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。

　　2.2.3串音

　　在对称电缆中，各回路相互间的干扰是由于横向电磁场的存在而引起的，此时电磁场在临近的回路上会产生干扰电流。串音根据主被串回路位置的分类，在被串回路中，与主串回路的信号源同一端受到的串音称为近端串音，而在另一端受到的串音称为远端串音。

　　近端串音衰减AO是主串回路的发送功率串到被串回路近端后的衰减值，计算公式如下：

　　式中AO——近端串音衰减(Np,1Np=8.686dB)；

　　——主串回路的发送功率；

　　——主串回路的发送功率串到被串回路近端的功率。

　　远端串音衰减A1是主串回路的发送功率串到被串回路远端后的衰减值，计算公式如下：

　　式中A1——远端串音衰减(Np,1Np=8.686dB)；

　　——主串回路的发送功率；

　　——主串回路的发送功率串到被串回路远端的功率。

　　电缆中各线对的扭绞节距、相邻线对间的节距搭配、线对两导体间的距离、缆芯的稳定程度等，都是引发线对间串音的重要因素。设计不同的各线对扭绞节距并经过试验和调整，是目前减小电缆串音较为有效的方法。线对扭绞节距的计算公式参考如下：

　　式中H——线对扭绞节距（mm）；

　　h——所设计和考虑的平均扭绞节距（mm）；

　　k——各线对的扭绞系数（1.0-1.4-1.8-2.2┈┈）。

　　3.关键工序控制要点

　　图1大对数数字通信电缆生产工艺流程

　　3.1串联绝缘单线工序

　　单线是电缆最基础的元件。串联绝缘单线生产工序作为整个电缆生产的第一道工序，直接影响电缆的性能。下面介绍了串联绝缘工序的几个关键控制点：

　　3.1.1导体和绝缘的外径波动

　　导体和绝缘的外径波动变化对绝缘线芯的影响甚为重要。一根0.510/0.910mm绝缘芯线的水电容约为216pF/m，如铜导体直径变化0.001mm，而绝缘外径不变，电容约变化0.72pF/m。铜导体直径变化0.002mm，电容变化将达3pF/m。在上述结构规格时，当铜导体直径不变，而绝缘外径变化0.002mm时，电容变化约为0.8pF/m，若外径的公差在0.005mm，电容变化可达4pF/m。这样的变化是很危险的，如果迭加在阻抗峰值上就会超出标准规定范围。鉴于电容对于阻抗的影响，严格控制导体外径与绝缘外径是绝对必要的。我公司在生产过程中，把导体的直径波动控制在0.002mm，绝缘的直径波动控制在0.01mm，保证了单线质量。

　　3.1.2同心度的监控

　　实际生产中导体与绝缘不可能达到同心圆的理想状态。而单线结构的不均匀会导致电场畸变，在后续生产过程中，这种缺陷会不断累积迭加，最终引起特性阻抗波动过大、串音衰减严重、结构回波损耗过大等严重问题。因此，同心度是串联绝缘单线生产工序中非常重要的一个点。挤出线的同心度很大程度上取决于机头的圆周均流程度和模具同心度。我公司使用进口机头模具，生产出的单线同心度达到96%~97%，为单线质量打下了坚实的基础。

　　3.2绞对工序

　　大对数数字通信电缆的串音衰减，是由两个部分组成的，即组内串音和组间串音。组内串音是指子单元内4对线间的串音，组间串音是指相邻的子单元间的串音。

　　3.2.1节距选择

　　在绞对工序生产时选取合适的绞对节距，可以有效改善电缆组内串音。电缆中每一个线组的纽绞节距都必须注意与其他各线组纽绞节距的配合问题，要各不相同。对绞节距的配合和计算可用下式进行：

　　式中a和b——线组的纽绞节距；

　　v和w——大于零的整数。

　　首先要选定节距范围，节距最小值不能太小，节距小材料浪费大，生产效率低；节距最大值亦不可太大，影响结构稳定。一般节距范围选50~120mm。不同导线直径的电缆，选用节距范围亦不同，导线直径大的，选用节距亦要大些。选用的节距，不能全是计算出来的数值，还要根据绞对机齿轮搭配情况，再作适当修正。

