通信线的制作方法

专利名称：通信线的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进的线及其制造方法。
技术背景传输数据以及其他信号的一种方法是通过使用双绞线。双绞线包括至少一 对彼此缠绕的绝缘导体以形成两个导体对。该技术中很多已知的方法可以被采用 以将所述双绞线设置和配置到各种高品质传输线缆装置中。 一旦所述双绞线被形 成所需的"芯"，典型地会将一塑料套挤出在其上以保持其结构并且用作保护层。 当多于一个双绞线组被朿在一起时，所述组合被称为多对线缆。在所述双绞线的线内所述导体被绞合的线缆装置中，两个不同的，但交互的 缠绕组可以存在于所述线缆结构中。首先，存在构成所述双绞线的线的缠绕。第 二，在所述双绞线的每个单线内，存在形成所述导体的绞线的缠绕。组合起来， 两组缠绕对通过所述双绞线被传输的数据信号具有相互联系的作用。使用多对线缆，在所述线缆的一端产生的信号应该理想地同时到达相对端， 即使它们沿不同的双绞线对行进。以纳秒来测量，在线缆内双绞线对之间响应所 产生的信号的信号传输的时间性差异通常被称为"延迟偏差"。在由一双绞线以 及另一个所传输的信号的延时偏差太大时出现问题，并且接收所述信号的设备不 能正确地重组所述信号。这样的延时偏差导致传输错误或者丢失数据。另外，由于在高速数据通信应用中数据吞吐量被增加，延时偏差问题变得越 来越大。即使在正确地重组被传输的信号中由于信号偏差所导致的延时也将显著 地并且不利地影响信号吞吐量。因此，随着具有增加的数据传输率需求的更复杂 的系统被配置在网络中，对改进的数据传输的需求已经被发展了。这样的复杂， 高速系统需要具有更强信号以及最小的延时偏差的多对线缆。所述绝缘的介电常数(DK)影响所述线的信号吞吐量以及衰减值。也就是说，信号吞吐量随着DK的减少而增加，并且衰减随着DK的减少而减少。合起 来，较低的DK意味着较强的信号更快地到达并且具有较少的损失。因此，具有 较低DK的线(方法1)总是比具有较高DK例如大于2的绝缘的导体受到偏爱。在双绞线应用中，所述绝缘的DK影响所述双绞线的延时偏差。根据EIA/TIA 568-A-l，通常被接受的延时偏差是基于100米的线缆，两个信号应该在彼此的 45纳秒(ns)内到达。当高频信号(大于100MHz)被传输时这个大小的延时偏 差是有问题的。在这些频率处，少于20ns的延时偏差被认为是优越的并且也是 在实践中要达到的。另外，以前，在特定的双绞线或者多对线缆中影响延时偏差的唯一方式是调 整绞距，或者绝缘导体的缠绕程度。这反过来需要绝缘导体的重新设计，包括改 变所述导体的直径以及所述绝缘的厚度，以保持适当的电特性，例如阻抗和衰减。在改进的绝缘导体的一个尝试包括在所述绝缘的外表面上使用肋(rib)，或 者在绝缘内但接近绝缘外表面使用通道。但是所述有肋的绝缘，是不令人满意的， 因为即使可能，要制造具有外表面特征的所述绝缘也是困难的。由于所使用的绝 缘材料的本性以及所使用的处理的本性，外表面特性将是不清楚的并且不良地形 成。所述肋将以圆形的隆起结束而不是具有锐利的边缘。所述圆形的结果是使用 不能很好地保持其形状的材料，以及使用挤出模以形成所述表面特性的效应。在 离开所述挤出模之后，所述绝缘材料立即趋向于波动和扩张。这波动的圆形移动 并且填充功能部件之间的空间。具有带肋的绝缘的绝缘导体也产生具有不良电特性的线缆。所述肋之间的间 隔可以被污物和水污染。这些污染物负面地影响所述绝缘导体的DK，因为所述 污染物具有广泛不同的DK，并且典型地比所述绝缘材料高很多。所述污染物的 不同DK将赋予整体绝缘导体沿其长度变化的DK，其反过来负面地影响信号速 度。类似地，具有较高DK的污染物将提高所述绝缘的整体DK，其也负面地影 响信号速度。具有带肋的以及通道化的绝缘的绝缘导体也产生具有不良物理特性的线缆， 其反过来使所述电特性降级。由于所述有肋的以及已知的通道化的绝缘的外表面 附近的材料的数量有限，这样的绝缘导体不具有令人满意的低抗压强度；其抗压 强度如此低以至于所述绝缘导体可能甚至于不能在不使所述绝缘的所述肋和通道变形的情况下被缠绕。从实际观点出发，这是不可接受的，因为它使此绝缘导 体的制造，存储和安装几乎是不可能的。对所述肋以及通道的挤压或者其他的物理地对所述绝缘施加应力，将改变这 些功能部件的形状。这将负面地影响绝缘的DK。为敷设线缆的必要部分的一种 类型的物理应力是将一对绝缘导体缠绕在一起。这种类型的扭转应力不能被避 免。这样，就是制造双绞线的行动都可能严重地损害包括这些绝缘导体的电特性。在所述线和线缆领域中的另一关心的领域是在火中所述线如何表现。国家防火协会(NFPA)为使用在住宅以及商业建筑中的材料如何燃烧设置标准。这些测试通常测量发出的烟的数量，烟密度，火焰蔓延速率和/或由燃烧所述绝缘导体 产生的热量。成功地完成这些测试是建立缆线敷设的一个方面，其被认为在现代 消防规范下是安全的。随着消费者对这方面的意识的增加，这些测试的成功完成 将也是一个卖点。用于线中的绝缘的已知材料，如，含氟聚合物，具有所要的电特性，如低DK。但是含氟聚合物比较贵。其他的化合物相对便宜但是不能最小化DK，且由 此不能使延时偏差达到如含氟聚合物同样的程度。另外，非氟化的聚合物在比含 氟聚合物更大的程度上传播火焰并产生烟，并且因此是用于构造线的较不理想的 材料。发明内容因此，需要一种线，其能处理现有技术的局限以有效地最小化延时偏差， 并提供传输高速率同时又具有成本效率和清洁燃烧。