Паронепроницаемый кабель для высокоскоростной связи и способ его изготовления
Предложены конструкция и способ изготовления кабеля с четверочной скруткой, используемого для связи в локальной сети, который препятствует перетеканию паров и обладает значительной стойкостью при погружении его в нефть. Предложенный кабель имеет внутреннюю и внешнюю оболочки, которые охватывают собой изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, выполненные в виде спиральной структуры. Наполнитель сердцевины заполняет собой сердцевину и пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала. Наполнитель сердцевины и внутреннюю оболочку выполняют из паронепроницаемого материала и скрепляют их с изолированными проводниками таким образом, что они заполняют собой все канавки и щели вокруг изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала. Техническим результатом является предотвращение перетекания паров вдоль длины кабеля. Может быть создана внешняя оболочка, которая является непроницаемой для газов, что позволяет погружать кабель в нефть на длительные промежутки времени без какого-либо вреда для его функционирования. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся, в общем случае, к кабельным соединениям в области связи и электронной техники и, в частности, к паронепроницаемому кабелю, который применяют, например, в качестве кабеля для высокоскоростной связи и межсетевых соединений, а также к способу его изготовления.
В настоящее время кабели связи и кабели для электронной техники широко используют в различных областях применения, во многих из которых необходимым условием является обеспечение возможности передачи по кабелю высокочастотных сигналов на большие расстояния. Диапазон рабочих частот современного кабеля значительно превышает тот диапазон, который необходим для прежних областей применения, что, в частности, обусловлено развитием электронной аппаратуры и аппаратуры связи. Кроме того, в современных областях применения необходимо, чтобы кабель мог функционировать в значительно более жестких условиях окружающей среды, чем ранее.
Были предложены такие прикладные задачи в области связи и электронной техники, для которых необходимы кабели, обеспечивающие поддержку сетевых протоколов стандарта Ethernet при их погружении на длительное время в жидкость, например в нефть, в газ, в воду и т.п. По меньшей мере, одной из областей применения является та, в которой сетевые кабели устанавливают на бензозаправочных станциях для соединения электронных схем насосов для подачи топлива и аппаратуры кассового терминала (КТ) (POS) в месте продажи между собой. Связь между аппаратурой кассового терминала и насосом для подачи топлива обеспечивают посредством протокола передачи данных сети Ethernet, например, соответствующего стандарту 10Base-T согласно спецификации IEEE 802.3 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике США (ИИЭР) (IEEE 802.3 10Base-T). Соединительный кабель, применяемый в бензозаправочных станциях, подвергается воздействию нефтяных паров и в некоторых случаях может оказаться погруженным в топливо. Кабель также может быть использован и для других протоколов передачи данных, в том числе для связи в асинхронном режиме передачи.
В локальных сетях, например, в тех, которые используют на бензозаправочных станциях, в качестве соединительного кабеля прежде обычно использовали кабели 5-й категории. 5-я категория представляет собой стандарт, изданный совместно Американским национальным институтом стандартизации, США (ANSI) и Ассоциацией промышленности средств связи / Ассоциацией электронной промышленности США (TIA/EIA). Обычный кабель 5-й категории содержит в себе скрученные группы изолированных проводников. Каждая скрученная группа может содержать в себе два или большее количество проводников, образующих пары. Кабель типа «витая пара» содержит в себе воздушные зазоры между внутренней поверхностью оболочки кабеля и изолированными проводниками витых пар. Кабель типа "витая пара" также содержит в себе полую сердцевину, расположенную между множеством витых пар изолированных проводников, находящихся внутри кабеля. Наличие как воздушных зазоров, так и полой сердцевины облегчает перетекание испарений или паров вдоль кабеля. Следовательно, существует потенциальная возможность того, что кабель может служить средством переноса взрывчатых паров из насоса в то помещение, где находится продавец.
В прошлом были предприняты попытки создания паронепроницаемого кабеля 5-й категории, препятствующего перетеканию паров в бензозаправочную станцию и удовлетворяющего требованиям правил техники безопасности. Один из известных способов содержит в себе операцию снятия оболочки кабеля во множестве отдельных участков кабеля вдоль длины уложенного кабеля, в результате которой изолированные проводники оказываются открытыми. На проводники, находящиеся в каждом из открытых участков, наносят герметизирующее вещество, посредством чего формируют уплотнение, препятствующее проникновению испарений. Для создания последовательности из отдельных или секционных пароизолирующих уплотнений нанесение герметизирующего вещества осуществляют во множестве отдельных точек вдоль длины кабеля. Поскольку в герметизирующем веществе могут возникать трещины или же вследствие его неправильного нанесения, в результате чего испарения могут проникать в кабель и проходить через пароизолирующее уплотнение, необходимо формировать множество пароизолирующих уплотнений. Также существует возможность повреждения оболочки на участке между бензозаправочной станцией и любым заданным пароизолирующим уплотнением, в результате чего испарения могут проникать в оболочку и распространяться вверх от пароизолирующего уплотнения по направлению к бензозаправочной станции. Существующая технология снятия оболочки с кабелей и добавления герметизирующего вещества является трудоемкой, дорогостоящей и ненадежной и, следовательно, является нежелательной.
