專利名稱：具有高的傳播速度的波紋同軸電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波紋同軸電纜。
背景技術(shù)：
從歷史上看，可得到的用于傳輸RF信號的同軸電纜或者具有光滑的壁的外導(dǎo)體或具有波紋外導(dǎo)體。這兩種不同的結(jié)構(gòu)對終端用戶提供了特定的優(yōu)點。對于相同的電纜物理尺寸和泡沫電介質(zhì)密度，光滑壁外導(dǎo)體同軸結(jié)構(gòu)提供了高的傳播速度和低的衰減，但是和同等的具有波紋外導(dǎo)體的電纜相比，其彎曲特性和處理特性較差。當(dāng)好的處理和彎曲特性重要時，通常使用具有波紋外導(dǎo)體的同軸電纜。然而，這個機械上的改進(jìn)是通過犧牲一些重要的電性能特性實現(xiàn)的。波紋外導(dǎo)體由于其幾何形狀增加了電纜的電容。這減少了被傳輸?shù)男盘柕乃俣?，并且還增加了在一定尺寸的電纜中的衰減，這是因為電纜內(nèi)導(dǎo)體的直徑的減少，而所述減少是維持所需的特征阻抗需要的。此外，在制造處理期間，為了產(chǎn)生波紋和合適的物理配合，泡沫電介質(zhì)被壓縮的程度大于光滑壁外導(dǎo)體的電纜，這產(chǎn)生密度較大的電介質(zhì)，因而形成較高的介電常數(shù)的介質(zhì)。迄今為止，這些因素組合起來，使得波紋泡沫絕緣的同軸電纜的速度被限制為小于90％。在市場上可得到的這類電纜的最高速度為89％。
不論在光滑壁外導(dǎo)體的同軸電纜或波紋外導(dǎo)體的同軸電纜中，實現(xiàn)最高的實際信號傳播速度是有利的，因為對于固定特征阻抗和固定尺寸的電纜，這使得衰減最低。特征阻抗總是根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置，因此是固定的。電纜所阻抗必須和與其相連的設(shè)備的阻抗相同，以便使干擾信號的反射最小。無線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)一般使用具有50歐姆的特征阻抗的設(shè)備，而CATV(有線電視)系統(tǒng)通常具有75歐姆的特征阻抗?？衫玫碾娎|具有不同的尺寸，較大的尺寸比較小的尺寸具有較低的衰減，并且在給定的尺寸中最低的衰減是有利的，因為不希望的信號損失最小。在一些情況下，較低的衰減使得可以使用較小的電纜，這帶來經(jīng)濟利益。
對于光滑壁的電纜，相對的傳輸速度(即傳輸速度和光在空氣中的傳輸速度之比)是泡沫材料的介電常數(shù)的平方根的倒數(shù)，并且從文獻(xiàn)中可以得到的公式，對于任何特定的泡沫材料的密度，介電常數(shù)是已知的。對于具有泡沫聚乙烯絕緣材料的光滑壁電纜，要達(dá)到90％的傳輸速度需要的泡沫材料的密度大約是02../cm3。然而，在波紋電纜中，波紋的電效果是增加電纜的電容，因而使傳輸速度減少幾個百分點。一些年來可以得到的具有88％或89％的傳輸速度的波紋電纜一般要求泡沫密度為0.18g/cm3或更少，因而要求比甚至具有90％的較高速度的光滑壁電纜所需的更先進(jìn)的泡沫處理技術(shù)。用另一種方式來看所述的區(qū)別，使用和一些年來波紋電纜使用的介電材料密度相同的泡沫介電材料的光滑壁電纜可以具有93％或更高的傳輸速度。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種同軸電纜，包括內(nèi)導(dǎo)體，包圍所述內(nèi)導(dǎo)體的并具有0.17g/cm3以下的介電常數(shù)的泡沫聚合物絕緣，以及圍繞所述絕緣的波紋外導(dǎo)體，所述外導(dǎo)體具有這樣的尺寸，使得所述電纜具有大于光速的90％的傳輸速度，在所述外導(dǎo)體中的波紋形成槽部和峰部，所述槽部和所述絕緣接合。
本發(fā)明提供一種具有新的結(jié)構(gòu)的波紋電纜，其進(jìn)一步改善了可獲得的電特性和機械特性的平衡。泡沫材料的密度和波紋的尺寸被精確地控制，從而實現(xiàn)一種保持波紋電纜的良好的柔性和處理性能的波紋同軸電纜，同時又具有90％或更高的傳輸速度，并且因而改善了衰減。


