專利名稱：用于傳輸高頻信號(hào)的耐高溫電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于傳輸高頻信號(hào)的耐高溫電纜。
隨著辦公室和工業(yè)設(shè)施中計(jì)算機(jī)應(yīng)用的劇增，對(duì)電纜的需求也增加了，這些電纜可用于外設(shè)與主機(jī)的聯(lián)接以及兩臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)然，所尋求的電纜要求應(yīng)能以相對(duì)高的速率提供基本上無差錯(cuò)的傳輸。
為得到易于市場(chǎng)化上述應(yīng)用的電纜設(shè)計(jì)，必須考慮到若干因素。所尋求電纜的外皮應(yīng)呈現(xiàn)低摩擦以利于電纜在管道中或支架上牽拉。電纜還應(yīng)是堅(jiān)固的、柔韌的和耐擠壓的，并且是便于包裝的和不過于沉重的。因?yàn)殡娎|可能用于已填滿的建筑物空間，所以耐高溫也是重要的。
所尋求的數(shù)據(jù)傳輸電纜應(yīng)是低成本的。它必須能經(jīng)濟(jì)有效地按所要求的空間安裝。用于相互聯(lián)接的建筑物內(nèi)的電纜安裝成本比電纜的材料成本要高并不罕見。建筑中的電纜應(yīng)在盡可能小的電纜中具有相對(duì)小的截面，這不僅利于安裝，也易于隱蔽，它們?cè)趯?dǎo)管、走線槽和接線柜中僅需較少的空間，并可減小所需的相應(yīng)連接器的硬件尺寸。
數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速度和必須傳輸?shù)木嚯x對(duì)于局部網(wǎng)絡(luò)中銅導(dǎo)線電纜的設(shè)計(jì)有重要意義。過去對(duì)于相互聯(lián)系的操作來說，要求數(shù)據(jù)速度達(dá)到每秒20千比特和不超過大約150英尺的距離。在現(xiàn)有技術(shù)下這個(gè)要求能被滿足，即采用由多根相互絕緣的金屬導(dǎo)線組成的單層電纜，這些導(dǎo)線直接聯(lián)接在例如一臺(tái)計(jì)算機(jī)和接收設(shè)備，例如外部設(shè)備之間。這種現(xiàn)有技術(shù)的金屬導(dǎo)線電纜已經(jīng)具有耐高溫、相對(duì)適度的成本和合適的機(jī)械性能。
但是，在當(dāng)今的世界，需要在幾百英尺的距離上以更高的速度傳輸數(shù)據(jù)。通常，商用儀器能把16Mbps數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸300或400英尺。即使在這種大大增加的距離和數(shù)據(jù)速率上，所要求的傳輸也必須是基本無差錯(cuò)和相對(duì)高速的。由于商用電纜的線對(duì)間的串話干擾，對(duì)數(shù)據(jù)速率/距離性能的進(jìn)一步改進(jìn)越來越困難。
為滿足現(xiàn)在和將來的需要，所尋求的電纜應(yīng)能適合于高頻數(shù)據(jù)傳輸。這里的高頻系指0.5MHz或更高。這就對(duì)覆蓋距離上易調(diào)損耗、串?dāng)_特性和抗電磁干擾(EMI)特征是提出了要求，這些都將保證基本無差錯(cuò)傳輸。這種電纜也必須不以電磁干擾污染環(huán)境。
在現(xiàn)有技術(shù)中，傳輸已經(jīng)在電纜上實(shí)現(xiàn)，該電纜中應(yīng)用了以聚氯乙烯(PVC)絕緣的導(dǎo)體。雖然聚氯乙烯絕緣材料具有可接受的阻燃特性，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其在高頻信號(hào)傳輸中的傳輸損失高得令人不能接受。通過增加絕緣導(dǎo)體的金屬的導(dǎo)體部分的規(guī)格尺寸也許會(huì)克服一些，但是很明顯，這不是所希望的選擇。
