專利名稱：一種同軸電纜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種同軸電纜，一種柔性的、用于射頻信號傳輸?shù)耐S電纜，對于給定的標定尺寸而言，本發(fā)明所述同軸電纜具有良好的彎曲、屏蔽性能同時顯著改善了的衰減和失真特性。
同軸電纜的主要用途之一是射頻信號傳輸，例如電視信號、視頻信號、廣播信號、移動電話信號等，其工作頻率的下限一般為25000赫茲，上限達到數(shù)千兆赫茲，并經(jīng)常工作于高達數(shù)百兆赫茲的頻率。由于同軸電纜具有的優(yōu)良柔軟性、可承受較大功率、低廉的成本，攜帶與使用方便等優(yōu)點而使其得到廣泛的使用，作為支干、分支和終端用戶接入端的主流品種。
同軸電纜的設計往往在電性能與機械性能之間取得折衷，一方面，為了提高同軸電纜的電性能，實現(xiàn)較好的傳輸質(zhì)量并達到良好的屏蔽性能，各國的科學家和工程師發(fā)展了多種同軸電纜的結(jié)構和尺寸規(guī)格，并使用了各種優(yōu)質(zhì)材料，以得到優(yōu)良的性能，如使用封閉金屬管金屬鎧裝(包括光滑直內(nèi)壁管和波紋管)以得到最佳的電特性、使用銅鍍銀導體材料以得到更好的高頻特性，使用物理發(fā)泡聚合物作為電介質(zhì)以減少介質(zhì)損耗，在制造由多支導體構成外導體的同軸電纜時使用多層屏蔽以得到更好的屏蔽效果等。但以上的技術均具有各自的嚴重局限性，如使用金屬管作為鎧裝則缺乏柔軟性，使用和安裝不便，而且成本高昂，一般只應用于外導體直徑大于一英寸的大功率大口徑同軸電纜，如果使用金屬薄管，則每一次彎曲都對外導體造成損害，可靠性較低，且價格也較高，一般也僅應用于較大口徑的場合，故金屬管外導體的同軸電纜只能作為干線使用，而且，以上技術均導致價格高昂。
由于民用產(chǎn)品對方便性、低成本的要求，使用多條導體構成外導體的同軸電纜成為使用量最大的品種，這種同軸電纜柔軟、成本低廉，經(jīng)多次彎曲后仍然保持良好的電性能，可以制造不同標稱口徑的同軸電纜，包括從較大口徑至一英寸以至較小口徑至一毫米。為了較長距離傳輸射頻信號，電纜的屏蔽性能十分重要，所以世界各主要工業(yè)國家均頒布工業(yè)標準，以屏蔽薄膜和金屬導體編織網(wǎng)作為有線電視信號同軸電纜的外導體(鎧裝)。目前使用最廣泛的柔性普通同軸電纜如有線電視信號電纜，包括內(nèi)導體、電介質(zhì)(目前主要使用物理發(fā)泡電介質(zhì))、金屬-塑料復合薄膜屏蔽層和編織金屬網(wǎng)狀金屬鎧裝作為外導體。該技術規(guī)格的同軸電纜雖然具有良好的屏蔽性能、柔軟性、使用方便，但其電性能與同規(guī)格前述之金屬管外導體之同軸電纜仍有較大差距，表現(xiàn)為傳輸功率小、衰減大等。編織外導體增大了信號衰減的現(xiàn)象在相關領域內(nèi)被認為是“編織效應”。另外，本發(fā)明人認為，僅僅以網(wǎng)狀編織導體鎧裝作為外導體的同軸電纜還產(chǎn)生自生差拍干擾、信號的線性劣化、噪訊大等問題，尤其是在傳輸較高峰值電平時將產(chǎn)生嚴重的調(diào)制失真和壓縮，信號衰減隨工作頻率上升信號衰減急劇增加，工作頻率上限低。
