高性能数据电缆和UL910充气非氟化护套高性能数据电缆 发明的领域
本发明涉及一种高性能数据电缆，其可在0.3MHz到1200MHz频率范围内，尤其是在1.0到600MHz和/或1.0到1000MHz范围内，成功地进行传输。本发明还涉及具有非氟化护套的UL910高性能充气(plenum)电缆。本发明特别涉及一种高性能数据电缆，其具有纵包屏蔽绞线对缆芯。还有，本发明特别涉及至少等级5的UL910电缆，其具有非氟化护套和在护套内部周围上的耐热阻燃带。发明的背景
现有高性能数据电缆通常使用重而硬的具有1密耳厚的聚酯(Mylar聚酯薄膜)衬底的2密耳厚的铝带作为屏蔽。屏蔽绕包在每对未屏蔽的绞线对小组上，其中，绞距长度等于电缆芯线的整个电缆绞距的长度，典型地绞距为4.0到6.0英寸。该带约0.5英寸宽。绕包的施加角基于整个长电缆绞距(5英寸)是浅的，并且该带几乎与绞线对纵轴平行。典型的电缆具有4对绞线对缆芯，40到65％镀锡铜编织物施加在该四对绞线对缆芯上，并且在编织对上挤出最终的热塑性护套，从而完成电缆。金属屏蔽带的浅施加角通常会在扎线或螺旋施加加蔽线之前的成缆操作过程中出现使带松开的问题。
还有，该带通常不会依照带下绞线对的形状。随着绕包在未屏蔽绞线对芯线上地操作，会产生带间隙，这会造成不能提供充分稳定的接地平面，以满足工业标准的电气要求，如CENELEC pr EN 50288-4-1。
所述已知的电缆结构在静态下是机械不稳固的，并且由于整体编织不能适当地保证在电缆弯曲时使带搭接不会“开花”打开，因此在安装条件下电气性能是不稳定的。该“开花”接着还会增大，并且进一步随着接地平面的破坏还会影响到阻抗/RL性能。这会增加衰减的不均匀性。该阻抗数值由于导体芯对芯以及接地平面的变化在弯曲时还会变差。带宽要求越高，这些问题就越大。
我们知道，还没有用于高性能UL910充气数据电缆的电缆结构具有非氟化护套。采用氟化护套和耐温阻燃隔离带如Nomex(由杜邦公司制造的耐温阻燃尼龙)的充气电缆在本发明的前一年已经由Belden电线电缆公司使用和销售了。在其电缆中的Nomex带可防止氟化(FEP)护套在UL910燃烧试验中滴漏和产生高峰值烟值。本发明的概要
本发明在每个纽绞对电缆芯线上使用纵包屏蔽带，其扎有纤维或金属扎线，用以满足所要求的阻抗/RL、衰减均匀性和电容的不平衡性。
本发明消除了通常在屏蔽纽绞对电缆芯线中所发现的大量俘获气体。这可以通过使用纵包屏蔽来实现，其屏蔽最好具有最少10％的搭接并具有厚0.33到2.0密耳最好为1密耳金属层。纵包屏蔽可通过适当的扎线并最好是通过织物或金属编织物或螺旋扎线而保持在一起，用以提供具有改进阻抗控制的优良屏蔽。当需要时，可以沿屏蔽的纵缝施加短折合，用以改进EMI/Rfi隔离度。沿电缆长度所得到的一致接地平面会使电容的不平衡性变好，以及通过减小RL反射和电容的不平衡性而改进衰减的均匀性。
本发明还提供用以在弯曲情况下几何尺寸的基本稳定性。具有至少10％搭接和织物或金属扎线的致密纵向屏蔽的使用消除了带的间隙以及弯曲情况下的开花。这样建立了在不利使用条件下非常稳定的物理和电气性能。本发明的纽绞对电缆芯对芯距离示于图3中，并且导体对地的距离比现有电缆保持的更加稳定。
