屏蔽型SUTP六类对称数字通信电缆的开发Word文档下载推荐.docx
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摘要
Abstract
第1章绪论1
1.1六类布线标准的意义1
1.2预言未来六类布线发展趋势2
1.3屏蔽基本原理3
第2章理论设计5
2.1绝缘线芯的确定5
2.1.1导电线芯的确定5
2.1.2绝缘厚度的确定5
2.2芯线对绞8
2.2.1对绞节距的选择8
2.2.2退扭选择8
2.3单绞成缆9
2.3.1填充骨架9
2.3.2聚酯带10
2.3.3屏蔽层10
2.3.4地线10
2.4外护层挤出11
第3章理论计算12
3.1导电线芯的计算12
3.2绝缘线芯的确定12
3.3绞合节距的选择12
3.4绞入系数的计算13
3.4.1对绞线对绞入系数的计算13
3.4.2单绞成缆绞入系数的计算14
3.5复合介电常数的计算14
3.6电缆的电容15
3.7电缆的特性阻抗16
3.8电缆的衰减18
3.9电缆结构改进后的计算19
第4章工艺流程22
4.1高速串联生产线生产绝缘芯线22
4.1.1拉丝单元23
4.1.2软化单元23
4.1.3挤塑单元25
4.1.4检测单元28
4.1.5收线单元28
4.2CT500-Ⅱ型退扭机和高精度对绞机完成芯线对绞28
4.3YD630单绞机成缆29
4.4CB-φ65护套挤出机挤出外护层30
第5章样品试制31
5.1绝缘芯线的生产31
5.2芯线对绞31
5.3单绞成缆31
5.4外护层挤出31
第6章样品测试33
6.1测试设备33
6.1.1测试方案33
6.1.2测试设备的性能与测试结果的关系33
6.2测试人员的技术水准与测试结果的关系36
结论39
致谢41
参考文献42
附录43
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第1章绪论
经过漫长的5年等待,2002年6月,在美国通信工业协会（TIA）TR-42委员会的会议上,正式通过了六类布线标准,这个分类标准将成为TIA/EIA-568B标准的附录,它将被正式命名为TIA/EIA-568b.2-1。
这是工业史上的最大胜利。
六类标准的出台，极大推动了电信工业的发展，许多原来对六类布线有疑虑的用户和应用开发商现在可以放心大胆的安装六类布线系统了。
六类布线与超五类布线相比所带来的好处是显而易见的。
随着新的以太网传输标准的推出，应用到桌面的高速网络需求日益增长。
采用高带宽的六类布线系统，可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机等。
因此就适应未来网络发展的总体经济效益而言，六类布线比超五类只略贵一点。
预计到2005年，六类布线市场占有率将达到70%。
尽管网络的发展日新月异，但就网络建设来说，千兆网络即将成为网络建设的普遍需求时，作为网络的骨架，六类标准的推出可以说是"
及时雨"
，为建设基于千兆以太网的企业新一代网络在物理层打下了坚实的基础。
1.1六类布线标准的意义
Cat6双绞线布线标准的正式推出，对布线厂商、系统集成商、测试服务提供商及用户都有非常重大的意义。
对于布线厂商们来说，六类正式标准的发布让大家少了一些争议。
自从六类布线系统正式进入市场，布线厂商纷纷推出自己的Cat6布线系统，而对于六类标准的争议不断见诸报端，大家仁者见仁，智者见智，不断将自己在六类布线产品上的先进技术与理念传递给大家，为布线标准的发展和制订做出了积极的贡献。
但各厂商的线缆、连接器的技术参数互不兼容，测试的适配器和测试标准更是五花八门、各有千秋。
在一些招标项目中由于标准的不统一，人为造成了许多暗箱操作的机会。
即使在公开公正的招投标项目中中标，依然免不了被人置疑。
正是因为没有一个正式的、统一的标准，才造成了布线市场如此的不统一与不和谐。
一个正式的标准，可以起到大浪淘沙的作用，把布线行业中不规范的市场行为降到最低[4]。
对于集成商来说，六类标准的推出，给了集成商一个新的机会。