通常，為使金屬導(dǎo)體絕緣，也采取在泡沫聚乙烯絕緣材料上壓上一層聚氯乙烯的方法。這被稱作為泡沫-表面層結(jié)構(gòu)。線對(duì)由兩根絕緣導(dǎo)線扭絞在一起而制成。這種帶有一個(gè)或多個(gè)紐絞雙線的電纜可由一內(nèi)層封住，內(nèi)層外是金屬屏蔽罩，金屬罩外是外皮。一般地，外皮由聚氯乙烯組成。
上述現(xiàn)有技術(shù)的電纜有以下連帶的缺點(diǎn)雖然，緊鄰金屬導(dǎo)線并有一層固體PVC絕緣材料表面的泡沫聚乙烯具有可接受的耐高溫特性，但是，導(dǎo)線扭絞成線對(duì)使泡沫絕緣材料被壓裂，會(huì)導(dǎo)致金屬導(dǎo)線間隔減小，同時(shí)帶來傳輸損耗。當(dāng)應(yīng)用短扭線結(jié)構(gòu)，特別是在象局部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，問題就更加嚴(yán)重了。見(美國(guó)專利)U.S.4873393。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的泡沫-表面層結(jié)構(gòu)(其中PVC用作表面層)的高頻損耗是不合要求的。而且，在屏蔽電纜(其中PVC用作內(nèi)皮，且每一導(dǎo)線被聚乙烯內(nèi)層和阻燃聚乙烯外層所絕緣)中的高頻損耗已從經(jīng)驗(yàn)中知道。當(dāng)然，還希望能省去金屬屏蔽，因?yàn)橹圃焖鼈冃枰嗟牟牧喜⒔档土酥圃炝魉€的速度。
現(xiàn)在需要的且似乎現(xiàn)有技術(shù)并未提供的是這樣一種電纜，它包括絕緣材料和外皮系統(tǒng)，以使該電纜適合于以適當(dāng)?shù)牡蛽p耗傳輸高頻信號(hào)。所尋求的電纜還應(yīng)是可接受的地耐高溫的，以便能用于建筑物中。用于所求的電纜中的材料應(yīng)易于應(yīng)用且不給予成品強(qiáng)加過高的成本負(fù)擔(dān)。而且，絕緣系統(tǒng)必須是這樣的，即當(dāng)兩根絕緣導(dǎo)線以相對(duì)短的扭絞長(zhǎng)度扭絞在一起時(shí)不被擠裂。
前述現(xiàn)有技術(shù)的問題已這樣解決了，即一適合于傳輸高頻信號(hào)的無屏蔽、耐高溫電纜，該電纜包含多個(gè)絕緣導(dǎo)線的扭絞雙線，每一絕緣導(dǎo)線包含一細(xì)長(zhǎng)的金屬件、一絕緣系統(tǒng)和一個(gè)包圍著多個(gè)絕緣導(dǎo)線的塑料外皮。該絕緣系統(tǒng)有約小于0.004的耗散因子，和一有效介電常數(shù)，它可使高頻信號(hào)沿每一導(dǎo)線對(duì)的傳播速度至少等于光速的0.65倍。該絕緣系統(tǒng)包含一個(gè)緊接細(xì)長(zhǎng)金屬件的內(nèi)層和一包含一種阻燃塑料材料的外層。外皮包圍著多個(gè)絕緣導(dǎo)線，并包含一塑料材料。它有一適當(dāng)?shù)偷暮纳⒁蜃雍徒殡姵?shù)。


圖1是包括多個(gè)絕緣金屬導(dǎo)線扭絞雙線的電纜的透視圖;
圖2是圖1中的電纜的端視圖;
圖3是圖1中電纜的一根絕緣金屬導(dǎo)線的端截面圖;
圖4是在本發(fā)明電纜中出現(xiàn)的兩個(gè)絕緣導(dǎo)線線對(duì)的端截面圖;
圖5是示出了以本發(fā)明的電纜相聯(lián)接的主計(jì)算機(jī)和外設(shè)在建筑物中的立視圖;和圖6是繪出本發(fā)明電纜和現(xiàn)有技術(shù)電纜在不同速率下可以傳輸信息的距離的曲線圖。
現(xiàn)在參見圖1和圖2，其中示出了本發(fā)明的一個(gè)未屏蔽的電纜，以標(biāo)號(hào)20整體地標(biāo)出。電纜20包括多個(gè)絕緣金屬導(dǎo)線24-24的扭絞雙線22-22。
