TW201905938A - 具有改善電磁效能之通訊電纜 - Google Patents
具有改善電磁效能之通訊電纜Info
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Abstract
揭示了一種通訊電纜，其具有複數個雙絞線導體以及在雙絞線和電纜護套之間的金屬箔帶的各種實施例。在一些實施例中，金屬箔帶包括切口，該切口在金屬箔帶的金屬層中產生不連續區域。當金屬箔帶被纏繞在電纜核心周圍時，不連續區域重疊以形成至少一個重疊區域。切口被形成使得重疊區域小並且限制電流流過金屬箔帶，從而最小化通訊電纜中的外加串擾。
Description
本發明關於一種具有改善電磁效能之通訊電纜。 相關申請案的交叉引用
本申請案要求2017年6月26日提交的美國臨時申請No.62/524,669的優先權，其臨時申請的全部內容藉由引用結合於此。
隨著網路變得越來越複雜並且需要更高帶寬的佈纜，電纜到電纜串擾(或“外加串擾”)的衰減對於提供穩健可靠的通訊系統變得越來越重要。外加串擾主要被耦合電磁雜訊，其可以在起因於受干擾電纜附近的訊號承載電纜的干擾電纜中發生，並且通常被特徵化為外加近端串擾(Alien near end crosstalk；ANEXT)或外加遠端串擾(Alien far end crosstalk；AFEXT)。
揭示了一種通訊電纜，其具有多個雙絞線導體以及在雙絞線和電纜護套之間的金屬箔帶的各種實施例。在一些實施例中，金屬箔帶包括切口，該切口在金屬箔帶的金屬層中產生不連續區域。當金屬箔帶被纏繞在電纜核心周圍時，不連續區域重疊以形成至少一個重疊區域。切口被形成使得重疊區域小並且限制電流流過金屬箔帶，從而最小化通訊電纜中的外加串擾。
為了減弱外加串擾，連續或不連續的金屬箔帶可以在電纜的內核心周圍被纏繞。未端接的連續金屬箔帶狀電纜系統可能具有不希望的電磁輻射和/或磁化率問題。不連續的金屬箔帶狀電纜系統大大減少了電磁輻射和/或磁化率問題。
本文揭示的示例描述了通訊電纜，其包括位於電纜的護套和非屏蔽導體對之間的不連續金屬箔帶的各種實施例。不連續可以在所揭示的金屬箔帶中被產生以防止電流向下沿著電纜的長度在金屬箔帶中產生感興趣的波長中的駐波。沒有不連續，金屬箔帶將等效於未端接的屏蔽電纜，因此會遭受降低的EMC性能。
現在將參考附圖。只要有可能，在附圖和以下描述中使用相同的附圖標記表示相同或相似的部分。然而，應該清楚地理解，附圖僅用於說明和描述的目的。雖然在本文檔中描述了幾個示例，但是修改，改編和其他實現是可能的。因此，以下詳細描述不限制所揭示的示例。相反地，所揭示示例的適當範圍可以由所附申請專利範圍限定。
圖1是通訊系統20的透視圖，其包括連接到設備24的至少一個通訊電纜22。設備24在圖1中被示為接線板，但設備可以是被動設備或主動設備。被動設備的示例可以是但不限於模組化配線板、打孔配線板、耦合器配線板、牆壁插座等。主動設備的示例可以是但不限於乙太網交換機、路由器、數據中心/電信室中可以找到的伺服器、物理層管理系統和乙太網供電設備；安全裝置(照相機和其他感測器等)和門禁設備；和工作區可以找到的電話、電腦、傳真機、印表機和其他外圍設備。通訊系統20還可以包括機櫃、機架、電纜管理和架空路由系統、以及其他這樣的設備。
通訊電纜22以非屏蔽雙絞線(unshielded twisted pair；UTP)電纜的形式示出，並且更具體地是可以10Gb/s操作的6A類電纜，如在圖2中更具體地示出的，並且將在下面更詳細地描述。然而，通訊電纜22可以是各種其他類型的通訊電纜，以及其他類型的電纜。電纜22可以被直接端接到設備24中，或者可以被端接在各種插頭25或插座模組27中，例如RJ45型、插座模組盒和許多其他連接器類型，或其組合。此外，電纜22可以被加工成電纜的織機或束，並且另外可以被加工成預先端接的織機。
