隨著計(jì)算機網絡和數據通訊的開展,人們對對稱電纜的要求也越來越高,從(cóng)幾年前帶寬為100MHz的五類纜到今天高達(dá)1000MHz的數據纜,無疑是一個巨大的(de)飛(fēi)躍。
眾所周知,同軸纜的電磁場是(shì)關閉的、規則的,達到(dào)1000MHz的帶寬是(shì)比較容易的(de)。
然而,對稱電纜的電磁(cí)場是開放的、既不規則也不均勻(yún),要製造高頻對稱電纜其難度可想而知。
很多(duō)時候,電纜製造商製造出(chū)了符合要求的對稱(chēng)電纜,可是布完線(xiàn)後,檢測發現電纜(lǎn)的某些指標惡化了(le)許多,尤其是近端串(chuàn)音衰減和結構回波損耗兩項指標(biāo)。
所有這些,歸根結(jié)底都與電纜結構規劃和製造工藝有關。
本文以1對、2對、4對高頻對稱電纜的規劃製造為例,對規劃和製造中的一些技術進行了討論。
2.高頻對稱電纜的幾個重要電功能指標及其改進辦法2.1 串音串音引起的誤碼是影響通訊間隔的主要因素之一。
根據串音發生的機理,減少線對間串音的方法有:a保證絕緣單線的均勻性和對稱性、盡可能降(jiàng)低線對間電容不平衡是提高線對抗幹擾才能(néng)的基礎;b在條件答應情況下,加大線對間的(de)間隔;c選用優化的節距規劃是(shì)提高串音防衛度的有(yǒu)力辦法; d 選用線對屏蔽技術(shù),但此種方法因電磁波的反射,需求適當增(zēng)加絕緣外徑,運用時也需求帶屏蔽的接插件。
e 除此之(zhī)外,保證相鄰線對維持TEM波傳輸也可有效地減少串音[1] ,這也是高頻對稱電纜(lǎn)規劃中可(kě)用的另一種理念。
香蕉视频网址知道,傳統對絞線結構的電纜中,在對絞線的中心有很強的電場,並有很大一部分走漏於絕緣層外。
如果將(jiāng)對絞線(xiàn)用與絕緣具有相同等效相對介電常數且損耗角正切值低的資(zī)
裁(cái)線機料擠一層護套(擠壓式)則大部分電磁場分布(bù)在(zài)絕緣和護套內,幾(jǐ)乎沒有電(diàn)力線從絕緣體(tǐ)散發出(chū)去(qù)(見圖1),因而從源頭上(shàng)減小了(le)對相鄰線(xiàn)對的(de)串音。
另一方麵,電磁波在絕緣體周(zhōu)圍(wéi)的空(kōng)氣中傳達速度( 比在絕緣體內的傳達(dá)速度 快。
電磁場的這種不(bú)均勻性會一起發生沿傳達(dá)方向的電磁矢量以(yǐ)及垂(chuí)直於傳(chuán)達方向的電磁能量,從而引起串音增加。
圍繞線對的護套愈厚(hòu),串音改進就愈明顯。
然而, 因為介質損耗的原因,用這種方式來控製(zhì)串音會導致衰減增加。
圖1 傳統的對絞(jiǎo)線和圓形護套電纜的電磁(cí)場分布不過,因為護套的加入為保證電纜的特性阻(zǔ)抗值需(xū)求增加絕緣外徑或增加絕緣的(de)發泡度,很終電纜的衰減並不會增加多少,有時反而略(luè)低。
因此,當串音得(dé)到有效控製(zhì)時,即使信號(hào)衰減增加了,但傳輸信號時的信噪比(bǐ)卻增加了。
為了(le)盡可能降(jiàng)低衰減,選用此思路規劃電纜時通常選用泡沫絕緣和(hé)護套。
2.2 特性阻抗與結構回波損耗特性阻抗是電纜回路上(shàng)任意點電壓波與(yǔ)電流波之比,並有 (1)式中R、L、G、C分別為對稱(chēng)回路的交流電阻、電(diàn)感、導體間介質電導和導體間互電容;ω為信號的角(jiǎo)頻率。
在高頻下無屏蔽對稱電纜的特性阻抗近似表明為(wéi) (2)式中εe值與絕緣資料、絕緣類型(xíng)、線對間填充介質的相對介(jiè)電常數有關;S為回路兩導體的中(zhōng)心距;d為導體直徑。
在實際中常用(yòng)輸入阻抗(kàng)Zin來表述電纜(lǎn)的(de)特性阻抗。
其定義如下: (3)式中Z0為終(zhōng)端開路時的阻抗測量(liàng)值;ZS為終端短路時的阻(zǔ)抗測量值。
因為電纜結構的不均勻性,信(xìn)號在傳輸過程中會發生波的反(fǎn)射,反射波(bō)在(zài)某些(xiē)頻(pín)率點相互迭加,當(dāng)反射波幅值極大時,電纜的傳輸功能會(huì)在這些頻率點上甚至整個頻寬範圍內急劇惡化。
因此,輸入阻抗頻率掃描曲線是(shì)一條起伏頗大的隨機(jī)分布曲線。
通常(cháng)用結構回波損耗來描述這種波動情況。
結構回波損耗SRL定義如下: (4)式中Zm為擬合阻抗。
由此定(dìng)義可見,SRL實(shí)質是描述Zin圍繞Zm波動大小的一個(gè)指標。