На Фиг.1 изображен кабель 5-й категории, который до настоящего времени использовали для межкомпонентных соединений в сетях с асинхронной передачей данных (ATM) и в сетях стандарта Ethernet. Кабель 10 состоит из оболочки 12, внутри которой находятся четыре витые пары 14-17 проводников, скомпонованных в виде спиральной структуры и расположенных вокруг полой сердцевины 18. Витые пары 14-17 контактируют друг с другом и с внутренней поверхностью 20 оболочки 12. Взаимное относительное расположение витых пар 14-17 остается, по существу, неизменным. К тому же, витые пары 14-17 скручены таким образом, что образуют собой одну большую спираль. Внешняя граница каждой витой пары 14-17 обозначена линией 28. Кабель 10 содержит в себе несколько периферийных воздушных зазоров 24-27, расположенных между внутренней поверхностью 20 оболочки 12 и внешними периферийными секциями витых пар 14-17, и воздушные зазоры 38, находящиеся внутри каждой витой пары 14-17, что обусловлено характерными свойствами спирали как таковой.
Каждая витая пара 14-17 содержит в себе два провода 30 и 32, которые покрыты соответствующими изоляционными материалами 34 и 36 соответственно. Также может быть предусмотрен разрывной шнур (не показан), расположенный вблизи от внутренней поверхности 20 оболочки 12. Провода 30 и 32 изготовлены из меди, а изоляционные материалы 34 и 36 создают из диэлектрика, представляющего собой полиолефин или фторсодержащий полимер. Оболочку 12 создают из поливинилхлорида (ПВХ) (PVC) для литья восходящим потоком или под высоким давлением либо из фторсодержащего полимера.
Кабель 10 обеспечивают конкретной геометрической формой и изготавливают из материалов, имеющих требуемую совокупность электрических и физических характеристик, которые взаимодействуют друг с другом определенным способом. Общая совокупность геометрических характеристик и характеристик материалов позволяет получить такие физические и электрические параметры, которые удовлетворяют требованиям стандарта 5-й категории. Следовательно, кабель 10 допущен к применению в тех областях связи и электронной техники, для которых необходимо использование кабелей 5-й категории.
Наличие воздуха в сердцевине 18 и в зазорах 24-27 и 38 кабеля 10 обеспечивает получение заданных электрических параметров. Геометрическая конфигурация и диэлектрическая проницаемость веществ, используемых в кабеле 10, а также диэлектрическая проницаемость воздуха в сердцевине 18 и в воздушных зазорах 24-27 и 38 взаимодействуют таким образом, что позволяют достичь требуемого импэданса и свести к минимуму перекрестные помехи между сигналами, которые передают по витым парам 14-17, а также минимизировать затухание и фазовый сдвиг. Следовательно, наличие воздуха, содержащегося в кабеле 10, является необходимым и желательным условием для кабелей 5-й категории. В качестве примера может быть приведен вариант кабеля 10, имеющего стандартные электрические параметры.
Путем введения воздуха в пространство вокруг изолированных проводников 14-17 кабель 10 может быть выполнен таким образом, что он удовлетворяет требованиям стандарта Ассоциации промышленности средств связи / Ассоциации электронной промышленности США №568-А (TIA/EIA-568-A) для кабелей 5-й категории.
В некоторых областях применения для сетей могут быть использованы протоколы передачи данных, отличающиеся от стандарта 5-й категории. Например, в некоторых сетях стандарта Ethernet используют такие протоколы передачи данных, которые соответствуют менее жесткому стандарту, например стандарту 10Base-T. Например, в сети стандарта Ethernet, используемой в бензозаправочных станциях, подобных той, которая была описана в приведенном выше примере, может быть использован протокол передачи данных, удовлетворяющий требованиям стандарта 10Base-T.
В настоящее время сохраняется потребность в создании усовершенствованного сетевого кабеля, который является паро- и газонепроницаемым, а также обеспечивает электрические параметры, необходимые для высокоскоростной передачи данных. Полагают, что предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения позволяют удовлетворить эту потребность и преодолеть другие недостатки, присущие традиционным кабелям, что станет более очевидным из приведенного ниже описания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно, по меньшей мере, одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, обеспечивается кабель с четверочной скруткой, содержащий в себе оболочку и, по меньшей мере, одну четверку изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, заключенных в оболочку. Изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, контактируют друг с другом и скомпонованы в виде спиральной структуры, которая ограничивает собой полую сердцевину. Полая сердцевина, по существу, заполнена паронепроницаемым наполнителем. Оболочка и наполнитель заполняют собой зазоры и щели вокруг каждого изолированного проводника, формируя герметичное уплотнение по всей длине изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, предотвращая тем самым перетекание паров вдоль кабеля. В одном из вариантов осуществления изобретения оболочка содержит в себе внешнюю газонепроницаемую оболочку и внутреннюю оболочку, а в другом варианте осуществления оболочка содержит в себе одну одиночную оболочку. В обоих вариантах осуществления одиночная оболочка и внутренняя оболочка имеют диэлектрическую проницаемость, превышающую диэлектрическую проницаемость изоляционного материала на изолированных проводниках, по которым осуществляют передачу сигнала, что обеспечивает получение требуемых электрических параметров. Оболочка состоит из экструдированного под давлением состава, по существу, заполняющего собой пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала. Оболочка может также содержать в себе внешний слой из нейлона, который является, по существу, непроницаемым для газов. Паронепроницаемый наполнитель представляет собой сердцевину, полученную путем протягивания и расположенную между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, таким образом, что она, по существу, заполняет собой полую сердцевину и пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, сердцевину, полученную путем протягивания, создают из хлопка, а в альтернативном варианте осуществления сердцевину, полученную путем протягивания, формируют из материала, представляющего собой арамидную нить.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ изготовления кабеля с четверочной скруткой. Способ изготовления содержит в себе следующие этапы: четверку изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, располагают в виде спирали и таким образом, чтобы они соприкасались друг с другом. Поскольку изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, расположены в виде спирали, то они ограничивают собой полую сердцевину, которая находится между ними. Способ изготовления дополнительно содержит в себе следующую операцию: между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, вводят паронепроницаемый наполнитель, по существу, заполняющий собой полую сердцевину и щели между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, причем эту операцию выполняют до окончательного формирования спирали. После того, как спираль сформирована, изолированные проводники сжимают вокруг наполнителя сердцевины, в результате чего формируют герметичное уплотнение по отношению к внутреннему краю проводников. Способ дополнительно содержит в себе следующую операцию: вокруг внешнего края изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, путем экструзии под давлением наносят вещество в виде одиночной или внутренней оболочки. В результате осуществления операций введения и нанесения формируют уплотнение между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, наполнителем и оболочкой, по существу, лишенное воздушных зазоров, которое предотвращает перетекание паров вдоль изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала.