本发明的电缆特别适用于等级7以及更高性能的电缆。特别是，本发明的电缆采用了纵包屏蔽和扎线，并且可用于600MHz或1000MHz。典型的高性能数据电缆在按照本发明制成时具有四(4)根纽绞对缆线，其每根纽绞对缆线均是由两根泡沫或非泡沫绝缘(氟共聚物或聚烯烃)单线制成的。每根纽绞对缆线均具有单一纵包金属屏蔽带，该带绕包在缆线上，并且其形成短折合纵缝以代替扎线，如织物或金属编织物或螺旋绕线。当将编织物用作扎线时，它为40到95％的编织物。当使用绕线时，它最好为螺旋绕制。纵包屏蔽对是以S-Z或行星的形式成为束状或捆状形式。成束线对可以通过整体40-95％编织或绕线进行捆扎。最后将热塑性护套(氟共聚物或聚烯烃或聚氯乙烯)挤压在成束纽绞对线缆上。
通常，金属屏蔽为铝带或复合带如短折合BELDFOIL带(这是一种屏蔽，其中金属箔或覆层施加在支撑塑料膜的一侧上)，或DUOFOIL带(这是一种屏蔽，其中金属箔或覆层施加在支撑塑料膜的两侧上)，或自由边缘BELDFOIL带。整个金属厚度为0.33到2.0密耳铝层厚度，并且最好为约1.0密耳。虽然可采用铝，但是适用于该金属或复合金属带的任何金属均可使用，如铜、铜合金、银、镍等。每个纽绞对均可采用金属面向外进行绕包，并且虽然最好的绕包形式采用约25％搭接，但是搭接可以根据实际情况以10到50％进行搭接。可提供最佳衰减和阻抗性能的屏蔽最好是接合以提供断路作用。而采用适当的搭接，可取消短折合。
在高性能数据电缆中的屏蔽绞线对数通常为4-8对，然后按需要，其还可以更多。纵包屏蔽和扎线的张力为使得绕包屏蔽和扎线可消除更多的空气，以便为纵包屏蔽绞线对缆芯提供标准阻抗偏差，并且为具有许多纵包屏蔽绞线对的高性能数据电缆提供平均标准阻抗偏差。在屏蔽带和扎线上的张力使得眼电缆长度上的任何点所截取的纵包屏蔽绞线对的整个截面积只具有25％或以下并最好18％或以下的空隙空间。
本发明提供一种高性能扭绞对数据电缆，其具有纵包于未屏蔽的扭绞对缆芯上的屏蔽和同时绕包在纵包屏蔽上用以捆扎屏蔽的织物或金属编织物或纱线。屏蔽和扎线(编织或捆扎)是以一定张力绕包的，使得对于可用于其自身上的各个扭绞对来说，各个扭绞对具有不适宜阻抗，其对于纵包屏蔽扭绞对缆芯来说具有标称或标准阻抗偏差，对于600MHz以上的缆芯来说，在1.0到600MHz范围内标准阻抗偏差为3.5或以下，并且不具有大于6.0的单一阻抗偏差，而对于1000MHz以上的缆芯来说，在1.0到1000MHz范围内标准阻抗偏差为4.5或以下，并且不具有大于6.0的单一阻抗偏差。具有许多纵包屏蔽扭绞对缆芯的高性能数据电缆，其对于600MHz以上的缆芯来说，在1.0到600MHz范围内对于所有纵包屏蔽扭绞对来说具有平均标准阻抗偏差为3.5或以下，并且对于任何缆芯来说不具有大于6.0的单一标准偏差。具有许多纵包屏蔽扭绞对缆芯的高性能数据电缆，其对于1000MHz以上的缆芯来说，在1.0到1000MHz范围内对于所有纵包屏蔽扭绞对来说具有平均标准阻抗偏差为4.5或以下，并且对于任何缆芯来说不具有大于6.0的单一标准偏差。标准阻抗偏差可以围绕50到200欧姆的中间或平均阻抗并对于截取的328英尺或更长电缆进行至少350次检测而进行计算。
还有，本发明提供一种高性能数据电缆，其具有可标为UL910高性能数据充气电缆的能力。该电缆最好具有非氟化护套和在护套下与护套相接的耐温阻燃隔离带。本发明的其它优点将通过结合附图所进行的详细描述而更加清楚地理解。附图的简要说明
