專利名稱：通信線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的線及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳輸數(shù)據(jù)以及其他信號的一種方法是通過使用雙絞線。雙絞線包括至少一對彼此纏繞的絕緣導(dǎo)體以形成兩個導(dǎo)體對。該技術(shù)中很多已知的方法可以被采用以將所述雙絞線設(shè)置和配置到各種高品質(zhì)傳輸線纜裝置中。一旦所述雙絞線被形成所需的“芯”，典型地會將一塑料套擠出在其上以保持其結(jié)構(gòu)并且用作保護層。當(dāng)多于一個雙絞線組被束在一起時，所述組合被稱為多對線纜。
在所述雙絞線的線內(nèi)所述導(dǎo)體被絞合的線纜裝置中，兩個不同的，但交互的纏繞組可以存在于所述線纜結(jié)構(gòu)中。首先，存在構(gòu)成所述雙絞線的線的纏繞。第二，在所述雙絞線的每個單線內(nèi)，存在形成所述導(dǎo)體的絞線的纏繞。組合起來，兩組纏繞對通過所述雙絞線被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號具有相互聯(lián)系的作用。
使用多對線纜，在所述線纜的一端產(chǎn)生的信號應(yīng)該理想地同時到達(dá)相對端，即使它們沿不同的雙絞線對行進(jìn)。以納秒來測量，在線纜內(nèi)雙絞線對之間響應(yīng)所產(chǎn)生的信號的信號傳輸?shù)臅r間性差異通常被稱為“延遲偏差”。在由一雙絞線以及另一個所傳輸?shù)男盘柕难舆t偏差太大時出現(xiàn)問題，并且接收所述信號的設(shè)備不能正確地重組所述信號。這樣的延遲偏差導(dǎo)致傳輸錯誤或者丟失數(shù)據(jù)。
另外，由于在高速數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中數(shù)據(jù)吞吐量被增加，延遲偏差問題變得越來越大。即使在正確地重組被傳輸?shù)男盘栔杏捎谛盘柶钏鶎?dǎo)致的延時也將顯著地并且不利地影響信號吞吐量。因此，隨著具有增加的數(shù)據(jù)傳輸率需求的更復(fù)雜的系統(tǒng)被配置在網(wǎng)絡(luò)中，對改進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠呀?jīng)被發(fā)展了。這樣的復(fù)雜，高速系統(tǒng)需要具有更強信號以及最小的延遲偏差的多對線纜。
所述絕緣的介電常數(shù)(DK)影響所述線的信號吞吐量以及衰減值。也就是說，信號吞吐量隨著DK的減少而增加，并且衰減隨著DK的減少而減少。合起來，較低的DK意味著較強的信號更快地到達(dá)并且具有較少的損失。因此，具有較低DK的線(方法1)總是比具有較高DK例如大于2的絕緣的導(dǎo)體受到偏愛。
在雙絞線應(yīng)用中，所述絕緣的DK影響所述雙絞線的延遲偏差。根據(jù)EIA/TIA 568-A-1，通常被接受的延遲偏差是基于100米的線纜，兩個信號應(yīng)該在彼此的45納秒(ns)內(nèi)到達(dá)。當(dāng)高頻信號(大于100MHz)被傳輸時這個大小的延遲偏差是有問題的。在這些頻率處，少于20ns的延遲偏差被認(rèn)為是優(yōu)越的并且也是在實踐中要達(dá)到的。
另外，以前，在特定的雙絞線或者多對線纜中影響延遲偏差的唯一方式是調(diào)整絞距，或者絕緣導(dǎo)體的纏繞程度。這反過來需要絕緣導(dǎo)體的重新設(shè)計，包括改變所述導(dǎo)體的直徑以及所述絕緣的厚度，以保持適當(dāng)?shù)碾娞匦?，例如阻抗和衰減。
在改進(jìn)的絕緣導(dǎo)體的一個嘗試包括在所述絕緣的外表面上使用肋(rib)，或者在絕緣內(nèi)但接近絕緣外表面使用通道。但是所述有肋的絕緣，是不令人滿意的，因為即使可能，要制造具有外表面特征的所述絕緣也是困難的。由于所使用的絕緣材料的本性以及所使用的處理的本性，外表面特性將是不清楚的并且不良地形成。所述肋將以圓形的隆起結(jié)束而不是具有銳利的邊緣。所述圓形的結(jié)果是使用不能很好地保持其形狀的材料，以及使用擠出模以形成所述表面特性的效應(yīng)。在離開所述擠出模之后，所述絕緣材料立即趨向于波動和擴張。這波動的圓形移動并且填充功能部件之間的空間。
具有帶肋的絕緣的絕緣導(dǎo)體也產(chǎn)生具有不良電特性的線纜。所述肋之間的間隔可以被污物和水污染。這些污染物負(fù)面地影響所述絕緣導(dǎo)體的DK，因為所述污染物具有廣泛不同的DK，并且典型地比所述絕緣材料高很多。所述污染物的不同DK將賦予整體絕緣導(dǎo)體沿其長度變化的DK，其反過來負(fù)面地影響信號速度。類似地，具有較高DK的污染物將提高所述絕緣的整體DK，其也負(fù)面地影響信號速度。