По меньшей мере, в одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения внутреннюю оболочку, расположенную поверх изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, формируют способом экструзии под давлением. Внутренняя оболочка имеет диэлектрическую проницаемость, которая является более высокой, чем диэлектрическая проницаемость изоляционного материала, нанесенного на изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала. Осуществление операции экструзии под давлением приводит к тому, что находящееся вокруг внешнего периметра проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, вытесненное вещество, по существу, заполняет собой пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала. Внутренний слой может быть выполнен из материала, представляющего собой поливинилхлорид. Внутренняя оболочка может быть заключена в газонепроницаемый внешний слой. Внешний слой может быть выполнен из материала, представляющего собой нейлон.
В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения при осуществлении операции введения между четверкой изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, помещают паронепроницаемый наполнитель, что осуществляют до того, как проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, будут скомпонованы в виде спирали таким образом, чтобы они контактировали друг с другом. Паронепроницаемый наполнитель образует собой мягкую сжимаемую сердцевину. После того, как паронепроницаемый наполнитель надлежащим образом размещен между четверкой проводников, осуществляют сжатие четверки проводников и придают ей форму спирали, или же эти операции осущестляют в обратном порядке. В результате операции сжатия паронепроницаемый наполнитель проникает в канавки между проводниками.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенное описание сущности изобретения, а также приведенное ниже подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения станут более понятными при их рассмотрении совместно с приложенными чертежами. Для иллюстративных целей на чертежах показаны те варианты осуществления, которые в настоящее время являются предпочтительными. Однако следует осознавать, что настоящее изобретение не ограничено теми точными вариантами компоновки, материалами и средствами, которые изображены на приложенных чертежах.
На Фиг.1 изображен увеличенный вид поперечного сечения традиционного кабеля 5-й категории, состоящего из множества дифференциальных пар.
На Фиг.2 изображен увеличенный вид поперечного сечения кабеля с четверочной скруткой, сформированного в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.3 изображен увеличенный вид поперечного сечения кабеля с четверочной скруткой, сформированного в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.4 изображен увеличенный вид поперечного сечения кабеля 5-й категории, состоящего из множества дифференциальных пар, который сформирован в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.2 показан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, а именно кабель 100, имеющий единую одиночную оболочку 102, которая расположена вокруг и охватывает собой две пары изолированных проводников 104, по которым осуществляют передачу сигнала. Изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, скомпонованы в виде спиральной структуры и служат границей для находящей между ними полой сердцевины. Полая сердцевина, по существу, заполнена паронепроницаемым материалом 106. Паронепроницаемый материал 106 проходит вдоль всей длины сердцевины, ограниченной проводниками 104. Каждый проводник 104 содержит в себе проводящий центральный провод 108, вокруг которого находится изоляционный материал 110. По проводу 108 осуществляют передачу данных, параметры которой задают согласно сетевому протоколу стандарта Ethernet, например, для локальных сетей, соответствующих стандарту 10Base-T, стандарту 100Base-T (Спецификация Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, США (ИИЭР) IEEE 802.3us для сетей Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/сек на основе неэкранированного кабеля типа «витая пара») стандарту сетей с асинхронной передачей данных (ATM) и т.п. Посредством проводников 104 осуществляют передачу высокочастотных сигналов со скоростями передачи данных 10 мегабит в секунду, 100 мегабит в секунду и выше. Например, посредством кабеля 100 может быть осуществлена передача данных в сети стандарта Ethernet, используемой в бензозаправочной станции для обеспечения связи между электронными схемами насоса для подачи топлива и аппаратурой бензозаправочной станции. Паронепроницаемый материал 106 формирует герметичное уплотнение с внутренними периферийными сегментами 112-115 изолированных проводников 104, по которым осуществляют передачу сигнала. Сегменты 112-115 проходят вдоль всей длины изолированных проводников 104, по которым осуществляют передачу сигнала. Единая одиночная оболочка 102 формирует герметичное уплотнение с внешними периферийными сегментами 116-119 изолированных проводников 104, по которым осуществляют передачу сигнала. Сегменты 116-119 проходят вдоль всей длины изолированных проводников 104, по которым осуществляют передачу сигнала.