通訊電纜22可以用於各種結構化佈纜應用，包括插線、基幹佈纜和水平佈纜，雖然本發明不限於這些應用。通常，本發明可用於軍事、工業、電信、計算機、數據通訊和其他佈纜應用。
參見圖2，示出了沿圖1中的剖面線2-2截取之電纜22的剖面。電纜22可包括具有由對分離器28所分開的四個導線雙絞線26的內核心23。對分離器28的剖面在圖3中更詳細地示出。對分離器28可以以具有電纜絞合或絞合長度的順時針旋轉(左手絞合)被形成。示例絞合長度可以是3.2英寸。對分離器28可以由塑料製成，例如固體阻燃聚乙烯(fire retardant polyethylene；FRPE)。
障壁帶32的纏繞可以圍繞內核心23。障壁帶32可以被螺旋纏繞或被縱向纏繞在內核心23周圍。如圖2所示，雙絞線導體可以延伸超過對分離器28以產生內核心23的外徑。外徑可以是例如大約0.2164英寸，並且周長可以是0.679英寸。在一些實施例中，屏障帶32可以稍微多於兩次地纏繞內核心23周圍，並且可以存在兩種屏障帶32的應用。
金屬箔帶34可以沿著通訊電纜22的長度被縱向纏繞在電纜護套33下面的屏障帶32周圍。也就是說，金屬箔帶34可以沿著其長度被纏繞，使得它以“香煙”式纏繞在通訊電纜22的長度周圍纏繞。如圖4所示，金屬箔帶34可包括黏附到聚合物膜支撐層36的金屬層35(例如，鋁)。在一些實施例中，金屬層35可用膠黏附到聚合物層36。金屬箔帶34可以是不連續的金屬箔帶，其中不連續37可以被產生在金屬層35中，例如，在雷射用於燒蝕金屬層35的部分之後處理步驟中。
為了最大化外加串擾的益處，金屬箔帶34可以被纏繞在核心周圍，使得它完全圍繞導電線對26和屏障帶32的圓周，使得金屬層35的邊緣在完全被組裝成通訊電纜22時重疊。取決於通訊電纜22的尺寸、金屬箔帶34的寬度、雷射燒蝕切口的幾何形狀(即，不連續37)、以及金屬箔帶37施加的精度，重疊區域可以包括兩個相鄰的不連續區段38的一部分，從而在相鄰的不連續區段38之間產生顯著的電容。如果相鄰的不連續區段38之間的電容過大，則高頻電流可以透過金屬箔帶34的重疊區域從一個區段38到下一個區段幾乎不受阻礙地流動，其否定了不連續區段38的EMC益處。
為了減小相鄰區段38之間的電容，金屬箔帶34可以被設計以在被纏繞通訊電纜22時限制金屬箔帶34的重疊區域，使得流過金屬箔帶34的電流由於頻率上升到Cat6A應用的可用帶寬(例如，500 MHz)被阻礙。在一些實施例中，不連續37的各種幾何形狀和配置可被用於將相鄰區段38之間的電容限製到約4pF或更小。
圖5A-5H和圖6A-5H示出了可以在金屬箔帶34中產生的不連續的各種示例幾何形狀和配置。圖5A-5H示出了在應用於通訊電纜22之前處於平坦或未纏繞取向的金屬箔帶34。圖6A-6H示出了在應用於或纏繞通訊電纜22之後的金屬箔帶34。
圖5A和圖6A示出了示例性直切口39。理想地，直切口39將與通訊線纜22的方向正交，並且帶將被縱向纏繞，使得直切口39的邊緣將彼此重疊並且將沒有重疊金屬箔帶34的相鄰區段38之間的電容。實際上，在加套過程期間存在與切割精度和金屬箔帶34的施加相關的公差。這些公差將導致造成直切口39的邊緣在圍繞電纜核心23縱向纏繞時未對準之偏移角度。這種未對準產生與相對於電纜核心23的直徑之金屬箔帶34的偏移角度和寬度成比例的重疊電容。重疊區域本質上是矩形的並且在圖6A中被示出為1度偏移角度。
圖5B和圖6B示出了示例性雙切口40。雙切口40引入兩個平行切口，其理想地與通訊電纜22的方向正交。由於上面針對直切口39所述的相同製造公差，偏移角度將被引入並且當被圍繞電纜核心23縱向纏繞時，兩個平行切口的邊緣將不被對準。來自該未對準的重疊電容與相對於電纜核心23的直徑之金屬箔帶34的偏移角度和寬度成比例。藉由結合兩個雷射切割，另外的不連續段38被引入在金屬箔帶34中，並且當金屬箔帶34被纏繞在電纜核心23周圍時，兩個重疊區域被產生。這產生兩個幾乎相同的串聯連接的重疊電容，其具有減少電容兩倍之淨效應。兩個重疊區域本質上是矩形的並且在圖6B中被示出為1度偏移角度。