圖1a，1b是作為ODRL的函數(shù)的常規(guī)的1英寸波紋電纜的電纜性能特性曲線；圖2a，2b是作為ODRL的函數(shù)的常規(guī)的1.4英寸被紋電纜的電纜性能特性曲線；圖3是波紋控制系統(tǒng)的方塊圖；圖4是作為電纜半徑的函數(shù)的泡沫密度的曲線；圖5是作為泡沫密度的函數(shù)的速度增加的曲線；圖6是作為泡沫密度的函數(shù)的衰減減少的曲線；以及圖7是作為電纜半徑的函數(shù)的泡沫材料的密度的曲線。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明的改進(jìn)的同軸電纜利用了外導(dǎo)體波紋和泡沫絕緣的特性兩者的優(yōu)化。
通過控制外導(dǎo)體產(chǎn)生的波紋長度比(ODLR)可以實現(xiàn)大約90％的相對傳輸速度。對于1英寸直徑的電纜，ODLR一般必須在1.11以下。為了保持和波紋電纜相關(guān)的較高的所需柔性和彎曲壽命(30次反向彎曲)，ODLR最好在1.10以上。這些特定的值可以隨電纜的尺寸而改變。
ODLR被定義為波紋外導(dǎo)體被其直線長度分割的實際長度。其考慮波紋間距和深度的影響。如果波紋深度對波紋間距的比增加，則ODLR增加。(對于光滑壁電纜，ODLR是1.0)。
由圖1所示的兩個曲線的斜率可以看出，當(dāng)ODLR改變時，在波紋同軸電纜中的機械性能(柔性或反向彎曲數(shù))和RF信號傳輸效率(傳輸速度)是兩個相互沖突的屬性。在本發(fā)明的一個實施例中，對于1英寸直徑的電纜，可以看出，在密度為0.14g/cm3附近ODLR必須保持在1.10和1.11之間，以便實現(xiàn)91％或更高的傳輸速度和30次反向彎曲壽命。在所述的密度范圍內(nèi)測量不出對反向彎曲性能的影響。如圖1所示，具有密度大約為0.16的1英寸直徑的電纜的數(shù)據(jù)表示，當(dāng)ODLR大約為1.10時具有30次反向彎曲。如圖1所示，一種類似的密度大約為0.14g/cm3的1英寸電纜，也實現(xiàn)了30次反向彎曲。
必須承認(rèn)，圖1所示的特定關(guān)系對于電纜的不同尺寸、導(dǎo)體材料和絕緣泡沫密度略微不同。在本發(fā)明的第二實施例中，例如，圖2示出了對1.4英寸的電纜進(jìn)行的同樣的測試。對于圖2中的1.4英寸的電纜，可以看出在密度大約為0.14g/cm3和ODLR大約為1.125或較低時可以達(dá)到90％的傳輸速度。為了保持大約為30次的反向彎曲，ODLR必須大約為1.115或更高。
圖3表示一種波紋控制系統(tǒng)，其包括交流驅(qū)動裝置，波紋機電動機以及位置傳感器。交流驅(qū)動裝置通過模擬信號和位置傳感器聯(lián)系，并且波紋機驅(qū)動裝置通過高速的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中的其它驅(qū)動裝置交換信號。所有的控制都在交流驅(qū)動裝置中進(jìn)行。這使得能夠精確地控制波紋的深度和形成波紋的過程。數(shù)字方法對于外部的影響(即電噪聲)相當(dāng)不敏感，并且具有高的分辨率。
為了在波紋處理期間監(jiān)視電纜的尺寸，一種自動的，基于計算機的視覺測量系統(tǒng)在現(xiàn)場確定波紋的尺寸。這種控制機構(gòu)能夠使得保持小的允差，因而改善了傳輸速度和最終電纜的尺寸的一致性。
泡沫絕緣處理最好使用泡沫材料擠壓機上的交流驅(qū)動裝置，以便保持所述驅(qū)動裝置的平滑的速度響應(yīng)以及精確的過程控制。所述過程控制使得泡沫絕緣材料能夠以恒定的低的泡沫材料密度被擠出，這使得最終電纜具有高的傳輸速度。能夠提供恒定的低的泡沫材料密度的泡沫材料處理的其它方面包括在一個非常窄的范圍內(nèi)維持高的其氣體注入壓力，以及對在擠壓處理中被混合的材料的比例進(jìn)行更精確的控制。
泡沫絕緣材料的優(yōu)化由先進(jìn)的泡沫材料處理技術(shù)實現(xiàn)，并且不需要多次擠壓便可實現(xiàn)總的泡沫材料密度的減少和有利的泡沫材料密度梯度。所述密度沿徑向由內(nèi)導(dǎo)體到外導(dǎo)體增加。如同在本發(fā)明以前的泡沫絕緣電纜一樣，要求所述泡沫是一個封閉的單元，以便阻止水的遷移，因而提供可靠的高質(zhì)量的產(chǎn)品。
雖然利用均勻的泡沫可以達(dá)到90％的速度的電纜，但是在泡沫材料密度的梯度有助于實現(xiàn)更高的速度，并因此實現(xiàn)所需的在最終電纜中的較低的衰減。利用這個效果使得能夠利用當(dāng)前的泡沫材料處理技術(shù)進(jìn)一步改善電纜的性能。一般獲得的泡沫材料密度的改變?yōu)?0％或更多，從內(nèi)向外沿徑向增加。對于1英寸的電纜，和具有同樣重量的均勻泡沫絕緣的電纜相比，這能夠提高大約0.5％的速度，并使衰減減少大約1％。圖4表示具有增大的恒定梯度的泡沫材料密度的曲線的例子。這些尺寸可以應(yīng)用于大約1英寸直徑的電纜的設(shè)計。假定在內(nèi)導(dǎo)體上具有薄的黏合劑層(大約為0.005英寸)，圖5和圖6表示和相同質(zhì)量的均勻膨脹的泡沫結(jié)構(gòu)相比，由于所述的梯度設(shè)計而所獲得的在速度和設(shè)計方面的改善。隨著梯度的增加，在衰減方面的改善增加。
