综合布线系统用数字电缆的发展动向

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摘要：本文介绍了综合布线系统用数字通信电缆的发展趋势，阐述了在国外已被广泛商用的6类、7类布线的结构特点、工序控制要求及其传输性能，并指出了这两种高性能数字电缆良好的市场前景。

1  前言

   随着IT业的飞速发展，人们对综合布线系统性能要求也越来越高，网络的带宽随之相应增加。综合布线系统用数字电缆也不断更新换代，6类布线技术凭借其250MHz的带宽满足了今天的商业应用，它代表了非屏蔽对绞线和屏蔽对绞线（为总屏蔽对绞线）所能支持的最高带宽能力。然而局域网的功能仍在快速扩展，带宽可以高达600MHz的 7类电缆（总屏蔽加上线对屏蔽）便迎合了网络日新月异的发展。

2  6类数字电缆的结构特点

  为了给网络应用提供更加畅通的通路，较高的抗噪性，高带宽、大数据量、传输距离远、抗干扰能力强是基本的要求，6类布线系统以250MHz的带宽，满足了这些要求。国外已普遍应用6类布线系统，国内网络运营商也在大力推广。

6类技术可支持高达250MHz的网络传输带宽，不同的制造工艺和布线结构，都必须满足标准规定的这一带宽要求。6类数字电缆有骨架式和非骨架式两种结构。

2.1 骨架式6类数字电缆

  节距设计合理的4对线对，通过在电缆中心设计塑料十字骨架来稳定4个线对的相对位置，并使线对间相互隔离，电缆的近端串音和远端串音达到一个最佳效果，同时减少了串音干扰，提高了传输质量，保证了电气性能的稳定可靠。绝缘仍用实心HDPE，铜线直径/绝缘外径为0.57/1.02（mm）。

6类缆绞对必须退扭才能满足电气性能的要求，一般绞对的退扭率控制在30~50%，其特性阻抗值会大为改善。成缆同样需要退扭，退扭率在50~100%之间，可大大改善其传输性能。提高电缆的制造精度和一致性可保证回波损耗满足要求。通过增加导线直径和选择优良的绝缘材料可以改善电缆的衰减性能。

2.2  非骨架式6类数字电缆

  非骨架式6类数字电缆没有骨架固定，其4对线位置较易受外力作用而相对改变，影响到成品电缆的串音衰减性能，造成电气性能不如骨架式稳定，因此设计电缆时，要考虑各项指标应有较大的裕度，这种结构的电缆对绞及成缆节距比骨架式结构小，以保证结构的稳定性，达到较高的串音衰减，目前采用这种结构的布线厂商多用零退扭绞对机，产品同样能符合6类布线系统的电气性能要求。

3 7类数字电缆的结构特点

  近年来，万兆以太网的建设方兴未艾，能在高速环境下传输高频信号的7类屏蔽电缆显出了勃勃生机，成为铜缆传输万兆以太网主要媒介。它支持高传输数率的应用，可提供高于600MHz的带宽，最高带宽可达1.2GHz，能够在一个信道上支持包括数据、多媒体、宽带视频等多种应用，线对分别屏蔽，可降低射频干扰，有极高的安全性。

7类屏蔽电缆采用物理发泡皮-泡-皮绝缘形式，可减小电缆外径并降低电容，衰减也随之降低，导线直径/绝缘外径为0.58/1.45（mm），每对线都使用金属屏蔽，绞对屏蔽形式为铝箔纵包，由于金属屏蔽层的趋肤效应及反射和吸收作用，可消除线对之间的串音并可消除和减少环境的电气干扰，提高电磁兼容性。缆芯也采用金属屏蔽，缆芯屏蔽形式采用铝箔纵包或铜线编织，可降低转移阻抗，消除或减少环境的电磁干扰，使电缆结构和传输参数稳定。

由于采用了双屏蔽结构，线对间抗串扰能力大为提高，所以对绞采用大节距，节距差可以较小，这样既可以减小电缆变形，又可以降低时延和时延差。与6类缆相同，绞对同样需要退扭，退扭率为30~50%，这样可改善因单线偏心或线径不均匀而造成的阻抗波动等，使传输性能更加稳定。七类数字电缆成缆也需要退扭，退扭率在50~100%之间，可防止绞对线因受到扭力变形而引起的传输性能劣化。

4  6类、7类数字电缆的工序控制要求

  根据6类、7类数字通信电缆的结构特点及性能要求，各企业应在工序的工艺控制上下功夫，以满足电缆各项性能指标满足国内外标准的要求。

（1）绝缘工序

铜线延伸率要稳定控制在±2%以内；导线直径波动范围为±0.002mm；绝缘外径波动范围为±0.01mm；同心度大于96%；同轴电容限制在±1.5pF/m；导体预热温度稳定适当，以保证铜线与绝缘层之间粘接良好；7类缆发泡材料挤出要均匀，注气压力变化，螺杆转数变化，收放线张力变化要尽可能小，发泡层的泡要均匀细密，使整条单线上绝缘的等效介电常数保持均匀一致。