具有帶肋的以及通道化的絕緣的絕緣導(dǎo)體也產(chǎn)生具有不良物理特性的線纜，其反過來使所述電特性降級。由于所述有肋的以及已知的通道化的絕緣的外表面附近的材料的數(shù)量有限，這樣的絕緣導(dǎo)體不具有令人滿意的低抗壓強度；其抗壓強度如此低以至于所述絕緣導(dǎo)體可能甚至于不能在不使所述絕緣的所述肋和通道變形的情況下被纏繞。從實際觀點出發(fā)，這是不可接受的，因為它使此絕緣導(dǎo)體的制造，存儲和安裝幾乎是不可能的。
對所述肋以及通道的擠壓或者其他的物理地對所述絕緣施加應(yīng)力，將改變這些功能部件的形狀。這將負(fù)面地影響絕緣的DK。為敷設(shè)線纜的必要部分的一種類型的物理應(yīng)力是將一對絕緣導(dǎo)體纏繞在一起。這種類型的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不能被避免。這樣，就是制造雙絞線的行動都可能嚴(yán)重地?fù)p害包括這些絕緣導(dǎo)體的電特性。
在所述線和線纜領(lǐng)域中的另一關(guān)心的領(lǐng)域是在火中所述線如何表現(xiàn)。國家防火協(xié)會(NFPA)為使用在住宅以及商業(yè)建筑中的材料如何燃燒設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。這些測試通常測量發(fā)出的煙的數(shù)量，煙密度，火焰蔓延速率和/或由燃燒所述絕緣導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量。成功地完成這些測試是建立纜線敷設(shè)的一個方面，其被認(rèn)為在現(xiàn)代消防規(guī)范下是安全的。隨著消費者對這方面的意識的增加，這些測試的成功完成將也是一個賣點。
用于線中的絕緣的已知材料，如，含氟聚合物，具有所要的電特性，如低DK。但是含氟聚合物比較貴。其他的化合物相對便宜但是不能最小化DK，且由此不能使延遲偏差達(dá)到如含氟聚合物同樣的程度。另外，非氟化的聚合物在比含氟聚合物更大的程度上傳播火焰并產(chǎn)生煙，并且因此是用于構(gòu)造線的較不理想的材料。
因此，需要一種線，其能處理現(xiàn)有技術(shù)的局限以有效地最小化延遲偏差，并提供傳輸高速率同時又具有成本效率和清潔燃燒。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的線的透視的，階梯形切除的視圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的線的橫截面。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一種線的橫截面。
圖4示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的線的擠出尖端(extrusion tip)的透視圖。
圖5示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的線的另一種擠出尖端的透視圖。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的具有通道化的的套的線的橫截面。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的具有通道化的導(dǎo)體的線的橫截面。
圖8示出一雙絞線對的橫截面。
具體實施例方式
本發(fā)明的線被設(shè)計為具有最小的介電常數(shù)(DK)。最小的DK對所述線的電特性有若干顯著的影響。信號吞吐量被增加同時信號衰減減少。另外，雙絞線應(yīng)用中的延遲偏差被最小化。所述最小化的DK是通過使用如下面描述的改進(jìn)的絕緣導(dǎo)體或者隔離的芯而得到的。
本發(fā)明的線10具有被主絕緣14所圍繞的導(dǎo)體12，如圖1所示。絕緣14包括沿所述導(dǎo)體的長度行進(jìn)的至少一個通道16。多個通道可以被圓周地設(shè)置在導(dǎo)體12的周圍。所述多個通道由絕緣的腿18彼此分開。單獨的線10可以被纏繞在一起以形成如圖8中所示雙絞線。雙絞線又可以被纏繞在一起以形成多對線纜?？蓪⑷我舛鄬﹄p絞線用于線纜中。可替換的，所述通道化的絕緣可以被使用在同軸電纜，光纜或者其他形式的線纜中。外護套20可被任選地使用在線10中。另外，外護套可以被用于覆蓋雙絞線或者線纜。附加的輔助的未通道化的絕緣可以被圍繞所述導(dǎo)體使用或者是用于所述線內(nèi)的其他位置。另外，雙絞線或者線纜可以利用屏蔽。
本發(fā)明的一個方面的橫截面在圖2中被看到。線10包括被絕緣14圍繞的導(dǎo)體12。絕緣14包括圓周地設(shè)置在所述導(dǎo)體12的周圍的多個通道16，其被腿18彼此分開。通道16可以有一側(cè)以所述導(dǎo)體12的外周表面19為界。此方面的通道16通常具有矩形的橫截面形狀。
