隨著計算機網絡和數據通訊的(de)開展,人們(men)對對稱電纜的要求也越來越(yuè)高,從幾年前帶寬為100MHz的五類纜到今天高達1000MHz的數據纜,無疑是一個巨大的飛躍。
眾所周知,同軸纜的電磁場是關閉的、規則的,達到1000MHz的帶寬是比較容(róng)易(yì)的。
然而,對稱電纜的電磁場是開放的、既不規則也(yě)不均勻,要(yào)製造高頻對稱電纜其難度(dù)可想而知。
很多時候,電纜製造商製造出了符(fú)合要求的對稱電纜,可(kě)是布完(wán)線後,檢測發現電纜的某些(xiē)指(zhǐ)標惡(è)化了許多,尤其是近端串音衰減和結構回(huí)波損耗兩項指標。
所有這些,歸根結底都與電纜(lǎn)結構(gòu)規劃和製(zhì)造工藝有關。
本文以(yǐ)1對、2對、4對高頻對稱電纜的規劃製造(zào)為例,對規劃和(hé)製(zhì)造中的一些技術(shù)進行了(le)討(tǎo)論。
2.高頻(pín)對稱電(diàn)纜的(de)幾個重要電功能指標及(jí)其改進辦法2.1 串音串音引起的(de)誤碼是影響通(tōng)訊(xùn)間隔的主要因素之(zhī)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(xìng)、盡可能降低線對間電容(róng)不平衡是提高線對抗幹擾才能的基礎;b在條件答應(yīng)情況下,加(jiā)大線對間的間隔;c選用優化的節距規劃是提高串音防衛度的有力辦法; d 選用線對屏蔽技術,但此種方(fāng)法因電磁波的反射,需求適(shì)當增加絕緣外徑(jìng),運用時也需求帶屏蔽(bì)的接插件。
e 除此之(zhī)外,保證相鄰線對維持(chí)TEM波傳輸也可有效地減少串音[1] ,這也是高頻對稱電纜(lǎn)規劃中可用的另一種理念。
香蕉视频网址知道(dào),傳統對絞線結構的電纜中,在對絞線的中心有很強的電(diàn)場,並(bìng)有很大(dà)一部分走漏於絕緣層外(wài)。
如果將對絞線用與(yǔ)絕緣具有相同等效相對介電常數且損耗角正切值(zhí)低的資
裁線機料擠一層護套(擠壓式)則大(dà)部分電磁場分(fèn)布在(zài)絕緣和護套內,幾(jǐ)乎沒有電力(lì)線從絕緣(yuán)體散發出去(見圖1),因而從源頭上減小了對(duì)相鄰線對的串音。
另一方麵(miàn),電磁波(bō)在絕緣(yuán)體周圍(wéi)的空氣中(zhōng)傳達速度( 比在絕緣體內的傳達速度 快。
電磁場的這種不均勻性會一起發生沿傳達方向的電磁矢量以及垂直於傳達方向的電磁能量,從而引起串音增加。
圍(wéi)繞線(xiàn)對的護套愈厚,串(chuàn)音改進(jìn)就愈明顯。
然而, 因為介質損耗的原因,用這種(zhǒng)方式來控製串音會導致衰減增加。
圖1 傳統的對絞線(xiàn)和圓形護套電纜的電磁場分布不過,因為護套的(de)加入為保證電纜的特性阻抗值需求增加(jiā)絕緣外徑或增加絕緣的發泡度,很終電纜的衰減並不會增加多少(shǎo),有時反而略(luè)低。
因此,當串音得到有效控製時,即使信(xìn)號衰減增加了,但傳輸信號時的信(xìn)噪比卻(què)增加了。
為了盡可能降低衰(shuāi)減,選用此思路規劃電纜時通常選用泡沫絕緣和護套。
2.2 特性阻抗與結構回波損耗特性阻抗(kàng)是電纜回路上任意(yì)點電壓波與電(diàn)流波之(zhī)比,並有 (1)式中R、L、G、C分別為對稱回(huí)路的交流電阻、電感、導體間介質電導(dǎo)和導(dǎo)體(tǐ)間互電容;ω為信號的角(jiǎo)頻率。
在高頻下無屏蔽對稱電纜(lǎn)的特性阻抗(kàng)近似表(biǎo)明為 (2)式中εe值與絕緣資料(liào)、絕緣類型、線對間填充介質的(de)相對介電常數有(yǒu)關;S為回路兩導體的中心距;d為導體直徑。
在實際中常用輸入阻(zǔ)抗Zin來表(biǎo)述電纜的(de)特性阻(zǔ)抗。
其定義如下: (3)式(shì)中Z0為終端開路時(shí)的阻抗測量值(zhí);ZS為終端短路時的阻抗測量值。
因(yīn)為電纜結構的不均(jun1)勻性,信號在傳輸(shū)過程(chéng)中會發生(shēng)波的反射,反射波在某些頻率點相互迭加,當反射波幅值極大時,電纜的(de)傳輸功能會在這些頻率點上甚至整個頻寬範圍內急劇(jù)惡化(huà)。
因此,輸入阻抗(kàng)頻率掃描曲(qǔ)線是(shì)一條起伏頗大的隨機分布曲線(xiàn)。
通(tōng)常用(yòng)結構回(huí)波損耗來描述這種波動情況。
結構(gòu)回波損耗SRL定義如下: (4)式中Zm為擬合阻抗。
由此定義可見,SRL實質是描(miáo)述Zin圍(wéi)繞Zm波動大小的一個(gè)指標。
