網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)論文
[關(guān)鍵詞]通信論文
引言
車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜是機(jī)車(chē)(城市地鐵、輕軌和鐵路列車(chē))網(wǎng)絡(luò)通信的主要傳輸通道,其質(zhì)量直接影響著機(jī)車(chē)的控制和信息傳輸精度。為了滿(mǎn)足機(jī)車(chē)特殊環(huán)境對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜提出的較高使用要求,本公司對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜進(jìn)行了自主開(kāi)發(fā)和研制。
1車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的性能要求
為了確保機(jī)車(chē)的安全控制和信息傳輸精度,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜必須具有如下性能:a.具有一般網(wǎng)絡(luò)電纜的傳輸性能;b.耐溫等級(jí)達(dá)到100℃;c.低煙無(wú)鹵阻燃;d.嚴(yán)格的外徑限制;e.良好的柔軟性;f.優(yōu)秀的耐環(huán)境和耐臭氧、耐油性能。以上性能要求使得車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝難度都大大增加。
2車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
。玻保睂(dǎo)體設(shè)計(jì)為了適應(yīng)機(jī)車(chē)的特殊使用環(huán)境,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜必須柔軟性好,因此其導(dǎo)體采用了軟絞合導(dǎo)體。根據(jù)GB/T3956《電纜的導(dǎo)體》規(guī)定,其中5類(lèi)和6類(lèi)導(dǎo)體均能滿(mǎn)足車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜柔軟性的要求。但如果采用該兩類(lèi)導(dǎo)體,則導(dǎo)體的圓整度和外表光滑度都無(wú)法滿(mǎn)足通信電纜傳輸性能要求。這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)用通信電纜的傳輸頻率較高,最高可達(dá)20MHz,信號(hào)主要沿導(dǎo)體表面?zhèn)鬏,為防止信?hào)在傳輸過(guò)程發(fā)生波動(dòng)和反射,導(dǎo)體必須圓整光滑。因此,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜導(dǎo)體采用了正規(guī)絞合方式,這也是目前國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)通信電纜生產(chǎn)廠商基本采用的導(dǎo)體絞合方式,雖不符合GB/T3956標(biāo)準(zhǔn)對(duì)導(dǎo)體的要求,但導(dǎo)體性能卻能夠滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)通信要求。另外,為了滿(mǎn)足車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜使用的惡劣環(huán)境要求,導(dǎo)體采用了鍍錫絞合導(dǎo)體。綜上所述,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜導(dǎo)體采用正規(guī)絞合的鍍錫絞合導(dǎo)體,導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)盡量接近GB/T3956標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5類(lèi)導(dǎo)體要求。2.1.2絕緣設(shè)計(jì)目前,一般網(wǎng)絡(luò)用通信電纜絕緣大多采用皮-泡-皮聚乙烯(PE)絕緣結(jié)構(gòu),這種絕緣結(jié)構(gòu)的電纜具有優(yōu)良的電氣傳輸性能,可以很好地滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)通信電纜的需求。但對(duì)于機(jī)車(chē)上使用的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜,由于車(chē)體上特殊的環(huán)境溫度,電纜絕緣層的耐溫等級(jí)必須達(dá)到規(guī)定的要求。根據(jù)目前鐵路電纜相關(guān)規(guī)定,電纜耐溫等級(jí)低于100℃時(shí)是不允許上車(chē)的,這就要求車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜絕緣必須比一般通信電纜絕緣達(dá)到更高的耐溫等級(jí)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有絕緣材料分析、篩選,制定并驗(yàn)證了以下幾種設(shè)計(jì)方案:a.使用氟塑料發(fā)泡絕緣。雖然這種絕緣的耐溫等級(jí)可達(dá)到200℃,且氟塑料的介電常數(shù)小,可很好地滿(mǎn)足車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的傳輸要求,但經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),氟塑料發(fā)泡絕緣工藝控制難度較大,生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定,生產(chǎn)過(guò)程中浪費(fèi)較大,且氟塑料的價(jià)格昂貴,這給生產(chǎn)和銷(xiāo)售帶來(lái)了一定的困難。b.使用交聯(lián)PE(XLPE)絕緣。雖然這種絕緣方式可使電纜耐溫等級(jí)提高到105℃,但由于XLPE絕緣料的介電常數(shù)相對(duì)較大,如果要保證產(chǎn)品電氣性能達(dá)到要求,則絕緣外徑尺寸必須加大,使得整個(gè)電纜的外徑增大,滿(mǎn)足不了機(jī)車(chē)電纜對(duì)外徑的嚴(yán)格要求。c.采用輻照交聯(lián)皮-泡-皮PE絕緣。通過(guò)咨詢(xún)材料廠家并研究了相關(guān)資料后,認(rèn)為理論上可通過(guò)交聯(lián)的方式來(lái)提高皮-泡-皮PE絕緣層的耐溫等級(jí),但這種方式目前國(guó)內(nèi)外還從未曾使用過(guò),缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參考。