本發(fā)明的另一方面的橫截面在圖3中被看到。所述絕緣14’包括形狀不同于前一方面的通道16的多個通道16’。具體地，所述通道16’具有帶平頂?shù)那?。類似于前一方面，所述通?6’被圓周地設(shè)置在所述導(dǎo)體12的周圍并且被腿18’分開。也是在此方面中，所述絕緣14’可以包括第二多個通道22。所述第二多個通道22在所有側(cè)上被所述絕緣14’所圍繞。所述通道16’和22優(yōu)選地相互組合起來使用。
所述通道化的絕緣保護所述導(dǎo)體以及其上被傳輸?shù)男盘杻烧?。所述絕緣14，14’的組成是重要的，因為所選絕緣的DK將影響整體線10的電特性。所述絕緣14，14’優(yōu)選地為擠出的聚合物層，其被形成有多個通道16，16’，所述多個通道16，16’被絕緣的插入腿18，18’分開。通道22也優(yōu)選地形成在所述擠出的聚合物層中。
在線以及線纜制造中使用的任何的常規(guī)聚合物可以被用在絕緣14，14’中，如，例如，聚烯烴或者含氟聚合物。一些可以使用的聚烯烴包括聚乙烯和聚丙烯。但是，當(dāng)所述線纜被放置到需要好的防火以及低煙產(chǎn)生特性的服務(wù)環(huán)境時，可能需要使用含氟聚合物作為用于包括在雙絞線或者線纜中的一個或者多個導(dǎo)體的絕緣。雖然可以使用泡沫聚合物，然而優(yōu)選使用固體聚合物，因為其物理特性優(yōu)越且可以不考慮所需要的發(fā)泡劑。
另外，當(dāng)需要優(yōu)越的物理特性如抗張強度或者延長率，或者當(dāng)需要優(yōu)越的電特性如低DK或者衰減時，優(yōu)選含氟聚合物。另外，含氟聚合物增加所述絕緣導(dǎo)體的抗壓強度，同時也提供了極度抵抗包括水的污染物入侵的絕緣。
與所述絕緣14，14’的化學(xué)組成同樣重要的是所述絕緣14，14’的結(jié)構(gòu)特征。所述絕緣中的所述通道16，16’以及22通常具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中所述通道的長度比所述通道的寬度，深度或者直徑長。所述通道16，16’以及22是這樣的，即使得它們在所述絕緣中建立一穴(pocket)，其從所述導(dǎo)體的一端延伸到所述導(dǎo)體的另一端。所述通道16，16’以及22優(yōu)選地平行于由導(dǎo)體12限定的軸。
優(yōu)選在所述通道中使用空氣；當(dāng)然也可使用空氣以外的材料。例如，其他的氣體與其他的聚合物可以被使用。所述通道16，16’以及22被與可以包含空氣的其他的絕緣類型區(qū)分開。例如，通道化的絕緣不同于泡沫絕緣，其在所述絕緣內(nèi)具有封閉室氣穴。本發(fā)明也不同于其他類型的絕緣，這些絕緣被緊靠所述導(dǎo)體夾緊以形成氣穴，類似于串上的珠。不管什么材料被選擇用于所述通道中的內(nèi)含物，優(yōu)選地選擇其DK不同于周圍絕緣的DK。
優(yōu)選地，所述絕緣14，14’的所述腿18，18’鄰接于所述導(dǎo)體12的外周表面19。這樣，所述導(dǎo)體12的外周表面19形成所述通道的一個表面，如圖1-3中所見。在高頻處，所述信號行進(jìn)在所述導(dǎo)體12的表面或附近處。這被稱為‘集膚效應(yīng)’。通過將空氣放置在所述導(dǎo)體12的表面，所述信號能夠行進(jìn)通過具有DK為1的材料，那就是空氣。因此，所述絕緣14，14’的腿18，18’在所述導(dǎo)體12的外周表面19上占據(jù)的面積優(yōu)選地被最小化。這可以通過最大化用于所述絕緣14，14’中的所述通道16，16’的橫截面面積，并且從而最小化用于所述絕緣14，14’中的腿18，18’的尺寸而達(dá)到。另外，所述通道16，16’的形狀可以被選擇以最小化腿18，18’與所述導(dǎo)體12的接觸面積，并且增加所述通道的強度。
最大化橫截面面積以及最小化所述占據(jù)面積的好的例子可以在圖3中看見，其中具有曲壁的通道16’被使用。所述壁向外彎曲，以賦予通道幾乎梯形的形狀。所述幾乎梯形的通道16’具有比普通的矩形通道16大的橫截面面積。另外，相鄰?fù)ǖ赖那谂浜弦宰钚』徑佑谒鰧?dǎo)體12的外周表面19的所述腿18’的尺寸。
另外，所述絕緣14的腿18，18’在所述導(dǎo)體12的外周表面19上占據(jù)的面積可以通過減少所使用的通道16，16’的數(shù)量最小化。例如取代圖2-3中所示的六個通道16，16’，五個或者四個通道可以被使用。
優(yōu)選地，由腿18，18’在所述導(dǎo)體12的外周表面19上占據(jù)的面積少于總面積的75％，更優(yōu)選占據(jù)少于約50％的總面積的腿。具有占據(jù)所述外周表面面積35％的腿的絕緣是最優(yōu)選的，盡管如15％那樣小的面積可能是合適的。以此方式，信號可以行進(jìn)通過空氣的所述外周表面的面積被最大化。換句話說，通過最小化由所述腿占據(jù)的面積，所述集膚效應(yīng)被最大化。