首先描述絕緣導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于理解用于通信傳輸?shù)慕饘賹?dǎo)線電纜中衰減和損耗的原因是重要的。每個(gè)信道的信息容量由下式給出IC＝Wlog2(1+P/N)其中W＝帶寬(單位赫茲)P＝平均信號(hào)功率
N＝平均噪聲功率很明顯如果(1)帶寬可做成無限大，(2)平均功率可做成無限大，或(3)噪聲可做成零，則每個(gè)信道的信息容量可以無限大。
在以下討論中假設(shè)信號(hào)功率不能超過現(xiàn)在習(xí)慣的水平，同時(shí)噪聲的定義拓寬到不僅包括總是存在的熱噪聲，也包括串?dāng)_和電磁干擾(EMI)。
有一點(diǎn)始終也是正確的，即如果傳輸?shù)男盘?hào)功率最大而噪聲(干擾)最小，則信道的信息容量達(dá)到最大，這些目標(biāo)等價(jià)于使電纜衰減最小和使串?dāng)_和EMI最小。
實(shí)際中，在技術(shù)上傾向于通過提高符號(hào)(波特)率來增加信道容量，這樣也提高了被傳輸?shù)淖罡哳l率。這需要發(fā)射極耦合邏輯電路(ECL)并減小了行頻驅(qū)動(dòng)電路的功率容量。因此現(xiàn)在比以前更需要在高頻有最小衰減和好的抗干擾性的設(shè)計(jì)。
用于平衡模式中的扭絞雙線的高頻衰減由下式給出α=8.68［(R/2］C/L]]>+(G/2)L/C]]>］dB/100米其中R＝高頻(趨膚效應(yīng))電阻(單位歐姆/100米)C＝電容(單位法拉/100米)L＝電感(單位亨利/100米)G＝電導(dǎo)(單位西門子/100米)對(duì)于平衡模式的討論，見前文提到的(美國(guó)專利)U.S.4873393，該專利在此引用作為參考。此處假定導(dǎo)線和導(dǎo)線絕緣材料是環(huán)狀同軸的并且每一線對(duì)是由兩根絕緣導(dǎo)線扭絞在一起而成的。
對(duì)于最大信道容量，扭絞雙線的信號(hào)衰減應(yīng)為最小。在上面公式中，(R/2)C/L]]>這一項(xiàng)一般是大于(G/2)L/C]]>這一項(xiàng)。為了取得最小衰減，應(yīng)尋求R，C和G的最小值。
該公式還顯示出L是取最大值的。但是電纜的特征阻抗應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)電子儀器兼容，為了保持特征阻抗不變，L是一個(gè)非獨(dú)立調(diào)整變量。高頻特征阻抗由Z0＝L/C]]>給出。因此，即使C可能變化，比值L/C也將維持常數(shù)。
高頻相速由下式給出Vp=1LC=1εrx (光速)]]>其中εr是絕緣系統(tǒng)的相對(duì)介電常數(shù)。
扭絞雙線的電阻R實(shí)際上是趨膚效應(yīng)電阻。它與導(dǎo)線直徑成反比。還有另一種電阻，它被稱為鄰近效應(yīng)，如果絕緣系統(tǒng)很薄而金屬導(dǎo)線部分又靠得很緊密的話，這個(gè)電阻就會(huì)增加。但是鄰近效應(yīng)電阻遠(yuǎn)小于趨膚效應(yīng)電阻，并且它相對(duì)于導(dǎo)線空間的小調(diào)整并無顯著變化。趨膚效應(yīng)電阻和鄰近效應(yīng)電阻兩者都與頻率的平方根成正比增加。因此，由相互絕緣的銅導(dǎo)線制成的扭絞雙線的電阻基本上是由銅導(dǎo)線直徑，即導(dǎo)線規(guī)格，確定的。
電容C是一種或多種絕緣材料直徑與導(dǎo)線直徑比值的函數(shù)，以及絕緣材料介電性能的函數(shù)。特別是對(duì)于最靠近導(dǎo)線的絕緣材料，要求絕緣材料有低介電常數(shù)值。介電常數(shù)相對(duì)頻率確實(shí)是基本不變的。
