高速数据电缆 【技术领域】
本发明涉及一种数据传输电缆，尤其是传输高频数字信号的对线组数据电缆。
背景技术
随着数字化技术的迅猛发展，计算机不仅被大量地应用于各种工业设施中，而且也在各类办公室甚至居民住宅中得到更为广泛的普及。计算机网络的不断扩大、延伸，以及传输信息量的急剧增加，一方面使布网用数据电缆用量以较大的幅度递增；另一方面又要求数据电缆具有更高的传输速度、更宽的传输带宽，以实现信息的快速、准确传递。其传输速度范围也已从10Mbps向1000Mbps发展，而且可以预见由于通信量的日益增多，不久的将来网络速度将会大大超过1000Mbps，这就迫切要求人们能提供一种电气性能更优的数据电缆。
数据电缆的高性能又与三个重要参数——阻抗、衰减和串音指标的优劣密切关联。首先就阻抗而言，数据电缆的阻抗进一步分类为特性阻抗和输入阻抗，对线组电缆的特性阻抗或平均阻抗主要受导体周围材料介电常数、绝缘导体和导体自身外径的影响，同时也受单位长度扭绞数的影响；而电缆输入或实际测量阻抗在很大程度上受导体外径、对线组之间相互位置关系以及电缆中稳定和一定的导体与导体间距相关联。
影响数据电缆性能的另一个重要参数是衰减，衰减取决于包围导体绝缘材料的介电常数、导体的特性阻抗和导体的直径；对线组结构、导体的相互位置间距都将导致输入阻抗的变化，导体间电容值以及衰减值偏离其理想值，都明显地引起电缆传输性能的波动和下降。
影响数据电缆，特别是高速数据电缆性能的更重要地一个参数是串音。虽然对对线组数据电缆来说，有许多因素影响其信号的高效、准确传递，如上述的阻抗、衰减等指标，但最主要的还是串音指标，尤其是在高速情况下。
串音或称串扰，它表示信号能量损耗或对线组之间耦合造成的耗散，串音将随着频率的增加而成为一个严重的问题。就本质而言，串音的实质是电磁耦合所形成相互干扰，电磁耦合可以分为两大类，第一类称为机遇性电磁耦合，形成这类耦合的主要原因是由于电缆构成元件(如导线、绝缘层)的不均匀性、构造的不对称性以及工艺中的缺陷等种种偶然因素引起，这类耦合可以通过调控原材料及结构元件容许偏差来减少。另一类电磁耦合则称为系统性耦合，因为是由于导体间、对线组间的物理距离等因素引起的交互干扰，它在很大程度上决定于导体回路间的相互位置，如对线组间距的恒定、对线组位置的稳定状态等等。
目前的数据电缆一般包括有若干对对线组，而标准的高速数据电缆大都是利用四个对线组结构的非屏蔽绞线电缆，它是将八根绝缘芯线，两两均匀地绞合成四对对线组，再将这四对对线组组合成缆，最后挤上外护套而制成成品电缆。这种电缆中的对线组之间的相对位置仅靠电缆外护套加以固定，但在电缆敷设牵拉、弯曲时，电缆结构自身产生了牵伸挤压作用，其对线组的相对位置会发生位移和变化，甚至在电缆成圈过程中，其结构参数也会发生改变。加之，电缆外护套的固定紧缩作用，会造成对线组的相互嵌套，使一对线组中的一根绝缘芯线侵入另一对线组的外接圆空间内，而对线组的移位或嵌套，又会造成对线组空间间隙变小或得不到合理的保证。总之，电缆结构的不稳定，必然会导致诸如输入阻抗、近端串音、远端串音以及衰减等性能指标的劣化，严重制约着数据电缆工作频率及数据传输速度的提高。
为了改善现有数据电缆的传输性能，中国专利申请(申请号99805867.X)公开了一种具有十字骨架的数据传输电缆，该十字骨架拥有四个向外伸出且为实心的凸起隔板，四个实心凸起隔板将外护套内空间隔成四个容纳对线组的空间区域，每一区域中置有一对线组，从而使得缆芯中的对线组彼此保持固定位置，同时也有效地防止了对线组的相互嵌套，并对对线组周围空间间隙具有一定的稳定作用。
