反馈的单独主动放线架装置，使每一线对上的张力均衡，不至于拉伸导体，保持电缆结构的稳定性，从而确保了阻抗的要求。四、结束语宽带市话电缆与普通市话电缆有许多相同之处，但也存在着不同之处，关键在于宽带市话电缆的工艺要求比普通市话电缆要求高得多。故在宽带市话电缆的生产过程中应控制以下几个重点：1.导体、绝缘外径的均匀性、偏心度、不同圆度应严格控制；2.对绞、成缆节距应稳定，绞对节距应设计合理，各部分张力控制应适宜。