高清視頻同軸線生產(chǎn)品質(zhì)控制

 

 

 

作者：廣州市宇洪電線電纜實(shí)業(yè)有限公司湯代斌

 

湯代兵：

廣東智慧安防專家?guī)鞂＜?/span>

企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理體系合格內(nèi)審員

武漢工程大學(xué)校企聯(lián)合研發(fā)首席技術(shù)專家

參與廣東省及廣州市多項(xiàng)科技項(xiàng)目立項(xiàng)申報(bào)工作

湖北省企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理體系示范企業(yè)申報(bào)人

參與廣東省及湖北省《高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定》申報(bào)并獲批

參與住建部智裝委《建筑物室內(nèi)智能布線系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)白皮書》編寫

參與公安部GA/T1297-2016《安防線纜》標(biāo)準(zhǔn)等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)編寫

    質(zhì)量管理體系及環(huán)境管理體系合格證

電線電纜產(chǎn)品檢測(cè)高級(jí)技能職業(yè)資格證

20項(xiàng)授權(quán)實(shí)用新型專利發(fā)明人

7項(xiàng)發(fā)明專利申報(bào)人

電線電纜《生產(chǎn)許可證》合格質(zhì)量負(fù)責(zé)人

 

前言

2015年1月6日由廣州市宇洪電線電纜實(shí)業(yè)有限公司承辦的公安部《安全防范系統(tǒng)用線纜技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)專家評(píng)審會(huì)議在廣州從化舉行，此次會(huì)議邀請(qǐng)公安部主管部門領(lǐng)導(dǎo)以及行業(yè)協(xié)會(huì)與各大系統(tǒng)集成商技術(shù)專家參會(huì)，評(píng)審會(huì)上各專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)條款逐一審核并提出討論問(wèn)題點(diǎn)，與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)與專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的編寫充分肯定并最終一致評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，目前該標(biāo)準(zhǔn)已報(bào)送上級(jí)單位申批。廣州宇洪公司自2012年8月參加《安全防范系統(tǒng)用線纜技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)制訂開始，作為國(guó)內(nèi)安防線纜企業(yè)的杰出代表，全程參與標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)，編寫，驗(yàn)證，研討工作，公司作為華南區(qū)域的唯一代表，在標(biāo)準(zhǔn)編寫過(guò)程中結(jié)合安防工程實(shí)際與各大系統(tǒng)集成商充分溝通研討，提出具體技術(shù)要求并反復(fù)驗(yàn)證。廣州宇洪公司全面性的安防線纜技術(shù)草案得到了公安部一所，標(biāo)準(zhǔn)委，中安協(xié)等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可和贊評(píng)。

目前高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在安防領(lǐng)域被廣泛使用，該系統(tǒng)對(duì)于視頻信號(hào)傳輸用線纜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及電氣傳輸性能要求特別高，這對(duì)線纜生產(chǎn)廠商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)，原材料，生產(chǎn)設(shè)備，檢測(cè)儀器上面提出更高要求。廣州宇洪公司作為標(biāo)準(zhǔn)編寫單位之一，在產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)上面提出高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求的同時(shí)，利用自身在生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)儀器上面的優(yōu)勢(shì)，采取系統(tǒng)性的方法對(duì)其所生產(chǎn)的高清視頻同軸線產(chǎn)品質(zhì)量可靠性進(jìn)行全面生產(chǎn)過(guò)程控制。

高清視頻同軸電纜由里到外分為四層：即中心導(dǎo)體，絕緣體，網(wǎng)狀導(dǎo)電層和絕緣外護(hù)套，廣州宇洪公司此類產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上面依《射頻電纜設(shè)計(jì)指南》GB/T11322.1-2008規(guī)范要求處理。公司擁有三層共擠式高壓注氮物理發(fā)泡生產(chǎn)線，該設(shè)備具備氮?dú)鈮毫ψ詣?dòng)調(diào)節(jié)與發(fā)泡度在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與自主調(diào)節(jié)功能，所生產(chǎn)線芯發(fā)泡度均勻，特性阻抗穩(wěn)定，視頻信號(hào)傳輸衰減小。

 

