電信電纜

電信號的傳輸線，它是各種電子系統中不可缺少的傳輸媒介；電信電纜用途遍及電子技術各個領域。

電信號的傳輸線。它是各種電子系統中不可缺少的傳輸媒介。電信電纜用途遍及電子技術各個領域。

發展簡況最早出現的電信電纜，是1851年敷設在英國多佛爾到法國加萊之間的英吉利海峽海底電報電纜。它採用銅導體和馬來橡膠絕緣，利用海水構成迴歸導體，在40公里距離內成功地進行了電報信號的傳輸。1892年出現了紙絕緣多對數電話電纜。20世紀以來陸續出現 3、12、24直至 120路電話的載波對稱電纜。為適應通信容量大幅度增長的需要，1929年發明了同軸電纜，先後開通480話路、1800話路,到80年代已開通10800路電話,最高使用頻率已達60兆赫。20年代出現射頻電纜，用來代替早期無線電台採用的架空平行雙線或硬同軸管作為發射機至天線的饋線。第二次世界大戰以後，由於電子技術的進步和聚乙烯、聚四氟乙烯等高頻介質的出現，射頻電纜的品種增加、性能提高。應計算機、核子技術和航天技術發展的要求，現代又有各種具有獨特結構和特殊性能的電纜，例如重量輕、體積小的帶狀電纜，耐輻照、耐高温電纜和低噪聲電纜等許多新品種。

結構電信電纜一般由導體、絕緣、屏蔽、護層和鎧裝等部分組成。

導體用以傳導電信號。它應具有良好的電性能，足夠的機械強度和一定的柔軟性。導體材料採用高電導率的銅、鋁等金屬。微小型電纜為了提高機械強度，採用銅包鋼線或銅合金作導體。根據不同要求，導體的結構有實心單線、多股絞線、編織套管、無縫光管、縱包光管和皺紋管等多種形式。在銅導體表面鍍銀可以提高電導率和抗氧化能力,鍍錫可提高耐腐蝕性和可焊性,鍍鎳可提高耐温等級。

絕緣用以支撐和分隔導體使各對導體分別構成傳輸信號的電迴路。絕緣材料應具有良好的電絕緣性，較高的機械強度，有一定的柔軟性，容易加工。常用的絕緣材料有紙(紙繩、紙帶、紙漿)、橡膠和塑料（聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯等）。現代電信電纜多數採用各種優質塑料或塑料與空氣絕緣。

屏蔽用於改善電纜的抗干擾性能。屏蔽結構通常有金屬線編織，金屬帶縱包或繞包和金屬管等幾種形式。採用銅-鐵-銅組成的多層屏蔽體可進一步提高屏蔽性能。

護層和鎧裝對電纜芯提供保護，承受壓力和拉力，並提高電纜對各種環境的適應能力。護層可由橡膠、塑料、金屬、塑料－金屬、玻璃絲、棉紗等材料製成。鎧裝有細鋼絲編織、鋼絲絞合和鋼帶繞包等形式。現代又有氬弧焊鋼管護層，能抵禦潮氣入侵和鼠、蟻等生物破壞，效果良好。

性能包括電氣、機械和物理性能。這些性能對於電信電纜的使用至關重要。

電性能包括一次參數、二次參數和其他參數。一次參數有電阻、電容、電感和絕緣電導，它們是電纜迴路的基本參數，取決於電纜的結構、材料和傳輸信號的頻率。二次參數指特性阻抗、衰減常數和相移常數，是表徵電纜迴路傳輸特性的重要參數，直接影響使用。二次參數可由一次參數導出。其中，特性阻抗表示沿電纜的各點行波信號的電壓與電流之比，即無限長電纜迴路所呈現的輸入阻抗。當電纜迴路的特性阻抗與負載阻抗相同時便不存在終端反射，電纜可向負載輸送最強的信號。衰減常數表示行波信號沿單位長度電纜迴路傳輸後的損耗程度。通常要求電纜衰減儘可能小，以提高傳輸效率。相移常數表示行波信號沿單位長度電纜迴路傳輸後相位滯後的程度。它對於相敏電子系統是很重要的指標。除一次、二次參數外，還有電壓駐波比、耐電強度、功率容量、速比、串音衰減和屏蔽衰減等其他表徵電纜電氣性能的參數。電纜迴路的不均勻會產生反射波，並沿電纜迴路形成駐波。駐波的波腹點與波節點的電壓之比稱為電壓駐波比。它與電纜的製造精度有關。電壓駐波比對信號的傳輸質量（特別對電視圖像的清晰度）很有影響，必須採取有效措施加以降低。耐電強度表示電纜迴路可以安全承受的電壓值,它取決於電纜的絕緣質量,是高壓電纜的主要指標。功率容量表示電纜可以安全傳輸而不會發生電擊穿或熱損壞的最大允許功率，對於通信、廣播、電視用的大功率饋線電纜這一指標十分重要。速比表示信號在電纜中和在自由空間中傳輸的速度之比，它與電纜絕緣的介質常數有關。串音衰減和屏蔽衰減均表徵電纜迴路的抗干擾能力。通常用串音衰減來衡量多對電纜內部各回路之間的干擾程度，而用屏蔽衰減來表徵電纜迴路對外界電信號的抗干擾能力。後者對於多對數電纜和電子設備密集系統中所用的電纜十分重要。