引起Zin 波(bō)動的原因是電纜部件存(cún)在著突發性或周期性的結構偏差(chà)或缺點。
如(rú)絕緣外(wài)徑波動、導體直徑(jìng)波(bō)動、絞對時絕緣單線(xiàn)在節點處周期性壓(yā)傷,絕緣發泡不均勻、絕(jué)緣偏心時絞對(duì)過程因單線(xiàn)的(de)自轉造成導體中(zhōng)心距S呈周期性的正(餘)弦函數波動(dòng)等。
其中(zhōng)周期(qī)性的結構偏差或缺點對SRL危害很大。
因為輸入阻抗與製(zhì)造(zào)過程中的許多隨機缺點有著極為直接的關係,而製造過程中這許多的隨機缺點之間又彼此間相(xiàng)互關聯,相互影響,撲朔迷離,因而難以分析輸入(rù)阻(zǔ)抗與某個缺點的定量關係。
但通過長期的生產實踐得知,生產過程中的隨機缺點(diǎn)較小時造成的阻抗波(bō)動很(hěn)小時, SRL曲線上(shàng)隻出現小(xiǎo)的尖峰。
極輕微的(de)周期性結構不均勻造成的影響與(yǔ)其它(tā)缺點造成的影響迭(dié)加一起(qǐ),很終也呈現出隨機性的波動,這(zhè)與同軸(zhóu)纜的情況有(yǒu)所不同。
當較嚴重的周期性不均勻缺點時,且相鄰點間的間隔(gé)等於電纜傳輸(shū)信號波長的(de)一半時,在此頻率點及其整數倍(bèi)頻率點上將出現顯著的尖峰。
即有以下關係(5)式(shì)中f為SRL出現尖(jiān)峰的的(de)很低處的(de)頻率值(MHz),T為結構(gòu)波動周(zhōu)期長度單位 (m)。
某企業在生產六(liù)類纜時,四對線的結構(gòu)回波損耗曲線總是在60MHz 120MHz和180MHz處出現SRL峰(fēng)值。
通過公式5計算得出T應在1.9m左右並以此查找原因,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(zhí)由以下三部分衰減(jiǎn)組成 (6)其中,金屬(shǔ)衰減主要由線對中兩根導線因(yīn)高頻電阻發生的衰減和對周圍金(jīn)屬(導線和屏蔽)反射電磁波而發生的衰減組(zǔ)成;介質衰減與介質的損耗角正切值、工作頻率和工作電容有關,其值近似與頻(pín)率成正(zhèng)比;阻抗不均勻時波反射引起的附加衰減是因為阻抗不均勻(yún)造成波(bō)的反射,減小了波向前傳輸的量,造(zào)成終端信號的減弱,其等效於有一附加的的“衰減”,這是造成衰減曲線在高頻下出現“波紋”的主要原因。
這種“波紋”可能導(dǎo)致個別頻率點上衰減不合格。
降低衰減的(de)主要(yào)途徑是a. 選用介(jiè)電常數和(hé)tgδ都低(dī)的絕緣料。
b. 選用合理的(de)絕緣型式,如選用泡沫(mò)實心皮或泡(pào)沫或皮-泡-皮的絕緣型式。
c. 足量的導(dǎo)體尺寸、減小(xiǎo)電纜結構偏差和缺點。
2.4 相時延和不同線(xiàn)對間的相(xiàng)時延差相時(shí)延是決定高頻對稱電(diàn)纜通訊間(jiān)隔的(de)關鍵參數之一。
有些(xiē)通訊(xùn)協議對(duì)數據幀的很小長(zhǎng)度有明確規定,如果鏈路的相時延過大(與電纜的相時延和鏈路(lù)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 可知運用等效相對介電常數較小的絕緣結構是降低相(xiàng)時延的重要途徑。
線對間(jiān)的(de)相時延差過大會導致並行傳輸(shū)數據(jù)時幀的錯誤。
減小線對間總的(de)絞合係數差值或(huò)調整絕緣發泡度或微調絕緣外徑是解決相時延差的主要辦法。
3.高頻電纜規劃(huá)時需求(qiú)留意的問題規劃高頻對稱電纜(lǎn)時,首先要保證其電氣功能(néng)和機械物理功能(néng)滿足相應要求。
在(zài)規劃時很(hěn)好選用計算機進(jìn)行優化(huà)規劃。
盡可能選用(yòng)結構簡單、加工容易的方式。
電纜產品很終是要用(yòng)到(dào)具體的環境(jìng)中(zhōng)去的,電纜被安裝後也應具備傑出的傳輸功能。
這就要求電(diàn)纜具有傑出的抗(kàng)拉、抗壓及傑出的適應正常運用環境才能。
如室外高頻對稱電纜宜采耐候護套資料(liào)並具備傑出的防潮才能、高溫(wēn)環境(jìng)下運用的高頻對稱電(diàn)纜(lǎn)應選用耐高溫的資(zī)料(liào)如(rú)FEP、輻照交聯聚乙烯等。
其次,因與接插件配套的原因,高頻對稱電纜的結構尺寸還應滿足與相應接插件相匹配的要求。
然而,這個(gè)兩個問(wèn)題並未引起所有高頻對(duì)稱纜製造商的重(chóng)視。