尽管网络集成行业仍然是一个朝阳行业，但越来越透明的价格，越来越低的利润，越来越残酷的竞争使大部分普及型的网络建设早已无利可图，而高端应用的集成虽然能够获取应得的利润，但其对产品、技术的要求和用户的认知度有更高的要求，一个没有正式标准的系统如何让用户接受也是一个非常艰难的工作，更不用说各种将来未知的服务了。
一个正式的标准令集成商们松了一口气，再也不用为向用户解释草案标准而苦恼了。
对于用户来说，六类正式标准的推出吹散了大家心中的迷茫，自从六类布线系统正式出现在市场上，无数不满足于五类、超五类布线系统的用户，希望能够应用六类系统，以满足千兆网络的需求，而四年来的各种六类草案却令许多用户望而却步，网络技术的飞速发展让任何一种技术都不敢在正式的标准出来之前而成为主流，就象当年的100VGAnyLan一样，当先进的技术不能成为主流产品时，必然被淘汰，非主流产品即无法得到产品技术的升级保证，更无法保证自己的投资。
尽管TIA568B标准属于美洲标准，但在网络建设维护方面无论是技术还是理念都以美洲标准为依据的亚洲来说，这个标准能够满足90%以上的中国用户的需求。
追求品质的用户不再犹豫，他们不需要再面对各种标准草案、各种六类技术而无法抉择，他们只要问一句能否通过TIA六类标准的测试，Draft标准之间的区别与我何干。
对于一个新建设的布线系统来说，现场认证测试是一个最重要的环节，它将确认这个布线系统能否提供设计上的性能要求，所以正式标准中的现场测试指标就更为重要。
对于安恒公司这样的长期专注于布线现场测试技术和服务的公司来说，没有一个正式的标准作为依据是测试时遇到的最大问题，尽管用户并不理解为什么有了六类产品，而测试却只能用草案标准，即使测试人员向用户解释六类草案几乎是当时最先进的测试标准，但他们依然对不同的厂商使用不同的标准表示质疑，直到美国福禄克网络公司正式推出永久链路适配器的布线测试解决方案，才使这一矛盾有所缓解。
尽管目前六类布线系统的测试依然有厂商之分，但永久链路测试适配器的推出已经满足了大部分厂商的兼容性问题。
六类正式标准的发布让测试服务人员面对用户时少了许多尴尬与难堪。
六类正式标准的推出，用户将不再犹豫，六类布线系统建设会更多。
六类正式标准的推出也打消了一些劣质产品的以次充好的机会，合格的、符合标准的六类布线系统也会更多；
六类正式标准的推出也会给安恒公司这样专业的测试服务公司带来新的机会与发展，重要的是六类正式标准的推出会使国内网络建设的发展和应用产生一个新的增长点。
路宽了，好车还会少吗？
1.2预言未来六类布线发展趋势
1、六类必将代替超五类布线系统，在未来LAN中占主导地位
六类布线与超五类布线相比所带来的好处是显而易见的。
随着新的以太网传输标准1000BASE-TX的推出，应用到桌面的高速网络需求日益增长。
采用高带宽的六类布线系统,可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机等。
2、六类-中国电子政务的基石
中国电子政务建设的目的是建立一个满足国际竞争力的、统一的计算机信息网络，为各级政府提供宽带、高速、安全、便捷的多媒体交换平台，主要功能包括：
数据、视频、语音、多媒体通信、视频会议、数据共享、安全防护等功能，满足多媒体网络通信的要求。
六类布线的使命正是为电子政务构建了一个安全、稳定、高效的信息传输平台，是中国加入WTO与国际接轨的高速传送带。
3、中国企业信息化的永久保证。
（六类布线，一劳永逸的网络布线系统。
）
21世纪的中国企业信息化正处于严重饥渴状态。
从企业办公自动化、企业ERP管理到企业的信息化基础建设，无一不向国际企业看齐，因为不久的将来，中国将成为全球最重要的经济商业大国之一。
有远见的企业将选择一套具有高容量的真正六类布线系统，以满足企业未来20年的扩展应用。
4、满足外国企业在中国的投资保障
国际化企业走全球一体化道路。
中国加入WTO后，大量外国企业在中国投资建厂，他们需要的是一套安全、稳定可靠的六类布线系统[6]。
1.3屏蔽基本原理
以前,国内的用户大都采用非屏蔽布线系统，但在欧洲，大多数的最终用户会选择屏蔽布线系统。
