1.前言

　　近年來，綜合布線業(yè)務(wù)在我國興起與發(fā)展，這既是在計算機技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上進(jìn)一步適應(yīng)社會信息化和經(jīng)濟化的需要，也是辦公自動化進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。它是建筑技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計算機網(wǎng)絡(luò)工程的基礎(chǔ)。


建筑物綜合布線系統(tǒng)中的垂直干線子系統(tǒng)，由連接主設(shè)備間至各樓層配線間之間的線纜構(gòu)成。其功能主要是把各分層配線架與主配線架相連，用主干電纜提供樓層之間通信的通道，使整個布線系統(tǒng)組成一個有機的整體。

　　目前不少綜合布線系統(tǒng)已經(jīng)或準(zhǔn)備選用大對數(shù)數(shù)字通信電纜作為垂直干線子系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。大對數(shù)數(shù)字通信電纜相對光纜作為垂直干線，具有鋪設(shè)方便、線纜管理簡潔、成本低等優(yōu)點。

　　本文以大唐電信生產(chǎn)50對UTP數(shù)字通信電纜為例，對大對數(shù)數(shù)字通信電纜的設(shè)計研發(fā)和生產(chǎn)控制進(jìn)行探討。

　　2.電氣參數(shù)的理論計算

　　2.1 電纜的一次參數(shù)

　　導(dǎo)體有效電阻R、回路電感L、電容C和絕緣電導(dǎo)G稱為電纜的一次參數(shù)，這些參數(shù)與傳輸?shù)碾妷?、電流的大小無關(guān)，他們是由電纜本身的結(jié)構(gòu)尺寸，材料和電流的頻率等條件來決定的。

　　2.1.1 導(dǎo)體有效電阻R（Ω/km）

　　在介紹導(dǎo)體有效電阻前，先來介紹導(dǎo)體的直流電阻R0。導(dǎo)體直流電阻R0與導(dǎo)體的材料和導(dǎo)體直徑有關(guān)，其計算公式如下：

　　式中 R0——直流電阻（Ω/km）；

　　—— 扭絞系數(shù)；

　　——電阻系數(shù)（Ωmm2/m 200C）；

　　L——導(dǎo)線長度（m）；

　　S——導(dǎo)線截面積（mm2）；

　　d——導(dǎo)線直徑（mm）。

　　上述公式中，導(dǎo)體直流電阻都是在標(biāo)準(zhǔn)溫度200C時的數(shù)值，任意溫度下導(dǎo)體直流電阻應(yīng)按下式進(jìn)行換算：

　　式中 Rt——溫度t時電阻值（Ω/km）；

　　R20——溫度200C時的電阻值（Ω/km）；

　　——電阻溫度系數(shù)

　　有效電阻是指電纜電路在其工作狀態(tài)下的電阻，由于鄰近效應(yīng)、集膚效應(yīng)以及金屬損耗等因素會產(chǎn)生附加電阻，因此，電纜回路的有效電阻是由直流電阻R0和通過交流電流時的附加電阻所組成，計算公式如下：

　　注：當(dāng)χ>10時

　　式中 R0——直流電阻（Ω/km）；

　　d——導(dǎo)體直徑（mm）；

　　——導(dǎo)體中心間距mm）；

　　f——頻率（Hz）；

　　P——線對組修正系數(shù)（實路對絞組為1.0）；

　　χ——不同頻率的系數(shù)；

　　F（χ）、G（χ） 、H（χ）——為系數(shù)χ在不同頻率時的特定函數(shù)。

　　2.1.2 回路電感L（H/km）

　　對稱回路的電感由兩部分組成，及內(nèi)電感和外電感。外電感的大小取決于電纜結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，與頻率無關(guān)；內(nèi)電感的值與傳輸頻率程反比，頻率越高其集膚效應(yīng)越顯著，內(nèi)電感越小。計算公式如下：

