1.前言

　　近年來，綜合布線業務在我國興起與發展，這既是在計算機技術和通信技術發展的基礎上進一步適應社會信息化和經濟化的需要，也是辦公自動化進一步發展的結果。它是建筑技術與信息技術相結合的產物，是計算機網絡工程的基礎。


建筑物綜合布線系統中的垂直干線子系統，由連接主設備間至各樓層配線間之間的線纜構成。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，使整個布線系統組成一個有機的整體。

　　目前不少綜合布線系統已經或準備選用大對數數字通信電纜作為垂直干線子系統的傳輸介質。大對數數字通信電纜相對光纜作為垂直干線，具有鋪設方便、線纜管理簡潔、成本低等優點。

　　本文以大唐電信生產50對UTP數字通信電纜為例，對大對數數字通信電纜的設計研發和生產控制進行探討。

　　2.電氣參數的理論計算

　　2.1 電纜的一次參數

　　導體有效電阻R、回路電感L、電容C和絕緣電導G稱為電纜的一次參數，這些參數與傳輸的電壓、電流的大小無關，他們是由電纜本身的結構尺寸，材料和電流的頻率等條件來決定的。

　　2.1.1 導體有效電阻R（Ω/km）

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

　　式中 R0——直流電阻（Ω/km）；

　　—— 扭絞系數；

　　——電阻系數（Ωmm2/m 200C）；

　　L——導線長度（m）；

　　S——導線截面積（mm2）；

　　d——導線直徑（mm）。

　　上述公式中，導體直流電阻都是在標準溫度200C時的數值，任意溫度下導體直流電阻應按下式進行換算：

　　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

　　有效電阻是指電纜電路在其工作狀態下的電阻，由于鄰近效應、集膚效應以及金屬損耗等因素會產生附加電阻，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χ>10時

　　式中 R0——直流電阻（Ω/km）；

　　d——導體直徑（mm）；

　　——導體中心間距mm）；

　　f——頻率（Hz）；

　　P——線對組修正系數（實路對絞組為1.0）；

　　χ——不同頻率的系數；

　　F（χ）、G（χ） 、H（χ）——為系數χ在不同頻率時的特定函數。

　　2.1.2 回路電感L（H/km）

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

　　注：當χ>10時

　　式中 λ——電纜總絞入率；

　　d——導體直徑（mm）；

　　——導體中心間距mm）；

　　f——頻率（Hz）；

　　χ——不同頻率的系數；

　　Q（χ）——為系數χ在不同頻率時的特定函數。

　　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——導體直徑（mm）；

　　——導體中心間距mm）；

　　ε——組合絕緣介質的等效介電常數；

　　d1——導體絕緣層直徑（mm）；

　　d2——絞對線的等效直徑（mm）。

　　2.1.4 絕緣電導G（S/km）

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

　　式中 ——交流絕緣電導（S/km）；

　　——頻率（Hz）；

　　C——工作電容（F/km）；

　　——組合絕緣介質的等效介質損耗角正切值。

　　2.2 電纜的二次參數

　　對稱回路的傳輸質量主要是根據回路的二次參數來估價的。

　　2.2.1 衰減常數 （Np/km, 1 Np=8.686dB）

　　衰減常數 是影響電纜傳輸距離的一個重要參數，它由兩部分組成：由于導體本身損耗而產生的衰減；由于絕緣介質損耗而產生的衰減；衰減是用以衡量信號能量發生降低和損失大小的一個電氣指標，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體直徑、導體材料、絕緣材料、電纜結構等。因此要改善電纜的衰減性能，可以通過增加導體直徑、選擇更優良的材料以及在生產制造過程中保持電纜幾何結構尺寸的穩定來實現。計算公式如下：

　　式中 R——導體有效電阻（Ω/km）；

　　L——回路電感 （H/km）；

　　G——絕緣電導（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，當頻率超過3000 Hz后，則特性阻抗Zc值就不再發生變化。此時輸入阻抗Zin受電纜結構因素的影響，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、導體直徑d、導體中心間距 以及組合絕緣介質的等效介電常數ε，這些參數都是電纜的結構因素。換言之，能控制好以上四個結構因素的均勻性和穩定性，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生干擾電流。串音根據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端串音。

　　近端串音衰減AO是主串回路的發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）；

　　——主串回路的發送功率；

　　——主串回路的發送功率串到被串回路近端的功率。

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

　　式中 A1——遠端串音衰減 （Np, 1 Np=8.686dB）；

　　——主串回路的發送功率；

　　——主串回路的發送功率串到被串回路遠端的功率。

　　電纜中各線對的扭絞節距、相鄰線對間的節距搭配、線對兩導體間的距離、纜芯的穩定程度等，都是引發線對間串音的重要因素。設計不同的各線對扭絞節距并經過試驗和調整，是目前減小電纜串音較為有效的方法。線對扭絞節距的計算公式參考如下：