電感L大致是由絕緣材料直徑對(duì)導(dǎo)線直徑的比值D/d決定的，電感相對(duì)頻率基本是不變的。
電導(dǎo)G是由絕緣材料的耗散因子決定的。電導(dǎo)G由公式G＝Df2πfC定義，其中Df是耗散因子，f是頻率，C是電容。
電導(dǎo)正比于頻率增加。這樣，因?yàn)殡娮枋钦扔陬l率平方根，而其它項(xiàng)相對(duì)頻率不變，所以隨著頻率上升，絕緣材料的耗散功率因子變得更加重要。
已確定使用無屏蔽電纜在中心辦公室和局部回路中傳輸高頻信號(hào)，每對(duì)扭絞雙線的每根導(dǎo)線都具有一套有阻燃和適當(dāng)?shù)秃纳⒁蜃犹匦缘碾p重絕緣系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)偷暮纳⒁蜃討?yīng)是一個(gè)不超過大約0.004的值。對(duì)于高頻信號(hào)的低損耗傳輸，絕緣系統(tǒng)還要求具有適當(dāng)?shù)偷挠行Ы殡姵?shù)特性。絕緣系統(tǒng)適當(dāng)?shù)偷挠行Ы殡姵?shù)是使高頻信號(hào)沿每一導(dǎo)線對(duì)的傳播速度至少等于0.65倍光速。適當(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)是大約小于3的。聚氯乙烯的特征在于介電常數(shù)是3.5，而對(duì)于例如HALAR
含氟聚合物是2.6。
圖3示出一個(gè)絕緣金屬導(dǎo)線24的放大的截面端視圖，該導(dǎo)線具有一絕緣系統(tǒng)，而該絕緣系統(tǒng)是阻燃的，且其特征在于有適當(dāng)?shù)偷暮纳⒁蜃雍徒殡姵?shù)。每一絕緣金屬導(dǎo)線24包括一金屬部分26和一絕緣系統(tǒng)28。絕緣系統(tǒng)28包含一聚乙烯層30，其在一首選實(shí)施例中是一種線性低密度聚乙烯。對(duì)首選實(shí)施例中的聚乙烯來說，耗散因子大約為0.001，介電常數(shù)約為2.3。固體聚乙烯層30設(shè)置在阻燃聚乙烯塑料材料層32之內(nèi)。一合適的阻燃聚乙烯可由聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide)名為Unigard HP
DGDB-1430的天然熱塑阻燃材料中得到。依照ASTM D1531測(cè)試方法，這種材料在100KHz和1MHz的介電常數(shù)是2.59，耗散因子是0.0002。對(duì)于標(biāo)記24的銅導(dǎo)線來說，有一外徑為0.029英寸的聚乙烯層緊接金屬導(dǎo)線。外徑約為0.035英寸的層32包圍著內(nèi)層。阻燃聚乙烯塑料材料層的厚度約為0.003英寸。
令人意外的是每一絕緣導(dǎo)線的阻燃塑料材料的表層或外層可以相對(duì)地薄?；蛟S人們會(huì)認(rèn)為在壓制這種材料的薄表層過程中將會(huì)有很大困難，而且在工業(yè)用火花試驗(yàn)中表層會(huì)被擊穿。阻燃聚乙烯是一種含有添加劑的聚乙烯，在火花試驗(yàn)中，火花要擊穿阻燃聚乙烯，添加劑相反地能使它通過火花試驗(yàn)。
本發(fā)明電纜的絕緣導(dǎo)線通過了工業(yè)火花試驗(yàn)是一個(gè)驚人的結(jié)果。由于絕緣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)排列才得到這一結(jié)果。這表明在本發(fā)明的電纜的絕緣導(dǎo)線中，聚乙烯的固體內(nèi)層阻擋了火花擊穿覆蓋其上的阻燃聚乙烯層。如若固體絕緣材料的內(nèi)層沒有合適的厚度的話，絕緣導(dǎo)線將不會(huì)通過火花試驗(yàn)?；蛘撸绻^緣系統(tǒng)僅包括阻燃聚烯烴材料，絕緣導(dǎo)線也不會(huì)通過火花試驗(yàn)。當(dāng)然，一絕緣導(dǎo)線僅有一足夠厚度，例如大約0.006英寸，的固體聚烯烴層是能夠通過火花試驗(yàn)的。但它將沒有合適的阻燃特性。