為了了解發(fā)泡結(jié)構(gòu)PE絕緣層輻照時(shí)的輻照劑量以及輻照后性能能否達(dá)到理想效果,選取了大量皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)樣品進(jìn)行輻照交聯(lián)試驗(yàn)。在輻照交聯(lián)試驗(yàn)時(shí),先對(duì)采用不同輻照劑量輻照后的皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)樣品的輻照交聯(lián)效果進(jìn)行驗(yàn)證,然后選擇輻照交聯(lián)效果理想的皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)樣品進(jìn)行老化試驗(yàn),同時(shí)選取未經(jīng)輻照的皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。老化試驗(yàn)是在同一個(gè)恒溫爐中進(jìn)行的,試驗(yàn)溫度為158℃,試驗(yàn)時(shí)間為168h。老化試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)現(xiàn),未經(jīng)輻照的皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)的絕緣層已經(jīng)熔化,絕緣發(fā)泡層嚴(yán)重收縮,絕緣材料粘在掛鉤上,并有明顯的滴流痕跡;而經(jīng)過(guò)輻照交聯(lián)的皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)的絕緣形狀和外觀基本保持完好,掛鉤上未粘有絕緣材料。這初步證明了經(jīng)過(guò)輻照交聯(lián)后皮-泡-皮PE絕緣結(jié)構(gòu)的耐溫等級(jí)有了大幅提高。為了進(jìn)一步驗(yàn)證輻照交聯(lián)后皮-泡-皮PE絕緣的耐熱性,采用電鉻鐵對(duì)輻照交聯(lián)皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)和未經(jīng)輻照的皮-泡-皮PE絕緣單線(xiàn)進(jìn)行了直觀的耐熱對(duì)比。當(dāng)溫度約為300℃的電鉻鐵輕放在絕緣表面3s后,未經(jīng)輻照的皮-泡-皮PE絕緣層很快熔化,而輻照交聯(lián)皮-泡-皮PE絕緣層則只有輕微的燙傷痕跡。通過(guò)該耐熱試驗(yàn)進(jìn)一步證明了輻照交聯(lián)皮-泡-皮PE絕緣的.耐熱承受能力大大優(yōu)于普通皮-泡-皮PE絕緣。因此,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的絕緣最終采用了輻照交聯(lián)皮-泡-皮PE絕緣結(jié)構(gòu)。2.1.3線(xiàn)對(duì)及纜芯設(shè)計(jì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的線(xiàn)對(duì)和纜芯的絞合與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信電纜基本相同,只是在選取包帶時(shí)應(yīng)充分考慮其使用環(huán)境的特殊性。目前纜芯包帶有很多種,如玻璃紙(PT)包帶、聚丙烯(PP)包帶、PE包帶、玻璃絲包帶、無(wú)紡布包帶、云母帶等。其中PT包帶和無(wú)紡布包帶燃燒時(shí)發(fā)煙量大,不滿(mǎn)足低煙要求;PE包帶雖然發(fā)煙量低,但耐溫等級(jí)只有70℃,達(dá)不到機(jī)車(chē)電纜的耐溫等級(jí)要求;玻璃絲包帶和云母帶的耐溫等級(jí)較高,且燃燒時(shí)的發(fā)煙量低,能夠滿(mǎn)足使用要求,但這兩種包帶的厚度太厚,會(huì)增加電纜外徑;而PP包帶的熔化溫度為270℃,在150℃時(shí)仍然保持較好的狀態(tài),可滿(mǎn)足機(jī)車(chē)電纜耐溫等級(jí)要求,同時(shí)PP包帶的相對(duì)介電常數(shù)小(約為2.0,小于PE包帶的介電常數(shù)),燃燒時(shí)基本不發(fā)煙,這些性能都能很好滿(mǎn)足機(jī)車(chē)電纜的要求。因此,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜最終選。校邪鼛ё鳛槔|芯包帶。另外,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的線(xiàn)對(duì)和纜芯的絞合節(jié)距在確保電纜性能的前提下應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)小些,以保證電纜的柔軟性和串音、阻抗等電氣參數(shù)的穩(wěn)定性。2.1.4屏蔽層設(shè)計(jì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜必須具有良好的屏蔽性能,防止電磁干擾,同時(shí)還必須滿(mǎn)足柔軟性要求,以適應(yīng)于機(jī)車(chē)內(nèi)部安裝敷設(shè)。由此,借鑒了同軸電纜的屏蔽方式,即屏蔽層采用0.04mm單面鋁箔縱包(防電磁輻射)+0.15mm鍍錫銅線(xiàn)編織屏蔽(防磁場(chǎng)輻射)結(jié)構(gòu),鋁箔搭蓋寬度不小于3mm,編織密度不小于85%。該屏蔽結(jié)構(gòu)可使外界電磁輻射及磁場(chǎng)輻射直接入地而對(duì)內(nèi)層導(dǎo)體不干擾,既保證電纜有良好的屏蔽性能,又滿(mǎn)足了電纜的柔軟性。2.1.5護(hù)套料的選取由于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的特殊使用環(huán)境,因此其外護(hù)套應(yīng)具有低煙無(wú)鹵阻燃性能、優(yōu)良的耐高低溫性能(耐高溫等級(jí)最低為105℃,耐低溫等級(jí)為-25℃或-40℃)、優(yōu)良的耐環(huán)境性能和耐臭氧性能,有的場(chǎng)所還需要其具有耐燃料油和礦物油等性能。目前,應(yīng)用較多的低煙無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料有低煙無(wú)鹵阻燃輻照交聯(lián)聚烯烴護(hù)套料、阻燃低鹵的改性氯磺化PE護(hù)套料等。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有低煙無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料分析、篩選后,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜選用125℃低煙無(wú)鹵阻燃輻照交聯(lián)耐油聚烯烴護(hù)套料,該材料耐溫等級(jí)為125℃,具有優(yōu)秀的耐環(huán)境和耐油性能,且工藝比較成熟,價(jià)格相對(duì)便宜,性能穩(wěn)定。