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述：

1）同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體：

國(guó)標(biāo)規(guī)范中對(duì)于此結(jié)構(gòu)電纜銅導(dǎo)體外徑要求為1.02+/-0.01mm,銅是內(nèi)導(dǎo)體的主要材料，內(nèi)導(dǎo)體對(duì)信號(hào)傳輸影響很大，因?yàn)樗�減主要是內(nèi)導(dǎo)體電阻損耗引起的。其電導(dǎo)率，尤其是表面電導(dǎo)率，應(yīng)盡可能高。內(nèi)導(dǎo)體用的銅材質(zhì)量要求很高，要求銅材應(yīng)無(wú)雜質(zhì)，表面干凈、平整、光滑。內(nèi)導(dǎo)體直徑應(yīng)穩(wěn)定。直徑較大波動(dòng)變化都會(huì)降低阻抗均勻和回波損耗，因此應(yīng)精確控制內(nèi)導(dǎo)體外徑。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，廣州宇洪公司物理發(fā)泡生產(chǎn)線具備恒張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)功效，該系統(tǒng)調(diào)整放線張力，保持牽引速度穩(wěn)定。使用拉絲校直裝置，解決銅線非一致性、微彎等問(wèn)題，可提升同軸電纜的回波損耗值。

2）同軸電纜絕緣體：

同軸電纜介質(zhì)遠(yuǎn)不只是起絕緣作用，最終的傳輸性能主要是在絕緣之后才確定的，因此介質(zhì)材料的選擇和其結(jié)構(gòu)非常重要。所有重要的性能，如衰減、阻抗和回波損耗，都與絕緣關(guān)系很大。對(duì)絕緣最重要的要求有相對(duì)介電常數(shù)低，介質(zhì)損耗角因子小，以保證衰減小，特性阻抗均勻，回波損耗大，機(jī)械性能穩(wěn)定。 同軸電纜性能的好壞，取決于單線的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量， 內(nèi)皮層應(yīng)盡可能薄且均勻一致，同心度高，為減小衰減，內(nèi)皮層厚度應(yīng)控制在0.05mm左右。 廣州宇洪公司生產(chǎn)設(shè)備為高壓注氮物理發(fā)泡方式，其控制介面可依據(jù)設(shè)定參數(shù)值在線自動(dòng)控制調(diào)整水中電容值，特性阻抗值，絕緣外徑，同芯度，發(fā)泡度，其物理發(fā)泡度最高可達(dá)到80％，物理發(fā)泡結(jié)構(gòu)一致，單線特性阻抗均勻，回波損耗大。泡沫絕緣層均勻、致密，每個(gè)泡沫孔均密閉，絕緣圓整均勻，同心度達(dá)95%以上。絕緣外徑公差≤±0.1mm；水中電容在線控制公差≤±1.5pF／m。特性阻抗值75+/-3Ω。 物理發(fā)泡絕緣材料由HDPE、LDPE，成核劑按一定比例構(gòu)成，通過(guò)注入氮?dú)夥绞缴�產(chǎn)，生產(chǎn)線速度最高應(yīng)達(dá)到120m／min，生產(chǎn)線速度快，可以彌補(bǔ)出膠量不均勻所造成的缺陷，提高回波損耗值。

 物理發(fā)泡生產(chǎn)線通過(guò)內(nèi)皮層－發(fā)泡層－外皮層共擠工藝可以得到均勻、密閉的發(fā)泡結(jié)構(gòu)，具有機(jī)械性能穩(wěn)定、強(qiáng)度高以及很好的防潮性能等特點(diǎn)。在發(fā)泡絕緣層外表面通過(guò)注入方式加一層薄的實(shí)芯PE。這種外皮層可以有效防止潮氣入侵，從一開始生產(chǎn)就保護(hù)同軸電纜性能，絕緣層通過(guò)內(nèi)皮層緊緊地包在內(nèi)導(dǎo)體上，進(jìn)一步提高了電纜的機(jī)械穩(wěn)定性。該設(shè)備牽引的穩(wěn)定性是生產(chǎn)物理發(fā)泡單線的關(guān)鍵因素之一，采用前后雙牽引，而且前后牽引均為主動(dòng)式雙輪臥式牽引機(jī)。輪徑為1000mm，由變頻調(diào)速裝置和恒張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，保證牽引穩(wěn)定，前后同步。1000mm臥式主動(dòng)牽引，由于輪徑大，牽引速度最大應(yīng)達(dá)到120m／min。既可增加牽引穩(wěn)定性，又可減少銅線微彎，增加回波損耗值。

