電纜分配系統(tǒng)用物理發(fā)泡同軸電纜的設計與制造 - 無圖版
happy2003 --- 2009-03-10 21:06:33
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同軸電纜是被廣泛應用的傳輸媒介。盡管光纖光纜已越來越受到人們青睞，但由于目前光纜的分支分配技術難度大以及經濟上的原因，光纖光纜多用于長距離干線上，分配網(wǎng)絡仍以同軸電纜為主。將物理發(fā)泡技術用于同軸電纜中，使同軸電纜的發(fā)展出現(xiàn)了嶄新局面，物理發(fā)泡同軸電纜在有線電視傳輸領域、移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信以及國防重點項目等領域都將獲得較為廣泛的應用。
電纜分配系統(tǒng)用物理發(fā)泡PE（聚乙烯）絕緣同軸電纜應用于CATV系統(tǒng)和其它電子裝置中，它具有優(yōu)良的高頻性能、衰減低、一致性好、彎曲半徑小、不易受潮、結構性能穩(wěn)定、使用壽命長，而且發(fā)泡度高、節(jié)省材料。
2 電纜分配系統(tǒng)用物理發(fā)泡PE絕緣同軸電纜的結構與主要性能
2.1 結構
電纜分配系統(tǒng)用物理發(fā)泡同軸電纜由內導體、絕緣、外導體和護層四個部分組成。
1）內導體
內導體要求有較好的電氣性能，一定的機械強度和柔軟性，常用的內導體是實心銅線，也可用銅包鋼線或銅包鋁線。
2）絕緣
絕緣材料和結構的選取應使電纜有盡可能低的傳輸損耗，足以保證內、外導體始終處于同軸位置，物理發(fā)泡PE絕緣是一種半空氣絕緣結構，是目前絕緣形式的最佳選擇。
3）外導體
外導體要求有良好的機械、物理及密封性能、常用結構有兩種：a）鋁塑復合帶縱包加鍍錫銅線（或鋁鎂合金線）編織外導體。b）鋁管外導體，這種結構屏蔽性能、機械性能及密封防潮性能都較好。
4）護層
常用護套料有聚乙烯和聚氯乙烯、防止護套受到機械外力、潮氣、腐蝕、高低溫環(huán)境等因素影響。
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2.2 主要性能
1）特性阻抗
電纜分配系統(tǒng)用同軸電纜首先要考慮的主要參數(shù)就是特性阻抗。傳輸線匹配的條件是線路終端負載阻抗正好等于該傳輸線的特性阻抗，此時沒有能量的反射，因而有最高的傳輸效率。在CATV系統(tǒng)中的標準特性阻抗為75Ω。特性阻抗取決于電纜的結構尺寸和絕緣材料的介電常數(shù)。
2）衰減常數(shù)
衰減常數(shù)反映了電磁波能量沿電纜傳輸時的損耗大小，通常要求電纜有盡可能低的衰減常數(shù)。
衰減由內外導體的損耗與支撐該導體的絕緣材料的介質損耗之和構成，其中導體損耗占主要地位，尤以內導體的衰減最大，約占整個導體衰減的80％。低頻端主要是導體衰減，隨著頻率提高，介質衰減也隨之增大，在高頻端的導體衰減和介質衰減約各占80％。
3）回波損耗
電纜制造過程中產生的結構尺寸偏差和材料變形，會使電纜的特性阻抗產生局部的不均勻，當電纜加上傳輸信號時，這些地方便會出現(xiàn)信號的反射�；夭〒p耗越大，反射系數(shù)越小，則表示電纜內部均勻性越好。
4）工作電容
電容是同軸電纜重要參數(shù)之一，當應用同軸電纜傳輸脈沖信號時，為減少波形畸變，要求電纜具有盡可能低的電容值。
5）屏蔽性能
