1.前言

　　近年來(lái)，綜合布線業(yè)務(wù)在我國(guó)興起與發(fā)展，這既是在計(jì)算機(jī)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(huì)信息化和經(jīng)濟(jì)化的需要，也是辦公自動(dòng)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(jì)算機(jī)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(gè)布線系統(tǒng)組成一個(gè)有機(jī)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(duì)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(duì)數(shù)數(shù)字通信電纜相對(duì)光纜作為垂直干線，具有鋪設(shè)方便、線纜管理簡(jiǎn)潔、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

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

　　2.電氣參數(shù)的理論計(jì)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(chēng)為電纜的一次參數(shù)，這些參數(shù)與傳輸?shù)碾妷骸㈦娏鞯拇笮o(wú)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(lái)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(lái)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(jì)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(zhǎng)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(shí)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(shí)電阻值（Ω/km）；

　　R20——溫度200C時(shí)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(huì)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(guò)交流電流時(shí)的附加電阻所組成，計(jì)算公式如下：

　　注：當(dāng)χ>10時(shí)

　　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(duì)組修正系數(shù)（實(shí)路對(duì)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(shí)的特定函數(shù)。

　　2.1.2 回路電感L（H/km）

　　對(duì)稱(chēng)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(wú)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(jì)算公式如下：

　　注：當(dāng)χ>10時(shí)

　　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(shí)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(duì)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(jì)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(duì)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(gè)回路的絕緣質(zhì)量，電纜的絕緣電導(dǎo)值越小，也就說(shuō)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(jì)直流絕緣電導(dǎo)G0值，計(jì)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(duì)稱(chēng)回路的傳輸質(zhì)量主要是根據(jù)回路的二次參數(shù)來(lái)估價(jià)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(gè)重要參數(shù)，它由兩部分組成：由于導(dǎo)體本身?yè)p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(hào)能量發(fā)生降低和損失大小的一個(gè)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(guò)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(guò)程中保持電纜幾何結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)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(shí)，在無(wú)終端失配影響的情況下所遇到的阻抗。計(jì)算公式如下：

　　式中 L——回路電感 （H/km）；

　　C——工作電容（F/km）。

　　對(duì)稱(chēng)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(guò)3000 Hz后，則特性阻抗Zc值就不再發(fā)生變化。此時(shí)輸入阻抗Zin受電纜結(jié)構(gòu)因素的影響，入射信號(hào)的反射波圍繞特性阻抗Zc上下波動(dòng)。從回路電感L和工作電容C的計(jì)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(gè)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(dòng)范圍就會(huì)控制到zui小。

　　2.2.3 串音

　　在對(duì)稱(chēng)電纜中，各回路相互間的干擾是由于橫向電磁場(chǎng)的存在而引起的，此時(shí)電磁場(chǎng)在臨近的回路上會(huì)產(chǎn)生干擾電流。串音根據(jù)主被串回路位置的分類(lèi)，在被串回路中，與主串回路的信號(hào)源同一端受到的串音稱(chēng)為近端串音，而在另一端受到的串音稱(chēng)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(jì)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(jì)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(duì)的扭絞節(jié)距、相鄰線對(duì)間的節(jié)距搭配、線對(duì)兩導(dǎo)體間的距離、纜芯的穩(wěn)定程度等，都是引發(fā)線對(duì)間串音的重要因素。設(shè)計(jì)不同的各線對(duì)扭絞節(jié)距并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和調(diào)整，是目前減小電纜串音較為有效的方法。線對(duì)扭絞節(jié)距的計(jì)算公式參考如下：

　　式中 H——線對(duì)扭絞節(jié)距（mm）；

　　h——所設(shè)計(jì)和考慮的平均扭絞節(jié)距（mm）；

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

　　3.關(guān)鍵工序控制要點(diǎn)

　　圖1 大對(duì)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(gè)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(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)：

　　3.1.1 導(dǎo)體和絕緣的外徑波動(dòng)

　　導(dǎo)體和絕緣的外徑波動(dòng)變化對(duì)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(shí)，當(dāng)銅導(dǎo)體直徑不變，而絕緣外徑變化0.002mm時(shí)，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(xiǎn)的，如果迭加在阻抗峰值上就會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍。鑒于電容對(duì)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(guò)程中，把導(dǎo)體的直徑波動(dòng)控制在0.002mm，絕緣的直徑波動(dòng)控制在0.01mm，保證了單線質(zhì)量。