Например, кабель 100 может быть выполнен таким образом, что проводники 104 содержат в себе две пары одножильных проводов из луженой меди диаметром приблизительно 0,0253 дюйма, но этот вариант служит лишь в качестве примера. Изоляционный материал может иметь толщину 0,0083 дюйма и может быть выполнен из материала, представляющего собой фторэтиленпропилен (ФЭП) (FEP). Изоляционный материал 110 может иметь внешний диаметр, равный 0,042 дюйма. Паронепроницаемый материал 106 может быть выполнен из хлопка или из материала, представляющего собой арамидную нить. Оболочка 102 может иметь внешний диаметр, равный 0,025 дюйма, и может быть выполнена из бензостойкого полиуретана путем экструзии под давлением. Кабель 100 может иметь номинальный внешний диаметр, равный приблизительно 0,190 дюйма. Кабель 100, имеющий вышеуказанные размеры и выполненный из вышеуказанных материалов, которые приведены в качестве примера, соответствует определенным стандартам, обеспечивающим передачу данных в соответствии с сетевым протоколом стандарта Ethernet, например, для локальной сети.
Размеры, геометрическая конфигурация и материалы, используемые в кабеле 100, скомпонованы таким образом, чтобы обеспечить получение требуемых электрических параметров, например полного сопротивления, ослабления сигнала, фазового сдвига, емкости и т.п. Для обеспечения однородности характеристик передачи, физической прочности и защиты от электромагнитных помех изолированные проводники 104, по которым осуществляют передачу сигнала, осуществляют в виде спиральной структуры или скрутки. Для получения требуемой величины эффективной диэлектрической проницаемости между расположенными напротив друг друга по диаметру проводниками, которые образуют дифференциальную пару, значения диэлектрической проницаемости паронепроницаемого материала 106 и оболочки 102 выбирают таким образом, чтобы оно превышало значение диэлектрической проницаемости изоляционного материала 110. Значения внешнего диаметра провода 108, изоляционного материала 110 и оболочки 102 контролируют таким образом, чтобы полное сопротивление кабеля 100 находилось в пределах требуемого диапазона значений. В варианте осуществления изобретения, изображенном на Фиг.2, кабель имеет номинальное полное сопротивление, равное приблизительно 100 Ом, измеренное во временной области (TDR) или путем частотного анализа сети в диапазоне от 1 МГц до 100 МГц. Например, в кабеле 100 максимальное значение емкости между несогласованной парой проводников сигнала и землей равно приблизительно 1000 пФ (пикофарад)/1000 футов на частоте 1 кГц, но эта величина приведена лишь в качестве примера. Например, кабель 100 может иметь перекрестные помехи на ближнем конце кабеля (ППБКК) (NEXT) и другие электрические параметры, указанные в приведенной ниже Таблице 1, но значения этих параметров служат лишь в качестве примера.
| Таблица 1 | |
| Частота (МГц) | ППБКК (номинальное значение, дБ) |
| 5,0 | 28 |
| 7,5 | 25 |
| 10,0 | 23 |
| Электрическая прочность диэлектрика: | Постоянное напряжение 2500 В в течение 3-х секунд |
| Сопротивление проводника по постоянному току: | Максимальное значение равно 28,6 Ом/1000 футов при 20°C |
| Разбаланс сопротивления проводника по постоянному току: | Не более 5% |
На Фиг.3 показан альтернативный предпочтительный вариант осуществления кабеля 150, содержащего в себе внешнюю оболочку 152 и внутреннюю оболочку 154. Внутренняя оболочка 154 расположена вокруг и герметично охватывает собой структуру из четверки изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала и которые служат границей для находящейся между ними полой сердцевины. Между изолированными проводниками 156, по которым осуществляют передачу сигнала, имеется наполнитель 158 сердцевины. Наполнитель 158 сердцевины, по существу, заполняет собой канавки или пустоты между изолированными проводниками 156, по которым осуществляют передачу сигнала. Каждый изолированный проводник 156, по которому осуществляют передачу сигнала, содержит в себе провод 160, вокруг которого находится изоляционный материал 162. Наполнитель 158 сердцевины формируют из сжимаемого волокна, например из хлопка, арамидной нити или из любого аналогичного материала, который обладает свойствами, существенно препятствующими прохождению паров. В том случае, когда наполнитель 158 сердцевины формируют из материала, представляющего собой арамидную нить, наполнитель 158 сердцевины также обеспечивает дополнительную прочность для всей конструкции кабеля 150. Внутреннюю оболочку 154 вокруг изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала, формируют способом экструзии под давлением. Внутренняя оболочка 154 выполнена из материала, представляющего собой поливинилхлорид (ПВХ) (PVC), который может растягиваться под действием давления. Внешняя оболочка 152 может быть выполнена из нейлона или аналогичного материала, который является стойким или непроницаемым для газа и нефти (например, не поглощает их или не разбухает). Наполнитель 158 сердцевины образует герметичное уплотнение с внутренними периферийными сегментами 172-175 изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала. Сегменты 172-175 проходят по всей длине изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала. Внутренняя оболочка 154 формирует герметичное уплотнение с внешними периферийными сегментами 176-179 изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала. Сегменты 176-179 проходят по всей длине изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала.
