帶外側隔離物的通信電纜及其製造方法

2023-05-07 05:05:31 2

專利名稱：帶外側隔離物的通信電纜及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種通信電纜，尤其涉及一種具有改善結構的通信電纜，能 夠抑制電纜之間的外來串擾現象，實現高速傳輸。
背景技術：
通常，將所謂的UTP (非屏蔽雙絞線)電纜廣泛用於通信電纜。為了制 作UTP電纜，將由銅等材料構成的導體和使導體絕緣的覆蓋層組成的導線絞 合形成導線對(參見圖l)，然後將大約四個導線對裝在一起包起來。按照信號傳輸能力，用鑑別標誌(稱為Category或者Cat.)將這種通信 電纜分類。例如，Cat3能夠進行16 MHz的信號傳輸，Cat.4能夠進行20 MHz 的信號傳輸，Cat.5能夠進行100 MHz的信號傳輸。使用的調製頻率越高， 傳輸的信息量越大。但是，如果使用較高的調製頻率，則在電纜中以及電纜 之間產生串擾，使得接收機難以將信號分離。由於這個原因，UTP電纜的信 息傳輸能力被限制在大約155Mbps (兆位每秒)的水平。但是，隨著傳輸設備技術的發展，通過採用DSP (數位訊號處理)等技 術的補償或消除方法，能夠補償由於電纜中的串擾所導致的信號質量下降。 這樣，Cat5e電纜允許進行1000Mbps(或者1 Gbps)的信號傳輸，並且正EE (電子電氣工程師協會)標準委員會在1999年正式將1000base-T作為以太 網標準。因此，為了增加傳輸能力，更多地使用高頻。但是，使用的頻率越高， 與之成比例地，電纜周圍導線之間的串擾以及插入損耗增加得越多。此外， 近年來試圖使用超過400MHz,特別是在500至650 MHz範圍內的高頻帶， 從而獲得理論上在20 Gbps以上、實際達10 Gbps的香農容量(Shannon capacity)。在這種情況下，電纜之間的外來串擾成為關鍵問題。為了克服由於串擾造成的在信號分離上的困難，傳統上使用補償設備 (例如DSP)和具有改善電纜結構的屏蔽電纜。首先，在使用補償設備(例如DSP)的情況下，能夠解決電纜中產生的串擾問題，但是會產生外來串擾， 因此相鄰電纜的傳輸信號會由於隨著高頻傳輸產生的電磁波效應而互相干 擾，導致無法進行信號分離。同時，屏蔽電纜主要是設計用於惡劣環境下，也就是受電磁波嚴重影響的地方。這種屏蔽電纜以這樣的方式構造將電磁波屏蔽特性優良的金屬膜 插入其間，因此即使在信號串擾嚴重的地方，要傳輸的信號受電磁波產生的串擾的影響也不大。使用FTP (箔雙絞線)電纜和STP (屏蔽雙絞線)電纜 作為屏蔽電纜。STP構造為用鋁箔分別屏蔽導線對和護套，FTP構造為僅僅 屏蔽護套。如果通過纏繞金屬膜來實現電磁波屏蔽特性，在500至650 MHz 範圍的高頻傳輸過程中，電纜不會由於電磁波產生外來串擾，因此從技術上 來講允許10 Gbps的傳輸。但是，用FTP電纜或STP電纜代替現有的UTP 電纜存在以下問題。首先，在歐洲，至少95X的用戶網絡採用UTP電纜，而STP電纜僅用 於特殊目的。由於至少95%的相關產業和工程師使用或研究UTP電纜網絡 技術，所以他們除了 UTP電纜之外別無選擇。.此外，由於STP電纜的安裝 容差小，所以其特性變化在很大程度上取決於工程師的安裝技巧，即使一個 微小的疏忽也會使系統本身的特性受到嚴重損害，這使得STP電纜不適用於 一般用戶。此外，因為與替代困難相關的其它缺陷，如果像FTP結構一樣用金屬膜 來屏蔽，就會出現密度增加導致重量增加、柔韌性差、易腐蝕、難加工的問 題。此外，在電纜製造過程中必須增加分離工藝，帶來不便。發明內容構思本發明以解決現有技術的問題，因此本發明的目的在於提供一種能 夠抑制電纜間的外來串擾的電纜，這種電纜的結構與傳統的UTP電纜相似， 但是不包括單獨的屏蔽(例如金屬膜)。為了實現上述目的，本發明提供一種通信電纜，通過在通信電纜的外表 面上形成突起結構(或者外側隔離物)，能夠有效地防止外來串擾，從而實 現高速信號傳輸。也就是說，在本發明的一個方案中，提供一種通信電纜，包括至少一個雙絞線，用多個外包絕緣層的導線絞合形成；護套，包圍所述雙絞線；以 及突起，形成在所述護套的外表面上。