然而，实际使用中的高速数据电缆不仅要求对线组具有固定的位置和稳定的空间间隙，以使串音减至最小或加以消除；还要求数据电缆应当是坚固的、柔韧和易安装的。而具有十字骨架的对线组数据电缆，由于骨架横截面上外伸有十字型凸起隔板，使骨架在截面的任何方面上均具有较高的抗弯曲能力。这一附加的、也是人们并不想需要的抗弯特性，恰恰使数据电缆变得僵硬和很难弯曲，特别是在小转角半径情况下尤为如此，给电缆的安装敷设带来了极大的困难。这对于需要适应各种布设走向的数据电缆来说，实际上是一个十分致命的缺陷。
又由于十字骨架外径与电缆外套内径之间存在尺寸差距，造成十字骨架的定位性能不足，容易使骨架在外护套内发生径向的位移和窜动，导致各对线组所占空间大小不一或随机变化，引起对线组附加的挤压和牵伸。这些引起很小几何位置或形状变化的因素，都将造成高速数据电缆性能的急剧下降。
还由于十字骨架采用实心结构，这种实心骨架具有较高的介电常数，不利于对线组间电容值的降低，也制约着对线组阻抗、衰减等电气性能的进一步提高。
【发明内容】
针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高速数据电缆，它不仅电缆结构稳定可靠，可减少对线组间的电气干扰，而且电缆柔韧、易弯曲，敷设安装方便，电气性能更优。
本发明另一要解决的技术问题是，提供一种使对线组周围空气间隙最大化的高速数据电缆。
本发明又一要解决的技术问题是，提供一种电缆外型圆整稳定的高速数据电缆。
本发明再一要解决的技术问题是，提供一种截面设计合理、对线组位置安定的高速数据电缆。
为了解决上述技术问题，本发明的高速数据电缆包括外护套和若干对线组，每一所述对线组均由两根绝缘芯线相互绞合而成，在所述外护套内设有一线组分隔肋，该线组分隔肋截面呈泡沫状结构，所述对线组对称地放置于线组分隔肋的两侧。
由于在电缆外护套内设有线组分隔肋，且对线组分别位于分隔肋的两侧；这种结构在保证电缆外径的情况下，最大化了对线组间的距离；分隔肋的支撑固定作用，又使对线组位置显得格外安定，不会形成对线组的移位和窜动，电缆结构能够保持稳定可靠状态；足够宽度的线组分隔肋还起着防止对线组相互嵌套的作用，有利于减少或避免对线组外接圆空间的相互侵入。因此，该稳定可靠的结构型式确保了电缆各项参数的稳定性，使得电缆的工作频率得以提高，数据传输速率得以加快，为实现电缆传输频率达到或超过100MHz、传输速率1000Mbps提供了可靠的保证。
还由于采用分隔肋这种扁平肋状结构，使得电缆的弯曲自由度更大，既保持了电缆的柔软性，便于电缆在各种敷设环境下的施工安装；又增强了电缆的抗拉伸、抗挤压能力，保证了电缆长度方向结构的稳定性，提高了电缆的坚韧性，也减轻了电缆的重量。
更由于线组分隔肋截面呈泡沫状结构，在分隔肋截上均匀地散布有若干气泡，从而减小了分隔肋的介电常数，有效地降低了对线组间的电容值，大大改善了电缆的阻抗、衰减等电气性能，使电缆电气性能更优，保证了信号的高速传输。
作为本发明的一种优选结构，线组分隔肋的表面呈凹凸形，该结构通过最大化对线组周围的空气介质，既保持着对线组固定可靠的工作位置，又提高并稳定了阻抗性能，增强了抗衰减能力，从而使电缆的电气性能更佳，更适宜于信号的高速传递。
作为本发明的另一优选结构，该线组分隔肋的两侧端部均设有与肋部连为一体的“T”型弧型端面。该结构进一步增强了分隔肋的支撑定位作用，既使电缆成品外型圆整，抗变形能力强，又使对线组位置更加可靠稳定；外护套与分隔肋之间的接触作用力也变得均匀合理，电缆产品的结构稳定性提高，抗变形能力增强，对保持电缆优良的传输性能起到了积极作用。