В том случае, когда внешнюю оболочку 152 формируют из нейлона или из другого материала, диэлектрическая проницаемость которого превышает диэлектрическую проницаемость изоляционного материала 162, внутренняя оболочка 154 должна быть выполнена таким образом, чтобы ее внешний диаметр был достаточным для обеспечения достаточно большого, предварительно заданного расстояния между внутренним диаметром 153 внешней оболочки 152 и изолированными проводниками 156, по которым осуществляют передачу сигнала, для предотвращения чрезмерного неблагоприятного воздействия внешней оболочки 152 на электрические параметры кабеля 150. Нейлон обычно имеет более высокую диэлектрическую проницаемость по сравнению с диэлектрической проницаемостью изоляционного материала 162. К тому же, диэлектрическая проницаемость нейлона и ПВХ может изменяться в зависимости от частоты передаваемых сигналов, воздействию которых подвергаются нейлон и ПВХ. Следовательно, при применении кабеля 150 для передачи данных в сети стандарта Ethernet с использованием высокочастотных сигналов, в том случае, если внешняя оболочка 152 расположена слишком близко к изолированным проводникам 156, по которым осуществляют передачу сигнала, информационные сигналы могут влиять на диэлектрическую проницаемость нейлона во внешней оболочке 152. Изменения диэлектрической проницаемости приводят к изменениям ослабления, полного сопротивления, емкости и т.д., в результате чего возникают потери на отражение, вызывающие искажение сигнала и увеличение частоты появления ошибочных битов. Например, внутренняя оболочка 154 может иметь толщину, достаточную для того, чтобы внутренний диаметр 153 внешней оболочки 152 находился на расстоянии d от изолированных проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала.
Внутреннюю оболочку 154 выполняют из ПВХ, который имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем диэлектрическая проницаемость изоляции проводников 156, по которым осуществляют передачу сигнала. Изоляционный материал 162, представляющий собой фторэтиленпропилен (ФЭП) (FEP), имеет неизменную диэлектрическую проницаемость, которая остается постоянной вне зависимости от частоты переданного сигнала. Следовательно, изоляционный материал 110 позволяет реализовать согласование полных сопротивлений, низкую емкость и другие требуемые электрические параметры.
Кабель 150, выполненный в соответствии с вышеописанной геометрической конфигурацией из вышеуказанных материалов и имеющий вышеуказанные размеры, удовлетворяет, по меньшей мере, стандарту 10Base-T передачи данных в сети Ethernet. Понятно, что геометрическая конфигурация, материалы и размеры могут изменяться в пределах некоторого диапазона, и при этом, тем не менее, будут соблюдены требования стандарта 10Base-T. Кабель 150 удовлетворяет требованиям испытаний на стойкость к парам, изложенным в параграфе 22.17 раздела 36A стандарта UL-87 Лаборатории по технике безопасности (США). Внешняя оболочка 154 удовлетворяет требованиям испытаний на герметичность к газам и нефти погружением, которые изложены в стандарте 758 Лаборатории по технике безопасности (США).
Например, провода 160 могут представлять собой одножильные провода из луженой меди, внутренний диаметр которых равен приблизительно 0,0253 дюйма или 0,024 дюйма. Изоляционный материал 162 может иметь толщину 0,0083 дюйма и может быть выполнен из фторэтиленпропилена (ФЭП) (FEP), перфторалкокса (ПФА) (PFA), полиолефина или из других материалов с низкой диэлектрической постоянной, посредством чего формируют изолированные проводники 156, по которым осуществляют передачу сигнала, имеющие внешние диаметры, равные соответственно 0,042 и 0,037 дюйма, но эти значения приведены только лишь в качестве примера. Например, внутренняя оболочка 154 может иметь такой внешний диаметр, который является достаточным для обеспечения того, чтобы расстояние d между изолированными проводниками 156, по которым осуществляют передачу сигнала, и внешней оболочкой 152 было равно приблизительно 0,020 дюйма, но это значение приведено только лишь в качестве примера. Внутренняя оболочка 154 может быть выполнена из поливинилхлорида, нанесенного путем экструзии под давлением. Внешняя оболочка 152 может быть выполнена имеющей толщину 0,005 дюйма и может быть создана из материала, представляющего собой нейлон. Внешний диаметр приведенного в качестве примера кабеля 150, имеющего вышеуказанные размеры, равен 0,155 дюйма для кабеля, содержащего в себе 22 стандартизованных проводника, и 0,140 дюйма для кабеля, содержащего в себе 24 стандартизованных проводника. Кабель 150 обеспечивает электрические параметры, указанные в приведенной ниже Таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Дифференциальное полное сопротивление: | Номинальное значение 100 Ом, измеренное во временной области |
| Разбаланс емкости между парой и землей: | Максимальное значение равно 1000 пФ/1000 футов на частоте 1 кГц |
| Частота (МГц) | ППБКК (номинальное значение, дБ) |
| 5,0 | 28 |
| 7,5 | 25 |
| 10,0 | 23 |
| Электрическая прочность диэлектрика: | Постоянное напряжение 2500 В в течение 3-х секунд |
| Сопротивление проводника по постоянному току: | Максимальное значение равно 28,6 Ом/1000 футов при 10°C |
| Разбаланс сопротивления проводника по постоянному току: | Не более 5% |
Кабели 100 и 150 из Фиг.2 и Фиг.3 могут быть изготовлены в соответствии с нижеизложенным альтернативным вариантом осуществления. Сначала через устройство формирования четверочной скрутки одновременно протягивают четыре проводника 104, 156, по которым осуществляют передачу сигнала, и сжимаемый паронепроницаемый материал 106 или наполнитель 158 сердцевины. Устройство формирования четверочной скрутки осуществляет сжатие проводников 104, 156 друг с другом и с паронепроницаемым материалом 106 или с наполнителем 158 сердцевины, одновременно осуществляя скрутку проводников 104, 156 в виде спирали или четверочной скрутки. Поскольку сжатие проводников 104, 156 осуществляют вместе, то при этом паронепроницаемый материал 106 или наполнитель 158 сердцевины спрессовывают или придают ему такую форму, чтобы он проник в щели и зазоры между проводниками 104, 156 и образовал собой герметичное уплотнение с внутренним и внешним периферийными сегментами 112-115, 172-175 и 116-119, 176-179.