本發(fā)明人認為，設計一種制造方便、成本相對低廉、具有良好的電氣性能、屏蔽性能和柔軟性的同軸電纜無疑具有明顯的經(jīng)濟意義和工業(yè)意義，本次發(fā)明的目的即在于此。本發(fā)明人認為，在同軸電纜的外導體包含了特定的不參與編織的金屬導體后，減小了編織效應，使電纜的電性能有了明顯的提高，使信號衰減明顯減小、更使非線性失真指標和傳輸信號的動態(tài)范圍指標得到了極大地改善。使用本發(fā)明方案的同軸電纜的電性能與同等規(guī)格、材質(zhì)的以金屬管鎧裝作為外導體的同軸電纜的電性能比較接近而遠遠超越目前通用的以網(wǎng)狀編織導體作為鎧裝的同軸電纜。
由于高頻電流的趨膚效應和鄰近效應，作為本發(fā)明特征的復合外導體的組成部分的非編織外導體的最佳位置應當是位于編織導體的內(nèi)側(cè)，可選屏蔽膜的外側(cè)；如果非編織導體包括多條導體，則其最佳排列方式是各自與內(nèi)導體平行，沿軸向延伸。為了提高同軸電纜的柔韌性，也可以使非編織導體圍繞屏蔽膜的螺旋前進。實驗證明，只要各條非編織導體的直徑之和達到內(nèi)導體周長的十分之一，其電性能即有明顯的提高，實際工業(yè)應用時，所有非編織導體的直徑之和應當達到內(nèi)導體周長的四分之一以上，當所有非編織導體的直徑之和達到內(nèi)導體周長的一至三倍時，達到工業(yè)設計的最佳值。當非編織導體的直徑之和超過內(nèi)導體周長的三倍時，其電性能不再明顯提高(例如，標稱阻抗為75歐姆的同軸電纜，其有效的非編制導體直徑之和的最大值即外導體的周長約為內(nèi)導體周長的4.5倍至7倍)。
本發(fā)明人認為，本次發(fā)明的同軸電纜，通過適當?shù)闹谱龉に?，其電性能可以達到同等規(guī)格的以金屬管作為外導體的同軸電纜的水平。本發(fā)明方案主要應用于外導體(導體網(wǎng)管狀鎧裝)直徑較小的場合，如小于0.038米，即1.5英寸。
本發(fā)明人認為，如果外導體只使用非編織外導體，在短距離應用時，其失真指標與本發(fā)明相比沒有明顯的差距，但是，由于單純的非編織導體與屏蔽膜的接觸不緊密，和缺乏編織導體的屏蔽作用，使其屏蔽損耗嚴重，而且產(chǎn)品的一致性難以保障，在同軸電纜彎曲時更可能導致嚴重的信號泄漏，而且經(jīng)過若干次彎曲后，同軸電纜的導電能力以及各種電性能將嚴重下降，從而只適用于較短距離的射頻信號傳輸，所以，為了保障長距離射頻信號傳輸質(zhì)量，編織導體仍然是必需的，其作用除了增強的屏蔽層減少信號衰減之外，還能夠顯著改善各個非編織導體的導電性能，并提高同軸電纜的柔韌性和可靠性。
對于數(shù)字信號通信和數(shù)字電視信號，使用本發(fā)明方案的同軸電纜與目前標準的同軸電纜相比也能夠大幅度改善傳輸效果，使有效傳輸距離明顯延長，并大大節(jié)省線路放大器的投資。
附

圖1表示了能夠體現(xiàn)本發(fā)明方案特征的同軸電纜，在本圖中，該同軸電纜包括一內(nèi)導體2，該內(nèi)導體2在圖中為具有光滑表面的單股導體，但是也可以是多股導體，或包圍一絕緣體的金屬薄管，在標稱直徑較小的同軸電纜產(chǎn)品中(如本圖所示)應用較多的是單股圓導體或多股圓導體。內(nèi)導體通常使用銅、鋁等普通金屬材料或其合金，或是一種金屬鍍上銀等較昂貴金屬的復合材料，沒有特別的限制。