進(jìn)一步說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雙層絕緣系統(tǒng)，而不僅是簡(jiǎn)單應(yīng)用兩種材料，在實(shí)現(xiàn)所求性能方面是重要的。也就是說，已經(jīng)得知帶有固體聚烯烴和阻燃聚烯烴混合物的單層絕緣材料通不過火花試驗(yàn)。
另外，這種絕緣導(dǎo)線不但顯示了很好的阻燃特性，且其傳輸質(zhì)量仍很好。而以前應(yīng)用的聚氯乙烯從阻燃的觀點(diǎn)看是可接受的，但是因傳輸質(zhì)量差而受損失。
這種導(dǎo)線絕緣系統(tǒng)的雙絕緣結(jié)構(gòu)在無屏蔽情況下，能用一足夠薄的壁實(shí)現(xiàn)100歐姆的阻抗。另外，阻燃結(jié)構(gòu)及雙絕緣導(dǎo)線提供的介質(zhì)強(qiáng)度比如果只用阻燃聚乙烯材料要高。
每一對(duì)導(dǎo)線22的扭絞特性，對(duì)于本發(fā)明電纜能基本無差錯(cuò)地以相對(duì)較高的速率傳輸，這也是重要的。對(duì)于本發(fā)明的電纜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)每一導(dǎo)線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度不應(yīng)超過線對(duì)中一根導(dǎo)線的絕緣材料外徑的大約八十倍。顯然對(duì)于技術(shù)熟練的人，這也是一個(gè)相對(duì)短的扭絞長(zhǎng)度。在首選實(shí)施例中，每一導(dǎo)線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度不超過線對(duì)中單根導(dǎo)線的絕緣材料外徑的大約四十倍。
絕緣系統(tǒng)與本發(fā)明的電纜的短扭絞結(jié)構(gòu)相一致，這是有利的。絕緣系統(tǒng)的一種或多種塑料材料是這樣的它們?cè)谂そg操作中不破裂。
本發(fā)明的導(dǎo)線對(duì)的短線對(duì)扭絞線減少了串?dāng)_，這是通過(1)減少一給定扭絞長(zhǎng)度的一扭絞雙線在靠邊一對(duì)有不同扭絞長(zhǎng)度的線對(duì)時(shí)的理想螺旋線失真和(2)增加線對(duì)之間的物理間隔，以減少“對(duì)間侵犯”(即一線對(duì)中一根導(dǎo)線與相鄰線對(duì)的物理聯(lián)系)。
對(duì)間侵犯是一個(gè)重要的值得考慮的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，似乎非常希望使相鄰線對(duì)擠在一起以便在盡可能小的區(qū)域內(nèi)增加線對(duì)的密度或數(shù)目。相對(duì)短的扭絞長(zhǎng)度使一線對(duì)中一根導(dǎo)線與相鄰線對(duì)中一根導(dǎo)線間的物理聯(lián)系機(jī)會(huì)減至最少。
圖4中示出了絕緣導(dǎo)線的兩個(gè)線對(duì)的示意圖。圖4中的導(dǎo)線在此前已經(jīng)提及并以標(biāo)號(hào)24-24標(biāo)出。每個(gè)線對(duì)中的導(dǎo)線間隔距離為“a”，線對(duì)中心間隔距離“d”等于“a”的兩倍。線對(duì)間串?dāng)_正比于量a2/d2。相應(yīng)地，隨著導(dǎo)線中心之間的距離“d”加大，串?dāng)_減小。