作为本发明又一优选结构，所述线组分隔肋与外护套连为一体而构成护套肋片。该连体肋片将外护套分隔成两个独立的对线组区域，使对线组能彼此完全隔开并固定在相应位置，降低了对线组之间的电气干扰。同时减少了电缆构件数量，便于成缆加工，提高了对线组电缆的生产效率。
作为本发明的进一步实施方式，该电缆中位于线组分隔肋同侧的对线组的扭绞方向相反。具有合适的相反扭绞方向的对线组不会在物理上啮合；一对线组不会侵入另一对线组的外接圆空间内，从而增加了对线组之间的有效横向间距并保持恒定，减少了对线组之间的耦合和串音。
【附图说明】
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明高速数据电缆的一个实施例的截面结构示意图。
图2是图1所示高速数据电缆中线组分隔肋结构的截面放大示意图。
图3是本发明高速数据电缆中线组分隔肋的另一种具体结构的截面示意图。
图4是本发明高速数据电缆中线组分隔肋的又一种具体结构的立体示意图。
图5是本发明高速数据电缆的另一个实施例的截面结构示意图。
图6是本发明高速数据电缆的又一个实施例的截面结构示意图。
图中，1-外护套，2-对线组，3-绝缘芯线，4-绝缘层，5-导体，6-线组分隔肋，7-弧形端面。
【具体实施方式】
图1所示的一种高速数据电缆，包括外护套1和四对对线组2，每一对线组2均由两根不同颜色的绝缘芯线3以一定的节距均匀地绞合而成。对线组2的每一根绝缘芯线3又包括绝缘层4和包覆于绝缘层4内的铜质导体5。图1所示的导体5的直径为0.6mm，绝缘层4厚度为0.5mm，绝缘层4的材料为聚乙烯塑料，外护套1的材料也为聚烯烃或聚氯乙烯塑料，电缆外径为7.5mm。
外护套1内设有一线组分隔肋6，该线组分隔肋6呈泡沫状扁平带状肋片结构，其长度与电缆等长，宽度延伸至外护套的内壁。首先，它将外护套1分隔成两个能容纳对线组的区域，在线组分隔肋6两侧的上下两个区域中，均对称地各放置有两对对线组2，使四对对线组2彼此分隔开来，实现了对线组与对线组之间距离的最大化，同时也保持了数据电缆相应的外径尺寸；增加并固定对线组之间的距离的一个好处是提高了串扰性能，同时衰减和阻抗性能也有相应的提高。第二，线组分隔肋6截面上均匀散布有细密气泡，气泡数量密布，彼此之间不连通(如图2所示)，从而形成了泡沫状的分隔肋结构，这种结构有效地减小线组间的介电常数，降低对线组之间的总电容值，不仅提高了阻抗和抗串音干扰性能，而且增强了抗衰减能力。第三，线组分隔肋6采用截面扁平的带状肋片结构型式，又具有极好的柔韧性，易于弯曲，便于电缆敷设施工，又增强了数据电缆的抗拉伸、挤压能力，重量还轻，进一步提高了对线组工作位置的稳定性。因此，这种截面带有气泡的扁平分隔肋结构的数据电缆，既具有极好的电气性能指标，又具有理想的柔韧性，最大限度地兼顾了电气性能和安装施工的双重要求。
线组分隔肋6同侧的两对对线组2的绞合方向相反。一对对线组的绞合方向为左向，另一对对线组的绞合方面为右向，从而完全消除了对线组之间的嵌套啮合危险，可靠地维持着对线组之间的物理距离，加之扁平状截面的线组分隔肋6又使导体及对线组周围的空气间隙最大化，两者的综合作用使对线组牢靠地固定于界定位置上。线组分隔肋6的宽度大于绝缘芯线外径的四倍，又保证和控制了对线组2之间的相互位置和周围空气间隙的稳定可靠。
通过线组分隔肋6实现最大化对线组2周围的空气介质间隙，增强了电缆的抗衰减性能。同时，线组分隔肋6选择高氟化全氟乙烯聚丙烯等材料制成。当然，线组分隔肋6还可以采用具有类似上述材料的其他材料制成，例如聚丙烯、高密度聚乙烯、聚氟烷氧基树脂、乙烯一三氟氯乙烯、聚氯乙烯和阻燃聚丙烯等。