本发明提供了一种电信线缆，包括第一线和第二线，所述第一和第二线是 彼此缠绕的；并且所述第一和第二线每个包括沿纵轴延伸的导体；及围绕所述 导体的聚合绝缘，所述聚合绝缘限定沿所述纵轴延伸的多个通道，所述通道在所 述导体周围相对于彼此圆周地间隔开，所述通道含有气体，并且所述导体包括外 表面，所述外表面限制所述通道的内侧以使所述通道内的气体暴露于所述导体的 夕卜表面。根据本发明的一个实施例，所述聚合绝缘包括含氟聚合物材料。 根据本发明的一个实施例，被绝缘的所述导体具有小于0.042英寸的直径。根据本发明的一个实施例，所述聚合绝缘的厚度小于0.01英寸。 根据本发明的一个实施例，所述第一线的聚合绝缘包括至少6个通道，而且所述第二线的聚合绝缘包括至少6个通道。根据本发明的一个实施例，至少一个通道的形状从矩形、梯形和拱形中选择。根据本发明的一个实施例，所述线缆包括围绕彼此缠绕的所述第一和第二线 的外护套，所述外护套包括通道。根据本发明的一个实施例，所述聚合绝缘通过挤出尖端的使用而被挤出，所 述挤出尖端包括孔以及沿所述挤出尖端的纵轴延伸的多个径向排列的槽，其中， 在挤出过程期间，所述导体通过所述孔被馈送，并且所述槽产生限定于所述聚合 绝缘的通道之间的腿。根据本发明的一个实施例，所述线缆包括第一和第二双绞线，所述第一和第 二双绞线每个包括所述第一和第二线，所述第一双绞线的聚合绝缘中的通道的横 截面面积不同于所述第二双绞线的聚合绝缘中的通道的横截面面积。根据本发明的一个实施例，所述聚合绝缘限定暴露于所述导体的所述通道， 并且亦限定未暴露于所述导体的封闭通道。根据本发明的一个实施例，所述聚合绝缘包括聚烯烃材料。本发明还提供了一种数据传输线缆，包括多对数据传输导体双绞线，每个 所述数据传输导体由单独的绝缘层覆盖，所述多对数据传输导体双绞线彼此缠绕 成限定芯；以及护套，限定沿所述护套的长度延伸的内空气通路，所述内空气通路具有包括空气的中心区和包括空气的周边区，所述芯位于所述内空气通路的中 心区内，其中所述芯暴露于所述中心区中的空气，所述内空气通路的周边区包括 在所述芯周围相对于彼此圆周地间隔开的多个通道，所述通道包括空气，所述通 道中的空气与所述芯所暴露的所述中心区中的空气是流体连通的，所述护套包括 内部部分和围绕所述内部部分的外部部分，所述通道被限定在内部部分处，每个 所述通道具有两个相对侧、互连所述两个相对侧的一侧以及向内面向所述中心区 的开放侧，其中，互连该两个相对侧的所述侧与所述相对侧形成可分离识别的拐 角，所述通道具有沿所述护套的长度伸展的长度，并且所述通道的数量大于被绝 缘的所述数据传输导体双绞线的数量。根据本发明的一个实施例，每个所述通道的横截面面积小于所述护套的总横截面面积的30%。根据本发明的一个实施例，所述内部部分处的信号速度比所述外部部分处的信号速度大至少2%。根据本发明的一个实施例，所述内部部分处的信号速度比所述外部部分处的 信号速度大至少5%。根据本发明的一个实施例，所述内部部分处的信号速度比所述外部部分处的 信号速度大至少10%。根据本发明的一个实施例，所述通道每个具有至少0.00002平方英寸的横截 面面积。根据本发明的一个实施例，所述护套具有小于0.030英寸的厚度。 根据本发明的一个实施例，所述护套包括塑料材料。 根据本发明的一个实施例，所述塑料材料包括含氟聚合物。 根据本发明的一个实施例，所述塑料材料包括聚氯乙烯。 根据本发明的一个实施例，所述通道的横截面形状为矩形。 根据本发明的一个实施例，多个被绝缘的所述导体具有小于2.0的总介电常数。根据本发明的一个实施例，所述绝缘层限定暴露于所述导体的通道，并且亦 包括未暴露于所述导体的封闭通道。根据本发明的一个实施例，被绝缘的所述导体具有小于0.042英寸的直径。 根据本发明的一个实施例，所述单独的绝缘层具有小于O.Ol英寸的厚度。 根据本发明的一个实施例，所述多对导体双绞线包括第一对和第二对导体双 绞线，所述第一对和第二对导体双绞线每个具有带有通道的单独的绝缘层，所述 第一对的通道的横截面面积不同于所述第二对的通道的横截面面积。根据本发明的一个实施例，所述多对导体双绞线包括4对导体双绞线。 根据本发明的一个实施例，所述导体双绞线不占用所述通道。 本发明提供了一种电信线缆，包括护套；位于护套内的第一线对，该第一线 对包括第一线和第二线，该第一和第二线彼此缠绕；位于护套内的第二线对，该 第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四线彼此缠绕；第一、第二、第三和 第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每一个所述绝缘体限定了基本上沿导体的长度延伸的多个绝缘通道，所述绝缘通道包含气体；且与对应于第三 和第四线的绝缘体的绝缘通道相比，对应于第一和第二线的绝缘体的绝缘通道限 定了较大的横截面面积。本发明还提供了一种电信线缆，包括护套，位于护套内的第一线对，该第一线对包括第一线和第二线，该第一和第二线是彼此缠绕的；位于护套内的第二 线对，该第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四线是彼此缠绕的；第一、第二、第三和第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每一个绝缘体限定了多个包含气体的绝缘通道；且与对应于第二和第三线的绝缘体的绝缘通道相 比，对应于第一和第二线的绝缘体的绝缘通道限定了较大的横截面面积，其中， 与在对应于第一和第二线的绝缘体与对应于第三和第四线的绝缘体的绝缘通道 限定相同横截面面积时相比，该横截面面积的差被选用以降低第一和第二线对之 间的延迟偏差。