在封裝電纜芯線時(shí)，通常至少會(huì)有一個(gè)線對(duì)中一根單獨(dú)的絕緣導(dǎo)線24侵入另一個(gè)線對(duì)的以外接圓定義的空間。但是，圖4中的一個(gè)線對(duì)中的兩個(gè)導(dǎo)線24都未侵入另一線對(duì)的外接圓空間34。平均說來，在電纜20中，沿著聯(lián)結(jié)在一起的導(dǎo)線對(duì)的長(zhǎng)度方向，線對(duì)中心間隔距離為“d”。這就降低了串?dāng)_。
具有長(zhǎng)扭絞的導(dǎo)線對(duì)中因阻抗不均也發(fā)現(xiàn)有附加的損耗。當(dāng)一線對(duì)侵入另一線對(duì)的空間時(shí)產(chǎn)生了阻抗不均。應(yīng)用少于線對(duì)絕緣導(dǎo)線外徑約八十倍的扭絞長(zhǎng)度足以提高阻抗的均勻度，因而減少了由結(jié)構(gòu)性變化而附加的損耗。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)取消對(duì)導(dǎo)線金屬部分的鍍錫可以提高本發(fā)明中的導(dǎo)線的性能。在現(xiàn)有技術(shù)中為了提高接觸性，在導(dǎo)線上鍍錫是很普遍的，特別是在用于中心辦公室和/或眾多數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的導(dǎo)線。一鍍錫或焊料層在高頻引起電阻增加并由于趨膚效應(yīng)而引起衰減增加。鍍錫層的減少不僅改善了導(dǎo)線傳輸特性，而且導(dǎo)致成本降低。
在多個(gè)絕緣導(dǎo)線組成的線芯上壓制一個(gè)外皮35。外皮35包括一特征在于耗散因子約小于0.01和介電常數(shù)約小于3的塑料材料。在首選實(shí)施例中，外皮還包括阻燃聚烯烴。在首選實(shí)施例中，外皮包括阻燃聚乙烯。
由阻燃聚烯烴材料制成的外皮，同時(shí)克服了現(xiàn)有技術(shù)的若干問題。在一無屏蔽電纜中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)外皮的性質(zhì)對(duì)于高頻傳輸性能是重要的。不僅導(dǎo)線的絕緣系統(tǒng)對(duì)電纜的傳輸特性和耐高溫性重要，而且外皮也有重要貢獻(xiàn)。即使導(dǎo)線絕緣系統(tǒng)28在高頻和耐高溫性能方面具有令人滿意的性能，外皮也必須不降低其性能并必須對(duì)電纜的整體耐高溫性作出貢獻(xiàn)。
以電纜的傳輸性能而言，有關(guān)絕緣系統(tǒng)具有高度可控的，接于金屬銅導(dǎo)線上的，著色或未著色的材料也是重要的。當(dāng)然，絕緣系統(tǒng)28的固體聚烯烴層30是能高度可控的。
考慮到著色的絕緣材料，包括這種導(dǎo)線的電纜的電性能是重要的。據(jù)認(rèn)為，絕緣材料混合物中的顏料組合物會(huì)有損如前討論的絕緣導(dǎo)線的電性能。全部著色的導(dǎo)線絕緣材料對(duì)電性能，例如電容，起相反作用。如上所述，獲得較低的電容值導(dǎo)致較高的制造成本，而較高的電容值引起衰減增加。
可采取步驟以確使任何顏料材料與金屬導(dǎo)線分隔開。這可用幾種方法中的任一種來實(shí)現(xiàn)。例如，顏料材料可包含在絕緣材料的外層中，與阻燃聚烯烴混合在一起。
在另一種使任何顏料材料與金屬導(dǎo)線相分隔的方法中，憑借一種所謂外涂層的系統(tǒng)，其中顏料材料被噴涂在，例如，絕緣材料的外表面上。見1991年6月18日以L.L.Bleich，J.A.Roberts和S.T.Zerbs名義公布的(美國(guó)專利)U.S.5024864，在此處引為參考。
