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            同軸電纜生產品質控制

            2017-06-14 14:06:47來源:廣州市宇洪電線電纜實業有限公司湯代斌已被 315 人閱讀

            內容摘要: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,分配網絡仍以同軸電纜為主。
              湯代兵:
              廣東智慧安防專家庫專家
              企業知識產權管理體系合格內審員
              武漢工程大學校企聯合研發首席技術專家
              參與廣東省及廣州市多項科技項目立項申報工作
              湖北省企業知識產權管理體系示范企業申報人
              參與廣東省及湖北省《高新技術企業認定》申報并獲批
              參與住建部智裝委《建筑物室內智能布線系統應用技術白皮書》編寫
              參與公安部GA/T1297-2016《安防線纜》標準等多項標準的技術編寫
              質量管理體系及環境管理體系合格證
              電線電纜產品檢測高級技能職業資格證
              20項授權實用新型專利發明人
              7項發明專利申報人
              電線電纜《生產許可證》合格質量負責人

              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,分配網絡仍以同軸電纜為主。將物理發泡技術用于同軸電纜中,使同軸電纜的發展出現了嶄新局面,物理發泡同軸電纜在有線電視傳輸領域、移動通信系統、衛星通信等領域都獲得較為廣泛的應用。

              同軸電纜由里到外分為四層:中心導體,絕緣體,網狀導電層和絕緣外護套。電流傳導與中心導體和網狀導電層形成的回路。因為中心導體和網狀導電層為同軸關系而得名。依國標射頻電纜設計指南GB/T1132.1-2000規范要求中,同軸電纜按用途可分為兩種基本類型:基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。基帶同軸電纜用于數字傳輸,其屏蔽層是用銅做成的編織網狀,特性阻抗為50Ω(如RG-8、RG-58等);寬帶同軸電纜用于模擬傳輸,其屏蔽層通常為鋁箔,特性阻抗為75Ω(如RG-59,SYV75-5,SYWV75-5等)。寬帶同軸電纜按類型分為SYV75-3,SYV75-5,SYV75-7,SYV75-9等實芯聚乙烯絕緣同軸電纜,即符合國標GB/T14864-93規范要求。SYWV75-3,SYWV75-5,SYWV75-7,SYWV75-9等物理發泡聚乙烯絕緣同軸電纜,即符合國標GY/T135-1998規范要求。其中SYV表示實芯聚乙烯絕緣,75表示特性阻抗,5表示絕緣層外徑,SYWV表示物理發泡聚乙烯絕緣,75表示特性阻抗,5表示絕緣外徑。

              因發泡與實芯絕緣材質的介電常數不同,在視頻監控系統中經實踐證明SYWV75-5型號同軸線較SYV75-5同軸線電纜有效傳輸距離要遠。分配系統用物理發泡聚乙烯絕緣同軸電纜應用于有線電視系統和其它視頻監控系統中,它具有優良的高頻性能、衰減低、一致性好、彎曲半徑小、不易受潮、結構性能穩定、使用壽命長,而且發泡度高、節省材料。

              公司目前生產的宇洪同軸電纜SYWV75-5符合國標《有線電視系統物理發泡聚乙烯絕緣同軸電纜入網技術條件和測量方法》相關標準性能要求,  即(GY/T135-1998)。以下通過公司上海二十三所生產的物理發泡絕緣在線控制生產線設備,生產的SYWV75-5同軸線生產過程中出現影響電氣性能的一些要素作出管控。

              物理發泡絕緣生產過程品質要求:

              一,同軸電纜內導體:
              國標GY/T135-1998要求SYWV75-5銅導體外徑為1.02+/-0.01mm,銅是內導體的主要材料,內導體對信號傳輸影響很大,因為衰減主要是內導體電阻損耗引起的。其電導率,尤其是表面電導率,應盡可能高。內導體用的銅材質量要求很高,要求銅材應無雜質,表面干凈、平整、光滑。內導體直徑應穩定。直徑較大波動變化都會降低阻抗均勻和回波損耗,因此應精確控制內導體外徑。


             
              在實際生產過程中,上海二十三所物理發泡生產線放線架銅線通過恒張力調節系統來調整放線張力,保持速度穩定。使用拉絲校直裝置,解決銅線非一致性、微彎等問題,可提升同軸電纜的回波損耗值。