尤其是在德国，大约95%的安装是屏蔽系统，而另外的5%为光纤。
而在最新发布的北美布线TIA/EIA-568-B标准中，屏蔽电缆和非屏蔽电缆同时被作为水平布线的推荐媒介，从而结束了北美没有屏蔽系统的历史。
传统的UTP电缆是通过芯线的双绞来达到EMC性能的，这意味着EMC首先被UTP电缆所接收,随后才被抵消。
但是，随着频率的提高，UTP的EMC性能将会下降。
经过测量发现，将电缆双绞只能满足大约30MHz的EMC性能，对于频率更高的电磁干扰双绞线将无能为力。
更糟的是，UTP电缆周围的金属、隐蔽的“地”、施工中的牵拉、弯曲等等情况都会破坏其平衡特性，从而降低EMC性能。
事实上，我们安装电缆是通常会将它穿入金属导管、塑料导管或者其他有着不同接地阻抗的保护中。
所以，要获得持久不变的对地性能，只有一个解决方案：
在所有芯线外加多一层铝箔进行接地。
铝箔为脆弱的双绞芯线增加了保护，同时为UTP电缆人为的创造了一个平衡环境。
这意味着基于SUTP电缆的屏蔽解决方案是独立于环境的，即与环境无关。
屏蔽布线技术始于欧洲，不同于双绞的平衡抵消原理，SUTP是在普通四对非屏蔽双绞线的外面加多一层或两层铝箔，利用金属对电磁波的反射、吸收及趋肤效应原理（所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布，频率越高，趋肤深度越小，即频率越高，电磁波的穿透能力越弱），有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作。
实验表明，频率超过5MHz的电磁波只能透过38μm厚的铝箔。
如果让屏蔽层的厚度超过3８μm，如我们采用一层65μm厚度的铝箔拖包,使能够透过屏蔽层进入电缆内部的电磁干扰的频率主要在5MHz以下，而对于5MHz以下的低频干扰可应用双绞的原理有效的抵消。
电磁兼容性（EMC），是指电子设备或网络系统具有一定的抵抗电磁干扰的能力，同时不能产生过量的电磁辐射。
也就是说，要求该设备或网络系统能够在比较恶劣的电磁环境中正常工作，同时又不能辐射过量的电磁波干扰周围其它设备及网络的正常工作[7]。
目前，屏蔽布线系统已经为越来越多的用户所认识，它在电磁兼容方面的良好性能也正在为越来越多的人所认可。
所以，市场上的屏蔽布线产品已不只局限于欧洲产品，越来越多的厂商提供屏蔽布线产品。
同时，我们中国越来越多的用户，尤其是涉及到保密要求和辐设强烈的项目，比如，在某些恶劣的电磁环境中（如工厂，设备中心，电站），或对抗干扰和保密性要求高（如政府机关，军事设施，银行及金融机构），开始关注和使用屏蔽系统，甚至是六类屏蔽系统。
随着信息化发展的进程，铜缆制造工艺水平的不断提升，以及信息化发展对数字、声音、图像等信息传输速度的更高要求，在今后一段时间，六类缆将以其更高的传输带宽逐步成为布线市场上的主流产品，而六类屏蔽线将以其卓越的性能，尤其是其保密性，将成为未来线缆产品的主导。
因此六类屏蔽系统具有广阔的发展前景。
很多生产商都希望抓住这次契机，努力扩大生产，提高知名度，为公司的生存提供更可靠的保障，而加入了这一产品的竞争中。
我公司为了将来的可持续发展，并在即将到来的布线革命中占有一席之地，也加入了开发六类缆屏蔽系统的行列，我有幸参与了这一产品的开发，并把它作为我的毕业设计记录下来。
第2章理论设计
2.1绝缘线芯的确定
2.1.1导电线芯的确定
导电线芯的大小直接影响到导体的特性阻抗，考虑到生产成本，参见行业标准规定，单根导体φ0.5mm线材直流电阻最大值为9.50Ω/100m（《中华人民共和国通信行业标准》YD/T1019—2001），根据导体直流电阻计算公式：
（公式2-1）
确定导体规格。
2.1.2绝缘厚度的确定
1.
（法/公里）（公式2-2）
式中
图2-1电容与导电线芯直径d和线间距离a的关系曲线
由图2-1可知，要减小电容c有两个办法：
1）减小导电线芯直径d
2）增大线间距离a，即增大绝缘厚度
对特性阻抗来说，导电线芯直径不能太小（低频下不易符合），因此可增大绝缘厚度，但是成本会增大，而且绝缘直径不能大于1.10mm，否则将插不下水晶头[1]。
2.