一般地說，電纜20可用于將在一建筑物46的同一或不同樓層上的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)42-42，多個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)43-43和外部設(shè)備44聯(lián)成網(wǎng)終(見圖5)。舉例說，外部設(shè)備可以包括一臺(tái)高速打印機(jī)。要求相互聯(lián)接的系統(tǒng)要把對(duì)系統(tǒng)的干擾減到最小，以提供基本無差錯(cuò)的傳輸和很好的耐高溫性能。
本發(fā)明的電纜20克服了傳輸中的有害效應(yīng)。例如，對(duì)一種24AWG(美國(guó)線規(guī))銅導(dǎo)線，100歐姆無屏蔽扭絞雙線，本發(fā)明電纜出現(xiàn)以前的電纜的臨界頻率是16MHz，而本發(fā)明電纜得益的頻率擴(kuò)展到至少100MHz。
作為第一個(gè)有害的作用，考慮到由擰緊扭絞雙線引起的現(xiàn)有技術(shù)的泡沫-表面層絕緣材料的內(nèi)部破裂。這種擰緊扭絞線使導(dǎo)線更緊地移到一起，從而增大電容而減少了電感。增大的電容和減小的電感都增大了信號(hào)衰減，在16MHz和64MHz大約6%的衰減增加效應(yīng)被觀察到。
下一個(gè)，考慮由現(xiàn)有技術(shù)泡沫-表面層絕緣材料的PVC表層引起的損耗。盡管在絕緣材料表層的場(chǎng)是弱的，但在16MHz衰減增加約2%，在64MHz將增加約4%。
最后，考慮可能由于泄漏到有四個(gè)無屏蔽扭絞雙線的電纜外皮中的電場(chǎng)可能引起的損耗。一種PVC外皮在16MHz觀察到約2%的衰減增加，在64MHz會(huì)增加約4%。一種通常用于做建筑物電纜的外皮的含氟聚合物有很好阻燃特性，但其有不可接受的耗散功率因子并且會(huì)更多地增加衰減。
由PVC引起的百分比增量是在室溫下的，例如，華氏75度。在稍提高的105°F溫度下百分比增量將加倍。
這些衰減的積累效應(yīng)在16MHz和室溫下至少等于1.06×1.02×1.02的乘積為1.103。為補(bǔ)償這些損失就要求導(dǎo)線直徑和絕緣材料直徑都以這個(gè)因子換算，這樣將增加材料重量和成本1.103×1.103即1.216倍。這些衰減的累積效應(yīng)在64MHz和室溫下至少為1.06×1.04×1.04＝1.146，且影響到材料重量和成本的值為1.146×1.146＝1.314。顯然，這些都不是重要的影響。
本發(fā)明電纜的抗干擾性也是突出的。扭絞雙線的設(shè)計(jì)對(duì)于與其它線對(duì)上信號(hào)引起的干擾(串?dāng)_)提供了明顯的隔離。在首選實(shí)施例中，與標(biāo)準(zhǔn)無屏蔽建筑物電纜相比，它減少了12dB電磁干擾(EMI)。這種改進(jìn)歸因于均勻的扭絞，一方面每一半扭線段都與其它的相似，另一方面線對(duì)的兩極絕緣導(dǎo)線之間的間隔近似均勻。
圖6是本發(fā)明電纜與現(xiàn)有技術(shù)電纜在配備最佳電子設(shè)備的條件下的回路長(zhǎng)度/容量的理論曲線圖。正如所見的，曲線50描繪了本發(fā)明的電纜理論上在回路長(zhǎng)度為300英尺時(shí)能傳輸1000Mb/秒，而以曲線52表示的一般用于室內(nèi)的電線電纜理論上有大約175Mb/S的容量。
權(quán)利要求
1.一無屏蔽、耐高溫電纜(20)，其適合于傳輸高頻信號(hào)，所說電纜包含多個(gè)絕緣導(dǎo)線的扭絞雙線(22，22)，每一絕緣導(dǎo)線包含一細(xì)長(zhǎng)的金屬件(26)，一絕緣系統(tǒng)(28)和一個(gè)包圍著所說的多個(gè)絕緣導(dǎo)線的塑料外皮(35)，所說的絕緣系統(tǒng)，其特征在于，一約小于0.004的耗散因子和一有效介電常數(shù)，其可使高頻信號(hào)沿每一導(dǎo)線對(duì)的傳播速度至少等于光速的0.65倍，所說的絕緣系統(tǒng)包括一個(gè)緊接所說細(xì)長(zhǎng)的金屬件的內(nèi)層和一包含一種阻燃塑料材料的外層；所說的外皮包圍著所說的多個(gè)絕緣導(dǎo)線，并包含一塑料材料，其特征在于，一適當(dāng)?shù)偷暮纳⒁蜃雍徒殡姵?shù)。