Затем осуществляют экструзионное нанесение пластмассового состава под давлением вокруг проводников 104, 156, посредством чего формируют одиночную оболочку 102 или внутреннюю оболочку 154. Процесс экструзии под давлением обеспечивает проникновение пластмассового состава в пустоты между проводниками 104, 156 и вокруг них. Толщину изоляционного материала 110, 162 и размеры одиночной оболочки 102 или внутренней оболочки 154 контролируют таким образом, чтобы посредством всей этой совокупности обеспечить получение требуемых электрических параметров. Паронепроницаемый материал 106 или наполнитель 158 сердцевины впоследствии заполняет собой все пустоты внутри кабеля 100, 150 по всей его длине.
Понятно, что при практической реализации предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения не обязательно следует использовать приведенные выше конкретные размеры и конкретные материалы. Вместо этого, для различных компонент могут быть использованы различные материалы, свойства которых изменяются в пределах некоторого диапазона, и различные размеры в пределах некоторой области значений, при сохранении преимуществ, предоставляемых предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, в приведенной ниже Таблице 3 указаны примеры диапазонов параметров для материалов, используемых в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления из Фиг.3.
| Таблица 3 | |||
| Предпочтительное значение диэлектрической проницаемости | Оптимальный диапазон диэлектрической проницаемости | Допустимый диапазон диэлектрической проницаемости | |
| Изоляционный материал | 2,01 | 1,8-2,2 | 1,5-2,9 |
| Внутренняя Оболочка | 4,2 | 3,9-4,5 | 2,3-6,1 |
| Внешняя Оболочка | 3,50 | 3,0-4,0 | 2,0-5,0 |
Диапазоны значений диэлектрической проницаемости, указанные в Таблице 3, приведены лишь только в качестве примера и предназначены для использования в совокупности с вышеприведенными примерами материалов и размеров применительно к Фиг.2 и Фиг.3. Понятно, что предпочтительное значение, оптимальный диапазон значений и допустимый диапазон значений диэлектрической проницаемости являются различными для различных материалов и размеров.
Кроме того, геометрическая конфигурация, материалы и размеры кабелей 100 и 150 могут быть модифицированы и видоизменены таким образом, чтобы они удовлетворяли требованиям других стандартов в области связи и/или электронной техники при условии, что такое видоизменение все еще позволяет получить кабель, защищающий от перетекания паров, который имеет требуемые электрические параметры для передачи высокочастотных сигналов.
На Фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. Предложенный кабель 210 предназначен для передачи сигналов информационного обмена, например, определяемых стандартом 5-й категории и т.п.. Кабель 210 содержит в себе оболочку 212, которая охватывает собой множество витых пар 214-217 проводников, скомпонованных в виде спиральной структуры. Скрутку изолированных проводников 222 и 224 в каждой витой паре 214-217 осуществляют таким образом, чтобы они находились внутри внешней границы, которая задана линией 228. Затем выполняют скрутку витых пар 214-217, создавая одну большую спираль. Каждая витая пара 214-217 имеет зазоры между проводами, находящиеся внутри границы 228. Зазоры между проводами внутри каждой витой пары 214-217 заполнены наполнителем 238 зазоров внутри пары. Между границами 228 соседних витых пар 214-217 и внутренним диаметром 220 оболочки 212 создают внешние периферийные воздушные зазоры. Периферийные зазоры заполнены наполнителем 240 зазоров между парами. Сердцевина заполнена наполнителем 218 сердцевины.
Наполнитель 218 сердцевины, наполнитель 238 зазоров внутри пары и наполнитель 240 зазоров между парами взаимодействуют таким образом, что обеспечивают герметичную обкладку изолированных проводников 222 и 224 каждой витой пары 214-217. Вышеуказанным способом устраняют, по существу, все воздушные зазоры внутри оболочки 212 по всей длине кабеля 210.
Например, наполнитель зазоров 238 внутри пары для каждой витой пары 214-217 может быть выполнен из хлопка, арамидной нити и т.п., но эти материалы приведены только лишь в качестве примера. Аналогичным образом, наполнитель 218 сердцевины может быть также выполнен из хлопка, арамидной нити и т.п. Наполнители 240 периферийных зазоров между парами могут быть выполнены из пластмасс, например из ПВХ и т.п., путем экструзии под давлением. Может быть добавлена газонепроницаемая оболочка 212, но она не является обязательной. В альтернативном варианте осуществления изобретения наполнители 240 периферийных зазоров между парами, полученные путем экструзии под давлением, могут быть выполнены таким образом, что заполняют большее пространство, полностью охватывая собой витые пары 214-217, например, подобно показанной на Фиг.3 внутренней оболочке 156 с находящейся вблизи от нее тонкой внешней оболочкой или без нее.