图1是本发明所使用的扭绞对电缆的透视图；
图2是按照本发明的纵包扭绞对电缆的透视图；
图3是沿图2的线3-3所截的放大截面图；
图4A是按照本发明的编织纵包屏蔽扭绞对电缆的放大截面图；
图4B是按照本发明的扎线纵包屏蔽扭绞对电缆的放大截面图；
图5是包含有图4A的四根缆芯的电缆的截面图；
图6是图5电缆的透视图；
图7是包含有图4B的四根缆芯的电缆的截面图；和
图8是本发明充气UL910高性能数据电缆之一的透视图。优选实施例的详细描述
图1表示扭绞对缆芯10，其具有导线对12和13，导线对最好为实心铜导线并且可以为任何适用于高性能数据电缆的导线。每根导线12和13上具有挤出的适用绝缘14和15，其可以为泡沫或非泡沫氟共聚物或适用聚烯烃。
图2表示图1扭绞对，其上紧密包覆有金属屏蔽16。金属屏蔽可以为任何适用屏蔽，如金属带或具有非金属基层如聚酯(MYLAR聚酯薄膜)而在非金属基层的一侧或两侧上具有通常用于电缆屏蔽的金属的复合带。用于该带或复合带的金属为铝、铜、铜合金、镍、银等。整个金属的厚度为0.33到2.0密耳，并最好为1.0密耳。屏蔽为金属屏蔽，例如，短折合BELDFOIL型带，或DOUFOIL型带，其是一种金属位于带两侧上的带。
带16是以足够的压力纵包的，如图3所示，以便不压坏绝缘14和15，并且提供小空隙空间17，其小于图3所示截面积的25％。最好是空隙空间小于图3所示截面积的18％。紧密包覆的带16符合扭绞对10的外部形状，用以提供纵包屏蔽扭绞对缆芯10A。带16以少许搭接并以优选短折合加以绕包。如上所述，铝或金属的优选厚度为1密耳。带的宽度则足以提供10％的最小搭接。
如图4A和4B所示，屏蔽扭绞对缆芯10A(图3)通过包扎物18或18’而紧密保持在一起，用以提供包扎的屏蔽缆芯10B和10C。带和包扎覆层上的张力足够紧密以符合未屏蔽扭绞对10的外形，用以提供基本整体的截面形状，并且具有不致使绝缘14和15变形的紧度。纵包并捆扎是在一定张力下进行的，使得其可消除在包覆屏蔽扭绞对缆芯10B和10C内的大量空气。这样可在电缆长度上任何一点上提供具有空隙17的致密整体截面。该致密包覆可提供标准阻抗偏差和如上所述的平均标准阻抗偏差。
绝缘最好为泡沫氟共聚物，其具有0.010-0.060英寸的厚度，最好具有0.015到0.020英寸的厚度。各个导线12和13通常为20到30AWG，并最好为22到24AWG。
导线可以是实心的或绞合的，并最好是实心的。对于所有四根扭绞对缆芯10来说，绞矩可以是相同的或不同的，并且可以右绞和/或左绞。绞矩最好为0.3-2.0英寸。整个电缆的绞矩通常是电缆平均芯径的10到20倍。
包扎物18可以是织物(如Aramid芳族聚酰胺)或金属编织物，其最好是40-95％编织物。金属最好为45-65％镀锡铜编织物，而其还可以是适用于高性能电缆如类型7数据电缆的任何型式的金属编织物，如铜、铜合金、青铜(一种铜合金，其中合金元素除了镍或锌以外)、银等。
包扎物18’为纤维丝线(Aramide芳族聚酰胺)，其是螺旋绕制，用以提供40-95％的包覆。本发明最好使用具有1/4英寸螺距的Aramid 760支纤维。
参见图5，包扎的屏蔽缆芯10B和10C具有挤出的护套19，以制成本发明的高性能数据电缆20。护套可以是任何适用的电缆护套材料，其可为适用于等级7电缆的热塑性材料，如阻燃聚乙烯、聚氯乙烯、氟共聚物等。