內(nèi)導體2的周圍是柱狀電介質(zhì)3，其橫截面一般為圓形，但是也不排除是橢圓形、以及柱狀多面體，柱狀電介質(zhì)3目前通常應用蜂窩狀發(fā)泡材料，也可以是較早期產(chǎn)品中使用實心或藕狀縱孔材料，選擇的材料沒有特別的限制，通常應具有較小的介電系數(shù)，如乙烯酯類樹脂、聚氨脂類樹脂、環(huán)氧樹脂等樹脂、有機質(zhì)纖維、或無機物質(zhì)制成的無機質(zhì)纖維等，可以將它們單獨或組合使用，柱狀電介質(zhì)的直徑與內(nèi)導體直徑之比符合依據(jù)工業(yè)標準規(guī)定的阻抗所要求的比值。屏蔽薄膜4對于提高同軸電纜的屏蔽性能有重要作用，在本行業(yè)制造同類產(chǎn)品時被相當普遍地應用，但是其不構成本發(fā)明的核心內(nèi)容，也不是本發(fā)明必不可少的內(nèi)容。屏蔽膜層4由一層金屬箔層5涂敷在一層帶基6上構成，屏蔽薄膜4縱向包裹柱狀電介質(zhì)3，并在兩端相互部分疊合，疊合的比例約為柱狀電介質(zhì)周長十分之一。屏蔽薄膜4包覆柱狀介電質(zhì)3的方式是帶基6與柱狀介電層3連接，金屬箔層5位于帶基6的外側(cè)以與下述的非編織外導體8緊貼，帶基6主要起到支持并吸附金屬箔層5的作用，通常由具有一定柔韌性的聚合物制造，但是沒有特別的限制，也可以是聚合物以外的材料，金屬箔層5通常是鋁，也可以是其他的金屬或合金通過真空噴涂或化學涂敷或其他方法制造，金屬箔層5較薄，其厚度通常大于1.5微米。外導體(金屬鎧裝)7包括非編織導體8和編織導體9，其中非編織導體8可以是一條導體，也可以是多條導體，如果是多條導體，則可以是均勻排列，也可以是分成若干組，各組均勻排列，或以其他方式排列在屏蔽層4的周向上，編織導體9以兩組相互反方向螺旋排列的導體相互編織并將非編織導體8拉近屏蔽膜4的金屬箔層5并使其緊密連接。編織導體9的編織方式是本行業(yè)的技術人員都能夠理解的滿足工業(yè)要求的通行方式，本發(fā)明中不對其提出特別的要求。編織導體9和非編織導體8使用的材質(zhì)可以是銅、鋁、鋁鎂合金、或表面鍍有錫、鎂或銀或其它耐腐蝕抗氧化的物質(zhì)的導線，選用的原則是成本較低但是具有很好的電氣性能。在常用的經(jīng)濟型材質(zhì)中，純銅是自然狀態(tài)下電氣性能僅次于銀的優(yōu)良導體，但是缺點是成本比鋁高，抗腐蝕的能力不如鋁，長期使用后表面可能氧化，使表面的導電能力下降；在成本較低的導體物質(zhì)中，鋁也具有良好的電氣性能，但是其抗拉強度較弱，抗腐蝕的能力也較弱；導體表面鍍錫或鋅可以使導體的抗腐蝕抗氧化能力提高，但是導電性能尤其是高頻導電性能有所降低；導體表面鍍銀使抗腐蝕能力和電氣性能均提高，應用于質(zhì)量要求高的高價格產(chǎn)品。制造外導體7使用最普遍的是截面為圓形的細直徑的導線，其直徑一般應小于中心導體直徑的二分之一，工業(yè)中經(jīng)常使用的是直徑為0.15-0.35毫米的細圓導線，但是也可以是截面為矩性的扁平細導線，或較窄的金屬箔帶(較窄是指小于柱狀電介質(zhì)周長的十分之一)，使用細導線的原因是由于業(yè)內(nèi)技術人員共知的高頻電流的趨膚效應以及鄰近效應，在同軸電纜內(nèi)導體2和外導體7中通過的電流是等值反方向的，內(nèi)導體2中的電流集中于內(nèi)導體2的外側(cè)表面薄層內(nèi)，外導體7中的電流集中于管狀(或管網(wǎng)狀)外導體7的內(nèi)側(cè)薄層內(nèi)，所以使用細導線制造外導體7可以明顯節(jié)約成本。