在此，優選設置四個雙絞線，每一個雙絞線構成為絞合一對導線的成對 形式。此外，所述突起優選沿著所述護套的長度方向具有至少一股螺旋結構， 所述突起的所述螺旋結構的旋轉間距優選為30mm至120mm。在本發明的另一實施例中，所述突起可沿著所述護套的長度方向具有至 少一股波浪形(waved shape)結構。此外，所述護套的厚度優選為0.5 mm至1.5 mm。優選地，所述突起的突起高度為1.0mm至3.0mm，所述突起的截面形 狀選自包括圓形、三角形、矩形、梯形和半圓形的群組，所述突起包括中 心部分，由阻燃劑聚合物材料或金屬材料構成；以及聚合物材料，包圍所述 中心部分。優選地，所述突起與所述護套之間的接觸面的寬度為0.2 mm至3.0 mm。 此外，所述突起的楊氏模量優選為5至500kgf/mm2，伸長率小於等於1%。優選地，所述雙絞線中的絞合導線的間距為7.0 mm至30 mm，設置至 少兩個雙絞線，各雙絞線中的導線的絞合間距彼此不同。此外，優選地，設置至少兩個雙絞線，所述通信電纜還包括內部隔離物，設置在所述護套內，將所述至少兩個雙絞線相互分離。在本發明的另一方案中，提供一種製造通信電纜的方法，包括(a)用 多個外包絕緣層的導線絞合形成至少一個雙絞線；以及(b)通過具有預定形狀的凹部的壓模擠壓所述至少一個雙絞線，形成所述至少一個雙絞線的外部 覆蓋層，並在所述外部覆蓋層上一體地形成對應於所述凹部的突起。這裡，在步驟(b)，通過沿一個方向旋轉所述壓模形成所述外部覆蓋層， 使所述突起形成螺旋形。此外，所述凹部的截面優選選自包括圓形、三角形、矩形、梯形和半圓 形的群組。在另一實施例中，在步驟(b)，所述壓模有多個凹部，並且所述壓模在預 定範圍內沿順時針方向和逆時針方向交替旋轉，從而在所述外部覆蓋層上形成多個波浪形突起。在本發明的另一方案中，提供一種製造通信電纜的方法，包括(a)用多個外包絕緣層的導線絞合形成至少一個雙絞線；(b)形成覆蓋在所述至少一個雙絞線上的護套；以及(c)製備線形(wire shape)突起，然後將所述突 起附著在所述護套上。這裡，在步驟(c)，通過在一個方向上旋轉所述護套將所述突起附著在所 述護套上，使所述突起形成螺旋形。


根據參照附圖對各實施例的描述，本發明的其它目的和方案將變得顯而易見，在附圖中圖1為示出設置在通信電纜中的普通導線對的示意圖；圖2為示出根據本發明一個實施例的帶外側隔離物的通信電纜的構造的剖視圖；圖3為示出根據本發明一個實施例的帶外側隔離物的通信電纜的外觀的 示意圖；圖4為示出根據本發明另一個實施例的帶外側隔離物的通信電纜的剖視圖；圖5為示出根據本發明另一個實施例的帶外側隔離物的通信電纜的外觀 的示意圖；圖6為示出製造根據本發明一個實施例的帶外側隔離物的通信電纜的設 備的示意圖；圖7為示出圖6中的壓模(die)的橫截面的剖視圖； 圖8為示出根據本發明優選實施例的帶外側隔離物的通信電纜的外來串 擾特性的曲線圖；以及圖9為示出傳統UTP電纜的外來串擾特性的曲線圖。
具體實施方式
下面參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。在描述之前應理解，在說 明書和所附權利要求書中使用的術語不應解釋為限於通常或字典上的含義，而應基於允許發明人為了最好地說明而適當地定義術語的原則，根據與本發 明的技術方案相對應的含義和概念進行解釋。因此，這裡提供的描述僅僅是 用作說明的優選實例，並非要限制本發明的範圍，所以應理解，可做出其它 等同物和變型而不脫離本發明的精神和範圍。圖2為示出根據本發明一個實施例的帶螺旋形突起的通信電纜的構造的 剖視圖，圖3為示出根據本發明一實施例的帶螺旋形突起的通信電纜的外觀 的示意圖。參照圖2和圖3，根據本發明一個實施例的帶外側隔離物的通信電纜包 括雙絞線12、交叉填充物(或內部隔離物)20、護套30以及突起(或外部 隔離物)21。雙絞線12有一對外包絕緣層的導線10、 11，構造為使得形成導線對P 的兩條導線IO、 ll互相絞合。導線對P的絞合間距(pitch)優選在7.0mm 至30 mm的範圍內，更優選在8.0 mm至18 mm的範圍內。