　　注：當(dāng)χ>10時

　　式中 λ——電纜總絞入率；

　　d——導(dǎo)體直徑（mm）；

　　——導(dǎo)體中心間距mm）；

　　f——頻率（Hz）；

　　χ——不同頻率的系數(shù)；

　　Q（χ）——為系數(shù)χ在不同頻率時的特定函數(shù)。

　　2.1.3 電容C （F/km）

　　電容分工作電容和部分電容兩種，工作電容為工作線對上總的電容；部分電容是電纜各芯線之間的電容，是工作電容的組成部分。計算公式如下：

　　式中 λ——電纜總絞入率；

　　d——導(dǎo)體直徑（mm）；

　　——導(dǎo)體中心間距mm）；

　　ε——組合絕緣介質(zhì)的等效介電常數(shù)；

　　d1——導(dǎo)體絕緣層直徑（mm）；

　　d2——絞對線的等效直徑（mm）。

　　2.1.4 絕緣電導(dǎo)G（S/km）

　　絕緣電導(dǎo)表示為一個回路的絕緣質(zhì)量，電纜的絕緣電導(dǎo)值越小，也就說明絕緣層的介質(zhì)損耗值越小。絕緣電導(dǎo)G是由絕緣不完整的直流絕緣電導(dǎo)G0 和介質(zhì)極化后的交流絕緣電導(dǎo)G～組成的。在通信電纜中，由于交流絕緣電導(dǎo)比直流絕緣電導(dǎo)所引起的損耗要大得多，因此可以忽略不計直流絕緣電導(dǎo)G0值，計算公式如下：

　　式中 ——交流絕緣電導(dǎo)（S/km）；

　　——頻率（Hz）；

　　C——工作電容（F/km）；

　　——組合絕緣介質(zhì)的等效介質(zhì)損耗角正切值。

　　2.2 電纜的二次參數(shù)

　　對稱回路的傳輸質(zhì)量主要是根據(jù)回路的二次參數(shù)來估價的。

　　2.2.1 衰減常數(shù) （Np/km, 1 Np=8.686dB）

　　衰減常數(shù) 是影響電纜傳輸距離的一個重要參數(shù)，它由兩部分組成：由于導(dǎo)體本身損耗而產(chǎn)生的衰減；由于絕緣介質(zhì)損耗而產(chǎn)生的衰減；衰減是用以衡量信號能量發(fā)生降低和損失大小的一個電氣指標(biāo)，并隨著傳輸頻率的增加而增大，影響衰減的主要因素包括導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體材料、絕緣材料、電纜結(jié)構(gòu)等。因此要改善電纜的衰減性能，可以通過增加導(dǎo)體直徑、選擇更優(yōu)良的材料以及在生產(chǎn)制造過程中保持電纜幾何結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定來實現(xiàn)。計算公式如下：

　　式中 R——導(dǎo)體有效電阻（Ω/km）；

　　L——回路電感 （H/km）；

　　G——絕緣電導(dǎo)（S/km）；

　　C——工作電容（F/km）。

　　2.2.2 特性阻抗Zc（Ω）

　　特性阻抗Zc是電磁波沿均勻線路傳播時，在無終端失配影響的情況下所遇到的阻抗。計算公式如下：

　　式中 L——回路電感 （H/km）；

　　C——工作電容（F/km）。

　　對稱電纜的阻抗分為特性阻抗Zc和輸入阻抗Zin，特性阻抗Zc隨著頻率的增加而減少，當(dāng)頻率超過3000 Hz后，則特性阻抗Zc值就不再發(fā)生變化。此時輸入阻抗Zin受電纜結(jié)構(gòu)因素的影響，入射信號的反射波圍繞特性阻抗Zc上下波動。從回路電感L和工作電容C的計算公式中可以分析出，影響阻抗的因素有：電纜總絞入率λ、導(dǎo)體直徑d、導(dǎo)體中心間距 以及組合絕緣介質(zhì)的等效介電常數(shù)ε，這些參數(shù)都是電纜的結(jié)構(gòu)因素。換言之，能控制好以上四個結(jié)構(gòu)因素的均勻性和穩(wěn)定性，那么電纜在每段上阻抗值的波動范圍就會控制到zui小。