本发明提供了一种电信线缆，包括护套，位于护套内的第一线对，该第一线对包括第一线和第二线，该第一和第二线是彼此缠绕的；位于护套内的第二线 对，该第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四线是彼此缠绕的；第一、第 二、第三和第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每一个绝缘体限定 了多个包含气体的绝缘通道；且所述绝缘通道向对应于第一和第二线的绝缘体提 供的介电常数不同于对应于第三和第四线的绝缘体的介电常数。本发明提供了用于制造电信线缆的方法，所述电信线缆包括具有彼此缠绕的 第一和第二线的第一绞线对和具有彼此缠绕的第三和第四线的第二绞线对，该第 一、第二、第三和第四线的每一个包括由绝缘体围绕的导体，通过挤出过程在第 一、第二、第三和第四线的导体的周围涂敷绝缘层；在挤出过程期间在绝缘层内 形成延伸的绝缘通道，对应于第一和第二线的绝缘体的绝缘通道限定的横截面面 积大于由对应于第三和第四线的绝缘体的绝缘通道限定的横截面面积；将第一和 第二线缠绕在一起以形成第一线对；将第三和第四线缠绕在一起以形成第二线 对；以及将第一和第二线对缠绕在一起。本发明还提供了降低第一绞线对和第二绞线对之间的延迟偏差的方法，所述 第一绞线对的传输速度低于第二绞线对的传输速度，该方法包括在用于形成第一 绞线对的第一导体上提供第一绝缘体，该第一绝缘体包括第一纵向通道；在用于形成第二绞线对的第二导体上提供第二绝缘体，该第二绝缘体包括第二纵向通 道；以及设计第一和第二纵向通道使得第一纵向通道向第一绝缘体提供的介电常 数低于第二纵向通道提供给第二绝缘体的介电常数。


图l示出根据本发明的线的透视的，阶梯形切除的视图。图2示出根据本发明的线的横截面。图3示出根据本发明的另一种线的横截面。图4示出用于制造根据本发明的线的挤出尖端(extrusiontip)的透视图。 图5示出用于制造根据本发明的线的另一种挤出尖端的透视图。 图6示出根据本发明的具有通道化的的套的线的横截面。 图7示出根据本发明的具有通道化的导体的线的横截面。 图8示出一双绞线对的横截面。
具体实施方式
本发明的线被设计为具有最小的介电常数(DK)。最小的DK对所述线的电 特性有若干显著的影响。信号吞吐量被增加同时信号衰减减少。另外，双绞线应 用中的延时偏差被最小化。所述最小化的DK是通过使用如下面描述的改进的绝 缘导体或者隔离的芯而得到的。本发明的线10具有被主绝缘14所围绕的导体12，如图1所示。绝缘14包 括沿所述导体的长度行进的至少一个通道16。多个通道可以被圆周地设置在导体 12的周围。所述多个通道由绝缘的腿18彼此分开。单独的线10可以被缠绕在一 起以形成如图8中所示双绞线。双绞线又可以被缠绕在一起以形成多对线缆。可 将任意多对双绞线用于线缆中。可替换的，所述通道化的绝缘可以被使用在同轴 电缆，光缆或者其他形式的线缆中。外护套20可被任选地使用在线10中。另外， 外护套可以被用于覆盖双绞线或者线缆。附加的辅助的未通道化的绝缘可以被围 绕所述导体使用或者是用于所述线内的其他位置。另外，双绞线或者线缆可以利 用屏蔽。本发明的一个方面的横截面在图2中被看到。线10包括被绝缘14围绕的导 体12。绝缘14包括圆周地设置在所述导体12的周围的多个通道16，其被腿18 彼此分开。通道16可以有一侧以所述导体12的外周表面19为界。此方面的通道16通常具有矩形的横截面形状。本发明的另一方面的横截面在图3中被看到。所述绝缘14'包括形状不同于前一方面的通道16的多个通道16'。具体地，所述通道16'具有带平顶的曲 壁。类似于前一方面，所述通道16'被圆周地设置在所述导体12的周围并且被 腿18，分开。也是在此方面中，所述绝缘14，可以包括第二多个通道22。所述 第二多个通道22在所有侧上被所述绝缘14'所围绕。所述通道16'和22优选 地相互组合起来使用。所述通道化的绝缘保护所述导体以及其上被传输的信号两者。所述绝缘14， 14'的组成是重要的，因为所选绝缘的DK将影响整体线10的电特性。所述绝 缘14， 14'优选地为挤出的聚合物层，其被形成有多个通道16， 16'，所述多个 通道16， 16'被绝缘的插入腿18， 18'分开。通道22也优选地形成在所述挤出 的聚合物层中。在线以及线缆制造中使用的任何的常规聚合物可以被用在绝缘14， 14'中， 如，例如，聚烯烃或者含氟聚合物。 一些可以使用的聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯。 但是，当所述线缆被放置到需要好的防火以及低烟产生特性的服务环境时，可能 需要使用含氟聚合物作为用于包括在双绞线或者线缆中的一个或者多个导体的 绝缘。虽然可以使用泡沫聚合物，然而优选使用固体聚合物，因为其物理特性优 越且可以不考虑所需要的发泡剂。另外，当需要优越的物理特性如抗张强度或者延长率，或者当需要优越的电 特性如低DK或者衰减时，优选含氟聚合物。