如果間距小於7.0 mm，則增加材料的消耗，如果間距大於30 mm，則導線對的結構不穩定， 不能保持形狀。此外，雖然附圖中示出雙絞線12有兩條導線10、 11，但是 本發明不限於此，雙絞線可有更多的導線。此外，雙絞線12可在絞合導線 10、 11的外側形成有覆蓋層。護套30由聚乙烯、PVC (聚氯乙烯)或烯烴聚合物材料構成，且構成 為包圍包括有多個雙絞線12的集合體。護套30的厚度優選為0.3 mm至1.5 mm。此外，雖然附圖中示出在護套30包括四個雙絞線12，但是本發明不限 於此，雙絞線的數量可以多種方式變化。如果多個雙絞線12中的絞合導線 的內部間距條件相同或相似，則電纜中的導線對之間容易產生串擾，因此將 它們設計為具有不同的間距。此時，相鄰導線對之間的間距差優選為保持在 0.2mm以上，防止電磁相互作用。交叉填充物20設置在護套30內部。交叉填充物20將四個雙絞線12相 互隔離，防止導線對P之間的內部串擾，並保持電纜原來的形狀。交叉填充 物20可由PVC或金屬膜構成。突起21用於與相鄰電纜分離一定距離。突起21形成於或附著在護套30 的外表面。突起21由聚合物材料構成，在它的中心部分可添加阻燃劑聚合 物材料或金屬材料，以保持其形狀。此外，雖然附圖中示出突起21具有圓形截面，但是本發明不限於此，可將突起21的截面改為三角形、矩形、梯 形或者半圓形。突起21的厚度(或直徑)優選為1.0mm至3.0mm，更優選 為1.5mm至2.5mm，以將相鄰的電纜相互隔離。在此，如果突起21的厚度 /直徑不大於1.0 mm，則隔離距離不充分，在電纜之間會產生串擾。如果突 起21的厚度/直徑不小於3.0mm，則隔離距離充分，但是浪費了很多材料。 此外，突起21的楊氏模量(Young's modulus)優選為5至500 kgf/mm2，伸 長率小於等於1%。如果楊氏模量小於5 kgf/mm2，則突起21的材料太軟， 電纜綁成束時不能保持最佳間隔。如果楊氏模量大於500 kgf/mm2，則突起 21的材料太硬，不能彎曲或安裝電纜。如圖3所示，將突起21附著在護套30的外表面，使其螺旋形纏繞在護 套30的外表面。由於突起21形成為螺旋形，所以能夠保證相鄰電纜之間的 間隔距離。螺旋形狀的旋轉間距優選為30 mm至120 mm，更優選為50 mm 至80 mm。此時，螺旋突起21的旋轉間距是保持相鄰電纜之間的間隔距離 的關鍵因素。如果該間距大於120 mm，則間距之間的距離增加，相鄰電纜 相互更加靠近，易於產生外來串擾。如果該間距小於30mm，則能夠很好地 保持間隔距離，但是浪費了很多材料，並且電纜的重量增加。此夕卜，突起21與護套30之間的接觸面的寬度優選為0.2 mm至3.0 mm。 如果該接觸面的寬度小於0.2111111,則附著力差，當電纜彎曲或與相鄰電纜接 觸時，突起21會偏離，從而不能防止外來串擾。圖4為示出根據本發明另一實施例的帶波浪形突起的通信電纜的剖視 圖，圖5為示出根據本發明另一實施例的帶波浪形突起的通信電纜的透視圖。下面基於與前述實施例的通信電纜的差異描述根據本實施例的帶波浪 形突起的通信電纜。參照圖4和圖5，與前述實施例的通信電纜相似，本實施例的通信電纜 包括雙絞線12、交叉填充物20、護套30以及突起22，但是突起22不是螺 旋形，而是波浪形，並沿著護套30的長度方向附著在護套30的外表面。同時，本發明的突起不限於螺旋形或者波浪形，可改為各種形狀，例如 多股螺旋形、鋸齒形、浮雕形以及多個環形。下面詳細描述製造根據本發明的帶外側隔離物的通信電纜的方法。首先，將一對外包絕緣層的導線製備為雙絞線。將四個雙絞線排列在一起，面對面地拉長，形成集合體。然後，將添加劑加入阻燃劑PVC混合物以表現出穩定的加工特性，將此混合物與上述集合體一起擠壓，從而覆蓋在集合體的外表面。現有技術中，這種製造UTP電纜的方法已經眾所周知，這 裡不再描述。之後，用直徑約2 mm的PVC材料和包括在PVC材料中的直 徑約l mm的銅線構成的導線製備成突起。導線裝在繞線機中，使得導線能 夠繞著按照前述製備的UTP電纜沿縱向纏繞成螺旋形。