外導體7使用編織的方式是為了得到更優(yōu)良的屏蔽效果，故為了更好的屏蔽效果編織導體可以使用緊密編織使編織導體9覆蓋同軸電纜表面的90％以上，為了節(jié)約成本，也可以使用疏網(wǎng)編織，使外導體7對同軸電纜表面積的覆蓋率不足50％。使用疏網(wǎng)編織時同軸電纜必須包括屏蔽膜層4，疏網(wǎng)編織時非編織導體8與屏蔽膜4緊密結(jié)合以實現(xiàn)較低成本下較好的屏蔽性能和電氣性能。非編織導體8的使用數(shù)量應與本說明書前述的要求相一致，最佳的用量為使其各條非編織導體的直徑合計達到內(nèi)導體周長的1-3倍。絕緣護套10通常是由聚合物絕緣材料擠壓到同軸電纜體上，達到通常工業(yè)標準要求的厚度即可，該厚度標準通常與同軸電纜的標稱直徑有關。
雖然附圖1能夠說明本發(fā)明所涉及的同軸電纜，但是依照本發(fā)明申請的權利要求書，本發(fā)明的同軸電纜也可以有其它的改變形式，如附圖2所述的非編織導體位于編織導體的外側(cè)的方案。任何本行業(yè)的技術人員經(jīng)過閱讀本發(fā)明的敘述之后，都可能以此為基礎進行修改和變形，但是這些修改和變形被包括在本發(fā)明申請所附的權利要求書的精神與范圍中。
附圖3和附圖4以圖形說明一種制造本發(fā)明的同軸電纜(適用于本發(fā)明人認為的優(yōu)選方案，即附圖1方案)的過程。如附圖3所示，內(nèi)導體11(一般為實心銅線、空心銅管或外層包銅的塑料管或金屬管，也可以是多股導體)來自適當?shù)墓?，例如電纜盤21。然后，內(nèi)導線11被整直，消除彎折。在圖示的實施例中，這一點的實現(xiàn)是通過整直輪22，并通過一個拉制模23。被整直的內(nèi)導體11被送經(jīng)擠壓機裝置24，對這個擠壓機裝置施加用以形成泡沫絕緣材料12的可發(fā)泡的聚合物。在擠壓機裝置24中，用于形成泡沫絕緣材料12的成分結(jié)合形成聚合物熔體，這些聚合物熔體被熔化以后，立即與氮氣或類似的發(fā)泡劑一起噴射形成可發(fā)泡的聚合物，這些聚合物熔體被施加壓力以防止其在擠壓機裝置24內(nèi)發(fā)泡膨脹。擠壓機裝置24中前進的內(nèi)導體11同心地擠壓聚合物熔體，可發(fā)泡的聚合物離開擠壓機24后因壓力減小而發(fā)泡膨脹，圍繞內(nèi)導體11形成泡沫絕緣材料12的圓柱形壁，內(nèi)導體11與柱狀泡沫絕緣材料12成為一個初始電纜軸芯13。初始電纜軸芯13被送入縱包機裝置30，縱包機裝置30提供屏蔽膜31縱向包圍初始電纜軸芯13并使屏蔽膜31沿電纜軸芯的周向相互部分疊和，在屏蔽膜31縱向包圍初始電纜軸芯13時，屏蔽膜31的金屬層32位于外側(cè)，帶基層33位于內(nèi)側(cè)。初始電纜軸芯13與屏蔽膜31前進，使離開縱包機裝置30的初始電纜軸芯13全部被包覆以形成完整電纜軸芯14。到此，附圖3所表明的工作已經(jīng)基本完成，完整電纜軸芯14可以被收集到適當?shù)陌b物如電纜盤25上，也可以使完整電纜軸芯14繼續(xù)前進，直接完成剩余的制造過程如圖4。