　　选定节距开始生产后，还需要注意节距的波动。节距波动偏大使结构不均匀，正负电磁感应耦合电流不能相互平衡，最终导致特性阻抗、串音和回波损耗不合格。

　　3.2.2张力控制

　　张力过大或不均会引起线芯结构上的变化，导致传输参数严重恶化，因此对其必须加强控制。绞对机设备应有稳定的运转速度，放收线张力控制均匀可调。

　　3.3.3退纽

　　在普通绞对机生产过程中，线组会绕两线芯中心线进行公转，同时各线芯绕自身圆心自转，这样产生了两个不良作用：

　　1）由于绝缘偏心，在两根线芯相对转动时，导体间距变化；

　　2）自转时会形成一个扭转，这个扭矩导致不良内应力。

　　同时，由于排线、摩擦、表面滑动等因素影响，线芯间转动不可避免。为了减小上面多种原因带来的影响，退扭非常必要。通常情况下，选择30~35%的退扭比例即可。

　　3.3子单位生产工序

　　子单位由4个线对绞合而成。各子单位中的线对可采用表2或表3中第1对~第4对的颜色色序，中心线对可采用表中第5对~第6对的颜色色序。

　　表2表3

　　线对序号标志颜色

　　1a白（蓝）

　　b蓝

　　2a白（橙）

　　b橙

　　3a白（绿）

　　b绿

　　4a白（棕）

　　b棕

　　5a白（灰）

　　b灰

　　6a红（蓝）

　　b蓝

　　线对序号标志颜色

　　1a白

　　b蓝

　　2a白

　　b橙

　　3a白

　　b绿

　　4a白

　　b棕

　　5a白

　　b灰

　　6a红

　　b蓝

　　注：表中括号内的标志颜色为色条或色环的颜色。

　　每一个子单位应采用非吸湿性扎带螺旋捆扎，捆扎节距小于60mm。当各子单位的线对颜色色序相同时，子单位扎带的标志颜色应互不相同，色序应符合表4要求。

　　表4

　　子单位序号扎带标志颜色子单位序号扎带标志颜色

　　1白蓝7红橙

　　2白橙8红绿

　　3白绿9红棕

　　4白棕10红灰

　　5白灰11黑蓝

　　6红蓝12黑橙

　　3.4成缆工序

　　50对数字电缆缆芯示意图

　　3.4.1缆芯排列

　　面向电缆A端看，子单位内各线对序号均应按顺时针方向依次排列，子单位序号应从内到外按顺时针方向依次排列。

　　3.4.2生产控制要点

　　成缆设备需要具有运转速度稳定、放收线张力控制均匀可调的特点。生产中应保持放收线张力稳定以避免造成缆芯结构受损。通常情况下，成缆节距为20~25倍缆芯直径。

　　3.5护套工序

　　护套生产线应具备主动放收线并保持张力稳定的能力。护套挤出过程中，护套层应松紧适度、均匀地覆盖在缆芯表面，这同样需要对挤出机的温度和模具进行合理配置。只有这样，电缆的各项参数才能得到最大程度的保障。

　　4.结束语

　　本文以UTP50对数字电缆为例，对大对数数字通信电缆的结构参数设计和关键工艺控制做了论述。数字通信电缆的生产控制环节教多，各个电气参数相互制约影响，所以前期对结构参数的设计计算是必须的，而后的生产过程环环紧扣，必须严格控制才能保证电缆质量。大唐电信始终把顾客的需求作为自己的责任，我们会不断摸索新技术、研发新产品，满足用户的需求。

　　注：大唐电信旗下成都大唐线缆有限公司是我国现代有线通信技术的研究开发基地，由我国最早专门从事线缆研究的邮电部第五研究所的优良资产和优秀技术力量组建形成，积累了四十多年的通信光电缆研发、生产及工程的丰富经验，为我国通信建设做出了重大贡献。公司从德国、法国、美国等先进设备生产厂商进口了多台世界领先的生产设备和检测设备，保证了产品质量。公司生产的各种电缆产品通过了泰尔认证中心的认证，获得进网许可证书；同时通过美国UL认证，具备海外销售实力。公司数字电缆产品符合RoHS规范，是绿色、无污染产品。