通過通道形狀增加強度的一個好的例子是通過使用拱形。拱性具有內(nèi)在的強度，其改進(jìn)了所述絕緣導(dǎo)體的抗壓性能，如下面詳細(xì)討論的。拱性形狀的通道也可同樣具有經(jīng)濟上的優(yōu)點。例如，因為所述絕緣更強，較少的絕緣被需要以獲得所需要的抗壓性能。所述通道可以具有被設(shè)計以增加所述通道強度的其他形狀。
所述通道22也通過在所述絕緣14’中包括空氣來最小化所述絕緣14’的整體DK。另外，所述通道22能夠被使用而不損害所述線10的物理完整性。
所述通道的橫截面面積應(yīng)該被選擇以保持線的物理完整性。即，優(yōu)選地，任何一個通道不具有大于所述絕緣的橫截面面積的約30％的橫截面面積。
通過具有通道化的絕緣14，14’的線10的使用，在雙絞線或者多對線纜應(yīng)用中可容易地獲得少于20ns的延時，15ns的延遲偏差是優(yōu)選的。如果其他的參數(shù)，例如絞距以及導(dǎo)體尺寸，也被選擇用來最小化延遲偏差，則如5ns這樣小的延遲偏差也是可能的。
另外，當(dāng)與線纜護套組合使用時，優(yōu)選絕緣14，14’具有較低的DK。典型地，覆上套的通風(fēng)道用線纜使用防火的PVC(FRPVC)作為所述外護套。FRPVC具有相對高的DK，其負(fù)面地影響所述覆上套的線纜的阻抗和衰減值，但是它價格便宜。所述具有低DK的絕緣14，14’有助于抵消FRPVC套的所述負(fù)面效果。實際上，覆上套的線纜可以被賦予更類似于未覆上套的線纜的阻抗和衰減值。
確實，絕緣14，14’提供的低DK也增加了所述導(dǎo)體上的信號速度，其又增加了信號吞吐量。對于100米雙絞線，至少450ns的信號吞吐量被獲得，同時約400ns的信號速度是可能的。但是隨著信號速度的增加，延遲偏差必須被最小化以防止數(shù)據(jù)傳輸中錯誤的發(fā)生。
另外，由于所述通道化的絕緣的DK是與所述通道的橫截面面積成比例的，所述雙絞線中的信號速度也與所述通道的橫截面面積成比例并且從而可容易地調(diào)整。所述絞距，導(dǎo)體直徑，以及絕緣體厚度不需要改變。然而，所述通道的橫截面面積可以被調(diào)整以獲得與所述雙絞線的其他物理以及電特性平衡所需要的信號速度。這在多對線纜中尤其有用。所述線纜的延遲偏差可以被認(rèn)為是所述最快的雙絞線與最慢的雙絞線之間的信號速度的差異。通過增加所述最慢的雙絞線的絕緣中的所述通道的橫截面面積，其信號速度可以被增加并且從而更加接近地與所述最快的雙絞線的信號速度匹配。所述匹配越接近，所述延遲偏差越小。
與未通道化的絕緣相比，通道化的絕緣具有減少的耗散因數(shù)。所述耗散因數(shù)反映由所述絕緣在所述線的長度上吸收的能量的數(shù)量，并且相關(guān)于信號速度和強度。隨著耗散因數(shù)增加，所述信號速度和強度減少。所述集膚效應(yīng)是指所述線上的信號在接近所述導(dǎo)體的表面行進(jìn)。這也恰好是在所述絕緣的耗散因數(shù)為最低的地方，于是所述信號速度在這里為最快。隨著從所述導(dǎo)體的距離的增加，所述耗散因數(shù)增加并且所述信號速度開始變慢。在沒有通道的絕緣導(dǎo)體中，所述耗散因數(shù)的差異是標(biāo)定的。隨著向絕緣增加通道，由于所述信號行進(jìn)穿過的介質(zhì)的DK較低，所述絕緣的耗散因數(shù)顯著地減少。從而，通道的引入建立了所述通道中的信號速度顯著不同的情況，即比所述絕緣的其余部分中的信號速度快。有效地，絕緣導(dǎo)體被建立為具有兩個不同的信號速度，其中所述信號速度能夠相差大于約10％。
所述通道16，16’鄰接于所述導(dǎo)體12的所述外周表面19的放置也沒有損害所述絕緣導(dǎo)體的物理特性，其反過來保持了所述絕緣導(dǎo)體的電特性。因為所述絕緣導(dǎo)體的外表面是完整的，污染物沒有機會被容納到所述通道中。結(jié)果是所述絕緣的DK在所述線纜的長度上不改變，并且所述DK不被所述污染物負(fù)面地影響。
通過將所述通道放置在所述導(dǎo)體附近，所述絕緣導(dǎo)體的抗壓性能沒有受損。即，充分的絕緣在適當(dāng)?shù)奈恢茫运鐾ǖ啦蝗菀姿?。另外，所述絕緣也防止了當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力被施加到所述絕緣導(dǎo)體時所述通道的形狀不被顯著地扭曲。從而，正常的活動，即制造，儲存和安裝，不會負(fù)面地影響本發(fā)明的絕緣導(dǎo)體的物理特性，且延伸地影響其電特性。
除了對所述線10的電特性的所需要的影響之外，所述絕緣14，14’還具有經(jīng)濟和防火的優(yōu)點。所述絕緣14，14’中所述通道16，16’以及22減少了制造所述線10的材料成本。用于所述絕緣14，14’的絕緣材料的數(shù)量與非通道化的絕緣相比顯著減少，并且填充氣的成本是免費的。換句話說，當(dāng)與非通道化的絕緣相比時，可以從預(yù)先確定數(shù)量的起始材料來制造更大長度的所述絕緣14，14’。所述通道16，16’以及22的數(shù)量以及橫截面面積將最終確定材料成本減少的大小。