图6表示电缆20，其中具有四根编织的屏蔽扭绞对缆芯10B。任选的接地线21位于缆芯10B之间。敷设的接地线位于任何适当的位置上，如恰好在护套下和/或用于捆扎四根编织的屏蔽缆芯10B。
图7表示电缆25，其中具有四根包覆的屏蔽扭绞对缆芯10C。四根包覆的屏蔽扭绞对缆芯`10C可进一步采用金属或编织物22绕包或捆扎。编织物22通常与上述的编织物18具有相同类型。任选的接地线21位于缆芯10C之间。如上所述，敷设的接地线可以位于任何适当的位置上，如恰好在护套下和/或用于捆扎四根包覆的屏蔽缆芯10C。
图8表示电缆30，其具有护套26，在护套下螺旋或纵包的分隔带27。分隔带27绕在四根扭绞对包覆的屏蔽缆芯10C和其包扎编织物22上。护套26为非氟化护套，如聚氯乙烯。分隔带27是耐温阻燃分隔带，如Nomex。该电缆的构成类似于图7的电缆，只是该电缆具有分隔带27，并且不具有氟化护套。当需要时，可将许多这些非金属编织物的或使用屏蔽的扭绞对缆芯采用接地线21加以捆扎或绕包。然后，将捆扎的扭绞对缆芯绕包分隔带并挤出护套26。
如本发明实施例1-7所示，高性能编织纵包屏蔽扭绞对缆芯具有不适宜的阻抗，其对于600MHz以上的电缆来说在1.0到600MHz进行至少350次测量时具有标准阻抗偏差为3.5或以下，并且对于1000MHz以上的电缆来说，在1.0到1000MHz进行至少350次测量时具有的标准阻抗为4.5或以下。具有许多编织屏蔽扭绞对缆芯的高性能数据电缆具有的平均阻抗偏差对于所有编织屏蔽扭绞对来说在1.0到600MHz范围内具有3.5或以下，而在1.0到1000MHz范围内具有4.5或以下，并且单一标准阻抗偏差不大于6.0。对于所有实施例进行的试验是按照CENELEC的要求进行的阻抗试验，并且是对于328英尺长度的捆扎屏蔽扭绞对缆芯所进行的，其中屏蔽是纵包的，用以提供扭绞对缆芯10A。纵包屏蔽为BELDFOIL带，其具有1密耳的铝厚。该带以略微的搭接纵包。纵包带可采用金属编织物加以捆扎。在0.3MHz下开始检测，并且，对于实施例1和8来说在约1到600MHz范围内并对于实施例2-7在约1.0到1000MHz范围内至少进行三百五十次(350)检测。电缆导线12和13为22AWG实心铜，并且绝缘14和15为FEP。在各种温度下并调到20℃下进行测量。所有电缆均具有小于18％的空隙，并且在靠近100欧姆的平均阻抗附近进行试验。
例1
将328英尺长的上述编织屏蔽扭绞对缆芯10B在23.3℃下进行试验。在0.3到600MHz范围内进行电缆阻抗检测，并且在1.0到600MHz之间进行至少350次检测。对编织屏蔽扭绞对缆芯进行试验，其在95.2619平均阻抗附近具有1.7714的标准阻抗偏差。
例2
将328英尺长的上述编织屏蔽扭绞对缆芯10B在23.3℃下进行试验。在0.3到1000MHz范围内进行电缆阻抗检测，并且在1.0到1000MHz之间进行至少350次检测。对编织屏蔽扭绞对缆芯进行试验，其在94.3178平均阻抗附近具有2.8565的标准阻抗偏差。
例3
将328英尺长具有四根编织屏蔽扭绞对缆芯10B的上述高性能数据电缆20在23.9℃下进行试验。对每根编织扭绞对缆芯的阻抗在0.3到1000MHz范围内进行检测。在1.0到1000MHz范围内进行至少350次检测。下列数据可调到20℃下。