電信電纜的機械特性包括彎曲性能、抗張、抗壓、抗振、抗衝擊和耐磨等性能。物理性能包括尺寸、重量、阻燃、耐熱、耐寒、耐光老化、耐腐蝕、防潮濕、防鹽霧、防黴菌、防雷擊、防鼠、防蟻等。電纜要有良好的機械、物理性能，能承受各種機械應力，並在惡劣環境下電性能不惡化，從而保證長期可靠地工作。

分類電信電纜種類繁多，一般可按結構特點、使用頻率、絕緣形式、敷設方式和護層形式進行分類。從結構上分,有對稱電纜和同軸電纜兩大類。前者,組成電迴路的二根芯線對地是對稱的；後者則是由同心套置的兩個金屬導體構成電迴路。按使用頻率可分成低頻、高頻和射頻三種電纜。低頻電纜用於傳輸低頻或音頻信號，信號頻率約在 3千赫以下；高頻電纜（又稱載波電纜）用於傳輸載波信號，使用頻率已達60兆赫；射頻電纜主要用於傳輸頻率在0.5兆赫以上的信號,最高頻率可達20吉赫。從絕緣形式上可分成實芯絕緣、空心絕緣和半空氣絕緣電纜；從敷設方式上可分成架空、埋地、管道和海底電纜；從護層形式上可分成鉛包、鋁套、塑料護套和綜合護層電纜等。

市話電纜用於市內、近郊和廠礦等局部地區的電話線路。其通信距離短，芯線對數多，一般傳輸音頻信號。作為電話局間中繼線時,也可傳送脈碼調製信號,進行多路通信。市話電纜採用0.4～0.9毫米的軟銅線作導體，用紙、聚乙烯、泡沫聚乙烯及聚丙烯等作絕緣，保護層有鉛、鋁金屬、金屬－塑料綜合護層等。當電纜直接埋在地下或水中時，還需要加上鋼帶或鋼絲鎧裝。

長途通信電纜用途廣泛，品種繁多。低頻對稱通信電纜用作中繼線和鐵路調度電話用户線等，一般傳輸音頻電話。載波對稱通信電纜用作長途載波通信幹線，最高傳輸頻率為 552千赫。這兩種對稱通信電纜結構基本相同，但後者的電性能和製造精度要求較高。導體一般採用0.8～1.2毫米的軟銅單線，絕緣用紙繩－紙帶或泡沫聚乙烯。載波對稱通信電纜的絕緣還有聚苯乙烯繩-帶、聚乙烯繩-管和聚乙烯魚泡等形式。絕緣芯線控星絞方式絞合成四線組，最後將若干個四線組絞合成纜後再包上護層和鎧裝層。

同軸通信電纜在高頻下有良好的抗干擾性能，傳輸頻帶寬，衰減小，容量大，各國均廣為使用。按照同軸對的結構尺寸可分成大、中、小、微等四種同軸通信電纜。其中大同軸通信電纜用的不多，中同軸通信電纜的同軸對尺寸為2.6/9.4毫米，小同軸為1.2/4.4毫米，微同軸為0.7/2.9毫米。中同軸通信電纜的最高複用頻率為9、12、18及60兆赫四種,分別開通1800、2700、3600及10800路電話,一般用作大容量長途通信幹線。小同軸通信電纜的最高複用頻率為1.3、4、12及18兆赫，分別開通360、960、2700及3600路電話，用作中繼線和長途通信幹線。微同軸電纜用於數字通信系統。

