高品質(zhì)寬帶市話電纜制造工藝技術(shù)探討 （浙江富春江通信集團(tuán)有限公司，黃欣，浙江杭州富陽） 摘要：本文重點介紹制造高品質(zhì)市話電纜的加工工藝技術(shù)，采用先進(jìn)的工藝裝備，制造高質(zhì)量的絕緣單線，高度恒定的對絞節(jié)距，低張力恒定成纜控制，使寬帶市話電纜的品質(zhì)達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。 主題詞 寬帶市話電纜 工藝?yán)碚?工藝控制 一 前言 近幾年來，隨著全球信息高速公路的建設(shè)和多媒體技術(shù)的興起，以及計算機逐步進(jìn)入普通家庭。特別是目前 Internet 正在以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展 和網(wǎng)絡(luò)升級換代的完成，通信網(wǎng)絡(luò)中的長途干線網(wǎng)、局間中繼網(wǎng)、長途交換網(wǎng)以及局間交換網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化之后，而作為通信網(wǎng)重要組成部分的接入網(wǎng)目前大多還使用窄帶低速的話帶 modem 和 Internet 相連，妨礙了用戶對寬帶交互式多媒體信息的獲取。因此實現(xiàn)信息高速公路“最后一公里”數(shù)字化、寬帶化成為發(fā)展的必然趨勢。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，接入網(wǎng)的最終發(fā)展方向是光纖接入網(wǎng)。但是從經(jīng)濟(jì)角度來看，考慮將現(xiàn)有大多數(shù)接入網(wǎng)的傳輸介質(zhì) 銅線網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模改選所需成本昂貴，短期內(nèi)很難實現(xiàn)。因此在今后的一段時間內(nèi)，接入網(wǎng)仍需 FTTC、 FTTB 和銅線電纜相配合的過渡方案。 20世紀(jì) 90年代出現(xiàn)的 ADSL（非對稱數(shù)字用戶環(huán)路）技術(shù)為銅線電纜在接入網(wǎng)領(lǐng)域扮演主要角色創(chuàng)造了有力條件。據(jù)有關(guān)機構(gòu)預(yù)計 2001年 2005 年寬帶銅線電纜的部署將增長 300%以上。寬帶市話電纜是一種用于遠(yuǎn) 程光交換單元到用戶之間的傳輸系統(tǒng)，以及大樓綜合布線系統(tǒng)中樓宇間的傳輸系統(tǒng)，其最高傳輸頻率為 100MHz。該電纜的主要電氣性能與 YD/T 1019-2001數(shù)字通信用實心聚烯烴絕緣水平對絞電纜所涉及的 5類纜相近，明顯的區(qū)別在于該電纜是采用耐環(huán)境應(yīng)力開裂，耐候性的黑色 PE 作護(hù)套。 筆者在此就寬帶市話的電纜制造工藝技術(shù)作簡要探討。 二、工藝控制的設(shè)計依據(jù) 筆者將通過對寬帶市話電纜技術(shù)特性和技術(shù)參數(shù)的分析來說明工藝控制的設(shè)計依據(jù)。由于寬帶市話電纜屬于高頻數(shù)據(jù)通信電纜，比用于音頻傳輸?shù)钠胀ㄊ性掚娎|加工精度高，加工難度大，其工藝控制必須把握住傳輸特性的要求才能去加工完善的絕緣結(jié)構(gòu)和電纜結(jié)構(gòu)。以下對寬帶市話電纜的主要電氣技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析： （ 1）特性阻抗 特性阻抗 ZC是電纜回路上任意點電壓波與電流波之比，可用下式得 ZC=CjGLjR （ 1） 式中 R、 L、 G、 C 分別為對絞線對回路中的交流電阻、導(dǎo)體間的電感，導(dǎo)體間介質(zhì)電導(dǎo)和導(dǎo)體間的電容；為信號的角頻率。屬于高頻對稱電纜的寬帶市話電纜可近似用以下公式計算： ZC= rCL276 lg(2 1da) （ 2） 式中 r 為等效相對介電常數(shù)，其值與絕緣材料、絕緣型式線對間填充介質(zhì)的相對介電常數(shù)有關(guān)； a為絕緣單線的外徑； d為導(dǎo)線直徑。 從上式中可知對于 PE來說， r 2.3，所以要滿足 ZC恒定的要求，絕緣單線結(jié)構(gòu)的均勻性是一個關(guān)鍵技術(shù)和工藝訣竅，它通過控制恒定的導(dǎo)體直徑，絕緣外徑及對絞線導(dǎo)體間的中心距來控制 ZC值。