用于所述絕緣14，14’的材料的數(shù)量的減少也減少了所述線10的燃料負(fù)載。絕緣14，14’釋放更少的分解副產(chǎn)品，因為其在每個單位長度具有相對更少的絕緣材料。隨著減少的燃料負(fù)載，所釋放的煙的數(shù)量以及火焰蔓延的速率以及燃燒期間產(chǎn)生的熱的數(shù)量都被顯著地減少了，并且通過相關(guān)的火安全規(guī)范，如國家防火協(xié)會(NFPA)NFPA255，259以及262的幾率顯著地增加。通過使待比較的該線經(jīng)受保Underwriters Laboratory(UL)UL910 Steiner Tunnel燃燒測試，可以得到所釋放的煙的數(shù)量和火焰蔓延的速率的比較。所述Steiner Tunnel燃燒測試用作NFPA 255和262標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。在每個情況下，具有通道化絕緣，其中所述通道包含空氣的線將比具有未通道化的絕緣的線產(chǎn)生的煙至少要少10％。同樣地，火焰蔓延的速率將比未通道化的絕緣至少要少10％。
本發(fā)明的一優(yōu)選的實施例是線10，其具有含氟聚合物制成的絕緣14，14’，其中所述絕緣厚度小于約0.010英寸，同時所述絕緣導(dǎo)體的直徑小于約0.042英寸。另外，所述線的總DK優(yōu)選地為小于約2.0，同時所述通道的橫截面面積至少2.0×10-5平方英寸。
所述優(yōu)選實施例被經(jīng)受多種測試。在水入侵測試中，一長度的通道化絕緣導(dǎo)體被放置在加熱到90℃的水中，并且被保持30天。即至在這些不利的條件下，沒有證據(jù)表明水入侵到所述通道中。在扭轉(zhuǎn)測試中，12英寸長的通道化絕緣導(dǎo)體被繞著所述導(dǎo)體的軸扭曲180°。所述通道保留其大于95％的橫截面面積未扭曲。當(dāng)兩個絕緣導(dǎo)體被纏繞在一起時可得到類似的結(jié)果。在抗壓強度測試中，測量一長度的通道化的絕緣導(dǎo)體在壓前和壓后的DK。所述絕緣導(dǎo)體的之前和之后的DK的變化小于0.01。
雖然所述絕緣典型地是由單色的材料制成的，也可能需要多色的材料。例如，有色材料的條紋可以被包括在所述絕緣中。所述有色的條紋主要充當(dāng)視覺指示器以使幾個絕緣導(dǎo)體可以被識別。典型地，盡管不必如此，所述絕緣材料是統(tǒng)一的，只有在條紋之間的顏色是不同的。優(yōu)選地，所述條紋不干擾所述通道。
一些可接受的導(dǎo)體12的例子包括固態(tài)導(dǎo)體和幾個纏繞在一起的導(dǎo)體。所述導(dǎo)體12可以是由銅，鋁，包鋼銅以及鍍銅制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)銅是最佳的導(dǎo)體材料。另外，所述導(dǎo)體可以是玻璃或者塑料纖維，這樣就產(chǎn)生了光纜。
所述線可以包括導(dǎo)體72，其在其外周表面76中具有一個或者多個通道74，如圖7中所示。在本發(fā)明的該特定方面，通道化的導(dǎo)體72被絕緣78圍繞以形成絕緣的，通道化的導(dǎo)體80?？蓪⑺鰡蝹€的絕緣導(dǎo)體纏繞在一起以形成雙絞線。雙絞線又可以被纏繞在一起以形成多對線纜。任意多對雙絞線可以被使用在一線纜中。
所述一個或者多個通道74通常平行于所述線的縱軸伸展，盡管并非必須是這種情況。由于多個通道74排列在導(dǎo)體72的外周表面76上，從而在所述導(dǎo)體上產(chǎn)生一系列的脊82和槽84。
如圖7中所示，通道化的導(dǎo)體72可以與通道化的絕緣78組合，盡管不必須是這種情況。所述通道化的絕緣78的腿86優(yōu)選地在脊82處與所述通道化的導(dǎo)體72接觸。這種對準(zhǔn)有效地將所述絕緣78的通道88與所述導(dǎo)體的通道74組合起來，產(chǎn)生了顯著地更大的通道。所述更大的通道可以導(dǎo)致協(xié)作效果，其對該線的增強超過了單獨由通道化的絕緣或者通道化的導(dǎo)體提供的增強。