　　2.2.3 串音

　　在對稱電纜中，各回路相互間的干擾是由于橫向電磁場的存在而引起的，此時電磁場在臨近的回路上會產(chǎn)生干擾電流。串音根據(jù)主被串回路位置的分類，在被串回路中，與主串回路的信號源同一端受到的串音稱為近端串音，而在另一端受到的串音稱為遠(yuǎn)端串音。

　　近端串音衰減AO是主串回路的發(fā)送功率串到被串回路近端后的衰減值，計算公式如下：

　　式中 AO——近端串音衰減 （Np, 1 Np=8.686dB）；

　　——主串回路的發(fā)送功率；

　　——主串回路的發(fā)送功率串到被串回路近端的功率。

　　遠(yuǎn)端串音衰減A1是主串回路的發(fā)送功率串到被串回路遠(yuǎn)端后的衰減值，計算公式如下：

　　式中 A1——遠(yuǎn)端串音衰減 （Np, 1 Np=8.686dB）；

　　——主串回路的發(fā)送功率；

　　——主串回路的發(fā)送功率串到被串回路遠(yuǎn)端的功率。

　　電纜中各線對的扭絞節(jié)距、相鄰線對間的節(jié)距搭配、線對兩導(dǎo)體間的距離、纜芯的穩(wěn)定程度等，都是引發(fā)線對間串音的重要因素。設(shè)計不同的各線對扭絞節(jié)距并經(jīng)過試驗和調(diào)整，是目前減小電纜串音較為有效的方法。線對扭絞節(jié)距的計算公式參考如下：

　　式中 H——線對扭絞節(jié)距（mm）；

　　h——所設(shè)計和考慮的平均扭絞節(jié)距（mm）；

　　k——各線對的扭絞系數(shù)（1.0-1.4-1.8-2.2 ┈┈）。

　　3.關(guān)鍵工序控制要點

　　圖1 大對數(shù)數(shù)字通信電纜生產(chǎn)工藝流程

　　3.1 串聯(lián)絕緣單線工序

　　單線是電纜zui基礎(chǔ)的元件。串聯(lián)絕緣單線生產(chǎn)工序作為整個電纜生產(chǎn)的*道工序，直接影響電纜的性能。下面介紹了串聯(lián)絕緣工序的幾個關(guān)鍵控制點：

　　3.1.1 導(dǎo)體和絕緣的外徑波動

　　導(dǎo)體和絕緣的外徑波動變化對絕緣線芯的影響甚為重要。一根0.510/0.910mm絕緣芯線的水電容約為216pF/m，如銅導(dǎo)體直徑變化0.001mm，而絕緣外徑不變，電容約變化0.72 pF/m。銅導(dǎo)體直徑變化0.002mm，電容變化將達(dá)3pF/m。在上述結(jié)構(gòu)規(guī)格時，當(dāng)銅導(dǎo)體直徑不變，而絕緣外徑變化0.002mm時，電容變化約為0.8 pF/m，若外徑的公差在0.005mm，電容變化可達(dá)4pF/m。這樣的變化是很危險的，如果迭加在阻抗峰值上就會超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍。鑒于電容對于阻抗的影響，嚴(yán)格控制導(dǎo)體外徑與絕緣外徑是必要的。我公司在生產(chǎn)過程中，把導(dǎo)體的直徑波動控制在0.002mm，絕緣的直徑波動控制在0.01mm，保證了單線質(zhì)量。