另外，含氟聚合物增加所述绝缘导 体的抗压强度，同时也提供了极度抵抗包括水的污染物入侵的绝缘。与所述绝缘14， 14'的化学组成同样重要的是所述绝缘14， 14'的结构特 征。所述绝缘中的所述通道16， 16'以及22通常具有这样的结构，其中所述通 道的长度比所述通道的宽度，深度或者直径长。所述通道16， 16'以及22是这 样的，即使得它们在所述绝缘中建立一穴(pocket)，其从所述导体的一端延伸到 所述导体的另一端。所述通道16， 16'以及22优选地平行于由导体12限定的轴。优选在所述通道中使用空气；当然也可使用空气以外的材料。例如，其他的 气体与其他的聚合物可以被使用。所述通道16， 16'以及22被与可以包含空气 的其他的绝缘类型区分开。例如，通道化的绝缘不同于泡沫绝缘，其在所述绝缘内具有封闭室气穴。本发明也不同于其他类型的绝缘，这些绝缘被紧靠所述导体 夹紧以形成气穴，类似于串上的珠。不管什么材料被选择用于所述通道中的内含物，优选地选择其DK不同于周围绝缘的DK。优选地，所述绝缘14， 14'的所述腿18， 18'邻接于所述导体12的外周表 面19。这样，所述导体12的外周表面19形成所述通道的一个表面，如图1-3中 所见。在高频处，所述信号行进在所述导体12的表面或附近处。这被称为'集 肤效应'。通过将空气放置在所述导体12的表面，所述信号能够行进通过具有 DK为1的材料，那就是空气。因此，所述绝缘14， 14'的腿18， 18'在所述导 体12的外周表面19上占据的面积优选地被最小化。这可以通过最大化用于所述 绝缘14， 14，中的所述通道16， 16'的横截面面积，并且从而最小化用于所述 绝缘14， 14'中的腿18， 18'的尺寸而达到。另外，所述通道16， 16'的形状 可以被选择以最小化腿18， 18'与所述导体12的接触面积，并且增加所述通道 的强度。最大化横截面面积以及最小化所述占据面积的好的例子可以在图3中看见， 其中具有曲壁的通道16'被使用。所述壁向外弯曲，以赋予通道几乎梯形的形状。 所述几乎梯形的通道16'具有比普通的矩形通道16大的横截面面积。另外，相 邻通道的曲壁配合以最小化邻接于所述导体12的外周表面19的所述腿18'的尺 寸。 -另外，所述绝缘14的腿18， 18'在所述导体12的外周表面19上占据的面 积可以通过减少所使用的通道16， 16'的数量最小化。例如取代图2-3中所示的 六个通道16， 16'，五个或者四个通道可以被使用。优选地，由腿18， 18'在所述导体12的外周表面19上占据的面积少于总 面积的75%，更优选占据少于约50%的总面积的腿。具有占据所述外周表面面积 35%的腿的绝缘是最优选的，尽管如15%那样小的面积可能是合适的。以此方式， 信号可以行进通过空气的所述外周表面的面积被最大化。换句话说，通过最小化 由所述腿占据的面积，所述集肤效应被最大化。通过通道形状增加强度的一个好的例子是通过使用拱形。拱性具有内在的强 度，其改进了所述绝缘导体的抗压性能,如下面详细讨论的。拱性形状的通道也可 同样具有经济上的优点。例如，因为所述绝缘更强，较少的绝缘被需要以获得所需要的抗压性能。所述通道可以具有被设计以增加所述通道强度的其他形状。所述通道22也通过在所述绝缘14'中包括空气来最小化所述绝缘14'的 整体DK。另外，所述通道22能够被使用而不损害所述线10的物理完整性。所述通道的横截面面积应该被选择以保持线的物理完整性。即，优选地，任 何一个通道不具有大于所述绝缘的横截面面积的约30%的横截面面积。通过具有通道化的绝缘14， 14'的线10的使用，在双绞线或者多对线缆应 用中可容易地获得少于20ns的延时，15ns的延时偏差是优选的。如果其他的参 数，例如绞距以及导体尺寸，也被选择用来最小化延时偏差，则如5ns这样小的 延时偏差也是可能的。另外，当与线缆护套组合使用时，优选绝缘14， 14'具有较低的DK。典型 地，覆上套的通风道用线缆使用防火的PVC (FRPVC)作为所述外护套。FRPVC 具有相对高的DK，其负面地影响所述覆上套的线缆的阻抗和衰减值，但是它价 格便宜。所述具有低DK的绝缘14， 14'有助于抵消FRPVC套的所述负面效果。 实际上，覆上套的线缆可以被赋予更类似于未覆上套的线缆的阻抗和衰减值。确实，绝缘14， 14，提供的低DK也增加了所述导体上的信号速度，其又增 加了信号吞吐量。对于100米双绞线，至少450ns的信号吞吐量被获得，同时约 400ns的信号速度是可能的。但是随着信号速度的增加，延时偏差必须被最小化 以防止数据传输中错误的发生。另外，由于所述通道化的绝缘的DK是与所述通道的横截面面积成比例的，所述双绞线中的信号速度也与所述通道的横截面面积成比例并且从而可容易地 调整。所述绞距，导体直径，以及绝缘体厚度不需要改变。然而，所述通道的横 截面面积可以被调整以获得与所述双绞线的其他物理以及电特性平衡所需要的 信号速度。这在多对线缆中尤其有用。所述线缆的延时偏差可以被认为是所述最 快的双绞线与最慢的双绞线之间的信号速度的差异。通过增加所述最慢的双绞线 的绝缘中的所述通道的横截面面积，其信号速度可以被增加并且从而更加接近地 与所述最快的双绞线的信号速度匹配。所述匹配越接近，所述延时偏差越小。与未通道化的绝缘相比，通道化的绝缘具有减少的耗散因数。所述耗散因数 反映由所述绝缘在所述线的长度上吸收的能量的数量，并且相关于信号速度和强 度。