通道化的導(dǎo)體與平滑的導(dǎo)體相比具有兩個顯著的優(yōu)點。第一，所述導(dǎo)體的表面面積被增加而沒有增加所述導(dǎo)體的整體直徑。由于集膚效應(yīng)使表面面積的增加是重要的，在該處所述信號在所述導(dǎo)體的所述外周表面處或附近行進(jìn)。通過增加所述導(dǎo)體的表面面積，所述信號能夠行進(jìn)通過更多的面積而所述導(dǎo)體的尺寸保持相同。與平滑的導(dǎo)體相比，更多的信號能夠行進(jìn)在所述通道化的導(dǎo)體上。換句話說，通道化的導(dǎo)體比平滑的導(dǎo)體具有更大的傳輸數(shù)據(jù)的容量。第二，在所述導(dǎo)體的通道中空氣或者其他低DK材料的使用減小了包括通道化導(dǎo)體的所述線的有效DK。如上面針對所述通道化的絕緣所討論的，所述線的較低的整體DK因為幾個原因是優(yōu)越的，所述原因包括增加的信號速度以及較低的衰減和延遲偏差。另外，在所述導(dǎo)體的通道中低DK材料例如空氣的使用也增強了信號行進(jìn)的集膚效應(yīng)。這意味著所述信號行進(jìn)更快并且具有更少的衰減。合起來，所述通道化導(dǎo)體優(yōu)于平滑導(dǎo)體的兩個優(yōu)點產(chǎn)生了具有更大的容量和更快的信號速度的線。
通道化導(dǎo)體也具有優(yōu)于平滑導(dǎo)體的其他附加的優(yōu)點，如減少的材料成本，原因在于與非通道化的或平滑的導(dǎo)體相比可以從預(yù)先確定數(shù)量的起始材料制造更大長度的通道化導(dǎo)體。所述通道的數(shù)量和橫截面面積將最終確定材料成本減少的大小。
外護套20可以形成在所述雙絞線對上并且可以是由任何常規(guī)處理形成的箔屏蔽?？梢杂糜谛纬伤鐾庾o套的一些更常見的處理的例子包括噴射模塑法以及擠壓模塑法。優(yōu)選地，所述護套由塑料材料，如含氟聚合物，聚氯乙烯(PVC)，或者適合于通信線纜使用的PVC等價物組成。
如上面所記錄的，本發(fā)明的線被設(shè)計為具有最小的DK。除通道化的絕緣和導(dǎo)體的使用之外，具有最小的DK的線能夠通過使用改進(jìn)的隔離芯而獲得。如同所述絕緣和導(dǎo)體，所述線可以包括外護套50，其包括通道52，如圖6中所示。在本發(fā)明的此特定方面中，所述通道化的護套50圍繞所述芯元件54以形成隔離芯56。所述芯元件是至少一個隔離導(dǎo)體；典型地，所述芯元件包括多對雙絞線。另外地，所述芯元件可以包括前面討論的導(dǎo)體，絕緣，屏蔽以及分離器的任意組合。例如，圖6示出了隔離芯56，其具有彼此圍繞纏繞的四對雙絞線58，60，62和64并且被通道化的護套50圍繞。
一般地，上面相關(guān)于用于通道化絕緣的化學(xué)的以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)點的全部討論也適于通道化的護套；就是說，與具有低DK的絕緣是所需要的原因相同，具有低DK的護套也是所需要的。所述護套的低DK給予所述線類似的有利的物理，電以及傳輸特性，如所述通道化絕緣那樣。例如，所述套中的通道降低了所述套的整體DK，其整體上增加了用于覆上套的線的信號速度并且減少了衰減。同樣地，通過使用通道所述護套的耗散因數(shù)被顯著地減小，從而增加了芯元件附近的信號速度。原離所述芯元件的信號速度沒有同樣多地增加，從而給出實際上具有兩個不同的信號速度的線；內(nèi)部信號速度和外部信號速度。信號速度中的差異可能是顯著的；例如，內(nèi)部信號速度可以快于外部信號速度超過約2％。優(yōu)選地，所述信號速度中的差異是在約5％，10％或更多的量級上。換句話，所述通道化的護套可以具有多于一個DK，這樣使所述護套包括具有不同DK的同心部分，并且從而具有不同的信號速度。除了在所述護套中觀測到的所述速度差異之外，信號速度的差異也可以在通道化絕緣的內(nèi)部和外部部分之間被觀測到。
所述護套或者絕緣的耗散因數(shù)可以通過選擇用于內(nèi)部部分和外部部分的材料的合成密度來調(diào)整。如名稱所提示的，所述合成密度是對于給定體積的材料，絕緣或者是護套的材料的重量。與具有較高合成密度相比，具有較低合成密度的材料具有較低的耗散因數(shù)。例如，通道包含空氣的通道化的護套將比未通道化的護套具有更低的合成密度。在所述通道化的護套中，所述護套材料的相當(dāng)大的部分被更輕的空氣所代替，從而減小了所述護套的合成密度，其反過來又減小了所述護套的耗散因數(shù)。合成密度的差異可以用不同于所述護套或者絕緣中的通道的裝置來實現(xiàn)。
如對于通道化的絕緣一樣，需要最大化所述護套中通道的橫截面面積，最小化所述護套的腿在所述芯元件上占據(jù)的面積，始終保持所述線的物理整體性。與未通道化的護套相比，防火和經(jīng)濟優(yōu)點也可以從通道化的護套得到。
在具有優(yōu)選的特性平衡的線中，所述通道化的護套具有多個通道，但是所述通道中沒有一個通道的橫截面面積大于所述護套的橫截面面積的約30％。另外，所述優(yōu)選的通道具有至少2.0×10-5平方英寸的橫截面面積。一個有用的線具有少于約0.25英寸的隔離的芯直徑，而所述優(yōu)選的通道化的護套的厚度少于約0.030英寸。
在本發(fā)明的優(yōu)選的方面中，所述線包括具有通道的一個或者多個部件，以使所述線包括通道化的導(dǎo)體，通道化的絕緣或者通道化的護套。在一個更優(yōu)選的方面中，所述線包括通道化部件的組合，包括其中導(dǎo)體，絕緣和護套三者都被通道化的那些實施例。當(dāng)所述通道化部件被組合使用時，可得到的線的DK顯著低于沒有通道的可比尺寸的線的DK。