如附圖4所示，完整電纜軸芯14被拉出以進一步加工，以形成同軸電纜。完整電纜軸芯14被送入編制機裝置40，編織機裝置40有一個軸心41，圍繞該軸心41有一個呈圓環(huán)狀分布的非編織導線軸框架42，和在其外層周圍的上層圓環(huán)狀編織架43和下層圓環(huán)狀編織架44，非編織導線軸架42和上層圓環(huán)狀編織架43和下層圓環(huán)狀編織架44的三個圓環(huán)所在的平面均垂直于編織機裝置的軸心41。非編織導線軸框架42可以是固定的，也是可以順時針方向(或逆時針方向)單方向緩慢旋轉(zhuǎn)的，在非編織導線軸框架42的圓周上等距離地裝載有多個導線卷45，用于提供形成所述同軸電纜外導體的非編織層(圖1中所述7)所需的細導線46。上層圓環(huán)狀編織架43和下層圓環(huán)狀編織架44上各自等距離地裝載有多個導線卷47，編織時上層圓環(huán)狀編織架43和下層圓環(huán)狀編織架44一個順時針旋轉(zhuǎn)，一個逆時針旋轉(zhuǎn)，用于形成外導體中的編織導體層49(圖1所述8)，編織架43和44上的導線軸以空氣彈射裝置在架上不斷地沿圓環(huán)的直徑方向反復進行向心和離心往返運動，圓環(huán)編織架上任何相鄰的二個導線軸的往復運動的方向相反。將完整電纜軸芯14送入編織機裝置40后，完整電纜軸芯14到達軸心41的位置，非編織導線軸框架42上的導線卷45提供多條非編織導體46相互獨立非編織非纏繞地圍繞完整電纜軸芯14的周圍，上層圓環(huán)編織架43上的導線卷47和下層圓環(huán)編織架44上的導線卷47也提供多條導體48圍繞完整電纜軸芯14的周圍。完整電纜軸芯14和多條非編織導體46前進，上層圓環(huán)編織架43和下層圓環(huán)編織架44相互反方向旋轉(zhuǎn)，帶動由其發(fā)出的多條細導線48圍繞軸心41旋轉(zhuǎn)，與此同時安裝在上層圓環(huán)43與下層圓環(huán)44上的多個導體卷47按預定的順序各自在帶狀圓環(huán)內(nèi)沿圓環(huán)的直徑方向反復進行離心和向心的往返運動使多條細導體48相互編織，完成編織導體層49(圖1中編織導體8)的制造工作，并使編織導體層49緊密束縛到完整電纜軸芯14上。隨著編織導體層49的編織和束緊到電纜軸心，多條非編織導體46被束縛到覆屏蔽膜的電纜軸芯14的周圍并與屏蔽膜31緊密貼和完成了同軸電纜的電纜體的制造。為了提高同軸電纜的柔韌性，可以使非編織導線軸架42以適當?shù)乃俣刃D(zhuǎn)，使由非編織導線軸架42發(fā)出的多條非編織導體46纏繞到完整電纜軸芯14。同軸電纜的電纜體繼續(xù)前進，進入擠壓機裝置50以形成同軸電纜的絕緣護套(圖1所述9)，擠壓機裝置50內(nèi)裝有絕緣材料51，絕緣材料51使用的材料通常為聚合物，應具有良好的柔韌性和較高的絕緣電阻，并且防腐、抗老化和阻燃。絕緣材料51在擠壓機裝置50內(nèi)成為熔體，在同軸電纜體經(jīng)過擠壓機裝置時被擠壓到同軸電纜體的周圍。同軸電纜離開擠壓機裝置50時迅速冷卻時絕緣材料凝固形成絕緣外皮。最后將制作完成的同軸電纜53收集到電纜盤52上。
權利要求