随着耗散因数增加，所述信号速度和强度减少。所述集肤效应是指所述线上的信号在接近所述导体的表面行进。这也恰好是在所述绝缘的耗散因数为最低的 地方，于是所述信号速度在这里为最快。随着从所述导体的距离的增加，所述耗 散因数增加并且所述信号速度开始变慢。在没有通道的绝缘导体中，所述耗散因 数的差异是标定的。随着向绝缘增加通道，由于所述信号行进穿过的介质的DK 较低，所述绝缘的耗散因数显著地减少。从而，通道的引入建立了所述通道中的 信号速度显著不同的情况，即比所述绝缘的其余部分中的信号速度快。有效地， 绝缘导体被建立为具有两个不同的信号速度，其中所述信号速度能够相差大于约10%。所述通道16， 16'邻接于所述导体12的所述外周表面19的放置也没有损 害所述绝缘导体的物理特性，其反过来保持了所述绝缘导体的电特性。因为所述 绝缘导体的外表面是完整的，污染物没有机会被容纳到所述通道中。结果是所述 绝缘的DK在所述线缆的长度上不改变，并且所述DK不被所述污染物负面地影 响。通过将所述通道放置在所述导体附近，所述绝缘导体的抗压性能没有受损。 即，充分的绝缘在适当的位置，所以所述通道不容易塌陷。另外，所述绝缘也防 止了当扭转应力被施加到所述绝缘导体时所述通道的形状不被显著地扭曲。从 而，正常的活动，即制造，储存和安装，不会负面地影响本发明的绝缘导体的物 理特性，且延伸地影响其电特性。除了对所述线10的电特性的所需要的影响之外，所述绝缘14， 14'还具有 经济和防火的优点。所述绝缘14， 14'中所述通道16， 16，以及22减少了制造 所述线10的材料成本。用于所述绝缘14， 14'的绝缘材料的数量与非通道化的 绝缘相比显著减少，并且填充气的成本是免费的。换句话说，当与非通道化的绝 缘相比时，可以从预先确定数量的起始材料来制造更大长度的所述绝缘14， 14'。 所述通道16， 16'以及22的数量以及横截面面积将最终确定材料成本减少的大 小。用于所述绝缘14， 14'的材料的数量的减少也减少了所述线10的燃料负载。 绝缘14， 14'释放更少的分解副产品，因为其在每个单位长度具有相对更少的绝 缘材料。随着减少的燃料负载，所释放的烟的数量以及火焰蔓延的速率以及燃烧 期间产生的热的数量都被显著地减少了，并且通过相关的火安全规范，如国家防火协会(NFPA) NFPA255， 259以及262的几率显著地增加。通过使待比较的该 线经受保Underwriters Laboratory (UL) UL910 Steiner Tunnel 燃烧测试，可以 得到所释放的烟的数量和火焰蔓延的速率的比较。所述Steiner Tunnel燃烧测试 用作NFPA 255和262标准的基础。在每个情况下，具有通道化绝缘，其中所述 通道包含空气的线将比具有未通道化的绝缘的线产生的烟至少要少10%。同样 地，火焰蔓延的速率将比未通道化的绝缘至少要少10%。本发明的一优选的实施例是线IO，其具有含氟聚合物制成的绝缘14， 14'， 其中所述绝缘厚度小于约0.010英寸，同时所述绝缘导体的直径小于约0.042英 寸。另外，所述线的总DK优选地为小于约2.0，同时所述通道的横截面面积至 少2.0X10—s平方英寸。所述优选实施例被经受多种测试。在水入侵测试中， 一长度的通道化绝缘导 体被放置在加热到9(TC的水中，并且被保持30天。即至在这些不利的条件下， 没有证据表明水入侵到所述通道中。在扭转测试中，12英寸长的通道化绝缘导 体被绕着所述导体的轴扭曲180° 。所述通道保留其大于95%的横截面面积未扭 曲。当两个绝缘导体被缠绕在一起时可得到类似的结果。在抗压强度测试中，测 量一长度的通道化的绝缘导体在压前和压后的DK。所述绝缘导体的之前和之后 的DK的变化小于0.01。虽然所述绝缘典型地是由单色的材料制成的，也可能需要多色的材料。例如， 有色材料的条纹可以被包括在所述绝缘中。所述有色的条纹主要充当视觉指示器 以使几个绝缘导体可以被识别。典型地，尽管不必如此，所述绝缘材料是统一的， 只有在条纹之间的颜色是不同的。优选地，所述条纹不干扰所述通道。一些可接受的导体12的例子包括固态导体和几个缠绕在一起的导体。所述 导体12可以是由铜，铝，包钢铜以及镀铜制成。已经发现铜是最佳的导体材料。 另外，所述导体可以是玻璃或者塑料纤维，这样就产生了光缆。所述线可以包括导体72，其在其外周表面76中具有一个或者多个通道74， 如图7中所示。在本发明的该特定方面，通道化的导体72被绝缘78围绕以形成 绝缘的，通道化的导体80。可将所述单个的绝缘导体缠绕在一起以形成双绞线。 双绞线又可以被缠绕在一起以形成多对线缆。任意多对双绞线可以被使用在一线 缆所述一个或者多个通道74通常平行于所述线的纵轴伸展，尽管并非必须是这种情况。由于多个通道74排列在导体72的外周表面76上，从而在所述导体 上产生一系列的脊82和槽84。如图7中所示，通道化的导体72可以与通道化的绝缘78组合，尽管不必须 是这种情况。所述通道化的绝缘78的腿86优选地在脊82处与所述通道化的导 体72接触。这种对准有效地将所述绝缘78的通道88与所述导体的通道74组合 起来，产生了显著地更大的通道。所述更大的通道可以导致协作效果，其对该线 的增强超过了单独由通道化的绝缘或者通道化的导体提供的增强。通道化的导体与平滑的导体相比具有两个显著的优点。第一，所述导体的表 面面积被增加而没有增加所述导体的整体直径。