本發(fā)明也包括用于制造具有通道化絕緣的線的方法和裝置。所述絕緣優(yōu)選地使用常規(guī)的擠出處理擠出在所述導(dǎo)體上，盡管其他的制造處理是合適的。在典型的絕緣擠出裝置中，當(dāng)絕緣材料到達(dá)所述壓出機的十字頭時，所述絕緣材料處于塑性狀態(tài)，不完全是固態(tài)并且不完全是液態(tài)。所述十字頭包括尖端，其限定了所述擠出絕緣的內(nèi)部直徑以及物理特性。所述十字頭也包括一個模(die)，其限定了所述擠出絕緣的外部直徑。所述尖端和模幫助將所述絕緣材料放置在所述導(dǎo)體的周圍。已知的尖端和模組合使用具有純粹圓柱形的尖端提供在橫截面處具有相對均勻厚度的絕緣材料。已知尖端和模組合的目標(biāo)是提供具有均勻和一致厚度的絕緣。在本發(fā)明中，所述尖端提供具有內(nèi)部物理特征，例如通道的絕緣，。另一方面，所述模將提供相對不變外部直徑的絕緣。本發(fā)明的所述尖端和模組合提供了具有幾個厚度的絕緣。
如圖2中所示的絕緣14是通過使用如圖4中所表示的擠出尖端30而獲得的。所述尖端30包括孔32，在所述擠出過程中所述導(dǎo)體通過它被饋送。所述尖端30上的凸區(qū)(land)34包括許多槽36。在所述擠出過程中，所述尖端30與所述模組合，形成隨后可被應(yīng)用到所述導(dǎo)體12的絕緣14。具體地，在此實施例中，所述凸區(qū)34的所述槽36產(chǎn)生所述絕緣14的腿18，以使所述腿18接觸所述導(dǎo)體12(或者一層未通道化的絕緣)。所述凸區(qū)34上的所述槽36之間的突出38有效地阻塞了所述絕緣材料，從而在所述絕緣材料被擠出時在其中產(chǎn)生所述通道16。
如圖3中所示的絕緣14’是通過使用如圖5中所表示的擠出尖端而獲得的。所述尖端30’包括一孔32，在所述擠出過程中所述導(dǎo)體通過它被饋送。類似于圖4的所述尖端，所述尖端30’的凸區(qū)34包括被突出38’分開的許多槽36’。在此實施例中，所述槽36’是凹的，而所述突出38’是平頂?shù)?。所述凸區(qū)34的所述槽36’以及突出38’一起形成所述絕緣的凸出的腿18’以及平頂?shù)耐ǖ?6’。另外，所述尖端30’還包括許多與所述凸區(qū)34間隔開的棒40。所述棒40的作用類似于突出38’并且有效地阻塞所述絕緣材料，從而產(chǎn)生被絕緣14’圍繞的長通道22，如圖3中所示。
除了提供上面討論的減少的成本，重量和尺寸，以及所述品質(zhì)增強之外，還有更多的優(yōu)點被提供到線10。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)的線相比本發(fā)明的線具有較高的耐受溫度。在用于高溫環(huán)境或者在操作過程中其自身產(chǎn)生顯著的熱時，所述線提供增強的性能。雖然這些情況對大多數(shù)通信線是非典型的，其對于其他類型的線，如使用在內(nèi)燃機環(huán)境或者高安培數(shù)條件下的仍然需要絕緣的情況下的線，是有意義的問題。包括氣體如空氣的通道的使用增強了所述導(dǎo)體的熱耗散，同時也對整體線提供了提高的熱阻。
另外，本發(fā)明的附加的優(yōu)點包括增強的線的撓性，允許所述線被增加地彎曲而避免扭結(jié)或者潛在地?fù)p壞線。另外，設(shè)置在所述絕緣和所述導(dǎo)體之間的充氣的通道的存在甚至提供了改進(jìn)的可剝除性。因此，當(dāng)所述線必須被附著到配套部件如導(dǎo)線連接器時，所述絕緣可以被更容易地從所述線的末端分離以暴露下面的導(dǎo)體。
盡管結(jié)合某些具體的實施例具體地描述了本發(fā)明，需要理解其是用于說明并且不是限制，并且所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)該被解釋為與現(xiàn)有技術(shù)所允許的一樣廣。
權(quán)利要求
1.一種線，包括沿縱軸延伸的導(dǎo)體，圍繞所述導(dǎo)體的絕緣以及至少一個通常沿所述縱軸延伸的第一通道，以形成絕緣導(dǎo)體，其中所述導(dǎo)體的外周表面形成所述至少一個第一通道的一側(cè)，所述通道含有氣體。
2.如權(quán)利要求1的線，其中所述至少第一通道的至少一部分在所述絕緣內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1的線，其中所述至少第一通道的至少一部分在所述導(dǎo)體內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1的線，其中所述導(dǎo)體的外周表面形成所述至少一個第一通道的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求1的線，其中所述氣體與所述導(dǎo)體接觸。