　　3.1.2 同心度的監(jiān)控

　　實際生產(chǎn)中導(dǎo)體與絕緣不可能達(dá)到同心圓的理想狀態(tài)。而單線結(jié)構(gòu)的不均勻會導(dǎo)致電場畸變，在后續(xù)生產(chǎn)過程中，這種缺陷會不斷累積迭加，zui終引起特性阻抗波動過大、串音衰減嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)回波損耗過大等嚴(yán)重問題。因此，同心度是串聯(lián)絕緣單線生產(chǎn)工序中非常重要的一個點。擠出線的同心度很大程度上取決于機頭的圓周均流程度和模具同心度。我公司使用進(jìn)口機頭模具，生產(chǎn)出的單線同心度達(dá)到96%~97%，為單線質(zhì)量打下了堅實的基礎(chǔ)。

　　3.2 絞對工序

　　大對數(shù)數(shù)字通信電纜的串音衰減，是由兩個部分組成的，即組內(nèi)串音和組間串音。組內(nèi)串音是指子單元內(nèi)4對線間的串音，組間串音是指相鄰的子單元間的串音。

　　3.2.1 節(jié)距選擇

　　在絞對工序生產(chǎn)時選取合適的絞對節(jié)距，可以有效改善電纜組內(nèi)串音。電纜中每一個線組的紐絞節(jié)距都必須注意與其他各線組紐絞節(jié)距的配合問題，要各不相同。對絞節(jié)距的配合和計算可用下式進(jìn)行：

　　式中 a和b——線組的紐絞節(jié)距；

　　v和w——大于零的整數(shù)。

　　首先要選定節(jié)距范圍，節(jié)距zui小值不能太小，節(jié)距小材料浪費大，生產(chǎn)效率低；節(jié)距zui大值亦不可太大，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。一般節(jié)距范圍選50~120mm。不同導(dǎo)線直徑的電纜，選用節(jié)距范圍亦不同，導(dǎo)線直徑大的，選用節(jié)距亦要大些。選用的節(jié)距，不能全是計算出來的數(shù)值，還要根據(jù)絞對機齒輪搭配情況，再作適當(dāng)修正。

　　選定節(jié)距開始生產(chǎn)后，還需要注意節(jié)距的波動。節(jié)距波動偏大使結(jié)構(gòu)不均勻，正負(fù)電磁感應(yīng)耦合電流不能相互平衡，zui終導(dǎo)致特性阻抗、串音和回波損耗不合格。

　　3.2.2 張力控制

　　張力過大或不均會引起線芯結(jié)構(gòu)上的變化，導(dǎo)致傳輸參數(shù)嚴(yán)重惡化，因此對其必須加強控制。絞對機設(shè)備應(yīng)有穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)速度，放收線張力控制均勻可調(diào)。

　　3.3.3 退紐

　　在普通絞對機生產(chǎn)過程中，線組會繞兩線芯中心線進(jìn)行公轉(zhuǎn)，同時各線芯繞自身圓心自轉(zhuǎn)，這樣產(chǎn)生了兩個不良作用：

　　1）由于絕緣偏心，在兩根線芯相對轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體間距 變化；

　　2）自轉(zhuǎn)時會形成一個扭轉(zhuǎn)，這個扭矩導(dǎo)致不良內(nèi)應(yīng)力。

　　同時，由于排線、摩擦、表面滑動等因素影響，線芯間轉(zhuǎn)動不可避免。為了減小上面多種原因帶來的影響，退扭非常必要。通常情況下，選擇30~35%的退扭比例即可。

　　3.3 子單位生產(chǎn)工序

　　子單位由4個線對絞合而成。各子單位中的線對可采用表2或表3中第1對~第4對的顏色色序，中心線對可采用表中第5對~第6對的顏色色序。

　　表2 表3

　　線對序號 標(biāo)志顏色

　　1 a 白（藍(lán)）

　　 b 藍(lán)