2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證
。玻玻睒悠吩囍聘鶕(jù)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,在2015年試制了一根1000m長(zhǎng)規(guī)格為2×2×0.5mm2的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜(結(jié)構(gòu)如圖1所示),要求電纜的外徑不大于9.5mm,1MHz時(shí)的特性阻抗為(120±10)Ω,電纜的耐溫等級(jí)為-40~100℃。該車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的試制方案如下:導(dǎo)體采用19×0.18mm的正規(guī)絞合導(dǎo)體,導(dǎo)體為鍍錫導(dǎo)體,為滿(mǎn)足高頻線(xiàn)路傳輸要求,導(dǎo)體絞合過(guò)程進(jìn)行了輕微的緊壓,以保證導(dǎo)體外表的光滑度和圓整度;絕緣采用物理發(fā)泡皮-泡-皮PE絕緣結(jié)構(gòu),絕緣單線(xiàn)經(jīng)過(guò)輻照交聯(lián)(輻照劑量的控制為工藝關(guān)鍵);線(xiàn)對(duì)絞合和纜芯絞合與數(shù)據(jù)電纜相同,包帶為PP包帶;屏蔽層采用鋁箔+鍍錫銅線(xiàn)編織,編織密度不小于85%;護(hù)套采用125℃低煙無(wú)鹵阻燃輻照交聯(lián)耐油聚烯烴護(hù)套料(護(hù)套具有耐燃料油和礦物油性能)。2.2.2性能檢測(cè)對(duì)試制的1000m長(zhǎng)2×2×0.5mm2車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜樣品進(jìn)行了電氣性能測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表1所示。首先進(jìn)行了第一次電氣性能測(cè)試,各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果均滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求;隨后選取一圈100m的電纜整體放入恒溫老化箱中進(jìn)行老化試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為158℃,試驗(yàn)時(shí)間為168h,老化試驗(yàn)完成后將電纜從老化箱中取出,放置24h后進(jìn)行第二次電氣性能測(cè)試,各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果與老化試驗(yàn)前的第一次性能測(cè)試結(jié)果基本一致,也均滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求;再將該圈100m的電纜樣品放入老化箱中做耐溫試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為105℃,試驗(yàn)時(shí)間為24h,耐溫試驗(yàn)后立即進(jìn)行第三次電氣性能測(cè)試,各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果與老化試驗(yàn)前的第一次性能測(cè)試結(jié)果基本一致,只有衰減下降較多,但將105℃衰減值換算到20℃時(shí)(衰減的溫度系數(shù)為0.002dB(100m)-1℃-1),該衰減值也能滿(mǎn)足要求。經(jīng)檢測(cè),該2×2×0.5mm2車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜樣品的護(hù)套厚度為0.6mm,外徑為9.3mm,電纜的彎曲性能及物理機(jī)械性能也都滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。之后,對(duì)該電纜取樣依據(jù)GB/T19666進(jìn)行成束燃燒試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)中B類(lèi)指標(biāo),同時(shí)其無(wú)鹵、低煙指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。這表明車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案完全可行且合理。
3車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)
在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜產(chǎn)品首件測(cè)試合格后,對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜進(jìn)行了批量的驗(yàn)證,各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求,且性能穩(wěn)定。本公司將自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的首批車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜委托交大思諾科技有限公司使用,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)近兩年使用后,該批車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜運(yùn)行效果良好,并取得了用戶(hù)使用報(bào)告。隨后該公司和其它一些設(shè)備、車(chē)輛廠家陸續(xù)訂購(gòu)了本公司的該類(lèi)電纜,使用后非常滿(mǎn)意。
4結(jié)束語(yǔ)
本文車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信電纜的設(shè)計(jì)方案是在實(shí)踐基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的,該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是絕緣層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),它既要滿(mǎn)足通信電纜的傳輸性能要求,又要具有較高的耐溫等級(jí)要求。另外,該電纜產(chǎn)品為系列規(guī)格,今后會(huì)對(duì)整個(gè)系列進(jìn)行研發(fā)和完善。
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