1.一種同軸電纜，其特征在于，其中包括一個軸心，包含至少一個內(nèi)導體和包覆該內(nèi)導體周圍的柱狀電介質(zhì)和包覆該柱狀電介質(zhì)的金屬箔-聚合物屏蔽薄膜，一個由多條細導體構成并包圍所述軸心的復合外導體，和一個包圍所述符合外導體的絕緣材料外皮，所述復合外導體由非編織導體和編織導體層兩部分復合組成。
2.按照權利要求1所述的同軸電纜，其特征在于，所述復合外導體由非編織導體和編織導體層復合組成，兩部分成為物理的和電氣的緊密連接，圍繞所述之軸心的周圍軸向延伸。
3.按照權利要求1和權利要求2所述之同軸電纜，其特征在于，編織導體由分為二組的相互反方向旋轉(zhuǎn)的螺旋狀排列的多條導體圍繞所述軸心相互交叉編織成為管網(wǎng)狀導體；非編織導體包括至少一條，通常是多條導體，以直線方式或以螺旋方式貼鄰網(wǎng)狀編織導體的表面沿軸向延伸。
4.按照權利要求1、權利要求2、權利要求3所述之同軸電纜，其特征在于，其直徑通常小于0.038米，即1.5英寸。
5.按照權利要求1、權利要求2、權利要求3、權利要求4所述之同軸電纜，其特征在于，構成所述外導體的非編織部分的各個導體的直徑之和不小于內(nèi)導體周長的5％。
6.根據(jù)權利要求1、權利要求2、權利要求3、權利要求4、權利要求5所述的同軸電纜，其特征在于，構成復合外導體的多條導體通常其各自的直徑均明顯小于內(nèi)導體的直徑的二分之一，即所述之構成復合外導體的多條導體均為細導線。
7.一種同軸電纜的制造方法，其特征在于，包括如下步驟使一導線(通常具有光滑的外表面)沿一預定的行程行進；將可發(fā)泡膨脹絕緣聚合物成分擠壓到所述的內(nèi)導體上并形成管狀物體并使內(nèi)導體位于管狀聚合物的中心；將一涂敷有金屬箔層的絕緣聚合物薄膜沿上述管狀物體縱向延伸并沿其圓周方向包裹該管狀物體并相互部分疊合以形成屏蔽膜層，該復合膜層的絕緣膜層部分緊貼管狀物體并使金屬膜位于外側(cè)以形成同軸電纜的軸心；使多條細導體位于前述之包覆有屏蔽膜層的柱狀物體的外圍，使多條細導體分為內(nèi)層與外層以構造復合外導體；擠壓絕緣聚合物到前述之同軸電纜外導體周圍形成絕緣護套。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，制造其外導體的多條導體分為外導體的內(nèi)層導體與外層導體，所述之外導體的內(nèi)層導體保持松弛的靜止狀態(tài)(也可以以適當?shù)乃俣刃D(zhuǎn))，外導體之外層導體分為二組導體相互編織成為網(wǎng)狀并拉緊，將所述之內(nèi)層導體裹緊并使其緊貼前述之屏蔽膜層外側(cè)之金屬箔面，使外導體之內(nèi)層導體與前述的金屬箔形成物理的和電氣的緊密接觸。
全文摘要
一種同軸電纜，它包括一內(nèi)導體的軸心和包圍著該內(nèi)導體的柱狀聚合物介電層、包覆介電層周圍的屏蔽膜、包覆屏蔽膜周圍的外導體和絕緣護套。所述外導體是復合形態(tài)，由非編織導體部分和編織導體部分復合組成，兩部分緊鄰接觸，非編織導體以直線或螺旋方式沿同軸電纜軸向延伸。本發(fā)明還包括一制造該種同軸電纜的方法。
文檔編號H01B13/016GK1459805SQ0211792
公開日2003年12月3日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權日2002年5月23日
發(fā)明者張興武 申請人:張興武