概述

　　在現(xiàn)在各類(lèi)型號(hào)的數(shù)據(jù)電纜生產(chǎn)中，zui重要也是zui基本的四個(gè)參數(shù)：特性阻抗（IMPEDANCE）、衰減（ATTENUATION）、近端串音（NEAR-END CROSSTALK）、結(jié)構(gòu)回波損耗（SRL）。相比之下，這四個(gè)參數(shù)中zui難控制應(yīng)是特性阻抗，尤其對(duì)于特殊的多工序控制的數(shù)據(jù)纜，如阻水五類(lèi)纜（UTP-ZS）、屏蔽五類(lèi)纜（FTP）等。怎樣使其與衰減達(dá)到平衡，怎樣使其波動(dòng)范圍控制在100+15Ω之內(nèi)。本文主要是從理論和實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)所得來(lái)對(duì)特性阻抗的控制進(jìn)行分析。（由于數(shù)據(jù)電纜屬典型的對(duì)稱(chēng)通信電纜，所以以下所有的計(jì)算都基于理想的對(duì)稱(chēng)回路）

　　計(jì)算

　　（一）、特性阻抗數(shù)值（ZC）的CCC理論計(jì)算：

　　ZC=（（R2+ω2L2）/（G2+ω2C2））1/4

　　其中的R、G、L、C為線路的一次傳輸參數(shù)（單個(gè)回路的電阻、電導(dǎo)、電感、電容）。由于數(shù)據(jù)纜的應(yīng)用環(huán)境為100MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30KHz，屬高頻范圍，所以有ωL》R，ωC》G，故有：

　　ZC=（（R2+ω2L2）/（G2+ω2C2））1/4

　　≈（ω2L2/ω2C2）1/4=（L/C）1/2

　　由以上式中可以看出要想算出ZC，只要知道L、C就可以了。

　?。ǘ?、孤立回路電感（L）的理論計(jì)算：

　　當(dāng)回路通以交流電后，則在回路的導(dǎo)電線芯中和回路周?chē)a(chǎn)生磁通Ф，導(dǎo)電線芯內(nèi)的叫內(nèi)磁通，導(dǎo)電線芯外的叫外磁通。電感為磁通Ф與引起磁通的電流I之比，所以相應(yīng)的內(nèi)外磁通亦有內(nèi)外電感（L內(nèi)和L外），總電感為L=L內(nèi)+L外。

　　L內(nèi)為導(dǎo)線內(nèi)部的磁通與流過(guò)導(dǎo)線的電流之比所決定的。它的計(jì)算公式可在求二孤立導(dǎo)線有效電阻時(shí)，其復(fù)數(shù)功率的虛部來(lái)求得。其計(jì)算公式如：L內(nèi)=Q（x）*10-4（亨/公里）

L外是導(dǎo)線外（與回路本身所交鏈的）磁通與流過(guò)被交鏈導(dǎo)線中電流之比，即L外=Ф/I?；芈返拇艌?chǎng)分布如圖1所示。回路兩導(dǎo)線中，由導(dǎo)線α電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hα=I/2πr，由導(dǎo)線b中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hb=I/2π（α-r），由圖1中可以看出

　　H= Hα+Hb= I（1/r+1/（α-r））/2π，由此L外可由式L=μH/I求得。

　　L外=∫rαα-rb [I（1/r+1/（α-r））/2π]dr/I

　　回路兩導(dǎo)線rα=rb=d/2，則L外=μln（（2α-d）/d）/ 2π。

　　由于回路中間為非磁性介質(zhì)，μ=μrμ0=4π*10-7亨/米，則有

　　L外=4 ln（（2α-d）/d）* 10-7亨/米

　　或L外=4 ln（（2α-d）/d）* 10-4亨/公里

　　由以上可以得出回路的總電感為

　　L=L內(nèi)+L外=λ[4 ln（（2α-d）/d）+ Q（x）] * 10-4亨/公里 （1）

　　式中：

　　１、λ——總的絞合系數(shù)；

　?。?、α——回路兩導(dǎo)線中心間距離（毫米）；

　　3、d——導(dǎo)電線芯直徑（毫米）；

　　4、Q（x）—為x=Kd/2的特定函數(shù)，其值隨頻率的增加而減少，當(dāng)在高頻時(shí)接近為零。

　　由式（1）中分析可以看出外電感決定于導(dǎo)電線芯的直徑和導(dǎo)電線芯間的距離，內(nèi)電感決定導(dǎo)電線芯本身的特性（如導(dǎo)線直徑、材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率）和傳輸電流的頻率，還有他倆也都和絞合的情況有關(guān)。