导线和绝缘间的附着力是影响回波损耗的主要因素之一，应控制好导线预热温度，挤塑前导线要光亮清洁，不能有水、油及其它污物，挤塑后要分段冷却，以保证附着力控制在工艺规定的范围。

应严格控制色母料的材料质量和加入比例，劣质的色母料不但造成单线击穿点增多，而且会使绝缘层强度低，不耐磨，易受损；色母料加入过多将会影响电缆的回波损耗值。因此要选用优质母料，加入后的单线颜色以能区分识别为宜，不能太深。以减少色母料的不良影响。

选用优质绝缘料和合理的工艺参数保证单线表面光滑圆整，防止因单线表面摩擦力大而造成的后道工序的导轮、倒杆、模具等对单线的磨损。

（2）绞对工序

6类缆的绞对节距在8~16mm，7类缆的绞对节距在20~40mm。设计线对节距时，相邻线对的节距差应尽可能大，相邻和相近的线对节距不宜成低整数倍关系。

绞对工序主要控制收放线张力和单对线的弯曲半径，单线的张力及对线收线张力要均匀一致，防止出现一根线轻微地绕在另一根线上。防止绝缘单线在绞对节点处出现周期性压伤和严重变形。单对线的弯曲半径必须大于50mm，以防止单对线结构不稳定。

绞对机必须带退扭，以改善绝缘层偏心及不均匀对电气性能造成的影响，目前退扭绞对机主要有两种：零退扭绞对机和部分退扭绞对机。零退扭绞对机在绞线时只是两线扭绞转动而单线自身并不转，因此单线并未受到损伤，基本不会影响电缆的回波损耗值。部分退扭绞对机是绞对前单线先反方向预扭，绞对后相当于进行了部分退扭。由于单线受到了正反方向的两次扭转，故单线会受到不同程度的损伤，因此退扭率一般控制在30%左右，最大不应超过50%。

绞对节距公差限定在±0.5mm以内。两根导线间的对称性能和轴向距离差，在生产中必须保持不变，防止扭绞不对称。7类电缆对绞屏蔽时工序中屏蔽带的张力变化范围应小于±10%。对所有的绞对线进行屏蔽时必须采用相等的压缩量。

（3）成缆工序

成缆应采用具有张力反馈控制的主动放线装置，保证在整个电缆长度上绞对线张力的一致。并确保四对线的反向张力恒定一致，以确保电缆良好的几何性能，使其节距保持稳定。

成缆时必须保证缆芯对称，对线位置相对固定。成缆节距一般在100~150mm。成缆对串音影响较大，节距太大，电缆弯曲受力后回波损耗和特性阻抗将会受到影响；节距太小，容易使电缆电容、衰减变大。

成缆退扭的目的是防止芯线受到扭转而使绞对线结构改变、性能指标受到影响，使绞对线在成缆时绞对节距和屏蔽都不会发生变化，因此成缆退扭是改善电缆传输性能的有效手段。在整个成缆过程中绞对线的延伸张力应保持在±10%以内，绞对线的弯曲半径应大于75mm，以保持缆芯结构稳定，性能不致劣化。7类缆采用铝箔屏蔽时，工序中屏蔽带的张力要防止周期性波动，应保持恒定，其变化范围应小于±10%。在屏蔽过程中，要设计合理的模具尺寸，使铝箔包覆的松紧度适宜。以保证电缆传输性能的稳定性，因为铝箔包覆不紧，在电缆弯曲时屏蔽层易出现缝隙，影响电缆的转移阻抗和屏蔽性能；铝箔包覆太紧，会影响电缆的电容和插入损耗值。采用铜编织屏蔽时，应有效控制编织铜丝的张力和编织密度。缆芯的弯曲半径应大于150mm。

（4）护套工序

模具要配置合理，保证护套松紧适宜，护套外径均匀一致，6类缆护套不能过紧，因为护套过紧会使线对绝缘层受压变形，影响传输性能；7类电缆外护套应紧贴屏蔽层，防止电缆在受到外力时变形，导致缆芯中线对的相对位置改变，其传输性能势必受到影响。

护套收放线张力调整非常关键，收线张力太紧易使电缆被压扁、缆芯变形，成品的特性阻抗、回波损耗等性能会受到不同程度的影响。

5 数字通信电缆的传输性能

5.1  衰减

衰减是影响传输距离的主要因素之一,导线直径、绝缘外径、绝缘类型、绝缘料的介电常数和介质损耗是影响数字电缆衰减的重要因素。

降低衰减的方法主要有：

（1）增加导线直径尺寸。
（2）绝缘厚度增加，但副作用是阻抗也随之增大，因此应在阻抗允许的范围内适当增加，以防止回路产生阻抗不匹配，影响传输质量。
（3）选用低介电常数和低介质损耗的绝缘料。
（4）绞对节距不宜过小，经济而又能满足标准要求的绞对节距可以防止衰减增大。
（5）采用合理的绝缘形式，如采用泡沫实心皮或7类数字电缆采用的物理发泡皮-泡-皮绝缘形式。