第一编织屏蔽扭绞对缆芯在100.5321平均阻抗附近具有4.2744的标准阻抗偏差。
第二编织屏蔽扭绞对缆芯在100.5321平均阻抗附近具有5.1630的标准阻抗偏差。
第三编织屏蔽扭绞对缆芯在101.4583平均阻抗附近具有4.0469的标准阻抗偏差。
第四编织屏蔽扭绞对缆芯在100.7506平均阻抗附近具有4.3360的标准阻抗偏差。
该例的高性能数据电缆20具有平均阻抗偏差为4.4551((4.2744+5.1630+4.0469+4.3360)/4)。
例4
将328英尺长具有四根编织屏蔽扭绞对缆芯10B的上述高性能数据电缆20在23.9℃下进行试验。对每根编织扭绞对缆芯的阻抗在0.3到1000MHz范围内进行检测。在1.0到1000MHz范围内进行至少350次检测。下列数据可调到20℃下。
第一编织屏蔽扭绞对缆芯在101.1783平均阻抗附近具有4.0430的标准阻抗偏差。
第二编织屏蔽扭绞对缆芯在101.3086平均阻抗附近具有4.0027的标准阻抗偏差。
第三编织屏蔽扭绞对缆芯在101.7716平均阻抗附近具有3.6038的标准阻抗偏差。
第四编织屏蔽扭绞对缆芯在101.3598平均阻抗附近具有4.0092的标准阻抗偏差。
该例的高性能数据电缆20具有平均阻抗偏差为3.9147((4.0430+4.0027+3.6038+4.0092)/4)。
例5
将328英尺长具有四根编织屏蔽扭绞对缆芯10B的上述高性能数据电缆20在23.9℃下进行试验。对每根编织扭绞对缆芯的阻抗在0.3到1000MHz范围内进行检测。在1.0到1000MHz范围内进行至少350次检测。下列数据可调到20℃下。
第一编织屏蔽扭绞对缆芯在199.2035平均阻抗附近具有3.2469的标准阻抗偏差。
第二编织屏蔽扭绞对缆芯在100.9596平均阻抗附近具有4.2070的标准阻抗偏差。
第三编织屏蔽扭绞对缆芯在102.8214平均阻抗附近具有3.4690的标准阻抗偏差。
第四编织屏蔽扭绞对缆芯在101.2338平均阻抗附近具有3.8990的标准阻抗偏差。
该例的高性能数据电缆20具有平均阻抗偏差为3.7055((3.2469+4.2070+3.4690+3.8990)/4)。
例6
将328英尺长具有四根编织屏蔽扭绞对缆芯10B的上述高性能数据电缆20在24.2℃下进行试验。对每根编织扭绞对缆芯的阻抗在0.3到1000MHz范围内进行检测。在1.0到1000MHz范围内进行至少350次检测。下列数据可调到20℃下。
第一编织屏蔽扭绞对缆芯在101.4423平均阻抗附近具有4.0488的标准阻抗偏差。
第二编织屏蔽扭绞对缆芯在100.9498平均阻抗附近具有4.2081的标准阻抗偏差。
第三编织屏蔽扭绞对缆芯在102.0121平均阻抗附近具有4.5567的标准阻抗偏差。
第四编织屏蔽扭绞对缆芯在102.9531平均阻抗附近具有3.6408的标准阻抗偏差。
该例的高性能数据电缆20具有平均阻抗偏差为4.1136((4.0488+4.2081+4.5567+3.6408)/4)。
例7
将328英尺长具有四根编织屏蔽扭绞对缆芯10B的上述高性能数据电缆20在24.2℃下进行试验。对每根编织扭绞对缆芯的阻抗在0.3到1000MHz范围内进行检测。在1.0到1000MHz范围内进行至少350次检测。下列数据可调到20℃下。
