大对数通信电缆的设计与制造

  1.前言
　　近年来，综合布线业务在我国兴起与发展，这既是在计算机技术和通信技术发展的基础上进一步适应社会信息化和经济国际化的需要，也是办公自动化进一步发展的结果。它是建筑技术与信息技术相结合的产物，是计算机网络工程的基础。
　　建筑物综合布线系统中的垂直干线子系统，由连接主设备间至各楼层配线间之间的线缆构成。其功能主要是把各分层配线架与主配线架相连，用主干电缆提供楼层之间通信的通道，使整个布线系统组成一个有机的整体。
　　目前不少综合布线系统已经或准备选用大对数数字通信电缆作为垂直干线子系统的传输介质。大对数数字通信电缆相对光缆作为垂直干线，具有铺设方便、线缆管理简洁、成本低等优点。
　　本文以大唐电信生产50对UTP数字通信电缆为例，对大对数数字通信电缆的设计研发和生产控制进行探讨。
　　2.电气参数的理论计算
　　2.1电缆的一次参数
　　导体有效电阻R、回路电感L、电容C和绝缘电导G称为电缆的一次参数，这些参数与传输的电压、电流的大小无关，他们是由电缆本身的结构尺寸，材料和电流的频率等条件来决定的。
　　2.1.1导体有效电阻R（Ω/km）
　　在介绍导体有效电阻前，先来介绍导体的直流电阻R0。导体直流电阻R0与导体的材料和导体直径有关，其计算公式如下：
　　式中R0——直流电阻（Ω/km）；
　　——扭绞系数；
　　——电阻系数（Ωmm2/m200C）；
　　L——导线长度（m）；
　　S——导线截面积（mm2）；
　　d——导线直径（mm）。
　　上述公式中，导体直流电阻都是在标准温度200C时的数值，任意温度下导体直流电阻应按下式进行换算：
　　式中Rt——温度t时电阻值（Ω/km）；
　　R20——温度200C时的电阻值（Ω/km）；
　　——电阻温度系数
　　有效电阻是指电缆电路在其工作状态下的电阻，由于邻近效应、集肤效应以及金属损耗等因素会产生附加电阻，因此，电缆回路的有效电阻是由直流电阻R0和通过交流电流时的附加电阻所组成，计算公式如下：
　　注：当χ>10时
　　式中R0——直流电阻（Ω/km）；
　　d——导体直径（mm）；
　　——导体中心间距mm）；
　　f——频率（Hz）；
　　P——线对组修正系数（实路对绞组为1.0）；
　　χ——不同频率的系数；
　　F(χ)、G(χ)、H(χ)——为系数χ在不同频率时的特定函数。
　　2.1.2回路电感L(H/km)
　　对称回路的电感由两部分组成，及内电感和外电感。外电感的大小取决于电缆结构的几何尺寸，与频率无关；内电感的值与传输频率程反比，频率越高其集肤效应越显著，内电感越小。计算公式如下：
　　注：当χ>10时
　　式中λ——电缆总绞入率；
　　d——导体直径（mm）；
　　——导体中心间距mm）；
　　f——频率（Hz）；
　　χ——不同频率的系数；
　　Q(χ)——为系数χ在不同频率时的特定函数。
　　2.1.3电容C(F/km)
　　电容分工作电容和部分电容两种，工作电容为工作线对上总的电容；部分电容是电缆各芯线之间的电容，是工作电容的组成部分。计算公式如下：
　　式中λ——电缆总绞入率；
　　d——导体直径（mm）；
　　——导体中心间距mm）；
　　ε——组合绝缘介质的等效介电常数；
　　d1——导体绝缘层直径（mm）；
　　d2——绞对线的等效直径（mm）。
　　2.1.4绝缘电导G（S/km）
　　绝缘电导表示为一个回路的绝缘质量，电缆的绝缘电导值越小，也就说明绝缘层的介质损耗值越小。绝缘电导G是由绝缘不完整的直流绝缘电导G0和介质极化后的交流绝缘电导G～组成的。在通信电缆中，由于交流绝缘电导比直流绝缘电导所引起的损耗要大得多，因此可以忽略不计直流绝缘电导G0值，计算公式如下：
　　式中——交流绝缘电导（S/km）；
　　——频率（Hz）；
　　C——工作电容(F/km)；
　　——组合绝缘介质的等效介质损耗角正切值。
　　2.2电缆的二次参数
　　对称回路的传输质量主要是根据回路的二次参数来估价的。
　　2.2.1衰减常数(Np/km,1Np=8.686dB)
　　衰减常数是影响电缆传输距离的一个重要参数，它由两部分组成：由于导体本身损耗而产生的衰减；由于绝缘介质损耗而产生的衰减；衰减是用以衡量信号能量发生降低和损失大小的一个电气指标，并随着传输频率的增加而增大，影响衰减的主要因素包括导体直径、导体材料、绝缘材料、电缆结构等。因此要改善电缆的衰减性能，可以通过增加导体直径、选择更优良的材料以及在生产制造过程中保持电缆几何结构尺寸的稳定来实现。计算公式如下：
　　式中R——导体有效电阻（Ω/km）；
　　L——回路电感(H/km)；
　　G——绝缘电导（S/km）；
　　C——工作电容(F/km)。
　　2.2.2特性阻抗Zc（Ω）
　　特性阻抗Zc是电磁波沿均匀线路传播时，在无终端失配影响的情况下所遇到的阻抗。计算公式如下：
　　式中L——回路电感(H/km)；
　　C——工作电容(F/km)。
　　对称电缆的阻抗分为特性阻抗Zc和输入阻抗Zin，特性阻抗Zc随着频率的增加而减少，当频率超过3000Hz后，则特性阻抗Zc值就不再发生变化。此时输入阻抗Zin受电缆结构因素的影响，入射信号的反射波围绕特性阻抗Zc上下波动。从回路电感L和工作电容C的计算公式中可以分析出，影响阻抗的因素有：电缆总绞入率λ、导体直径d、导体中心间距以及组合绝缘介质的等效介电常数ε，这些参数都是电缆的结构因素。换言之，能控制好以上四个结构因素的均匀性和稳定性，那么电缆在每段上阻抗值的波动范围就会控制到最小。
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