屏蔽性能不良的系統(tǒng)，會破壞信號的正常傳輸，影響通信業(yè)務的正常進行，降低系統(tǒng)的傳輸質量。電纜分配系統(tǒng)用同軸電纜屏蔽性能的好壞，可以用屏蔽系數(shù)、屏蔽衰減來反映。屏蔽衰減越大，屏蔽系數(shù)越小，表示電纜屏蔽性能越好。
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3 物理發(fā)泡PE絕緣同軸電纜工藝要求及關鍵設備
3.1 物理發(fā)泡PE絕緣單線的工藝要來
物理發(fā)泡同軸電纜性能的好壞，取決于單線的結構和質量，因此單線制造過程中應滿足以下工藝要求：
1）內結皮應盡可能薄且均勻一致，同心度高，為減小衰減，內結皮厚度應控制在0.05mm左右。
2）物理發(fā)泡方式為氮氣發(fā)泡，發(fā)泡度最高應達到75％，泡沫絕緣層應均勻、致密，每個泡沫孔均應密閉，絕緣應圓整均勻，同心度高。絕緣外徑公差≤±0.1mm；同軸電容公差≤±1.5pF／m。
3）物理發(fā)泡絕緣材料由基本樹脂、發(fā)泡劑、成核劑構成。a）基本樹脂采用LDPE（低密度聚乙烯）和HDPE（高密度聚乙烯）以一定比例混合或專用物理發(fā)泡絕緣料。b）發(fā)泡劑為氮氣。c）成核劑配量不同，種類亦不同。當采用ADCA（偶氮二甲酸胺（成核劑））時，雖然發(fā)泡擠出性能好，氣泡細微，但高頻性能差；若采用美國AK20公司的02-320A2無機型成核劑，擠出性能好，高頻性能好，氣泡細微，而且不會熱分解，但價格較高。
4）生產線速度最高應達到120m／min，生產線速度快，可以彌補出膠量不均勻所造成的缺陷，提高回波損耗值。
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3.2 物理發(fā)泡擠出生產線技術要來
物理發(fā)泡同軸電纜的最關鍵設備就是絕緣擠出生產線。1996年以前，我國生產的物理發(fā)泡同軸電纜的廠家主要依靠引進瑞士、芬蘭、美國等設備，費用較昂貴，最近幾年，國內一些設備廠家也陸續(xù)開發(fā)出了物理發(fā)泡專用擠出生產線，而且生產出來的產品，也符合標準要求，設備價格卻不到進口設備的1／10，有較好的性能價格比。筆者通過對多家產品生產廠和設備生產廠的調研之后證實，只要設備達到如下所述的配置，即可滿足電纜分配系統(tǒng)用物理發(fā)泡同軸電纜的生產需求，而且產品能夠符合GY／T135－1999及SJ／T11138.1－4 1997等標準的要求。
1）主動放線系統(tǒng)
通過恒張力調節(jié)系統(tǒng)來調整放線張力，保持速度穩(wěn)定，放線張力應能滿足實心銅線、銅包鋼線、銅包鋁線等導體要求。
2）拉絲校直裝置
采用聚晶模拉拔，配循環(huán)冷卻系統(tǒng)，解決銅線非一致性、微彎等問題，改善電纜的回波損耗，實踐證明，增加拉絲校直裝置后，回波損耗一般可增加2dB。
3）牽引系統(tǒng)
設備牽引的穩(wěn)定性是生產物理發(fā)泡單線的關鍵因素之一，應采用前后雙牽引，而且前后牽引均為主動式雙輪臥式牽引機。輪徑為1000mm，由變頻調速裝置和恒張力調節(jié)系統(tǒng)組成，保證牽引穩(wěn)定，前后同步。1000mm臥式主動牽引，由于輪徑大，既可增加牽引穩(wěn)定性，又可減少銅線微彎，保證了產品性能。牽引速度最大應達到120m／min。
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4）收線系統(tǒng)