              二,同軸電纜絕緣體:
              同軸電纜介質遠不只是起絕緣作用,最終的傳輸性能主要是在絕緣之后才確定的,因此介質材料的選擇和其結構非常重要。所有重要的性能,如衰減、阻抗和回波損耗,都與絕緣關系很大。對絕緣最重要的要求有相對介電常數低,介質損耗角因子小,以保證衰減小,特性阻抗均勻,回波損耗大,機械性能穩定。 物理發泡同軸電纜性能的好壞,取決于單線的結構和質量, 內皮層應盡可能薄且均勻一致,同心度高,為減小衰減,內皮層厚度應控制在0.05mm左右。 上海二十三所生產設備為物理發泡方式氮氣發泡,其控制介面可依據設定參數值在線自動控制調整水中電容值,特性阻抗值,絕緣外徑,同芯度,發泡度,其物理發泡度最高可達到80%,物理發泡結構一致,單線特性阻抗均勻,回波損耗大。泡沫絕緣層均勻、致密,每個泡沫孔均密閉,絕緣圓整均勻,同心度達95%以上。絕緣外徑公差≤±0.1mm;水中電容在線控制公差≤±1.5pF/m。特性阻抗值75+/-3Ω。 物理發泡絕緣材料由HDPE、LDPE,成核劑按一定比例構成,通過注入氮氣方式生產,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,按國標GY/T135-1998要求SYWV75-5絕緣外徑最小要求為4.6mm,標稱值4.8mm,最大值5.0mm,因為特性阻抗與絕緣外徑成正比關系,超過此外徑值其特性阻抗會與標稱值不相符。


             
              上海二十三所物理發泡生產線通過內皮層-發泡層-外皮層共擠工藝可以得到均勻、密閉的發泡結構,具有機械性能穩定、強度高以及很好的防潮性能等特點。在發泡絕緣層外表面通過注入方式加一層薄的實芯PE。這種外皮層可以有效防止潮氣入侵,從一開始生產就保護同軸電纜性能,絕緣層通過內皮層緊緊地包在內導體上,進一步提高了電纜的機械穩定性。該設備牽引的穩定性是生產物理發泡單線的關鍵因素之一,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系統組成,保證牽引穩定,前后同步。1000mm臥式主動牽引,由于輪徑大,牽引速度最大應達到120m/min。既可增加牽引穩定性,又可減少銅線微彎,增加回波損耗值。



             
              三,同軸電纜外導體:
              外導體有兩個基本的作用:第一是回路導體的作用,第二起屏蔽作用,屏蔽層編織網與鋁箔縱包組合,有效抵抗電磁干擾。按國標GY/T135-1998要求SYWV75-5屏蔽鋁箔要求鋁基厚度15um以上才有效起抗干擾作用。編織層用鍍錫銅或鋁鎂絲,外徑使用0.12mm-0.18mm,在編織過程中,鋁箔的鋁基厚度,縱包搭接寬度,編織網的目數,錠數,夾角度,遮蔽率都影響屏蔽衰減性能參數,實際生產中依線纜規格書要求進行檢驗確認。

              四,同軸電纜外護套:
            同軸電纜外護套材料由聚氯乙烯組成,國標GY/T135-1998要求SYWV75-5護套平均厚度為0.88mm,外徑標稱值為7.2mm.其耐氣候和機械性能應符合:高溫實驗80±2℃,168小時,低溫實驗-25±3℃,20小時,外護套和絕緣層無機械性損失,濕熱實驗40±2℃,90%-95%,96小時,絕緣電阻符合規定值,衰減值增量≤5%,護套及外導體不能開裂。同軸電纜外護套標志應符合GB/T12269第30條規定必須印有以米為單位的長度標志。

              同軸電纜的電氣性能要求:
              按照國標GY/T135-1998要求SYWV75-5電氣性能要求如下表:

             
               影響上述電氣性能參數控制方法:
              1)特性阻抗
              電纜分配系統用同軸電纜首先要考慮的主要參數就是特性阻抗。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,相關性能參數測試方法參考GY/T135-1998標準中5.2.5章節要求,可通過實驗室TDR儀器進行測試分析確認。在有線電視系統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,物理發泡絕緣材料有較低的介電常數。其發泡度,絕緣外徑與特性阻抗是正比例關系,增加其發泡度,絕緣外徑增大,同時特性阻抗也加大,反之則相反。發泡度與水中電容值成反比,特性阻抗和水中電容值成反比, 即特性阻抗值越大時,水中電容值越小。水中電容值和介電常數成正比,水中電容值越大,介電常數越大,反之則相反。當物理發泡生產線設備介面顯示特性阻抗值在標準范圍外時,可通過調整發泡度或絕緣外徑大小,即在絕緣外徑公差允許范圍內調整擠出機主機螺桿轉速或牽引輪轉速,使線材的水中電容值達到要求;如當線材水中電容值偏小時,在外徑公差允許的范圍內,調慢擠出機主機螺桿轉速或調快牽輪引的轉速,使芯線水中電容值達到要求。調整外徑不能使線材電容值達到目標要求時,絕緣材料絕緣性能可有問題,可以通過調節冷卻水溫度或移動冷動水槽,使線材發泡度改變。調整擠出機機頭溫度能改變發泡度,改變材料的絕緣性能,但因擠出機機頭溫度對發泡度影響非常敏感,盡量不要通過調整機頭來調節發泡度,并且改變機頭溫度還會影響其它工藝參數的變化。當上述外徑調整及發泡度調節都不能使線材的水中電容值達到目標要求時,線材的結構很可能存在問題,需檢查芯線是否有偏心、放線、收線張力是否過大導致銅絲被拉細等,從而把各擠出工藝條件調整到最佳狀態。