3）同軸電纜外導(dǎo)體：

外導(dǎo)體有兩個(gè)基本的作用：第一是回路導(dǎo)體的作用，第二起屏蔽作用，屏蔽層編織網(wǎng)與鋁箔縱包組合，有效抵抗電磁干擾，鋁箔使用厚度50um的熱融結(jié)構(gòu)。編織層用鍍錫銅，外徑在0.12mm-0.18mm，在編織過(guò)程中，鋁箔的鋁基厚度，縱包搭接寬度，編織網(wǎng)的目數(shù)，錠數(shù)，夾角度，遮蔽率都影響屏蔽衰減性能參數(shù)，實(shí)際生產(chǎn)中依線纜規(guī)格書要求進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)。

4）同軸電纜外護(hù)套：

同軸電纜外護(hù)套材料由聚氯乙烯組成，護(hù)套平均厚度為0.88mm，外徑標(biāo)稱值為7.2mm.其耐氣候和機(jī)械性能符合：高溫實(shí)驗(yàn)80±2℃，168小時(shí)，低溫實(shí)驗(yàn)-25±3℃，20小時(shí)，外護(hù)套和絕緣層無(wú)機(jī)械性損失，濕熱實(shí)驗(yàn)40±2℃，90%-95%，96小時(shí)，絕緣電阻符合規(guī)定值，衰減值增量≤5%，護(hù)套及外導(dǎo)體不能開裂。

性能要求：

高清視頻同軸電纜電氣傳輸性能滿足以下要求：

高清視頻同軸電纜綜合數(shù)據(jù)

型號(hào) 規(guī)格	內(nèi)導(dǎo)體 結(jié)構(gòu) mm	絕緣 外徑 mm	特性阻抗 (200 MHz) Ω	衰減常數(shù) dB/100m	20℃時(shí)的絕緣電阻MΩ·km	纜芯介電強(qiáng)度 kV	回波 損耗 dB	屏蔽 衰減 dB	護(hù)套介電強(qiáng)度 kV
									浸水 試驗(yàn)	火花 試驗(yàn)
75-5-1	1.02 ±0.02	4.70 ±0.20	75±3.0	f a=50MHz： ≤5.1 f=200MHz： ≤9.5 f=550MHz： ≤16.1 f =800MHz： ≤20.2 f=1.485GHz： ≤28.7 f=2.97GHz： ≤40.0	≥5000	1.2	fa≤300MHz： ≥20 f＞300MHz： ≥18	fa=50MHz： ≥60 f=200MHz：≥70 f=550MHz：≥70 f=800MHz：≥70	≥2.0	≥3.0
a  f為測(cè)試頻率。