在图3所示的线组分隔肋6的肋片两侧表面上均匀设置有凸钉或凹坑，其截面上同样均匀散布有气泡。凸钉或凹坑的尺寸大小和间距均应小于绝缘芯线3的外径，以减少线组分隔肋6与对线组2的接触面积，增大线组分隔肋6与对线组2之间的空气间隙。这样不仅有效地阻止对线组2位置的移动和窜位，提高对线组2的位置稳定性；而且使对线组周围的空气间隙最大化，进一步优化了电缆的电气性能。
在图4所示的线组分隔肋6中，该线组分隔肋6呈条形波纹状结构，其条形波纹状突起方向垂直于线组分隔肋6的长度方向，这种结构使对线组2与线组分隔肋6之间的空气间隙更大。当然该条形波纹状突起方向也可以与线组分隔肋6的长度方向同向或呈一定的交叉角度。
在图5所示的高速数据电缆中，该数据电缆同样包括外护套1和四对对线组2，每一对线组2也均由两根不同颜色的绝缘芯线3均匀地绞合而成，对线组2的每一根绝缘芯线3也是在导体5外包覆有绝缘层4。外护套1内设有一呈泡沫结构的线组分隔肋6，在该线组分隔肋6的上下两侧分别置有两对对线组2，位于分隔肋6同侧的两对对线组的绞合方向相反。
与前述实施例不同之处在于，绝缘芯线3的绝缘层4为两层结构，绝缘层4的内层为塑料发泡层，而外层为塑料实心层。由于塑料发泡层的介电常数比实心绝缘层低，所以使得绝缘芯线3绝缘层的总介电常数下降，电缆工作电容大幅度下降，提高了传输回路的抗衰减能力，更利于数据电缆实现高频率传输信息。
该线组分隔肋6的主体肋结构仍系扁平带状肋片结构，但在肋部横截面两侧端部设有“T”型的弧型端面7，使得线组分隔肋6的截面形状呈“I”型结构。该结构设计合理精巧，端部过渡圆弧型端面7的存在，使得制成的电缆外型稳定、圆整，分隔肋的支撑、固定作用更加有效，而稳定的电缆外形又巩固了对线组位置的恒定性；同时也使分隔肋侧端与外护套内壁接触更加平稳、受力均匀，增强了电缆抗变形的能力，对电气性能的提高起到极好的保证作用。
在图6所示的高速数据电缆中，该数据电缆也包括外护套1和四对对线组2，构成对线组2的绝缘芯线3也是在导体5外包覆有绝缘层4。外护套1内同样设有一呈泡沫状的线组分隔肋6，该线组分隔肋6的上下两侧也对称地各设置有两对对线组2。
绝缘芯线3的绝缘层4采用三层结构，绝缘层的内层为实心聚乙烯层，中间为发泡聚乙烯绝缘层，外层为实心聚乙烯层。内层是一层厚10μm的实心内皮，其作用在于增加绝缘层与导体5的粘着力和提高绝缘层的气密性，中间发泡层具有较低的介电常数，外层为实心表皮，厚度约为50μm，其作用是增加绝缘层强度和提高表面光洁度。该绝缘层结构既具有良好的机械物理性能，又具有极好的电气性能，并减少了电缆外径和重量。
该泡沫状线组分隔肋6与外护套1连为一体而构成了一与外护套相连的泡沫肋片，该肋片将外护套1对称地分成两个容纳对线组的区域。由于线组分隔肋6与外护套1连成一体，具有更稳定的截面形状和抗扭转能力，更有利于对对线组的固定，并将对线组完全地隔开，该结构具有较少的构件数量，便于电缆的制作加工和质量保证，从而有效地简化成缆工艺，提高了生产效率，稳定了产品质量。
以上仅仅是本发明的一些具体的实施例，应当理解本领域普通技术人员在不违背本发明原理的前提下，还可以作出很多变换和改进。如外护套1内的对线组2并不限于四对，还可以是其它任意对数；线组分隔肋6的气泡密度和大小也可以根据具体情况而定，其工艺既可是物理发泡，也可是化学发泡；线组分隔肋6的凹凸表面也不限于凸钉、凹坑和条形波纹，还可以是其它相应结构形式。电缆外型也不限于圆形截面；外护套也可以采用二层或更多层的缆芯屏蔽层；外护套设计成具有防潮、阻燃等功能的外护套等等，这些改进和变换均应视为落入本发明的保护范围内。