引起Zin 波動的原因是電纜部(bù)件存在著突發性或周期性(xìng)的結構偏差或缺點。
如絕緣外徑波動、導體直徑波動、絞(jiǎo)對時(shí)絕緣單線在節點處周期性壓傷,絕緣發泡不(bú)均勻、絕緣偏心時絞對過程因單線(xiàn)的自轉造成導體中心距S呈周期性的正(餘)弦(xián)函數波動等。
其中周期性的結構偏差或缺點對SRL危害很大。
因(yīn)為輸(shū)入阻抗與(yǔ)製造過程中的(de)許多隨機缺點(diǎn)有著極為直接的關係,而(ér)製造過程中這(zhè)許多的隨機缺點(diǎn)之間又彼此(cǐ)間相互關聯,相互影響,撲朔迷離,因而難以分析輸入阻抗(kàng)與某個缺點的定量關係。
但(dàn)通過長(zhǎng)期的生產實(shí)踐得(dé)知,生產過程(chéng)中的隨機缺(quē)點較小時造成的阻(zǔ)抗波動很小時, SRL曲線(xiàn)上隻出現小的尖峰。
極輕微的周期性結構不均勻造成的影響與其它缺點造成的影響迭加(jiā)一(yī)起,很終也呈現出隨機性的波動,這與(yǔ)同軸纜的情況有所不同。
當較嚴重的周期(qī)性不均勻缺點時,且相鄰點間的間隔等於電纜(lǎn)傳輸信號(hào)波長(zhǎng)的一(yī)半時,在此頻率點及其整數倍頻率點上將出現顯著的尖峰。
即有以下關係(xì)(5)式中f為SRL出現尖峰的的很低處的頻率值(MHz),T為結構波動周期長度單位 (m)。
某企業在生產六類(lèi)纜時,四對線的(de)結構回波損耗曲線總是在(zài)60MHz 120MHz和180MHz處出現SRL峰值。
通過公式5計算得出T應(yīng)在1.9m左右並(bìng)以此查(chá)找原因,很終發現是成(chéng)纜機出現了故障,造成成纜節距的周期性大幅度波動。
2.3 衰減 衰減是影響傳輸間隔的又一重要因素。
其值由以下三(sān)部分衰減組成(chéng) (6)其中,金屬衰減主要由線對中兩根導線因高頻電阻(zǔ)發生的衰減和對周圍金屬(導線和屏蔽)反射電磁波而發生的衰減組成;介質衰減與介質的損耗角(jiǎo)正切值、工作(zuò)頻率和工(gōng)作電容有關,其值(zhí)近似與頻率成正比;阻抗不均勻時波反射引(yǐn)起的附加衰減是因為(wéi)阻抗不均勻(yún)造成波(bō)的反射(shè),減小了波向(xiàng)前傳(chuán)輸的量,造成終端信號的減弱,其等效於有一(yī)附加的的“衰減”,這是造成衰減曲(qǔ)線在高頻下出現“波紋”的主要原因。
這種“波紋(wén)”可能導致個(gè)別頻率點上衰減不合格。
降(jiàng)低衰減的主要途徑是a. 選用介電常數和tgδ都低的絕緣料。
b. 選用合理(lǐ)的絕緣型式,如選用泡(pào)沫實心皮或泡沫或皮-泡-皮的絕緣型式。
c. 足量的導體尺(chǐ)寸、減小電纜結構偏差和缺點。
2.4 相時延和不同線對(duì)間(jiān)的相時延差相時延是決定(dìng)高頻對稱電(diàn)纜通訊間隔的關鍵參數之一。
有些通訊協議對數據幀的很小長(zhǎng)度有明(míng)確規定,如果鏈路的相時延(yán)過大(與電纜的相時延和鏈路上設備延時有關),在衝突發生時容易造成數據幀的丟失。
從傳達速度 可知(zhī)運(yùn)用等效相對介電常數較小的絕緣結構是降低相時延的重要途徑。
線對間(jiān)的相時延差過大會導致並行傳輸數據時幀的(de)錯誤。
減小線對間總(zǒng)的絞合係數差值或調整絕緣發泡度或微調絕緣外徑是解決相時延差的主要(yào)辦法。
3.高頻(pín)電纜規劃時需求留意(yì)的問題規劃高頻對稱電纜時,首先要保證其電氣(qì)功能和機械物理功能(néng)滿足相(xiàng)應要求。
在規劃時很好選用計算(suàn)機進行優(yōu)化規劃。
盡可(kě)能選用結構簡單、加工容易的(de)方式。
電纜產品很終是要(yào)用到具體的環境中去的,電纜被安裝後也應具備傑出(chū)的傳輸功能。
這就(jiù)要(yào)求電纜具(jù)有傑出的抗拉(lā)、抗壓及傑出的適應正常運用環境才能。
如室外高頻對稱電(diàn)纜宜采耐候護套資料並具(jù)備(bèi)傑出的防潮才(cái)能、高溫環境下(xià)運用的高(gāo)頻對稱電纜應選用耐高溫的(de)資料如FEP、輻照交聯聚乙烯等(děng)。
其次,因與接插件配套的原因,高頻對稱電纜的結(jié)構尺寸還應滿足與相應接插件相匹配(pèi)的要求。
然而,這個兩個問題並未引起所有高頻對稱纜製造商(shāng)的(de)重視。