由于集肤效应使表面面积的增加 是重要的，在该处所述信号在所述导体的所述外周表面处或附近行进。通过增加 所述导体的表面面积，所述信号能够行进通过更多的面积而所述导体的尺寸保持 相同。与平滑的导体相比，更多的信号能够行进在所述通道化的导体上。换句话 说，通道化的导体比平滑的导体具有更大的传输数据的容量。第二，在所述导体 的通道中空气或者其他低DK材料的使用减小了包括通道化导体的所述线的有效 DK。如上面针对所述通道化的绝缘所讨论的，所述线的较低的整体DK因为几 个原因是优越的，所述原因包括增加的信号速度以及较低的衰减和延时偏差。另 外，在所述导体的通道中低DK材料例如空气的使用也增强了信号行进的集肤效 应。这意味着所述信号行进更快并且具有更少的衰减。合起来，所述通道化导体 优于平滑导体的两个优点产生了具有更大的容量和更快的信号速度的线。通道化导体也具有优于平滑导体的其他附加的优点，如减少的材料成本，原 因在于与非通道化的或平滑的导体相比可以从预先确定数量的起始材料制造更大长度的通道化导体。所述通道的数量和横截面面积将最终确定材料成本减少的 大小。外护套20可以形成在所述双绞线对上并且可以是由任何常规处理形成的箔 屏蔽。可以用于形成所述外护套的一些更常见的处理的例子包括喷射模塑法以及 挤压模塑法。优选地，所述护套由塑料材料，如含氟聚合物，聚氯乙烯(PVC)， 或者适合于通信线缆使用的PVC等价物组成。如上面所记录的，本发明的线被设计为具有最小的DK。除通道化的绝缘和导体的使用之外，具有最小的DK的线能够通过使用改进的隔离芯而获得。如同所述绝缘和导体，所述线可以包括外护套50，其包括通道52，如图6中所示。 在本发明的此特定方面中，所述通道化的护套50围绕所述芯元件54以形成隔离 芯56。所述芯元件是至少一个隔离导体；典型地，所述芯元件包括多对双绞线。 另外地，所述芯元件可以包括前面讨论的导体，绝缘，屏蔽以及分离器的任意组 合。例如，图6示出了隔离芯56，其具有彼此围绕缠绕的四对双绞线58， 60， 62和64并且被通道化的护套50围绕。一般地，上面相关于用于通道化绝缘的化学的以及结构的优点的全部讨论也 适于通道化的护套；就是说，与具有低DK的绝缘是所需要的原因相同，具有低 DK的护套也是所需要的。所述护套的低DK给予所述线类似的有利的物理，电 以及传输特性，如所述通道化绝缘那样。例如，所述套中的通道降低了所述套的 整体DK，其整体上增加了用于覆上套的线的信号速度并且减少了衰减。同样地， 通过使用通道所述护套的耗散因数被显著地减小，从而增加了芯元件附近的信号 速度。原离所述芯元件的信号速度没有同样多地增加，从而给出实际上具有两个 不同的信号速度的线；内部信号速度和外部信号速度。信号速度中的差异可能是 显著的；例如，内部信号速度可以快于外部信号速度超过约2%。优选地，所述 信号速度中的差异是在约5%， 10%或更多的量级上。换句话说，所述通道化的 护套可以具有多于一个DK，这样使所述护套包括具有不同DK的同心部分，并 且从而具有不同的信号速度。除了在所述护套中观测到的所述速度差异之外，信 号速度的差异也可以在通道化绝缘的内部和外部部分之间被观测到。所述护套或者绝缘的耗散因数可以通过选择用于内部部分和外部部分的材 料的合成密度来调整。如名称所提示的，所述合成密度是对于给定体积的材料， 绝缘或者是护套的材料的重量。与具有较高合成密度相比，具有较低合成密度的 材料具有较低的耗散因数。例如，通道包含空气的通道化的护套将比未通道化的 护套具有更低的合成密度。在所述通道化的护套中，所述护套材料的相当大的部 分被更轻的空气所代替，从而减小了所述护套的合成密度，其反过来又减小了所 述护套的耗散因数。合成密度的差异可以用不同于所述护套或者绝缘中的通道的 装置来实现。如对于通道化的绝缘一样，需要最大化所述护套中通道的横截面面积，最小化所述护套的腿在所述芯元件上占据的面积，始终保持所述线的物理整体性。与 未通道化的护套相比，防火和经济优点也可以从通道化的护套得到。在具有优选的特性平衡的线中，所述通道化的护套具有多个通道，但是所述 通道中没有一个通道的横截面面积大于所述护套的横截面面积的约30%。另外，所述优选的通道具有至少2.0X 10—5平方英寸的横截面面积。 一个有用的线具有少 于约0.25英寸的隔离的芯直径，而所述优选的通道化的护套的厚度少于约0.030 英寸。在本发明的优选的方面中，所述线包括具有通道的一个或者多个部件，以使 所述线包括通道化的导体，通道化的绝缘或者通道化的护套。在一个更优选的方 面中，所述线包括通道化部件的组合，包括其中导体，绝缘和护套三者都被通道 化的那些实施例。当所述通道化部件被组合使用时，可得到的线的DK显著低于 没有通道的可比尺寸的线的DK。本发明也包括用于制造具有通道化绝缘的线的方法和装置。所述绝缘优选地 使用常规的挤出处理挤出在所述导体上，尽管其他的制造处理是合适的。在典型 的绝缘挤出装置中，当绝缘材料到达所述压出机的十字头时，所述绝缘材料处于 塑性状态，不完全是固态并且不完全是液态。所述十字头包括尖端，其限定了所 述挤出绝缘的内部直径以及物理特性。所述十字头也包括一个模(die)，其限定 了所述挤出绝缘的外部直径。所述尖端和模帮助将所述绝缘材料放置在所述导体 的周围。已知的尖端和模组合使用具有纯粹圆柱形的尖端提供在横截面处具有相 对均匀厚度的绝缘材料。已知尖端和模组合的目标是提供具有均匀和一致厚度的 绝缘。