6.如權(quán)利要求1的線，其中所述氣體具有與所述絕緣的介電常數(shù)不同的介電常數(shù)。
7.如權(quán)利要求6的線，其中所述至少一個第一通道含有空氣。
8.如權(quán)利要求1的線，其中所述氣體與封閉室氣穴不相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1的線，其中所述氣體的介電常數(shù)約為1。
10.如權(quán)利要求1的線，其中所述絕緣導(dǎo)體的總介電常數(shù)小于約2.0。
11.如權(quán)利要求1的線，其中所述絕緣包括多個第一通道。
12.如權(quán)利要求11的線，其中所述多個第一通道中沒有一個的橫截面面積大于所述絕緣的橫截面面積的約30％。
13.如權(quán)利要求1的線，其中所述絕緣完全圍繞從所述至少一個第一通道分離的至少一個第二通道。
14.如權(quán)利要求1的線，還包括圍繞所述絕緣的外護套。
15.如權(quán)利要求1的線，其中兩個絕緣導(dǎo)體被纏繞在一起以形成雙絞線。
16.如權(quán)利要求15的線，其中用于該雙絞線的第一個的通道的橫截面面積不同于用于該雙絞線的第二個的通道，以減少它們之間的延遲偏差。
17.如權(quán)利要求16的線，其中所述絕緣導(dǎo)體之間的延遲偏差不大于15ns。
18.如權(quán)利要求1的線，其中所述導(dǎo)體是固態(tài)銅。
19.如權(quán)利要求1的線，還包括定位在所述導(dǎo)體和所述絕緣之間的輔助絕緣，其中所述輔助絕緣的外周表面形成所述至少一個第一通道的一側(cè)。
20.如權(quán)利要求1的線，其中所述絕緣導(dǎo)體通過選自包含NFPA255，NFPA259，NFPA262或其組合的組的測試。
21.如權(quán)利要求1的線，其中，所述絕緣導(dǎo)體在根據(jù)UL910 SteinerTunnel測試被燃燒時所產(chǎn)生的煙與在其絕緣中沒有通道的絕緣導(dǎo)體相比至少低10％。
22.如權(quán)利要求1的線，其中，所述絕緣導(dǎo)體在根據(jù)UL910 SteinerTunnel測試被燃燒時，其火焰蔓延的速度與在其絕緣中沒有通道的絕緣導(dǎo)體相比至少慢10％。
23.如權(quán)利要求1的線，其中所述至少一個第一通道的形狀選自包含矩形，梯形以及拱形的組。
24.一種絕緣導(dǎo)體，包括具有一長度的導(dǎo)體；以及圍繞所述導(dǎo)體，且長度與所述導(dǎo)體基本相同的絕緣，其中，所述絕緣包括至少一個第一通道，其通常沿所述導(dǎo)體長度延伸，且其中所述導(dǎo)體的外周表面形成所述至少一個第一通道的一側(cè)，所述通道材料包括與所述導(dǎo)體接觸的氣體。
25.一種用于傳輸數(shù)據(jù)和其他信號的通信線，包括多對雙絞線，包括對于每一雙絞線，沿縱軸延伸的導(dǎo)體，圍繞所述導(dǎo)體的絕緣以及該絕緣中至少一個通常沿所述縱軸延伸的第一通道，以形成絕緣導(dǎo)體，其中，所述導(dǎo)體的外周表面形成所述至少一個第一通道的一側(cè)；以及其中，用于該雙絞線的第一個的通道的橫截面面積不同于用于該雙絞線的第二個的通道，以降低它們之間的延遲偏差。
26.一種線，包括沿縱軸延伸的部件，且包括通常沿所述縱軸延伸的至少一個第一通道，其中所述部件選自導(dǎo)體，絕緣，護套或者其組合以形成容納氣體的通道化部件，但須在通道化部件由絕緣組成的地方，導(dǎo)體的外周表面形成所述至少一個第一通道的一側(cè)。
27.如權(quán)利要求26的線，其中所述通道化部件包括至少通道化的護套。
28.如權(quán)利要求27的線，還包括沿所述縱軸延伸的芯元件，其中所述通道化的護套圍繞所述芯元件以形成隔離的芯。
29.如權(quán)利要求28的線，其中所述芯元件選自包含銅導(dǎo)體，光纖導(dǎo)體，絕緣導(dǎo)體，雙絞線，絕緣，屏蔽，分離器以及其組合的組。
30.如權(quán)利要求28的線，其中所述芯元件包括通道化的絕緣，通道化的導(dǎo)體，或者其組合。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種改進(jìn)的絕緣導(dǎo)體，其具有低介電常數(shù)以及減少的材料成本。所述導(dǎo)體(12)沿縱軸延伸，且一絕緣(14，14’)圍繞所述導(dǎo)體(12)。絕緣(14，14’)中的至少一個通道(16，16’)通常沿所述縱軸延伸以形成絕緣導(dǎo)體。還公開了制造所述改進(jìn)的絕緣導(dǎo)體的裝置和方法。
文檔編號H01B7/02GK1685448SQ03822803
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者達(dá)夫·維克霍斯特, 斯普林·斯蒂茨曼, 杰夫·斯蒂茨曼, 斯科特·云斯特, 弗雷德·約翰斯通, 吉姆·L·迪克曼, 羅伯特·肯尼 申請人:Adc公司