圖5C和圖6C示出了示例性梯形切口41。梯形切口41引入了兩個切口，這兩個切口以相對的角度橫穿金屬箔帶34的寬度。兩個切口的起始由間隙所分開。在切口結束時，間隙較大，從而呈現出梯形的外觀。金屬箔帶34的重疊區域將是平行四邊形的形狀，其與兩個雷射切口的起始間隙和雷射切割的角度成比例。藉由結合兩個雷射切割，額外的平行四邊形形狀將被產生。這兩個重疊的平行四邊形形狀產生兩個串聯連接的電容，其具有淨效應或將電容減小兩倍。任何製造公差藉由導致兩個平行四邊形區域的小變化之切口的梯形性質所適應。兩個重疊區域在圖6C中被示出為10密耳(mil)。切口起始處的間隙和+2和-2度的切角。
圖5D和圖6D示出了示例性半角切口42。半角切口42引入單個切口，該單個切口起始為與通訊電纜22的方向正交之直切口並且過渡到跨越金屬箔帶34的大約一半的成角度切口。當金屬箔帶34被縱向施加時，金屬箔帶34的重疊區域將呈與中間點處的雷射切割的角度成比例之多邊形。任何製造公差藉由這種導致重疊區域中的小變化之成角度的切口來適應。圖6D中示出的重疊區域可以是：例如，用於5度角。
圖5E和圖6E示出了示例性Y形切口43。Y形切口43引入單個切口，該切口起始為與通訊電纜22的方向垂直的切口並且在跨越金屬箔帶34的的適當位置以相對的角度分支出來。切口的結果類似於Y形。當金屬箔帶34被縱向施加時，金屬箔帶34的重疊區域將沿著Y形切口43的每個分支產生三角形形狀。重疊三角形形狀的面積將與Y分支的角度和雷射切割從直線部分支出的位置成比例。這些三角形重疊形狀產生兩個串聯連接的電容，其具有將電容減小兩倍的淨效應。任何製造公差藉由這種導致重疊區域中的小變化之分支雷射切割的角度來適應。圖6E中示出的重疊區域可以是：用於4度角。
圖5F和圖6F示出了示例性X形切口44。X形切口44引入了兩個成角度的切口，其在金屬箔帶34的中心處相交。結果是在金屬箔帶34上的X形圖案。當金屬箔帶34被縱向施加時，金屬箔帶34的重疊區域將產生兩對與切口的角度成比例的三角形形狀用於總共四個重疊的三角形區域。每對三角形產生兩個並聯連接的電容，其具有使單個重疊三角形的電容加倍的淨效應。來自一對三角形形狀的淨電容與來自第二對三角形形狀的淨電容串聯，其具有將總電容減小兩倍的淨效應。給定四個重疊電容的串聯和並聯佈置，重疊金屬箔帶34的結果與單個三角形形狀的面積成比例。任何製造公差藉由這種切口的角度來適應，導致重疊區域中的小變化。圖6F中示出的重疊區域可以是：用於5度角。
圖5G和圖6G示出了人字形切口45的示例。人字形切口45引入了以45度角開始的單個切口並且在金屬箔帶34的中心附近切換到-45度角。結果是顛倒的金屬箔帶34上的V形切口圖案。當金屬箔帶34被縱向施加時，金屬箔帶的重疊區域將產生一對三角形形狀。這對三角形產生兩個並聯連接的電容，其具有使單個重疊三角形的電容加倍的淨效應。任何製造公差可以藉由這種切口的45度角適應，從而導致重疊區域中的小變化。
圖5H和圖6H示出了淺人字形切口46的示例。淺人字形切口46可以是圖5G和圖6G中所示的人字形切口45的變型。如圖5G和圖6G所示，角度從45度變為較淺的角度。結果是在金屬箔帶34上形成更寬的V形切口圖案。當金屬箔帶34被縱向施加時，金屬箔帶34的重疊區域將產生一對三角形形狀。由於切口的角度較小，三角形的重疊區域比人字形切口45小得多。這對三角形產生兩個並聯連接的電容，其具有使單個重疊三角形的電容加倍的淨效應。任何製造公差藉由這種成角度的切口來適應，導致重疊區域中的小變化。圖6H中示出的重疊區域可以是：用於5度角。