這一切必需通過控制拉絲、擠絕緣、對絞、成纜工藝的穩(wěn)定性來實現(xiàn)。 （ 2）結(jié)構(gòu)回波損耗 通常電纜特性阻抗 ZC的不均勻可用結(jié)構(gòu)回波損耗 SRL來表示，其計算公式如下： SRL= -20lgZcZinZcZin （ 3） 式中 Zin為電纜的輸入阻抗。 從式中可知，結(jié)構(gòu)回波損耗（ SRL）的實質(zhì)即是描述輸入阻抗 Zin圍繞 Zc波動大小的一個指標(biāo)。其主要是由于電纜結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性引起的。 SRL 越大，則傳輸性能越好。要取得良好的 SRL值就必需依靠優(yōu)異的生產(chǎn)加工設(shè)備并組織精加工，制定完善的工藝規(guī)范，嚴(yán)密監(jiān)控一切加工過程中的波動因素。 (3) 衰減 衰減是影響電纜傳輸距離的一個重要因素。對于衰減的闡述，應(yīng)是信號通過線纜傳輸信息期間發(fā)生的信號能量的降低和損失。 它遵循一種叫趨膚效應(yīng)和近似效應(yīng)的物理定律，隨著頻率的增加，衰減會增大。而衰減正是用來衡量信號能量發(fā)生降低和損失大小的一個電氣指標(biāo)，其單位是“ dB/100m”。在高頻時，對衰減 d指標(biāo)的規(guī)定，在 0.772 MHz 100 MHz下為： K1 f +K2 f + K3 / f (4) 式中 f為通信頻率，單位為 MHz。 K1 、 K2 、 K3 取值參見下表 導(dǎo)體規(guī)格 K1 K2 K3 0.5mm 1.989 0.023 0.051 0.6mm 1.785 0.021 0.045 0.9mm 1.147 0.011 0.029 從理論上分析可知，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)的穩(wěn)定來實現(xiàn)。 （ 4）串音 串音是影響電纜性能的關(guān)鍵因素之一。對于串音的闡述，當(dāng)信號出現(xiàn)在雙絞線上，我們稱之為“有源”。有源信號會在其周圍產(chǎn)生磁場，而磁場會對鄰近的其他“有 源”線對產(chǎn)生影響。對串音的指標(biāo)規(guī)定與 5類纜相同： a).近端串音衰減功率和在 1 100MHz下為 64 15 lg(f/0.772)； b).遠(yuǎn)端串音防衛(wèi)度功率和在 1 100MHz 下為 63 20 lg(f/0.772)。 其中 f為通信頻率，單位為 MHz。 串音干擾與導(dǎo)線間的距離，導(dǎo)線直徑及所用材料有關(guān) .串音干擾是部分電容、部分電感、介質(zhì)損耗、金屬損耗不平衡造成的，即是由電容耦合和電感耦合而產(chǎn)生的。而實際生產(chǎn)控制中往往通過使用線組的絞合節(jié)距相互配合來減小組間直接系統(tǒng)性耦合，以達(dá)到減小串音的目的。雖然從理論上說線 組絞合節(jié)距的選擇越短，可以大大減小線組間的電容耦合和電感耦合，但是線對節(jié)距減小后，絞入線長度急劇增加，從而引起衰減增加，同時，短節(jié)距時，各線對間的線長差大，隨之線對間的傳輸時間差也就越大。這樣同樣會嚴(yán)重影響電纜的質(zhì)量。所以說選擇合理的絞對節(jié)距和保持節(jié)距差，是改善串音特性的關(guān)鍵因素。 三、制造工藝控制 寬帶市話電纜的生產(chǎn)主要由四個主要工序：絕緣、對絞、成纜和護(hù)套。從生產(chǎn)工藝角度分析，最后一個工序護(hù)套對電纜的最終電氣性能影響不大，而另外三個工序?qū)﹄娎|電氣性能影響較大。為了生產(chǎn)高品質(zhì)的產(chǎn)品，筆者在此僅從電纜生產(chǎn)中 前三個工序著手分別對每道工序中的工藝控制關(guān)鍵部分進(jìn)行技術(shù)分析。 （ 1） 絕緣芯線擠塑 a).銅導(dǎo)線質(zhì)量及直徑精度 寬帶市話電纜對銅導(dǎo)體的要求極為嚴(yán)格：直徑偏差控制在 0.002；導(dǎo)體延伸率是導(dǎo)體質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，要求導(dǎo)體延伸率均勻且控制范圍宜小。若延伸率控制范圍較大，會在后幾道工序的加工過程中因各單線抗拉能力不一致而導(dǎo)致線對的對稱性變差。在實際生產(chǎn)過程中導(dǎo)體延伸率通?？刂频?18% 23%，盡量做到每道工序后導(dǎo)體延伸率基本保持不變。導(dǎo)體的不圓度也應(yīng)作嚴(yán)格控制，通常不圓度不宜大于 0.002。 b).