通過恒張力調節(jié)系統(tǒng)來調整收線電機速度，以跟蹤生產線速度。
5）導線預熱裝置
在內結皮擠出前將銅線預熱，可提高絕緣層與銅線的剝離強度。應采用變頻感應加熱方式，根據(jù)產品及牽引速度，自動跟蹤調節(jié)溫度，銅線應平直通過預熱裝置，以減少微彎。
6）內結皮擠出機
為使發(fā)泡體和導線能有效地粘結，導體在進行發(fā)泡擠出前，需擠塑一層很薄的LDPE料作為內結皮，其厚度和同心度對最終產品性能影響較大，因此，應采用交流電機和交流變頻調速裝置與主控系統(tǒng)及測徑裝置組成雙閉環(huán)調速控制系統(tǒng)，以確保穩(wěn)定、均勻地擠出極薄的結層。機頭應采用自定心模具。
7）充氣氣路系統(tǒng)
目前有低壓注氮系統(tǒng)和高壓注氮系統(tǒng)兩種配置，它們要求的擠塑機螺桿結構不一樣，注氣壓力差別也很大。低壓注氮壓力一般為3－6MPa，而高壓注氮壓力是機膛內塑料壓力的1.9倍，如機膛壓力為15MPa，則注氣壓力為28.5MPa。
a）低壓注氮系統(tǒng)
2－5只氮氣瓶組成多路匯流系統(tǒng)，應配有減壓器和流量自動控制器，流量可根據(jù)所測在線電容大小來自動調整，亦可人工調整，另配有注入閥，保證壓力穩(wěn)定，其中含一止逆裝置，防止塑料倒流。
b）高壓注氮系統(tǒng)
通過壓縮空氣啟動注入泵，在一定壓力下使氮氣增壓泵升壓，并通過穩(wěn)流閥進行控制，然后從噴頭把氮氣注入到擠出機中，該裝置可提高注氣壓力，用盡瓶中氣體。在生產大線徑物理發(fā)泡PE絕緣料時，該系統(tǒng)與低壓注氮系統(tǒng)相比有較強的優(yōu)越性。
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8）發(fā)泡擠出主機
采用直流電機和全數(shù)字直流調速裝置來實現(xiàn)調速，保證擠出量穩(wěn)定，螺桿直徑有65mm和90mm兩種，可根據(jù)電纜線徑大小進行選用，長徑比應不低于34：1，保證擠出的絕緣層發(fā)泡度符合設計要求，發(fā)泡孔細膩均勻、閉合。
9）冷卻系統(tǒng)
包括可移式溫水槽和冷水槽及吹干器。溫水槽水溫可自動控制與顯示。
10）電氣控制系統(tǒng)
生產線應采用計算機在線集中控制，可在計算機上集中顯示與控制：絕緣外徑、電容、線速度、長度、機頭熔體壓力、擠出機溫度、水溫、注氮口熔體壓力、氮氣壓力、流量、螺桿轉速等。并能根據(jù)電容、外徑等變化，由PLC等驅動幾個內置控制器，精確修正生產線生產狀態(tài)的各項參數(shù)，保持生產線自動化。
11）在線檢測系統(tǒng)
生產發(fā)泡電纜時，應同時具備外徑和同軸電容測量裝置，外徑測量包括內結皮外徑及發(fā)泡絕緣層外徑。外徑和電容測量均應具備反饋功能，使生產線構成閉環(huán)反饋，自動控制電纜的絕緣外徑和發(fā)泡度等，以充分保證發(fā)泡電纜質量。另外，通過對電容的測量，還可以反映出單線中導體的偏心情況。
4 結束語
隨著社會信息化的進程，通信事業(yè)迅速發(fā)展，集電視、廣播、通信、數(shù)字傳輸于一體的多功能雙向系統(tǒng)，在發(fā)達國家已被廣泛應用，我國也正朝這方面發(fā)展。物理發(fā)泡同軸電纜因其回波損耗大、衰減小、高頻性能好等優(yōu)點，已成為較為理想的傳輸線，具有廣闊的市場前景。(end)
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