2.權(quán)利要求1的電纜，其特征在于，每一線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度不超過所說每線對(duì)的一根絕緣導(dǎo)線外徑的大約四十倍。
3.權(quán)利要求2的電纜，其特征在于，絕緣系統(tǒng)的介電常數(shù)約小于3。
4.權(quán)利要求1的電纜，其中所說的外皮包含一阻燃塑料材料，其特征在于，介電常數(shù)值約小于3且耗散因子約小于0.01。
5.權(quán)利要求1的電纜，其特征在于，所說的絕緣系統(tǒng)包含一緊接所說的細(xì)長(zhǎng)金屬件的內(nèi)層(30)，所說的內(nèi)層由聚烯烴材料制成，并有一包含阻燃聚烯烴的外層(32)，且其特征在于，所說的外皮是由阻燃聚烯烴制成的。
6.權(quán)利要求5的電纜，其特征在于，所說的每一絕緣材料層的內(nèi)層包含聚乙烯，其特征在于，所說的每一絕緣材料層的外層包含阻燃聚乙烯，且其特征在于，所說的外皮包含阻燃聚乙烯。
7.權(quán)利要求5的電纜，其特征在于，所說的絕緣系統(tǒng)的所說的外層有一0.003英寸的厚度，其特征在于，細(xì)長(zhǎng)金屬材料的直徑約為0.020英寸，且所說絕緣系統(tǒng)的內(nèi)層厚度約為0.0045英寸。
8.權(quán)利要求5的電纜，其特征在于，每一線對(duì)的導(dǎo)線按一種扭絞頻率間距扭絞在一起，以使相鄰線對(duì)間的扭絞頻率間距的增量不均勻。
9.權(quán)利要求5的電纜，其特征在于，導(dǎo)線對(duì)松散地封裝在電纜芯中以使線對(duì)間結(jié)合最小，其特征在于，導(dǎo)線對(duì)是這樣排列在一起的(見圖4)，每一線對(duì)被置于一個(gè)直徑等于一根絕緣導(dǎo)線外徑兩倍的圓內(nèi)，這個(gè)圓外切于每一線對(duì)的導(dǎo)線的截面，它基本上不會(huì)被任何相鄰線對(duì)的外切圓妨礙。
10.權(quán)利要求5的電纜，其特征在于，每一根所說的金屬導(dǎo)線由未鍍錫的銅組成。
全文摘要
一種適于在局部網(wǎng)絡(luò)中傳輸高頻信號(hào)的耐高溫電纜包括由多個(gè)絕緣導(dǎo)線扭絞雙線和一個(gè)外皮組成的線芯。每一線對(duì)的每一絕緣導(dǎo)線包括一細(xì)長(zhǎng)的金屬件和一絕緣系統(tǒng)。絕緣系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)偷暮纳⒁蜃?，它包括兩個(gè)層，外部還有包括阻燃塑料材料的層。該絕緣系統(tǒng)還有適當(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)且與相對(duì)短的扭絞雙線結(jié)構(gòu)相一致。絕緣系統(tǒng)包括一內(nèi)層和一外層。外皮有一適當(dāng)?shù)偷暮纳⒁蜃雍徒殡姵?shù)。每線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度最好不超過每線對(duì)中一根絕緣導(dǎo)線外徑的約四十倍。
文檔編號(hào)H01B11/00GK1070282SQ92108968
公開日1993年3月24日 申請(qǐng)日期1992年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月31日
發(fā)明者L·W·阿德里森斯, R·D·貝格斯, H·W·弗里森, W·G·納特 申請(qǐng)人:美國(guó)電話電報(bào)公司