　?。ㄈ┕铝⒒芈冯娙荩?span lang="EN-US">C）的理論計(jì)算：

　　回路的電容和一般電容器的電容相似，兩根導(dǎo)線相當(dāng)于兩個(gè)極板，導(dǎo)線間的絕緣相當(dāng)于電容器極板間的介質(zhì)。因此導(dǎo)線上帶有的電荷的電量Q與兩導(dǎo)線間的電位差U之比，為該回路的電容，即C=Q/U。

　　孤立二導(dǎo)線間的工作電容。兩導(dǎo)線的圖可參照?qǐng)D1，導(dǎo)線α上的電荷Q在距導(dǎo)線α為r點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度Eα=Q/2πrε,導(dǎo)線b上的電荷Q在同一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為Eb=Q/2π（α-r）ε。則該點(diǎn)的總的電場(chǎng)強(qiáng)度為：

　　E= Eα+ Eb= Q（1/r+1/（α-r））/2πε。因此回路間的電位差：

　　U=∫rαα-rb Edr=Q∫rαα-rb [（1/r+1/（α-r））/2πε]dr

　　=Ｑ[ln（α-rb）/ rα-lnrb/（α- rα）]/ 2πε

　　回路中兩導(dǎo)線rα=rb=d/2，則有Ｕ=Ｑ[ln（2α-d）/d]/ πε

　　則孤立回路的工作電容為：

　　Ｃ=Ｑ/Ｕ=πε/[ln（2α-d）/d]

　　把ε=εrε0=εr/（36π*109）法／米，代入上式可得：

　?。?span lang="EN-US">=εr*10－９／[３６ln（2α-d）/d]（法／米）

　　或Ｃ＝εr*10－６／[３６ln（2α-d）/d]（法／公里） （2）

　　式中：

　?。?、εr——組合絕緣介質(zhì)的等效相對(duì)介電常數(shù)；

　?。?、α——回路兩導(dǎo)線中心間距離（毫米）；

　　3、d——導(dǎo)電線芯直徑（毫米）；

　　由式（2）分析可以看出Ｃ與導(dǎo)電線芯直徑、線間距離和絕緣介質(zhì)有關(guān)。

　　綜合以上的Ｌ和Ｃ的計(jì)算值可以得出：

　　ZC=（L/C）1/2=｛λ[4 ln（（2α-d）/d）+ Q（x）] * 10-4／［εr*10－６／[３６ln（2α-d）/d]］｝１/２

　　由于數(shù)據(jù)纜工作在高頻下，所以有Ｑ（x）≈0，故有

　　ZC=｛４λln（（2α-d）/d）* 10-4／［εr*10－６／[３６ln（2α-d）/d]］｝１/２

　　=１２０（λ／εr）１/２ln（（2α-d）/d） （3）

　　分析

　　從以上計(jì)算公式看來(lái)，在其它情況均理想的狀態(tài)下，由于一般的標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定導(dǎo)體的直徑d=24AWG，而且從實(shí)際情況中看來(lái)，此d值也是值，所以d可以看成不變值。這樣從上式看來(lái)影響特性阻抗值的只有外徑（外徑可以看成和導(dǎo)線間距α相等）、總的絞合系數(shù)（λ）、組合絕緣介質(zhì)的等效相對(duì)介電常數(shù)（εr）。而且，ZC正比于α和λ，反比于εr。所以只要控制好了α、λ、εr的值，也就能控制好了ZC。

　　以上只是從理想狀態(tài)中分析ZC。而實(shí)際生產(chǎn)控制中，單線導(dǎo)體和外徑的均勻性對(duì)ZC的波動(dòng)也是很重要，所以要想生產(chǎn)出合格的數(shù)據(jù)纜，必須需要一臺(tái)串聯(lián)生產(chǎn)線；第二、三道工序絞對(duì)和成纜的節(jié)距及節(jié)距的穩(wěn)定性，對(duì)ZC也有很大影響，一般來(lái)說(shuō)節(jié)距越小ZC越小，穩(wěn)定性也越好，ZC的波動(dòng)越小。還有一些特殊的數(shù)據(jù)纜如阻水五類(lèi)纜和屏蔽五類(lèi)纜的阻水帶和屏蔽層的松緊度及松緊的均勻性、厚度等也會(huì)很大程度的影響ZC。zui后還有一點(diǎn)，生產(chǎn)工序的增加，也會(huì)降低ZC特性，所以要在保證要求的情況下盡量減少工序。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定ZC=100+15Ω是很有它的必要性，是由它與外界阻抗的匹配要求和它本身在各個(gè)方面與衰減性能的相反性而決定的。在現(xiàn)代的寬帶網(wǎng)絡(luò)中，ZC性能不好，很容易造成網(wǎng)絡(luò)的掉包等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的不正?，F(xiàn)象。