對於圖5A-5H和圖6-A-6H中所示的切口的每種不同實施例，基於重疊區域的面積和重疊金屬層之間的介電材料，金屬箔帶的相鄰不連續段之間的所得電容的一階計算可以被計算。圖7示出了每種雷射切割類型的重疊電容。對於每個切口的圖7中所示的電容可以使用750密耳(mil)和875密耳(mil)的示例金屬箔帶寬度來計算。金屬箔帶包圍的通訊電纜的核心直徑可以是例如200密耳(mil)。介電材料可以是例如2密耳(mil)的聚酯薄膜材料。該示例的目標重疊電容可小於4pF。
如圖7所示，數個切口幾何形狀滿足重疊電容小於4pF的目標物件。針對這些切口幾何形狀中的每一個對於製造金屬箔帶的影響亦被考慮。實現單切口的幾何形狀允許快速處理時間，因為它們使用盡可能少的雷射並且在雷射切割機中易於實現，單切口的幾何形狀如半角切口42、直切39和淺人字形切口46。Y形切口43顯示出對金屬箔帶寬度的最小靈敏度。
與雷射加工和金屬箔帶施加過程相關的公差可以被建模為雷射切割角度的變化，這反過來將改變重疊金屬箔帶幾何形狀的面積。圖8示出了對於給定的切口幾何形狀和200密耳(mil)的電纜核心直徑之重疊電容對切割角的變化有多麼的敏感。
製造過程中可能對重疊電容有直接影響的另一個變量是通訊電纜的核心尺寸。對於小於標稱尺度的核心尺寸，金屬箔帶將進一步纏繞核心部，導致重疊電容增加。圖9示出了對於190密耳(mil)的電纜核心直徑之重疊電容對切割角的變化的相同靈敏度。
在一些電纜設計中，金屬箔帶可以在加套過程之前被施加(例如：在電纜絞合過程期間)。在絞合的情況下，金屬箔帶可以繞電纜螺旋地被施加。最小化相鄰不連續段之間的重疊電容的相同基本原理適用於在這些情況下；然而，與在加套過程中縱向被施加的金屬箔帶相比，切口的最佳幾何形狀可以是不同的。
注意，雖然本揭示包括若干實施例，但是這些實施例是非限制性的(不管它們是否已經被標記為示例性的)，並且存在落入本發明範圍內的改變，置換和等同物。另外，所描述的實施例不應被解釋為相互排斥，並且如果這種組合是允許的，則應該被理解為可潛在地組合。還應注意，存在許多實現本揭示的實施例的替代方式。因此，期望可以依循的申請專利範圍被解釋為包括落入本揭示的真實精神和範圍內的所有這樣的改變，置換和等同物。
20‧‧‧通訊系統
22‧‧‧通訊電纜、電纜
23‧‧‧內核心
24‧‧‧設備
25‧‧‧插頭
26‧‧‧導線雙絞線、導電線對
27‧‧‧插座模組
28‧‧‧對分離器
32‧‧‧屏障帶
33‧‧‧電纜護套
34‧‧‧金屬箔帶
35‧‧‧金屬層
36‧‧‧聚合物層、聚合物膜支撐層
37‧‧‧不連續
38‧‧‧相鄰的不連續區段、相鄰區段
39‧‧‧直切口
40‧‧‧雙切口
41‧‧‧梯形切口
42‧‧‧半角切口
43‧‧‧Y形切口
44‧‧‧X形切口
45‧‧‧人字形切口
46‧‧‧淺人字形切口
2--2‧‧‧剖面線
圖1是通訊系統的透視圖；
圖2是通訊電纜的剖視圖；
圖3是一對分離器的剖視圖；
圖4是不連續金屬箔帶的透視圖；
圖5A-5H和6A-6H是可以在不連續金屬箔帶中產生的各種示例幾何形狀和不連續配置的圖；
圖7是圖5A-5H和6A-6H中所示的不連續金屬箔帶的示例幾何形狀和配置的重疊電容的圖；和
圖8和9是在不同的核心直徑下圖5A-5H和6A-6H中所示的不連續金屬箔帶的示例幾何形狀和配置的重疊電容的圖。
Claims (20)