　　式中 H——線對扭絞節距（mm）；

　　h——所設計和考慮的平均扭絞節距（mm）；

　　k——各線對的扭絞系數（1.0-1.4-1.8-2.2 ┈┈）。

　　3.關鍵工序控制要點

　　圖1 大對數數字通信電纜生產工藝流程

　　3.1 串聯絕緣單線工序

　　單線是電纜zui基礎的元件。串聯絕緣單線生產工序作為整個電纜生產的*道工序，直接影響電纜的性能。下面介紹了串聯絕緣工序的幾個關鍵控制點：

　　3.1.1 導體和絕緣的外徑波動

　　導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。銅導體直徑變化0.002mm，電容變化將達3pF/m。在上述結構規格時，當銅導體直徑不變，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準規定范圍。鑒于電容對于阻抗的影響，嚴格控制導體外徑與絕緣外徑是必要的。我公司在生產過程中，把導體的直徑波動控制在0.002mm，絕緣的直徑波動控制在0.01mm，保證了單線質量。

　　3.1.2 同心度的監控

　　實際生產中導體與絕緣不可能達到同心圓的理想狀態。而單線結構的不均勻會導致電場畸變，在后續生產過程中，這種缺陷會不斷累積迭加，zui終引起特性阻抗波動過大、串音衰減嚴重、結構回波損耗過大等嚴重問題。因此，同心度是串聯絕緣單線生產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。我公司使用進口機頭模具，生產出的單線同心度達到96%~97%，為單線質量打下了堅實的基礎。

　　3.2 絞對工序

　　大對數數字通信電纜的串音衰減，是由兩個部分組成的，即組內串音和組間串音。組內串音是指子單元內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 節距選擇

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

　　式中 a和b——線組的紐絞節距；

　　v和w——大于零的整數。

　　首先要選定節距范圍，節距zui小值不能太小，節距小材料浪費大，生產效率低；節距zui大值亦不可太大，影響結構穩定。一般節距范圍選50~120mm。不同導線直徑的電纜，選用節距范圍亦不同，導線直徑大的，選用節距亦要大些。選用的節距，不能全是計算出來的數值，還要根據絞對機齒輪搭配情況，再作適當修正。

　　選定節距開始生產后，還需要注意節距的波動。節距波動偏大使結構不均勻，正負電磁感應耦合電流不能相互平衡，zui終導致特性阻抗、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構上的變化，導致傳輸參數嚴重惡化，因此對其必須加強控制。絞對機設備應有穩定的運轉速度，放收線張力控制均勻可調。

　　3.3.3 退紐

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

　　1）由于絕緣偏心，在兩根線芯相對轉動時，導體間距 變化；

　　2）自轉時會形成一個扭轉，這個扭矩導致不良內應力。

　　同時，由于排線、摩擦、表面滑動等因素影響，線芯間轉動不可避免。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 標志顏色

　　1 a 白（藍）

　　 b 藍

　　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）

　　 b 藍

　　線對序號 標志顏色

　　1 a 白

　　 b 藍

　　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

　　注：表中括號內的標志顏色為色條或色環的顏色。

　　每一個子單位應采用非吸濕性扎帶螺旋捆扎，捆扎節距小于60mm。當各子單位的線對顏色色序相同時，子單位扎帶的標志顏色應互不相同，色序應符合表4要求。

　　表4

　　子單位序號 扎帶標志顏色 子單位序號 扎帶標志顏色

　　1 白藍 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

　　6 紅藍 12 黑橙

　　3.4 成纜工序

　　50對數字電纜纜芯示意圖

　　3.4.1 纜芯排列

　　面向電纜A端看，子單位內各線對序號均應按順時針方向依次排列，子單位序號應從內到外按順時針方向依次排列。

　　3.4.2 生產控制要點

　　成纜設備需要具有運轉速度穩定、放收線張力控制均勻可調的特點。生產中應保持放收線張力穩定以避免造成纜芯結構受損。通常情況下，成纜節距為20~25倍纜芯直徑。

　　3.5 護套工序

　　護套生產線應具備主動放收線并保持張力穩定的能力。護套擠出過程中，護套層應松緊適度、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行合理配置。只有這樣，電纜的各項參數才能得到zui大程度的保障。

　　4. 結束語

　　本文以UTP50對數字電纜為例，對大對數數字通信電纜的結構參數設計和關鍵工藝控制做了論述。數字通信電纜的生產控制環節教多，各個電氣參數相互制約影響，所以前期對結構參數的設計計算是必須的，而后的生產過程環環緊扣，必須嚴格控制才能保證電纜質量。大唐電信始終把顧客的需求作為自己的責任，我們會不斷摸索新技術、研發新產品，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代有線通信技術的研究開發基地，由我國zui早專門從事線纜研究的郵電部第五研究所的優良資產和技術力量組建形成，積累了四十多年的通信光電纜研發、生產及工程的豐富經驗，為我國通信建設做出了重大貢獻。公司從德國、法國、美國等*設備生產廠商進口了多臺世界的生產設備和檢測設備，保證了產品質量。公司生產的各種電纜產品通過了泰爾認證中心的認證，獲得進網許可證書；同時通過美國UL認證，具備海外銷售實力。公司數字電纜產品符合RoHS規范，是綠色、無污染產品。