在泡沫密度中形成小的正梯度的一種方法是通過調(diào)節(jié)冷卻曲線。圖4的尺寸的芯被處理使得具有這類曲線。對于泡沫芯材的測量的密度值如圖7所示。假定在測量的數(shù)據(jù)點之間具有恒定的斜率，如圖所示，具有這種芯密度的電纜的衰減將和均勻膨脹的泡沫材料的電纜相同，但是輕4.4％。
本發(fā)明的同軸電纜具有波紋外導(dǎo)體，總密度為0.17g/cm3泡沫聚合物絕緣，90％的傳輸速度，以及常規(guī)的波紋外導(dǎo)體電纜的處理特性和彎曲特性。關(guān)于速度、彎曲壽命(以最小的彎曲半徑進(jìn)行的反向彎曲次數(shù))和破壞強度是速度91％彎曲壽命30破壞強度每直線英寸100磅此外，本發(fā)明的電纜比相同尺寸的標(biāo)準(zhǔn)速度的電纜具有小的衰減(1.73dB/100ft比1.86dB/100ft，在頻率為2GHz時)，這是有利的，因為這相應(yīng)地減小了傳輸路徑和接收路徑的損失。
權(quán)利要求
1.一種同軸電纜，包括內(nèi)導(dǎo)體，包圍所述內(nèi)導(dǎo)體的并具有0.17g/cm3以下的介電常數(shù)的泡沫聚合物絕緣，以及圍繞所述絕緣的波紋外導(dǎo)體，所述外導(dǎo)體具有這樣的尺寸，使得所述電纜具有大于光速的90％的傳輸速度，在所述外導(dǎo)體中的波紋形成槽部和峰部，所述槽部和所述絕緣接合。
2.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其具有按照最小彎曲半徑至少30次反向彎曲的彎曲壽命。
3.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其具有每直線英寸100磅的破壞強度。
4.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其中標(biāo)稱直徑為1英寸的電纜在2Ghz下具有大約小于1.80dB/100英尺的衰減。
5.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其具有大于光速的91％的傳輸速度。
6.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其中所述絕緣的密度和所述外導(dǎo)體的實際長度對其直線長度的比被選擇，以便提高具有按照最小彎曲半徑至少30次反向彎曲的彎曲壽命，和至少為光速的90％的傳輸速度的電纜。
7.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其中對于具有大約1英寸的外徑的電纜，所述外導(dǎo)體的實際長度對其直線長度的比小于大約1.11。
8.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其中對于具有大約1.4英寸的外徑的電纜，所述外導(dǎo)體的實際長度對其直線長度的比小于或等于1.125。
9.如權(quán)利要求1所述的同軸電纜，其中在外導(dǎo)體處的泡沫絕緣的密度比在內(nèi)導(dǎo)體處的至少大20％。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種波紋同軸電纜,包括具有至少一個內(nèi)導(dǎo)體包圍所述內(nèi)導(dǎo)體的高度膨脹的聚合物泡沫絕緣的電纜芯。所述同軸電纜具有緊密地封裝著泡沫絕緣的波紋外導(dǎo)體。所述波紋同軸電纜具有對于光速的90%的傳輸速度,因而改善了信號傳輸特性,尤其是在衰減方面,同時保持了作為波紋同軸電纜結(jié)構(gòu)的特征的高的柔性和彎曲性能。
文檔編號H01P3/06GK1359166SQ01145468
公開日2002年7月17日 申請日期2001年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者V·K·喬普拉, J·A·克拉貝克, H·R·努德 申請人:安德魯公司