Согласно еще одному альтернативному варианту осуществления, количество витых пар 214-217 может быть различным: от всего лишь одной витой пары до более чем четырех витых пар.
Кабель 210, изображенный на Фиг.4, может быть изготовлен посредством последовательности операций, при выполнении которых первоначально поодиночке формируют отдельные витые пары 214-217 с протянутой и скрученной вместе с ними арамидной нитью, в результате чего каждую витую пару 214-217 формируют таким образом, чтобы она, по существу, находилась внутри оболочки из наполнителей 238 зазоров внутри пары. Как указано выше в описании вариантов осуществления из Фиг.2 и Фиг.3, наполнитель 238 зазоров внутри пары может быть выполнен из сжимаемого материала, поэтому при скручивании изолированных проводников 222 и 224 наполнитель 238 зазоров внутри пары сжимают и придают ему такую форму, что он, по существу, заполняет собой пустоты между проводниками 222 и 224.
Затем витые пары 214-217 и охватывающий их наполнитель 238 зазоров внутри пары протягивают вместе с наполнителем 218 сердцевины и скручивают таким образом, чтобы сформировать структуру в форме большой спирали, содержащую в себе наполнитель 218 сердцевины, витые пары 214-217 и наполнители 238 зазоров внутри пары. При скручивании витых пар 214-217 в спираль осуществляют сжатие наполнителя 218 сердцевины и при этом придают ему такую форму, которая соответствует форме пустот между наполнителями 238 зазоров внутри пары, и он, по существу, заполняет собой эти пустоты. После этого поверх витых пар 214-217 способом экструзии под давлением может быть нанесена пластмасса, например ПВХ, образующая собой периферийные наполнители 240, по существу, заполняющие пустоты между внешними периферийными участками наполнителей 238 зазоров внутри пары и внутренней поверхностью 220 оболочки 212. И, наконец, внутреннюю структуру кабеля помещают в оболочку 212.
Несмотря на то, что в приведенном выше описании были продемонстрированы конкретные составные части, варианты осуществления и области применения настоящего изобретения, понятно, что изобретение, конечно же, не ограничено ими, поскольку специалистами в данной области техники могут быть выполнены его видоизменения, в частности, с использованием вышеизложенной цели изобретения. Следовательно, полагают, что приложенная формула изобретения охватывает собой подобные видоизменения, поскольку они содержат в себе отличительные признаки, которые не выходят за пределы сущности и объема патентных притязаний настоящего изобретения.
1. Кабель с четверочной скруткой, содержащий в себе оболочку; по меньшей мере одну четверку изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, заключенных в эту оболочку, обеспечивающую их герметичное соединение, причем указанная оболочка и указанные изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, соприкасаются друг с другом и скомпонованы в форме спирали таким образом, что ограничивают собой полую сердцевину; и протянутый паронепроницаемый материал, обеспечивающий герметичное соединение указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, причем указанный паронепроницаемый материал по существу заполняет собой указанную полую сердцевину по всей длине указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, а указанные оболочка и паронепроницаемый материал образуют герметичное уплотнение вокруг изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, предотвращающее перетекание паров вдоль указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала.
2. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанная оболочка содержит в себе газонепроницаемую внешнюю оболочку.
3. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанная оболочка содержит в себе внутреннюю и внешнюю оболочки, причем диэлектрическая проницаемость указанной внутренней оболочки превышает диэлектрическую проницаемость изоляционного материала на указанных изолированных проводниках, по которым осуществляют передачу сигнала.
4. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанная оболочка образует слой, полученный способом экструзии под давлением, по существу заполняющий собой пустоты между указанными изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, причем указанный слой обеспечивает герметичное соединение указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, между собой по всей их длине.
5. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанная оболочка образует собой внутреннюю оболочку из поливинилхлорида (ПВХ), полученную способом экструзии под давлением, которая по существу заполняет собой пустоты между указанными изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
6. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанная оболочка содержит в себе внешний слой из нейлона, являющийся по существу непроницаемым для газов.
7. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором из указанного паронепроницаемого материала формируют протянутую сердцевину, при этом осуществляют сжатие указанной сердцевины посредством указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала до тех пор, пока она по существу не заполнит собой пустоты указанной полой сердцевины, находящейся между указанными изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
8. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором сердцевина из хлопка образует указанный паронепроницаемый материал, при этом осуществляют сжатие указанной сердцевины посредством указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала до тех пор, пока она по существу не заполнит собой пустоты указанной полой сердцевины, находящейся между указанными изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
9. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором сердцевина из арамидной нити образует указанный паронепроницаемый материал, при этом осуществляют сжатие указанной сердцевины посредством указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала до тех пор, пока она по существу не заполнит собой пустоты указанной полой сердцевины, находящейся между указанными изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
10. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанные оболочка, паронепроницаемый материал и изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, взаимодействуют таким образом, что позволяют осуществлять высокоскоростную передачу сигналов в сети Ethernet в соответствии со стандартом IEEE 802.3 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике США (ИИЭР).
11. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанные оболочка, паронепроницаемый материал и изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, взаимодействуют таким образом, что позволяют осуществлять высокоскоростную передачу сигналов в сети Ethernet в соответствии со стандартом 10Base-T.
12. Кабель с четверочной скруткой по п.1, в котором указанные оболочка, паронепроницаемый материал и изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, взаимодействуют таким образом, что позволяют осуществлять высокоскоростную передачу сигналов в сети Ethernet в соответствии со стандартом 100Base-T.
13. Способ изготовления кабеля с четверочной скруткой, включающий следующие операции: осуществляют компоновку четверки изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, в виде спирали и таким образом, чтобы они соприкасались друг с другом, причем изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, ограничивают собой полую сердцевину, которая находится между ними, осуществляют ввод паронепроницаемого наполнителя между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, таким образом, чтобы он по существу заполнял собой полую сердцевину по всей длине указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, и заключают в герметичную оболочку изолированные проводники, по которым осуществляют передачу сигнала, причем посредством указанных операций введения и заключения в оболочку формируют паронепроницаемое уплотнение с изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, предотвращающее перетекание паров вдоль указанных изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала.
14. Способ по п.13, дополнительно содержащий в себе следующую операцию: формируют газонепроницаемую внешнюю оболочку вокруг изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала.
15. Способ по п.13, в котором указанная операция заключения в оболочку дополнительно содержит в себе следующую операцию: поверх изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, способом экструзии под давлением наносят состав, образующий собой внутреннюю оболочку, причем диэлектрическая проницаемость указанной внутренней оболочки превышает диэлектрическую проницаемость изоляционного материала на указанных изолированных проводниках, по которым осуществляют передачу сигнала.
16. Способ по п.13, дополнительно содержащий в себе следующую операцию: вокруг изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, способом экструзии под давлением формируют внутренний слой таким образом, чтобы он по существу заполнял собой пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
17. Способ по п.13, дополнительно содержащий в себе следующую операцию: вокруг изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, способом экструзии под давлением наносят состав из поливинилхлорида (ПВХ), образующий собой внутреннюю оболочку, таким образом, чтобы он по существу заполнял собой пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
18. Способ по п.13, дополнительно содержащий в себе следующую операцию: добавляют внешнюю оболочку из нейлона, которая является по существу непроницаемой для газов.
19. Способ по п.13, в котором при выполнении указанной операции введения осуществляют сжатие изолированных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала до тех пор, пока паронепроницаемый наполнитель по существу не заполнит собой пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
20. Способ по п.13, в котором указанная операция введения содержит в себе операцию протягивания и сжатия сердцевины из арамидной нити между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала таким образом, чтобы она по существу заполняла собой пустоты между изолированными проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала.
21. Паронепроницаемый кабель для высокоскоростной передачи данных, содержащий в себе по меньшей мере два проводника, по которым осуществляют передачу сигнала, скрученные в виде спиральной структуры; протягиваемый паронепроницаемый наполнитель сердцевины, протянутый между указанными двумя проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, причем осуществляют сжатие и деформацию указанного наполнителя сердцевины таким образом, чтобы он герметично заполнял собой по меньшей мере внутренние пустоты между указанными по меньшей мере двумя проводниками, по которым осуществляют передачу сигнала, и паронепроницаемый периферийный материал, нанесенный способом экструзии под давлением таким образом, что заполняет собой периферийные пустоты, расположенные вокруг указанных по меньшей мере двух проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, причем указанный протягиваемый наполнитель сердцевины и экструдированный периферийный наполнитель образуют герметичную оболочку для указанных проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, по всей их длине, посредством чего предотвращают перетекание паров вдоль кабеля.
22. Кабель по п.21, дополнительно содержащий в себе множество витых пар проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, ограничивающих собой полую сердцевину, находящуюся между витыми парами, и зазоры внутри пар, находящиеся внутри каждой витой пары, причем указанный протягиваемый наполнитель сердцевины содержит в себе первую прядь из арамидной нити, которая по существу заполняет собой указанную полую сердцевину, и вторую прядь из арамидной нити, которая по существу заполняет собой указанные зазоры внутри пар.
23. Кабель по п.21, дополнительно содержащий в себе первый и второй протягиваемые наполнители сердцевины, образующие герметичную оболочку для указанных по меньшей мере двух проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, а указанный экструдированный периферийный материал служит герметичной оболочкой для указанных первого и второго протягиваемых наполнителей сердцевины.
24. Кабель по п.21, дополнительно содержащий в себе четверку витых пар проводников, по которым осуществляют передачу сигнала, выполненную в форме спирали, ограничивающей собой полую сердцевину, зазоры внутри пар и зазоры между парами, а указанные протягиваемый наполнитель сердцевины и периферийный материал заполняют собой по существу все воздушные зазоры в указанной полой сердцевине, зазоры внутри пар и зазоры между парами.
25. Кабель по п.21, дополнительно содержащий в себе четверку проводников, по которым осуществляют передачу сигнала.
26. Кабель по п.21, дополнительно содержащий в себе внутреннюю оболочку, выполненную из указанного периферийного материала, подвергнутого экструзии под давлением, и внешнюю оболочку, которая является по существу газонепроницаемой.