產(chǎn)品性能控制方法：

1）特性阻抗

 高清視頻同軸電纜首先要考慮的主要參數(shù)就是特性阻抗。傳輸線匹配的條件是線路終端負(fù)載阻抗正好等于該傳輸線的特性阻抗，此時(shí)沒(méi)有能量的反射，因而有最高的傳輸效率，相關(guān)性能參數(shù)測(cè)試方法參考GY/T135-1998標(biāo)準(zhǔn)中5.2.5章節(jié)要求,可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室TDR儀器進(jìn)行測(cè)試分析確認(rèn)。特性阻抗取決于電纜的結(jié)構(gòu)尺寸和絕緣材料的介電常數(shù)，物理發(fā)泡絕緣材料有較低的介電常數(shù)。其發(fā)泡度，絕緣外徑與特性阻抗是正比例關(guān)系，增加其發(fā)泡度，絕緣外徑增大，同時(shí)特性阻抗也加大，反之則相反。發(fā)泡度與水中電容值成反比，特性阻抗和水中電容值成反比, 即特性阻抗值越大時(shí)，水中電容值越小。水中電容值和介電常數(shù)成正比，水中電容值越大，介電常數(shù)越大，反之則相反。當(dāng)物理發(fā)泡生產(chǎn)線設(shè)備介面顯示特性阻抗值在標(biāo)準(zhǔn)范圍外時(shí)，可通過(guò)調(diào)整發(fā)泡度或絕緣外徑大小，即在絕緣外徑公差允許范圍內(nèi)調(diào)整擠出機(jī)主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速或牽引輪轉(zhuǎn)速，使線材的水中電容值達(dá)到要求；如當(dāng)線材水中電容值偏小時(shí)，在外徑公差允許的范圍內(nèi)，調(diào)慢擠出機(jī)主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速或調(diào)快牽輪引的轉(zhuǎn)速，使芯線水中電容值達(dá)到要求。調(diào)整外徑不能使線材電容值達(dá)到目標(biāo)要求時(shí)，絕緣材料絕緣性能可有問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水溫度或移動(dòng)冷動(dòng)水槽，使線材發(fā)泡度改變。調(diào)整擠出機(jī)機(jī)頭溫度能改變發(fā)泡度，改變材料的絕緣性能，但因擠出機(jī)機(jī)頭溫度對(duì)發(fā)泡度影響非常敏感，盡量不要通過(guò)調(diào)整機(jī)頭來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)泡度，并且改變機(jī)頭溫度還會(huì)影響其它工藝參數(shù)的變化。當(dāng)上述外徑調(diào)整及發(fā)泡度調(diào)節(jié)都不能使線材的水中電容值達(dá)到目標(biāo)要求時(shí)，線材的結(jié)構(gòu)很可能存在問(wèn)題，需檢查芯線是否有偏心、放線、收線張力是否過(guò)大導(dǎo)致銅絲被拉細(xì)等，從而把各擠出工藝條件調(diào)整到最佳狀態(tài)

2）衰減常數(shù)

衰減常數(shù)反映了電磁波能量沿電纜傳輸時(shí)的損耗大小，通常要求電纜有盡可能低的衰減常數(shù)。 衰減由內(nèi)外導(dǎo)體的損耗與支撐該導(dǎo)體的絕緣材料的介質(zhì)損耗之和構(gòu)成，其中導(dǎo)體損耗占主要地位，尤以內(nèi)導(dǎo)體的衰減最大，約占整個(gè)導(dǎo)體衰減的80％。低頻端主要是導(dǎo)體衰減，如導(dǎo)體外徑偏小，導(dǎo)體刮傷，氧化，附著力不良等。隨著頻率提高，介質(zhì)衰減也隨之增大。同軸電纜的衰減與導(dǎo)體，介質(zhì)，結(jié)構(gòu)尺寸，工藝水準(zhǔn)和工作的頻率都有關(guān)，在50MHz以下衰減常數(shù)與標(biāo)稱值不符，而高頻有余量，常常是鋁箔中的鋁基太薄所致，在頻率比較低的時(shí)候，鋁基的厚度小于或與該頻率的透射深度相當(dāng)，造成了衰減值過(guò)大。根據(jù)理論計(jì)算，當(dāng)頻率達(dá)50MHz時(shí)的鋁層透射深度為12.2µm，一般采取38µm以上的鋁基可以解決這個(gè)問(wèn)題。物理發(fā)泡PE其衰減在低頻是合格，而高頻（如超過(guò)800MHz）時(shí)超差，大都與介電常數(shù)偏大有關(guān)系，即水中電容值偏大。或者與外導(dǎo)體編織密度過(guò)小，內(nèi)導(dǎo)體外徑偏小有關(guān)系。另外，衰減常數(shù)還取決與發(fā)泡度的大小。在阻抗和回波允許的范圍內(nèi)適當(dāng)提高發(fā)泡度（可以通過(guò)增加發(fā)泡度，提高阻抗，降低衰減。）對(duì)提高電纜的衰減常數(shù)有幫助，同時(shí)還可以降低成本，相關(guān)性能參數(shù)方法可參考GY/T135-1998標(biāo)準(zhǔn)中5.2.6章節(jié)要求,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試分析確認(rèn)。