絕緣材料 型式及尺寸控制 寬帶市話電纜的絕緣型式有實心、泡沫、泡沫 /實心皮聚烯烴絕緣三種型式。 在此筆者僅對實心聚烯烴絕緣型式作簡單分析。絕緣材料應(yīng)選擇具有低介電常數(shù)和低損耗系數(shù)的 HDPE 材料。絕緣介電常數(shù)決定了電纜所需要的絕緣厚度，以滿足當(dāng)導(dǎo)體尺寸給定后的標(biāo)稱電纜阻抗。介電常數(shù)還與信號在線對中的傳播速度成反比。介電常數(shù)越低，信號傳播的速度越快。對于寬帶市話電纜來說，信號的傳播速度應(yīng)是越快越好。絕緣材料介質(zhì)損耗系數(shù)直接對電纜的衰減參數(shù)造成影響。介質(zhì)損耗系數(shù)愈小的材料，其衰減值越好。相應(yīng)電纜的質(zhì)量就越好。在實際生 產(chǎn)加工過程中應(yīng)盡量減少色母料的加入比例，使絕緣芯線盡量做淡。因為任何一種顏色對于介質(zhì)來說都是雜質(zhì)，顏色越深，衰減越大。通過在 x y 雙軸激光外徑閉環(huán)控制系統(tǒng)，對絕緣外徑實時監(jiān)控，將其控制在 0.01內(nèi)。絕緣同心度應(yīng)大于 95%且表面光滑圓整。在實心填充型絕緣芯線擠制的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)導(dǎo)體與絕緣層的粘附力過小和絕緣氣泡的問題。導(dǎo)體與絕緣層粘附力過小，往往會導(dǎo)致導(dǎo)體與絕緣層脫離，嚴(yán)重影響電纜的結(jié)構(gòu)回波損耗（ SRL）指標(biāo)。因此應(yīng)適當(dāng)控制導(dǎo)體的預(yù)熱部分及絕緣的冷卻速度，從而確保導(dǎo)體與絕緣層粘附力的適度和恒定。絕緣氣 泡的產(chǎn)生，往往會導(dǎo)致電纜的衰減曲線出現(xiàn)波動，即反映了電纜在個別頻率點上的衰減不合格。要消滅絕緣出現(xiàn)氣泡，應(yīng)從控制導(dǎo)體表面的清潔度、絕緣擠制速度，導(dǎo)體預(yù)熱溫度、水槽水溫等方面著手。 （ 2） 絞對 由于寬帶市話電纜對串音及結(jié)構(gòu)回波損耗有很高的要求，所以必需通過采用極 短的節(jié)距并保持恒定的節(jié)距差來實現(xiàn)。對于寬帶市話電纜其絞對節(jié)距宜控在 12 30之間，并確保節(jié)距變化在 0.5 范圍內(nèi)。在絞對生產(chǎn)過程中，保證電纜制造長度上節(jié)距的均勻性及使各單線對絞張力均勻是工藝控制的關(guān)鍵。為了保證節(jié)距的均勻性應(yīng)從控制對絞設(shè)備的電機及各部位 的傳感器來實現(xiàn)，確保其輸出的恒定。具體的措施是放線采用主動放線，兩根對絞線進(jìn)入對絞機前一定要用同步皮帶上下壓住，以確保進(jìn)入對絞機的兩根線張力均勻。 在線對絞制過程中，采用部分退扭絞對機進(jìn)行生產(chǎn)時，此設(shè)備可以使線對在絞 制中實現(xiàn)在線退扭，通過退扭使線對導(dǎo)體間距離完成一個周期變化所對應(yīng)的長度包含若干個絞對節(jié)距，但未超過最高使用頻率的 1/8個波長。那么線對阻抗在一個節(jié)距內(nèi)完成一個周期的快速變化，其大小表現(xiàn)為正弦波，從而使線對總長度上的阻抗變化變得平滑，可以有效的減小線對產(chǎn)生的反射。以上措施可以使寬帶市話電纜的近端 串音和回波損耗指標(biāo)得到很大改善。 （ 3） 絞纜 絞纜工序相對于絕緣擠塑、對絞工序來說，對電纜的性能影響相對要小。在絞 纜生產(chǎn)中，成纜節(jié)距各線對放線張力的均勻性是工藝控制的要點。在寬帶市話電纜中成纜節(jié)距雖非關(guān)鍵，但必須非常穩(wěn)定，通常生產(chǎn)經(jīng)驗宜控制在 100左右。各線對的放線張力的控制，應(yīng)采用張力反饋的單獨主動放線架裝置，使每一線對上的張力均衡，不至于拉伸導(dǎo)體，保持電纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而確保了阻抗的要求。 四、結(jié)束語 寬帶市話電纜與普通市話電纜有許多相同之處，但也存在著不同之處，關(guān)鍵在 于寬帶市話電纜的工藝要求比普通市 話電纜要求高得多。故在寬帶市話電纜的生產(chǎn)過程中應(yīng)控制以下幾個重點： 1.導(dǎo)體、絕緣外徑的均勻性、偏心度、不同圓度應(yīng)嚴(yán)格控制； 2.對絞、成纜節(jié)距應(yīng)穩(wěn)定，絞對節(jié)距應(yīng)設(shè)計合理，各部分張力控制應(yīng)適宜。 參考文獻(xiàn)