- 一種通訊電纜，包含： 護套； 包含複數個雙絞線導體之電纜核心；以及 設置在該電纜核心和該護套之間的金屬箔帶，該金屬箔帶包含在該金屬箔帶的金屬層中產生複數個不連續區域之切口； 其中該金屬箔帶被纏繞在該電纜核心周圍，使得該等不連續區域重疊以形成至少一個重疊區域，該切口被定位以使得該重疊區域的尺寸被最小化，從而使該等重疊的不連續區域之間的電容最小化。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊電纜，其中該切口是直切口。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊電纜，其中該切口是半角切口，該半角切口在與該通訊電纜的長度方向正交的方向上從該金屬箔帶的一側開始，並且在該金屬箔帶的中點附近過渡到成角度的切口。
- 根據申請專利範圍第3項之通訊電纜，其中該成角度的切口是4度角。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊電纜，其中該切口是從該金屬箔帶的一側以45度角開始並且在該金屬箔帶的中點附近過渡到-45度角的人字形切口。
- 如申請專利範圍第5項之通訊電纜，其中該至少一個重疊區域是一對三角形重疊區域。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊電纜，其中該切口是從該金屬箔帶的一側以小於45度且大於0度的角度開始的淺人字形切口，並且在該金屬箔帶的中點附近過渡到大於-45度且小於0度的角度。
- 根據申請專利範圍第7項之通訊電纜，其中該至少一個重疊區域是一對三角形重疊區域。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊電纜，其中該切口是形成梯形切口的複數個切口，該複數個切口包含從該金屬箔帶的第一端開始並以相對角度朝向該金屬箔帶的第二端分支的第一切口和第二切口。
- 根據申請專利範圍第9項之通訊電纜，其中該至少一個重疊區域是平行四邊形形狀區域。
- 一種通訊電纜，包含： 包含複數個雙絞線導體之電纜核心；以及 設置在該電纜核心和該通訊電纜的護套之間的金屬箔帶，該金屬箔帶包含在該金屬箔帶的金屬層中產生複數個不連續區域之複數個切口； 其中該金屬箔帶被纏繞在該電纜核心周圍，使得該等不連續區域重疊以形成複數個重疊區域，該等重疊區域產生串聯連接的複數個電容，從而減小該等重疊的不連續區域之間的總電容。
- 根據申請專利範圍第11項之通訊電纜，其中該等重疊的不連續區域之間的總電容被減小兩倍。
- 根據申請專利範圍第11項之通訊電纜，其中該複數個切口形成Y形切口，該Y形切口具有從該金屬箔帶的一側開始的第一直切口和該金屬箔帶的第二側附近以相對的角度從該第一直切口分支的兩個切口。
- 根據申請專利範圍第13項之通訊電纜，其中該複數個重疊區域是複數個三角形重疊區域。
- 根據申請專利範圍第13項之通訊電纜，其中從該第一直切口分支的該兩個切口具有4度和-4度的相應角度。
- 根據申請專利範圍第11項之通訊電纜，其中該複數個切口是在跨越該金屬箔帶的寬度上彼此平行地延伸之兩個直切口。
- 根據申請專利範圍第11項之通訊電纜，其中該複數個切口形成X形切口，該X形切口具有第一切口和第二切口，該第一切口和該第二切口從該金屬箔帶的一側開始，並且當該第一切口和該第二切口朝向該金屬箔帶的的第二側橫穿該金屬箔帶的寬度時，該第一切口和第二切口彼此交叉。
- 根據申請專利範圍第17項之通訊電纜，其中該複數個重疊區域是複數個成對的三角形區域。
- 一種通訊電纜，包含： 包含複數個雙絞線導體之電纜核心；以及 設置在該電纜核心和該通訊電纜的護套之間的金屬箔帶，該金屬箔帶包含在該金屬箔帶的金屬層中產生複數個不連續區域之切口； 其中該金屬箔帶被纏繞在該電纜核心周圍，使得該等不連續區域重疊以形成複數個重疊區域，該等重疊區域產生並聯連接的複數個電容，從而增加該等重疊的不連續區域之間的總電容。
- 根據申請專利範圍第19項之通訊電纜，其中該切口是人字形切口或淺人字形切口。
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