在展開後重新纏繞已 製備的UTP電纜的重繞過程中，通過繞線機將導線繞著UTP電纜沿縱向纏 繞，然後用粘合劑將導線粘在UTP電纜上，使得沿縱向纏繞在UTP電纜上 的導線不會從UTP電纜分離。下面參照圖6和圖7詳細描述製造根據本發明另一實施例的通信電纜的 方法。首先，將一對外包絕緣層的導線製備為雙絞線。然後，將四個雙絞線排 列在一起，面對面地拉長，形成集合體13。將添加劑加入LSZH (低煙無滷， 一種阻燃劑聚合物)，製備成覆蓋材料，以表現出穩定的加工特性。擠壓機 的壓模70設計為具有模孔72，以使要覆蓋的護套厚度約為0.8 mm，此外在 模孔72中還設計了與突起相對應的凹部。例如，壓模70的凹部可為圓形73、 梯形74、三角形或者矩形，並且可設置兩個以上的凹部。按照前述製備的集 合體13和覆蓋層材料，通過設置有如上設計的壓模70的擠壓機的擠壓，使 護套和突起一體地形成。在擠壓過程中，擠壓頭60與可通過旋轉帶而旋轉 的旋轉電機相連接，以旋轉壓模70。由於壓模70的旋轉，在覆蓋集合體13 的同時形成螺旋形的突起21。此時，可以改變旋轉電機的旋轉方向，以形成 其它形狀的突起21,例如波浪形，而不是螺旋形。如上所述，由於在覆蓋過 程的同時形成突起，從而製造出根據本發明的帶外側隔離物的通信電纜71， 所以能夠減少工藝數量，縮短製造時間。圖8為示出根據本發明優選實施例的帶外側隔離物的通信電纜的外來串 擾特性的曲線圖，圖9為示出傳統UTP電纜的外來串擾特性的曲線圖。下面，與比較性實例一起參照圖8和圖9更詳細地描述本發明。比較性實例檢驗在傳統的UTP電纜中保持最佳傳輸率的Cat.6產品是否能夠在超過10 Gbps的高速信號傳輸所要求的500至650 MHz頻率範圍內傳輸信號。為 此，利用對l+6結構進行的實驗來測量電纜的傳輸特性，在l+6結構中，根 據IEEE 802.3所制定的標準，將一個電纜放在中心，用六個電纜包圍中心電 纜，此時中心位置受串擾的影響最大。此測量中使用的產品的覆蓋層厚度約 為0.6 mm，並且由於覆蓋層上沒有安裝任何結構，所以其表面保持光滑狀態。 用這種電纜測量傳輸特性的結果是，它通過了包括耦合阻抗、回波損耗、衰 減、NEXT (近端串擾)、FEXT (遠端串擾)以及ELFEXT (同級別遠端串 擾)在內的所有測試，並且在測量外來串擾(即電纜之間的串擾現象).時， 最差餘量為大約9.0dB,這遠遠低於標準規範。也就是說，參照圖9，在曲線圖的中央部分用粗實線畫出標準規範40， 並且規定即使在最壞的情況下外來串擾也不應低於這條線。對傳統UTP電纜 進行外來串擾測量的結果是，在絕大多數情況下傳輸特性值50低於標準規 範40。這表明電纜嚴重地受到周圍電纜和高頻傳輸的影響。因此，可理解傳 統UTP電纜不能夠進行10 Gbps的傳輸。作為比較，參照圖8，用與上述相同的實驗測量傳輸特性的結果是，發 現根據本發明的帶外側隔離物的通信電纜在傳輸特性值50與標準規範40之 間出現充分的餘量。此夕卜，即使在最壞的情況下，餘量空間至少也有7至8 dB， 因此本發明的通信電纜可望充分地實現10 Gbps的傳輸。上面詳細描述了本發明。但是應理解，由於根據上述詳細描述，對於本 領域技術人員來說落入本發明精神和範圍內的各種變型和改型顯而易見，所 以在說明本發明優選實施例的同時，上述詳細描述和具體實例僅作為示例給 出。工業實用性如上所述的根據本發明的帶外側隔離物的通信電纜及其製造方法具有 以下效果。第一，由於通信電纜之間的間隔距離以一個適當的值保持恆定，所以可 防止通信電纜之間產生的外來串擾，因此本發明的通信電纜在10 Gbps級別 的高速信號傳輸中非常有用。第二，由於不用單獨的屏蔽(例如金屬膜)來防止外來串擾，所以可減少製造通信電纜的工藝數量和成本，並且可減少由於屏蔽的腐蝕或者電纜重 量的增加帶來的所有不便。第三，由於本發明的通信電纜的結構、形式與現有技術中廣泛使用的UTP電纜基本上相同，所以可優選使用已有的網絡設備和技術以及製造設備 和工藝，而不需要作很多改動。
權利要求
1、一種通信電纜，包括至少一個雙絞線，用多個外包絕緣層的導線絞合形成；護套，包圍所述雙絞線；以及突起，形成在所述護套的外表面上。