             
              2)衰減常數
              衰減常數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。 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,如導體外徑偏小,導體刮傷,氧化,附著力不良等。隨著頻率提高,介質衰減也隨之增大。同軸電纜的衰減與導體,介質,結構尺寸,工藝水準和工作的頻率都有關,在50MHz以下衰減常數與標稱值不符,而高頻有余量,常常是鋁箔中的鋁基太薄所致,在頻率比較低的時候,鋁基的厚度小于或與該頻率的透射深度相當,造成了衰減值過大。根據理論計算,當頻率達50MHz時的鋁層透射深度為12.2µm,一般采取12~15µm的鋁基可以解決這個問題。物理發泡PE其衰減在低頻是合格,而高頻(如超過800MHz)時超差,大都與介電常數偏大有關系,即水中電容值偏大。或者與外導體編織密度過小,內導體外徑偏小有關系。另外,衰減常數還取決與發泡度的大小。在阻抗和回波允許的范圍內適當提高發泡度(可以通過增加發泡度,提高阻抗,降低衰減。)對提高電纜的衰減常數有幫助,同時還可以降低成本,相關性能參數方法可參考GY/T135-1998標準中5.2.6章節要求,通過實驗室網絡分析儀進行測試分析確認。


              3)回波損耗
              回波損耗是由于同軸電纜特性阻抗不均勻性而引起的信號反射。回波損耗會對接收機接收的信號的幅值產生影響,從而縮短了線纜的有效傳輸距離。相關性能參數測試可參考射頻電纜阻抗均勻性測量方法(GB/T12792-1991)的要求進行,通過實驗室TDR儀器進行測試分析確認。良好的回波損耗性能是保證高頻高數率傳輸性能的關鍵。在同軸電纜生產過程中產生的內導體,絕緣體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,這些地方便會出現信號的反射。回波損耗值越大,信號反射系數越小,則表示電纜內部均勻性越好,在實際生產過程中可通過嚴格控制導體和絕緣外徑的波動,確保絕緣同芯度達95%以上,內導體和絕緣體無氧化刮傷現象。

              4)屏蔽衰減
               屏蔽性能不良的系統,會破壞影響信號的正常傳輸,降低系統的傳輸質量。電纜分配系統用同軸電纜屏蔽性能的好壞,可以用屏蔽系數、屏蔽衰減,轉移阻抗來反映。屏蔽衰減越大,屏蔽系數越小,表示電纜屏蔽性能越好。在實際編織生產過程中,鋁箔搭接寬度應不少于5mm,鋁層厚度提高到15µm以上,合理安排衰減,回波,屏蔽的關系,在衰減合格條件下合理降低發泡度,對提高屏蔽效果和回波都有利,鋁箔質量要好,尤其柔韌性好,經過各種彎曲而無裂紋。在線材屏蔽衰減設計時應考慮如下因素:鋁基的厚度和鋁面的層數與屏蔽衰減具有一定的相關性,同規格的雙面鋁箔比同規格的單面鋁箔基本要好3-5dB,相同結構的線材,編織密度相同時,裸銅導體、鍍錫銅和銅包鋼屏蔽效果基本差不多,屏蔽設計時,從成本及性能上考慮,銅包鋼是首選。相同結構的線材,同樣的編織密度,OD小的導體比大的導體屏蔽效果要好,在約90dB以內,編織的密度與屏蔽衰減能力基本上是相關的,即編織密度越大,則屏蔽衰減能力越強,遮蔽率在65%時,屏蔽衰減值可達80 dB。相關性能參數測試可參考有線電視系統射頻同軸電纜屏蔽性能技術要求和測試方法(GY/T186-2002)標準中5.1章節要求采用吸收鉗法.另外同軸電纜屏蔽衰減的測試方法可分為通過測量同軸電纜表面轉移阻抗對其進行間接描述,三同軸法是典型的轉移阻抗測量方法,在很多情況下,特別是頻率比較低的時候(10 MHz以下),可以用轉移阻抗間接描述屏蔽電纜的屏蔽衰減。轉移阻抗越低,屏蔽電纜的屏蔽性能越好。


             
              生產品質保證是源于對生產過程細節的關注,特別是材料的可靠性及結構尺寸有效性,設備的穩定性,工藝參數實施的有效性都是我們過程檢驗確認的重點,只有對這些細節進行監控確認,確保過程有效,我們才能生產出合格類產品。
             
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