中、小、微同軸電纜的同軸對一般由銅單線作內導體，縱包銅帶構成外導體。絕緣結構分別為聚乙烯墊片，聚乙烯魚泡及泡沫聚乙烯。整個電纜一般由同軸對、四線組及信號線等部分組成。圖1為中同軸綜合通信電纜同軸對結構和斷面圖。 海底通信電纜用來實現陸地與島嶼、島嶼之間以及洲際跨洋的有線通信。它和衞星通信一起構成當代的環球通信網。海底電纜歷史悠久，技術成熟，現代最大通信容量已達4000路電話。海底通信電纜有同軸和對稱兩種結構，前者用於長距離大容量線路，後者相反。海底電纜容易遭受海潮漲落的衝擊和艦船拋錨、捕魚活動的損傷,應有重型鋼絲鎧裝保護（圖2）。但敷設深度超過1000米時便不會受到這種危害，可採用無鎧裝（內鎧）結構，即在內導體中放入高強度鋼絲絞線來承受敷設和修理時起吊的電纜自重和跨越海底深溝所造成的張力。 射頻電纜用於無線電頻率的各種電信電纜，包括對稱、同軸和螺旋三種結構。其中同軸射頻電纜工作頻率範圍寬，是最主要的結構形式。

柔軟射頻同軸電纜用於小型電台收發天線的饋線和電子設備的連接線，是規格最多、用途最廣的基本射頻電纜系列。這一系列電纜的尺寸較小，內導體一般為銅單線或絞線，外導體多為銅絲編織。根據耐温等級的不同，絕緣可由聚乙烯或聚四氟乙烯構成。電纜護套層採用聚乙烯、聚氯乙烯或玻璃絲編織後浸漬硅有機漆等。

大功率射頻同軸電纜用作通信電台、電視發射台天線的饋線，具有大功率、低衰減等優點。它的尺寸較大，柔軟性稍差，一般用於固定敷設的場合。為了改善電纜的柔軟性，導體常採用皺紋銅管或皺紋鋁管，並採用空氣絕緣。採用耐高温介質或空氣絕緣和增大電纜結構尺寸是提高功率容量的最有效的途徑。

共用天線電視電纜又稱電纜電視電纜，用於大樓、電視盲區等共用天線電視接收系統、閉路電視系統和城市有線電視系統。這類電纜包括幹線、分支、分配和用户引入電纜等多個品種。它應具有電壓駐波比小、屏蔽性和經濟性好等特點。電纜為75歐同軸結構，幹線電纜多采用泡沫塑料絕緣，鋁管外導體；支線電纜多選用泡沫或實芯塑料絕緣，鋁－塑複合帶縱包或銅絲編織外導體結構。

漏泄同軸電纜與傳統的同軸電纜相反，在電纜的外導體上規律地開有各種形狀的槽孔，信號既沿電纜向終端傳輸，又有一部分通過槽孔發射出來。同時，外部信號也可通過槽孔被接收並沿電纜傳輸。這種電纜兼有傳輸線和收發天線兩種功能，用於地下鐵道和隧道等空間電磁波傳播不良的環境，可與移動對象進行通信和實行控制，圖3為典型的漏泄同軸電纜。 對稱射頻電纜用作無線電台對稱天線的饋線和高頻設備對稱迴路的連接線。它的兩根絕緣芯線可以絞合或平行配置。這種電纜可帶有屏蔽層，其形式可以是單根芯線屏蔽、絞合迴路屏蔽或二者兼有，當屏蔽性能要求較高時亦可採用雙層屏蔽。

帶狀電纜由多根導線以一定間距排列並固定在同一平面內構成的多芯電纜。與圓形電纜相比，具有佈線整齊，便於識別，成本低廉，端接方便等優點。在各種電子設備中廣泛採用。

低噪聲電纜特點是當受到衝擊、振動、壓力和彎曲等機械力作用時，電纜產生的噪聲很小，用於振動場合進行測量和微弱信號檢測系統。降低噪聲的措施一般是在外導體與絕緣之間引進硅油之類潤滑膜，以減小摩擦係數。此外，在絕緣與導體間加一層石墨之類的半導體層，可以泄漏所產生的分離電荷。

耐輻照電纜適用於原子能反應堆、高能加速器、核武器試驗場和航天器等各種具有強烈輻射的環境。核輻射使電纜的絕緣電阻和機械性能下降。耐輻照電纜的關鍵是選擇耐輻照的材料，主要是絕緣材料。它必須能承受中子、質子、電子等高能輻射作用。無機材料遠比有機材料耐輻照性能優越。在不少情況下還要求耐輻照電纜耐高温。耐高温的關鍵也是選用合適的材料。通常，耐輻照性能好的材料也具有耐高温性能。

超導同軸電纜用鈮、鉛等超導金屬作內外導體。它的特點是在深低温下電阻幾乎完全消失，可用作延遲線、超屏蔽的信號傳輸線等。