　　3.1.2 同心度的監(jiān)控

　　實(shí)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(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)畸變，在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，這種缺陷會(huì)不斷累積迭加，zui終引起特性阻抗波動(dòng)過(guò)大、串音衰減嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)回波損耗過(guò)大等嚴(yán)重問(wèn)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(gè)點(diǎn)。擠出線的同心度很大程度上取決于機(jī)頭的圓周均流程度和模具同心度。我公司使用進(jìn)口機(jī)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　3.2 絞對(duì)工序

　　大對(duì)數(shù)數(shù)字通信電纜的串音衰減，是由兩個(gè)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(duì)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(duì)工序生產(chǎn)時(shí)選取合適的絞對(duì)節(jié)距，可以有效改善電纜組內(nèi)串音。電纜中每一個(gè)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(wèn)題，要各不相同。對(duì)絞節(jié)距的配合和計(jì)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(fèi)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(jì)算出來(lái)的數(shù)值，還要根據(jù)絞對(duì)機(jī)齒輪搭配情況，再作適當(dāng)修正。

　　選定節(jié)距開(kāi)始生產(chǎn)后，還需要注意節(jié)距的波動(dòng)。節(jié)距波動(dòng)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(guò)大或不均會(huì)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(duì)其必須加強(qiáng)控制。絞對(duì)機(jī)設(shè)備應(yīng)有穩(wěn)定的運(yùn)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(duì)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，線組會(huì)繞兩線芯中心線進(jìn)行公轉(zhuǎn)，同時(shí)各線芯繞自身圓心自轉(zhuǎn)，這樣產(chǎn)生了兩個(gè)不良作用：

　　1）由于絕緣偏心，在兩根線芯相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體間距 變化；

　　2）自轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)形成一個(gè)扭轉(zhuǎn)，這個(gè)扭矩導(dǎo)致不良內(nèi)應(yīng)力。

　　同時(shí)，由于排線、摩擦、表面滑動(dòng)等因素影響，線芯間轉(zhuǎn)動(dòng)不可避免。為了減小上面多種原因帶來(lái)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(gè)線對(duì)絞合而成。各子單位中的線對(duì)可采用表2或表3中第1對(duì)~第4對(duì)的顏色色序，中心線對(duì)可采用表中第5對(duì)~第6對(duì)的顏色色序。

　　表2 表3

　　線對(duì)序號(hào) 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(duì)序號(hào) 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(hào)內(nèi)的標(biāo)志顏色為色條或色環(huán)的顏色。

　　每一個(gè)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(duì)顏色色序相同時(shí)，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(hào) 扎帶標(biāo)志顏色 子單位序號(hào) 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(duì)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(duì)序號(hào)均應(yīng)按順時(shí)針?lè)较蛞来闻帕?，子單位序?hào)應(yīng)從內(nèi)到外按順時(shí)針?lè)较蛞来闻帕小?/p>

　　3.4.2 生產(chǎn)控制要點(diǎn)

　　成纜設(shè)備需要具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定、放收線張力控制均勻可調(diào)的特點(diǎn)。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(hù)套工序

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

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　本文以UTP50對(duì)數(shù)字電纜為例，對(duì)大對(duì)數(shù)數(shù)字通信電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)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(gè)電氣參數(shù)相互制約影響，所以前期對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算是必須的，而后的生產(chǎn)過(guò)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(huì)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(guó)現(xiàn)代有線通信技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)基地，由我國(guó)zui早專(zhuān)門(mén)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(yàn)，為我國(guó)通信建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。公司從德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)等*設(shè)備生產(chǎn)廠商進(jìn)口了多臺(tái)世界的生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)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(guò)了泰爾認(rèn)證中心的認(rèn)證，獲得進(jìn)網(wǎng)許可證書(shū)；同時(shí)通過(guò)美國(guó)UL認(rèn)證，具備海外銷(xiāo)售實(shí)力。公司數(shù)字電纜產(chǎn)品符合RoHS規(guī)范，是綠色、無(wú)污染產(chǎn)品。