2、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，設置四個雙絞線，每一個雙絞線構成為絞合一對導線的成對形式。
3、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起具有螺旋結構，所述螺旋結構沿著所述護套的長度方向 具有至少一股。
4、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起的所述螺旋結構的旋轉間距為30mm至120mm。
5、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起沿著所述護套的長度方向具有至少一股波浪形結構。
6、 如權利要求l所述的通信電纜，其中，所述護套的厚度為0.5mm至1.5mm。
7、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起的楊氏模量為5至500kgf/mm2，伸長率小於等於1%。
8、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起與所述護套之間的接觸面的寬度為0.2mm至3.0mm。
9、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起的突起高度為1.0mm至3.0mm。
10、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述突起的截面形狀選自包括圓形、三角形、矩形、梯形和半圓 形的群組。
11、 如權利要求1所述的通信電纜，其中所述突起包括 中心部分，由阻燃劑聚合物材料或金屬材料構成；以及 聚合物材料，包圍所述中心部分。
12、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，所述雙絞線中的絞合導線的間距為7.0 mm至30 mm。
13、 如權利要求1所述的通信電纜，其中，設置至少兩個雙絞線，各雙絞線中的導線的絞合間距彼此不同。
14、 如權利要求1所述的通信電纜， 其中，設置至少兩個雙絞線，以及其中，所述通信電纜還包括內部隔離物，設置在所述護套內，將所述至 少兩個雙絞線相互分離。
15、 一種製造通信電纜的方法，包括(a) 用多個外包絕緣層的導線絞合形成至少一個雙絞線；以及(b) 通過具有預定形狀凹部的壓模擠壓所述至少一個雙絞線，形成所述 至少一個雙絞線的外部覆蓋層，並在所述外部覆蓋層上一體地形成對應於所 述凹部的突起。
16、 如權利要求15所述的製造通信電纜的方法，其中，在步驟(b)中，通過沿一個方向旋轉所述壓模形成所述外部覆蓋層， 使所述突起形成為螺旋形。
17、 如權利要求15所述的製造通信電纜的方法，其中，所述凹部的截面選自包括圓形、三角形、矩形、梯形和半圓形的 群組。
18、 如權利要求15所述的製造通信電纜的方法，其中，在步驟(b)中，所述壓模有多個凹部，並且所述壓模在預定範圍內 沿順時針方向和逆時針方向交替旋轉，從而在所述外部覆蓋層上形成多個波 浪形突起。
19、 一種製造通信電纜的方法，包括步驟(a) 用多個外包絕緣層的導線絞合形成至少一個雙絞線；(b) 形成覆蓋在所述至少一個雙絞線上的護套；以及(c) 製備線形突起，然後將所述突起附著在所述護套上。
20、 如權利要求19所述的製造通信電纜的方法，其中，在步驟(c)，通過在一個方向上旋轉所述護套將所述突起附著在所 述護套上，使所述突起形成螺旋形。
全文摘要
一種通信電纜，包括至少一個雙絞線，用多個外包絕緣層的導線絞合形成；護套，包圍所述雙絞線；以及突起，形成在所述護套的外表面上。這種通信電纜可防止外來串擾，特別是在高速傳輸中，因此能夠穩定地保持通信電纜的傳輸特性。
文檔編號H01B11/04GK101233583SQ200680027583
公開日2008年7月30日 申請日期2006年6月9日 優先權日2005年7月28日
發明者南基準, 樸贊容, 白宗燮, 童佑庸 申請人:Ls電線有限公司