（亨/公里）（公式2-3）
图2-2电感关系曲线
由图2-2可知
L随线间距离a的增加而增大
随导电线芯直径的d增加而减小
随频率f的增加而略微减小
图2-3电缆的特性曲线与频率的关系
3、100Ω电缆的电气特性虽没有对电感作单独规定，但特性阻抗与L有关。
可以综合考虑L、C，以确定导电线芯和绝缘外径。
（公式2-4）
由图2-3可知
Zc会随f的增加而减小，因为f↑,L↓,C不变。
在高频时，如250Hz，若Zc能满足最小值要求,即大于85Ω，则Zc就能满足性能要求。
若Zc值偏小，则可以增大L或减小C即增加线间距离a
Zc值偏大，则可以减小L或增大C即增大导电线芯直径d
4、100
电缆的衰减1～250MHz
（公式2-5）
（欧/公里）（公式2-6）
R（全）为
的10%左右
（西/公里）（公式2-7）
（公式2-8）
由此可见，
的计算比较复杂，在设计中，只能以点带面确定某些频率点的值[1]。
综上所述，要确定导电线芯，绝缘线芯直径，必须综合考虑电容、特性阻抗、衰减等性能指标，要使它们都符合六类标准规定的最低要求，并有一定的安全裕度，必须综合考虑导电线芯、绝缘线芯的直径，调整各自的直径，使各个指标有最好的表现值。
在整个网络线的生产过程中，绝缘芯线挤出的质量好坏，将是影响产品性能指标的关键因素，导体的公差控制，绝缘层的均匀性，线径的稳定性都是需要进行严格的参数控制。
由此，我们还是运用原来用于生产五类，超五类的设备，永雄机械制造厂生产的TEL96-1型绝缘线芯高速串联生产线。
该机型集导体拉丝，软化，连续退火，挤塑，冷却，在线检测和自动收线换轴为一体的工艺连续化，控制自动化，运行高速化的串联生产设备。
该设备吸收了国内外同行在同类产品中的优点，是具有一定的高技术内涵的新型产品。
为保证稳定的使用性能，改设备主要零部件全部采用了进口元件，另外还配置了英国的BETA公司的XY双向C型在线测试仪，使芯线的线径能在高速运转情况下，确保线径在工艺要求的范围内，其导体，芯线线径均可控制在
的公差范围内，这可满足六类网络线对线径公差的要求，另外，考虑进口芯线眼模的配套性，芯线挤出机头我们单独采用了奥地利UNITEK进口机头（全世界最为先进的挤出机头）与进口的斯米克模具进行配套，这样将原有设备的性能更加提高了一个层次。
对于设备的具体介绍和操作将在后面详细论述。
2.2芯线对绞
2.2.1对绞节距的选择
在电缆制造过程中，将绝缘线芯绞合成线组的目的，除了保持回路传输参数稳定，增加电缆的弯曲性能外，还可减少电缆组间的电磁耦合，亦即减少了组间串音。
线对绞合节距的稳定性以及线对与线对的节距比的稳定性至关重要。
为了满足局域网对近端串音衰减的要求，对绞节距当然越小越好，其典型值为17—20—25—30mm或16—18—20—22mm，甚至可以为10—12—14—16mm。
对绞节距一般为8～20mm。
2.2.2退扭选择
六类绝缘线芯宜采用退扭的方法，因这对六类数据电缆产品特性阻抗
图2-4绝缘线芯已退扭的特性阻抗图2-5绝缘线芯未退扭的特性阻抗
的影响是明显的，采用退扭后的电缆其特性阻抗与频率的变化曲线更趋于平缓[13]。
如图2-4，2-5所示：
绝缘芯线的对绞工艺也是一个重要的工艺控制环节，通过对同行所采用的设备进行调查分析，结合本公司多年的电线设备加工能力，最后我们确定自行设计生产CT500-Ⅱ型高精度对绞机，放线装置采用了变频调速控制放线张力，而收线张力则采用了地惯量高灵敏度电磁粉末离合器控制，张力均匀，绝缘变形小等特点。
从实践经验来看，该机型能适合网络线的对绞工艺要求。
具体介绍也在后面论述。
2.3单绞成缆
所谓成缆，就是把四组绞合线对以一定的节距绞和起来，中间填以填充条，外面包裹有屏蔽层和聚酯带，以便于下一工序挤外护层护套之用。
无填充骨架结构电缆成缆节距一般在80～120mm之间，而有填充骨架结构电缆成缆节距一般在120～160mm之间。
因为成缆节距太大，电缆弯曲性能变差，电缆安装或受力后传输性能容易变化；
成缆节距太小，容易引起衰减、阻抗超标。
关于成缆方向，业内人士意见不一，有采用成缆方向与绞对方向相同的，也有采用反向的。
同向可能造成绝缘芯线相互挤压变形，从而影响电气性能。
反向，容易造成退扭，使绞对节距不稳定而影响特性阻抗、回波损耗等指标。
具体应视生产设备、绝缘材料、对绞节距和成缆节距而定。
在实际生产中，我们采用同向的生产方式。
2.3.1填充
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