第一编织屏蔽扭绞对缆芯在102.0776平均阻抗附近具有3.6939的标准阻抗偏差。
第二编织屏蔽扭绞对缆芯在100.4614平均阻抗附近具有3.8658的标准阻抗偏差。
第三编织屏蔽扭绞对缆芯在99.7808平均阻抗附近具有3.5208的标准阻抗偏差。
第四编织屏蔽扭绞对缆芯在100.0594平均阻抗附近具有3.9835的标准阻抗偏差。
该例的高性能数据电缆20具有平均阻抗偏差为3.7660((3.6939+3.8658+3.5208+3.9835)/4)。
例8
将328英尺长具有四根编织屏蔽扭绞对缆芯10B的上述高性能数据电缆20在24.4℃下进行试验。对每根编织扭绞对缆芯的阻抗在0.3到600MHz范围内进行检测。在1.0到600MHz之间的范围内进行至少350次检测。下列数据可调到20℃下。
第一编织屏蔽扭绞对缆芯在102.2971平均阻抗附近具有3.5621的标准阻抗偏差。
第二编织屏蔽扭绞对缆芯在103.9484平均阻抗附近具有3.9185的标准阻抗偏差。
第三编织屏蔽扭绞对缆芯在103.2519平均阻抗附近具有2.6943的标准阻抗偏差。
第四编织屏蔽扭绞对缆芯在102.9625平均阻抗附近具有2.5206的标准阻抗偏差。
该例的高性能数据电缆20具有平均阻抗偏差为3.1739((3.5621+3.9185+2.6943+2.5206)/4)。
例9
对图8的两根电缆进行UL 910试验。每根电缆具有四根扭绞对绕包捆扎屏蔽缆芯10C。每根缆芯的屏蔽16为2密耳铝/0.5密耳聚酯带，其具有0.625英寸宽。每个屏蔽16均采用Aramid 760绕包而捆扎。四根绕包捆扎屏蔽缆芯采用40％镀锡铜编织物加以包覆。四根编织成束缆芯采用2密耳Nomex隔离带进行绕包，其具有1.250英寸宽。在隔离带上是挤出的聚氯乙烯护套。两根电缆均通过了UL 910充气试验。在UL 910充气试验中，第一根电缆显示出1.5英寸的火焰(flame)、0.32的峰值(peak)和0.09平均P/F。第二根电缆显示出1.5英寸的火焰(flame)、0.29的峰值(peak)和0.09平均P/F。两根电缆将被列入等级7电缆，其具有1000MHz以上的速率。
虽然本发明对于至少等级5的充气高性能数据电缆的UL 910进行了针对等级7电缆的图8所示电缆的UL 910试验，但是，可以理解，本发明不限于该电缆的特定构成，而其可涉及任何等级5或更高的电缆，其使用非氟化护套，如聚氯乙烯护套，并且在护套和电缆之间还具有耐温阻燃隔离带。例如，本发明提供一种UL 910充气高性能数据电缆，其具有600MHz以上的额定频率，其具有在本发明共同申请中所公开的结构，其中致密地绕有螺旋屏蔽扭绞对缆芯，并且在电缆中使用非氟化护套如聚氯乙烯护套，并且在护套和缆芯之间，具有耐温阻燃分隔带。本发明的UL 910充气至少等级5的高性能数据电缆不限于上面所述缆芯，而对于UL 910充气至少等级5的高性能数据电缆，其可具有非氟化护套，并且在护套和缆芯之间可具有耐温阻燃分隔带。
当然，可以理解，实施例已经通过结合附图进行了描述，但是本发明不限于上述具体的实施例。本技术领域的普通技术人员可以对本发明进行各种改变和变形，但是其均不会脱离本发明在权利要求书所限定的范围和精神。