一种提高非屏蔽Cat6 类通信电缆串音衰减性能的结构设计

张宁宁， 陈海亮

（郑缆科技股份有限公司，焦作 454900）

0 引 言

通信电缆作为信号传输的载体，广泛应用于通信设备间的数据传输及智能小区布线等场合，起着其他电缆不可代替的作用。 随着科技的发展，通信行业对数据通信电缆的性能要求也越来越高。 以往的3 类、5 类、5e 类数据电缆已不能满足更高端设备的要求［1-2］，使用的范围也随之缩小，取而代之的6 类、6e 类电缆应用更为广泛。 在通信领域中，6 类电缆产品的使用较为普遍，大量应用于通信设备及智能小区布线等场合。 评判高频通信电缆性能的优劣，取决于高频下衰减、阻抗、串音等性能指标。 衰减与阻抗取决于材料性能、结构尺寸；串音取决于结构均匀性与稳定性。 普通的UTP Cat6 通信线结构中采用一根十字支撑架，增加4 组对绞线之间结构的稳定性，提高电缆的串音、回波损耗等性能。 本工作提出一种改进的缆芯结构设计，提高线芯对之间的稳定性，以便对串音性能进行优化。

1 影响串音的因素

串音的本质是由于两个传输回路间存在电磁耦合，当电磁波沿第一个回路传输时，其周围产生了电磁场，该电磁场在第二个回路上产生了电动势并在回路中产生干扰电流，导致串音的形成［3］。 串音影响回路间的通信质量，只有降低或消除串音才能提高通信质量。 电磁干扰越小，串音就越小，即串音衰减越大，通信效果越好。

影响串音的因素主要有：①线芯对节距差异比，差异小或整数倍时容易发生电磁耦合；②线芯对节距不均匀程度，某个线芯对节距变化导致节距差异比变化，有些地方就会导致电磁耦合平衡［4］；③缆芯结构稳定性，线芯对的相互位置也会导致电磁耦合程度的变化。 从以上条件可看出，第一条及第三条体现在结构设计方面，第二条则体现在各对绞组节距稳定性方面。 总体来看，想要减小或消除串音，在数字通信用聚烯烃绝缘水平对绞电缆UTP Cat6电缆结构中，须配合各组线对的节距以及保持整体结构的稳定。

2 结构设计

2.1 生产工艺路线

普通型UTP Cat6 的生产工艺流程为：导体、绝缘、对绞、成缆、护套、成圈、检测；改进型UTP Cat6的生产工艺流程为：导体、绝缘、对绞、护套、成圈、检测。

UTP Cat6 通信电缆传输频率最高为250 MHz。作为高频通信电缆，在传输性能上有着更高的要求，高频参数不仅体现在工艺及材料上，更取决于产品结构的稳定性。 普通型及改进型UTP Cat6 两种结构见图1、图2。

图1 普通型UTP Cat6 结构示意图

图2 改进型UTP Cat6 结构示意图

由图1 和图2 可知：普通型结构在绝缘线芯绞合成对线组后，再由对绞线组绞合成缆芯，4 对绞线组间采用十字支撑架用来增加线组间的稳定性，在一定程度上减轻电磁耦合，降低干扰［5］。 而改进型结构则取消十字支撑架，使各对线组独立，形成分护套，保证了各线芯对相对位置的稳定性，从而减小了电磁耦合及组间串音干扰。

2.2 UTP Cat6 电缆工艺参数设置

根据YD／T 1019—2013《数字通信用聚烯烃绝缘水平对绞电缆》要求，导体材料采用退火裸铜线，该材料表面光亮无氧化，电阻率不大于0.017 241 μΩ·m，符合GB／T 3953—2009 的要求；绝缘层采用高密度聚乙烯（HDPE）材料；护套采用聚氯乙烯（PVC）材料。 设计时，要考虑绝缘线的直径较小，在收线、放线时，线芯受到拉力会被拉细，导致高频参数波动范围大，故在护套工序时采用主动放线方式。 改进后的电缆生产工艺省略了成缆工序，并对绞节距进行了调整。 UTP Cat6 通信电缆工艺参数中偏心率设置为不大于3%，护套厚度为0.6 mm，其他工艺参数设置见表1。

表1 UTP Cat6 通信电缆改进型工艺参数

3 过程关键点控制

3.1 线芯

在高频通信电缆中，绝缘线芯的质量直接决定着产品的性能，尤其在特性阻抗及衰减指标方面起着决定性作用。 采用实芯HDPE 绝缘挤出，表面光滑圆整、厚度均匀。 实测绝缘外径偏差在0.002 ～0.003 mm 范围，在线偏芯仪实测98.2%，符合工艺设置要求。

3.2 对绞节距

对绞过程中，严格按照工艺要求控制节距及退扭率，调节好绝缘线芯的放线张力，避免出现一根线芯绕另一根线芯缠绕导致电容不平衡和直流电阻不平衡现象，进而引起串音。 随机检测节距变化及线芯擦伤情况。 对绞线下盘必须是“H”型摆放，防止盘边缘碰伤线芯。

3.3 挤出

该产品采用PVC 护套。 由于该结构省略成缆工序，4 组对绞线经模芯直接进行护套，在挤出时须控制好各线组在进入模芯时的角度，防止模具口擦伤线芯。 用挤管式方式挤出，模口温度控制在170 ℃±10 ℃内，要求无焦烧或滴流状，厚度根据YD／T 1019—2013 标准选取。

4 性能验证

通过高频下近端串音衰减、回波损耗、衰减等参数的变化，来验证改进后UTP Cat6 通信电缆的稳定性。 依据YD／T 1019—2013，UTP Cat6 通信电缆的最高频率为250 MHz，扫频采用401 频点，在频率1.0～250 MHz内测量，采用CTS-650 型检测设备对结构改进后的UTP Cat6 通信电缆进行检测，在21 ℃下进行检测，结果见表2。

表2 普通型UTP Cat6 与改进型UTP Cat6 检测结果对比 dB

由表2 检测结果可知：UTP Cat6 通信电缆护套结构改进前后，衰减与回波损耗的裕度数据无明显变化，这是由于改进后电缆长度、导体直径、绝缘直径、工艺等未改变，但串音衰减的裕度明显提高，普通结构的串音衰减裕度一般在2.3 ～5.7 dB 之间。从改进后结构的串音衰减裕度数据可知，改进后的结构更为稳定，极大程度上避免了因电缆弯曲、扭压等情况下的结构变形；此外，改进后的结构相当于多个独立的分护套，减小了对绞线组间的串音干扰以及经由第三回路造成的电磁干扰。

5 结束语

在高频通信电缆中，性能的优劣主要体现在衰减、回波损耗、串音衰减、特性阻抗等参数指标上，满足这些参数指标需要严格控制各工序工艺。 该产品主要对串音衰减进行改进，串音衰减从改进前的58.90 dB 提高至65.71 dB，达到设计要求，目前，该改进型UTP Cat6 通信电缆已进行小批量生产。