　　2 a 白（橙）

　　 b 橙

　　3 a 白（綠）

　　 b 綠

　　4 a 白（棕）

　　 b 棕

　　5 a 白（灰）

　　 b 灰

　　6 a 紅（藍(lán)）

　　 b 藍(lán)

　　線對序號 標(biāo)志顏色

　　1 a 白

　　 b 藍(lán)

　　2 a 白

　　 b 橙

　　3 a 白

　　 b 綠

　　4 a 白

　　 b 棕

　　5 a 白

　　 b 灰

　　6 a 紅

　　 b 藍(lán)

　　注：表中括號內(nèi)的標(biāo)志顏色為色條或色環(huán)的顏色。

　　每一個子單位應(yīng)采用非吸濕性扎帶螺旋捆扎，捆扎節(jié)距小于60mm。當(dāng)各子單位的線對顏色色序相同時，子單位扎帶的標(biāo)志顏色應(yīng)互不相同，色序應(yīng)符合表4要求。

　　表4

　　子單位序號 扎帶標(biāo)志顏色 子單位序號 扎帶標(biāo)志顏色

　　1 白藍(lán) 7 紅橙

　　2 白橙 8 紅綠

　　3 白綠 9 紅棕

　　4 白棕 10 紅灰

　　5 白灰 11 黑藍(lán)

　　6 紅藍(lán) 12 黑橙

　　3.4 成纜工序

　　50對數(shù)字電纜纜芯示意圖

　　3.4.1 纜芯排列

　　面向電纜A端看，子單位內(nèi)各線對序號均應(yīng)按順時針方向依次排列，子單位序號應(yīng)從內(nèi)到外按順時針方向依次排列。

　　3.4.2 生產(chǎn)控制要點

　　成纜設(shè)備需要具有運轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定、放收線張力控制均勻可調(diào)的特點。生產(chǎn)中應(yīng)保持放收線張力穩(wěn)定以避免造成纜芯結(jié)構(gòu)受損。通常情況下，成纜節(jié)距為20~25倍纜芯直徑。

　　3.5 護套工序

　　護套生產(chǎn)線應(yīng)具備主動放收線并保持張力穩(wěn)定的能力。護套擠出過程中，護套層應(yīng)松緊適度、均勻地覆蓋在纜芯表面，這同樣需要對擠出機的溫度和模具進(jìn)行合理配置。只有這樣，電纜的各項參數(shù)才能得到zui大程度的保障。

　　4. 結(jié)束語

　　本文以UTP50對數(shù)字電纜為例，對大對數(shù)數(shù)字通信電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和關(guān)鍵工藝控制做了論述。數(shù)字通信電纜的生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)教多，各個電氣參數(shù)相互制約影響，所以前期對結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計計算是必須的，而后的生產(chǎn)過程環(huán)環(huán)緊扣，必須嚴(yán)格控制才能保證電纜質(zhì)量。大唐電信始終把顧客的需求作為自己的責(zé)任，我們會不斷摸索新技術(shù)、研發(fā)新產(chǎn)品，滿足用戶的需求。

　　注：大唐電信旗下成都大唐線纜有限公司是我國現(xiàn)代有線通信技術(shù)的研究開發(fā)基地，由我國zui早專門從事線纜研究的郵電部第五研究所的優(yōu)良資產(chǎn)和技術(shù)力量組建形成，積累了四十多年的通信光電纜研發(fā)、生產(chǎn)及工程的豐富經(jīng)驗，為我國通信建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。公司從德國、法國、美國等*設(shè)備生產(chǎn)廠商進(jìn)口了多臺世界的生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。公司生產(chǎn)的各種電纜產(chǎn)品通過了泰爾認(rèn)證中心的認(rèn)證，獲得進(jìn)網(wǎng)許可證書；同時通過美國UL認(rèn)證，具備海外銷售實力。公司數(shù)字電纜產(chǎn)品符合RoHS規(guī)范，是綠色、無污染產(chǎn)品。