5.2  特性阻抗

众所周知，特性阻抗是电缆的二次参数，是电磁波沿均匀传输线路传输而没有反射时所遇到的阻抗。电缆的特性阻抗与介质的介电常数和导体直径成反比，与绝缘外径成正比，因此绝缘厚度越大，特性阻抗也越大；材料的等效介电常数越大，特性阻抗越小，但电缆衰减越大，所以设计时要找到平衡点，保证特性阻抗在100±15Ω这个标准范围内。

在高频下，当绝缘材料一定，导线直径、绝缘外径和绝缘形式确定的情况下，只要其结构稳定一致， 可以认为特性阻抗是一个和频率无关的常数。

5.3  串音

电磁波从一个传输回路串入到另一个传输回路的现象称为串音。总的串音由系统性串音和随机性串音组成。系统性串音的减小主要靠设计合理优化的绞对节距，在设计节距时应注意最大节距与最小节距的确定、节距的合理搭配，如果节距设计有缺陷则可造成系统性串音。随机性串音很大程度上取决于工艺、材料和设备，它是由于原材料及生产工艺控制不均匀所造成的，主要原因有：

（1）单线拉、挤制工艺：铜导线导电率与断裂伸长率不均匀；导线外径偏差；芯线绝缘偏心；芯线绝缘外径不均匀；绝缘材料性能不均匀。
（2）绞对工序：绞对节距偏离设计理论值。
（3）成缆工序：由于放线张力不匀使线对偏离正常位置，使缆芯不圆整、不对称。
（4）护套工序：护套挤制中造成缆芯不圆整、缆芯压扁。

根据串音的产生机理，减少线对间串音的方法有：

（1）保证绝缘单线的均匀一致性，降低线对间电容不平衡。
（2）设计合理优化的绞对节距，主被串线对距离越远，节距倒数和与差越大，则串音越小。节距设计好后要根据本厂的设备工艺情况及成品串音测试情况对节距进行调整修正，以获得符合本厂工艺设备条件的最佳节距。确保绞对节距的精度满足设计要求，绞对收放线张力均匀一致。
（3）成缆收放线张力要均匀，防止对线松紧不一，模具设计要合理，防止缆芯受挤压或变形。屏蔽层要圆整。
（4）护套工序应防止缆芯压扁、不圆整。

5.4  结构回波损耗

结构回波损耗实质是描述输入阻抗围绕拟合阻抗波动大小的一个指标。引起输入阻抗波动的原因是电缆存在着各种缺陷，比如导线直径和绝缘外径不均匀，单线偏心，绝缘层发泡不均匀，绞对线周期性刮伤、压伤等。其中周期性的结构偏差和损伤对结构回波损耗影响最大。

提高结构回波损耗的方法有：

（1）提高线对纵向结构的均匀一致性。
（2）单线拉丝、挤塑时导线直径和单线外径公差要尽可能小，同心度高，表面光滑圆整。
（3）绞对收放线张力要均匀一致，节距、退扭率设计合理。防止对线掉轮或受到各种非正常外力损伤。
（4）成缆节距要均匀一致，避免出现节距周期性大幅度波动。模具设计要精确，避免模具太小造成芯线周期性损伤。

6 市场展望

目前综合布线市场中6类布线系统的发展势头强劲，各布线厂商纷纷推出6类布线产品。有报道说2006年6类布线已在国际市场中占有主导地位。国内有些厂家以OEM的形式大量出口。国内6类缆的用量还不是很多，主要供给一些处在网络技术前沿的单位使用。但随着我国网络和数据通信的不断发展，6类电缆将会满足我国网络未来发展的需要。

随着铜缆传万兆以太网标准的出台，7类电缆将率先应用于教育行业、大型数据中心等对网络速度要求较高的领域，7类系统在德国已经有成功的应用案例，预计其未来几年将主要应用于欧洲市场。随着屏蔽布线系统被更多的用户所接受，电磁兼容性的重要性被更多的人所认识，屏蔽系统的应用已不局限于欧洲市场。屏蔽产品已被列入北美相关布线标准，这标志着这一地区有着一定的市场潜力，但由于受传统布线系统的影响，预计近期内不可能成为这一市场的主流。由上可见，在世界范围内，未来几年将是6类、7类布线系统市场发展的高峰期，

7 结束语

  经历了前几年风云变换的综合布线市场，我们感受到，只有紧跟国际数字电缆的技术潮流，站在新品研发的前沿，对各类高新产品要做好必要的技术储备，静观市场风云，以高品质的数字电缆产品积极拓展国际国内市场，才能在激烈的市场竞争中把握主动权。

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