在本发明中，所述尖端提供具有内部物理特征，例如通道的绝缘，。另一 方面，所述模将提供相对不变外部直径的绝缘。本发明的所述尖端和模组合提供 了具有几个厚度的绝缘。如图2中所示的绝缘14是通过使用如图4中所表示的挤出尖端30而获得的。 所述尖端30包括孔32，在所述挤出过程中所述导体通过它被馈送。所述尖端30 上的凸区(land) 34包括许多槽36。在所述挤出过程中，所述尖端30与所述模 组合，形成随后可被应用到所述导体12的绝缘14。具体地，在此实施例中，所 述凸区34的所述槽36产生所述绝缘14的腿18，以使所述腿18接触所述导体 12 (或者一层未通道化的绝缘)。所述凸区34上的所述槽36之间的突出38有效地阻塞了所述绝缘材料，从而在所述绝缘材料被挤出时在其中产生所述通道16。如图3中所示的绝缘14'是通过使用如图5中所表示的挤出尖端而获得的。 所述尖端30'包括一孔32，在所述挤出过程中所述导体通过它被馈送。类似于 图4的所述尖端，所述尖端30'的凸区34包括被突出38'分开的许多槽36'。 在此实施例中，所述槽36'是凹的，而所述突出38'是平顶的。所述凸区34的 所述槽36'以及突出38'—起形成所述绝缘的凸出的腿18'以及平顶的通道16'。 另外，所述尖端30，还包括许多与所述凸区34间隔开的棒40。所述棒40的作 用类似于突出38'并且有效地阻塞所述绝缘材料，从而产生被绝缘14'围绕的 长通道22，如图3中所示。除了提供上面讨论的减少的成本，重量和尺寸，以及所述品质增强之外，还 有更多的优点被提供到线10。己经发现与现有技术的线相比本发明的线具有较高 的耐受温度。在用于高温环境或者在操作过程中其自身产生显著的热时，所述线 提供增强的性能。虽然这些情况对大多数通信线是非典型的，其对于其他类型的 线，如使用在内燃机环境或者高安培数条件下的仍然需要绝缘的情况下的线，是 有意义的问题。包括气体如空气的通道的使用增强了所述导体的热耗散，同时也 对整体线提供了提高的热阻。另外，本发明的附加的优点包括增强的线的挠性，允许所述线被增加地弯曲 而避免扭结或者潜在地损坏线。另外，设置在所述绝缘和所述导体之间的充气的 通道的存在甚至提供了改进的可剥除性。因此，当所述线必须被附着到配套部件 如导线连接器时，所述绝缘可以被更容易地从所述线的末端分离以暴露下面的导 体。尽管结合某些具体的实施例具体地描述了本发明，需要理解其是用于说明并 且不是限制，并且所附权利要求的范围应该被解释为与现有技术所允许的一样 广。
权利要求
1.一种电信线缆，包括护套；位于护套内的第一线对，该第一线对包括第一线和第二线，该第一和第二线彼此缠绕；位于护套内的第二线对，该第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四线彼此缠绕；第一、第二、第三和第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每一个所述绝缘体限定了基本上沿导体的长度延伸的多个绝缘通道，所述绝缘通道包含气体；且与对应于第二和第三线的绝缘体的绝缘通道相比，对应于第一和第二线的绝缘体的绝缘通道限定了较大的横截面面积。
2. 根据权利要求l的电信线缆，其中，所述导体具有暴露于绝缘通道内的 气体的外表面。
3. 根据权利要求l的电信线缆，其中，至少一些绝缘通道被绝缘体完全围起°
4. 根据权利要求l的电信线缆，其中，所述第一线对的传输速度低于第二 线对的传输速度。
5. 根据权利要求l的电信线缆，其中，所述绝缘体包括聚烯烃材料。
6. 根据权利要求l的电信线缆，其中，所述绝缘体包括含氟聚合物材料。
7. 根据权利要求l的电信线缆，其中，所述绝缘通道的内侧受所述导体的 外表面的限制。
8. 根据权利要求1的电信线缆，其中，在绝缘通道内的所述气体包括空气。
9. 一种电信线缆，包括护套， 、位于护套内的第一线对，该第一线对包括第一线和第二线，该第一和第二线彼此缠绕；位于护套内的第二线对，该第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四 线彼此缠绕；第一、第二、第三和第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每一个绝缘体限定了多个包含气体的绝缘通道；且与对应于第二和第三线的绝缘体的绝缘通道相比，对应于第一和第二线的 绝缘体的绝缘通道限定了较大的横截面面积，其中，与在对应于第一和第二线 的绝缘体与对应于第二和第三线的绝缘体的绝缘通道限定相同橫截面面积时相 比，该横截面面积的差被选用以降低第一和第二线对之间的延迟偏差。
10. 根据权利要求9的电信线缆，其中，所述导体具有暴露于绝缘通道内 的气体的外表面。
11. 根据权利要求9的电信线缆，其中，至少一些绝缘通道被绝缘体完全 围起。
12. 根据权利要求9的电信线缆，其中，所述第一线对的传输速度低于第 二线对的传输速度。
13. 根据权利要求9的电信线缆，其中，所述绝缘体包括聚烯烃材料。
14. 根据权利要求9的电信线缆，其中，所述绝缘体包括含氟聚合物材料。
15. 根据权利要求9的电信线缆，其中，所述绝缘通道的内侧受所述导体 的外表面限制。
16. 根据权利要求9的电信线缆，其中，在绝缘通道内的所述气体包括空气。