3）回波損耗

回波損耗是由于同軸電纜特性阻抗不均勻性而引起的信號(hào)反射�；夭〒p耗會(huì)對(duì)接收機(jī)接收的信號(hào)的幅值產(chǎn)生影響，從而縮短了線纜的有效傳輸距離。相關(guān)性能參數(shù)測(cè)試可參考射頻電纜阻抗均勻性測(cè)量方法(GB/T12792-1991)的要求進(jìn)行,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室TDR儀器進(jìn)行測(cè)試分析確認(rèn)。良好的回波損耗性能是保證高頻高數(shù)率傳輸性能的關(guān)鍵。在同軸電纜生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)導(dǎo)體，絕緣體結(jié)構(gòu)尺寸偏差和材料變形，會(huì)使電纜的特性阻抗產(chǎn)生局部的不均勻，當(dāng)電纜加上傳輸信號(hào)時(shí)，這些地方便會(huì)出現(xiàn)信號(hào)的反射�；夭〒p耗值越大，信號(hào)反射系數(shù)越小，則表示電纜內(nèi)部均勻性越好，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可通過(guò)嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣外徑的波動(dòng)，確保絕緣同芯度達(dá)95%以上，內(nèi)導(dǎo)體和絕緣體無(wú)氧化刮傷現(xiàn)象。

 

 4）屏蔽衰減

屏蔽性能不良的系統(tǒng)，會(huì)破壞影響信號(hào)的正常傳輸，降低系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。高清視頻同軸電纜屏蔽性能的好壞，可以用屏蔽系數(shù)、屏蔽衰減，轉(zhuǎn)移阻抗來(lái)反映。屏蔽衰減越大，屏蔽系數(shù)越小，表示電纜屏蔽性能越好。在實(shí)際編織生產(chǎn)過(guò)程中，鋁箔搭接寬度應(yīng)不少于5mm，鋁層厚度提高到38µm以上，合理安排衰減，回波，屏蔽的關(guān)系，在衰減合格條件下合理降低發(fā)泡度，對(duì)提高屏蔽效果和回波都有利，鋁箔質(zhì)量要好，尤其柔韌性好，經(jīng)過(guò)各種彎曲而無(wú)裂紋。在線材屏蔽衰減設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：鋁基的厚度和鋁面的層數(shù)與屏蔽衰減具有一定的相關(guān)性，同規(guī)格的熱融鋁箔比同規(guī)格的單面鋁箔基本要好3-5dB。相同結(jié)構(gòu)的線材，同樣的編織密度，編織單絲外徑小的導(dǎo)體比大的導(dǎo)體屏蔽效果要好，在約90dB以內(nèi)，編織的密度與屏蔽衰減能力基本上是相關(guān)的，即編織密度越大，則屏蔽衰減能力越強(qiáng)，遮蔽率在65%時(shí)，屏蔽衰減值可達(dá)80 dB。相關(guān)性能參數(shù)測(cè)試可參考有線電視系統(tǒng)射頻同軸電纜屏蔽性能技術(shù)要求和測(cè)試方法(GY/T186-2002)標(biāo)準(zhǔn)中5.1章節(jié)要求采用吸收鉗法.另外高清視頻同軸電纜屏蔽衰減的測(cè)試方法可分為通過(guò)測(cè)量同軸電纜表面轉(zhuǎn)移阻抗對(duì)其進(jìn)行間接描述,三同軸法是典型的轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)量方法，在很多情況下,特別是頻率比較低的時(shí)候(10 MHz以下),可以用轉(zhuǎn)移阻抗間接描述屏蔽電纜的屏蔽衰減，轉(zhuǎn)移阻抗越低,屏蔽電纜的屏蔽性能越好。

生產(chǎn)品質(zhì)保證是源于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程細(xì)節(jié)的關(guān)注，特別是材料的可靠性及結(jié)構(gòu)尺寸有效性，設(shè)備的穩(wěn)定性，工藝參數(shù)實(shí)施的有效性都是我們過(guò)程檢驗(yàn)確認(rèn)的重點(diǎn)，只有對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控確認(rèn)，確保過(guò)程有效，我們才能生產(chǎn)出合格類產(chǎn)品。