17. —种电信线缆，包括 护套，位于护套内的第一线对，该第一线对包括第一线和第二线，该第一和第二 线彼此缠绕；位于护套内的第二线对，该第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四 线彼此缠绕；第一、第二、第三和第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每 一个绝缘体限定了多个包含气体的绝缘通道；且所述绝缘通道向对应于第一和第二线的绝缘体提供的介电常数不同于对应 于第三和第四线的绝缘体的介电常数。
18. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述导体具有暴露于绝缘通道内的气体的外表面。
19. 根据权利要求17的电信线缆，其中，至少一些绝缘通道被绝缘体完全 围起。
20. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述第一线对的传输速度低于第 二线对的传输速度，且第一和第二线的绝缘体的介电常数低于第三和第四线的 绝缘体的介电常数。
21. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述绝缘体包括聚烯烃材料。
22. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述绝缘体含氟聚合物材料。
23. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述绝缘通道的内侧受所述导体 的外表面限制。
24. 根据权利要求17的电信线缆，其中，在绝缘通道内的所述气体包括空气。
25. 根据权利要求17的电信线缆，其中，第一和第二线对彼此缠绕以形成心。
26. 根据权利要求17的电信线缆，其中，第一、第二、第三和第四线的导 体均具有相同的外径，且其中，第一、第二、第三和第四线的绝缘体均使用相 同的材料构成。
27. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述绝缘体通过使用挤出尖端被 挤出在导体的周围，所述挤出尖端包括孔以及沿所述挤出尖端的纵轴延伸的多 个径向排列的槽，其中，在挤出过程期间，所述导体被馈送通过所述孔，并且 所述槽造成了在所述绝缘体的绝缘通道之间限定的腿。
28. 根据权利要求17的电信线缆，其中，至少一个绝缘通道的形状选自于包括矩形、梯形和拱形的组。
29. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述电信线缆通过了国家防火协 会测试255。
30. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述电信线缆通过了国家防火协 会测试259。
31. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述电信线缆通过了国家防火协 会测试262。
32. 根据权利要求17的电信线缆，其中，所述绝缘体被配置为使得在其被 浸没在加热到90摄氏度的水中30天时，基本上没有水侵入绝缘通道。
33. 用于制造电信线缆的方法，所述电信线缆包括具有彼此缠绕的第一和 第二线的第一绞线对和具有彼此缠绕的第三和第四线的第二绞线对，该第一、 第二、第三和第四线的每一个包括由绝缘体围绕的导体，通过挤出过程在第一、第二、第三和第四线的导体的周围涂敷绝缘层；在挤出过程期间在绝缘层内形成延伸的绝缘通道，对应于第一和第二线的 绝缘体的绝缘通道限定的横截面面积大于由对应于第三和第四线的绝缘体的绝 缘通道限定的横截面面积；将第一和第二线缠绕在一起以形成第一线对；将第三和第四线缠绕在一起以形成第二线对；以及将第一和第二线对缠绕在一起。
34. 根据权利要求33的方法，其中，所述挤出过程包括使每个导体穿行通 过挤出十字头，并将聚合绝缘材料挤出该十字头，挤在每个导体周围，以形成 具有延伸的绝缘通道的绝缘层。
35. 降低第一绞线对和第二绞线对之间的延迟偏差的方法，^f述第一绞线 对的传输速度低于第二绞线对的传输速度，该方法包括在用于形成第一绞线对的第一导体上提供第一绝缘体，该第一绝缘体包括 第一纵向通道；在用于形成第二绞线对的第二导体上提供第二绝缘体，该第二绝缘体包括第二纵向通道；以及设计第一和第二纵向通道使得第一纵向通道向第一绝缘体提供的介电常数 低于第二纵向通道提供给第二绝缘体的介电常数。
全文摘要
本发明涉及电信线缆、其制造方法及降低绞线对之间延迟偏差的方法。所述电信线缆包括护套；位于护套内的第一线对，该第一线对包括第一线和第二线，该第一和第二线彼此缠绕；位于护套内的第二线对，该第二线对包括第三线和第四线，该第三和第四线彼此缠绕；第一、第二、第三和第四线的每一个包括导体和围绕该导体的绝缘体，每一个所述绝缘体限定了基本上沿导体的长度延伸的多个绝缘通道，所述绝缘通道包含气体；且与对应于第二和第三线的绝缘体的绝缘通道相比，对应于第一和第二线的绝缘体的绝缘通道限定了较大的横截面面积。
文档编号H01B13/00GK101266846SQ20081000024
公开日2008年9月17日 申请日期2003年9月8日 优先权日2002年9月24日
发明者吉姆·L·迪克曼, 弗雷德·约翰斯通, 斯普林·斯蒂茨曼, 斯科特·云斯特, 杰夫·斯蒂茨曼, 罗伯特·肯尼, 达夫·维克霍斯特 申请人:Adc公司