高清視頻同軸線生產品質控制

 

 

 

作者：廣州市宇洪電線電纜實業有限公司湯代斌

 

湯代兵：

廣東智慧安防專家庫專家

企業知識產權管理體系合格內審員

武漢工程大學校企聯合研發首席技術專家

參與廣東省及廣州市多項科技項目立項申報工作

湖北省企業知識產權管理體系示范企業申報人

參與廣東省及湖北省《高新技術企業認定》申報并獲批

參與住建部智裝委《建筑物室內智能布線系統應用技術白皮書》編寫

參與公安部GA/T1297-2016《安防線纜》標準等多項標準的技術編寫

    質量管理體系及環境管理體系合格證

電線電纜產品檢測高級技能職業資格證

20項授權實用新型專利發明人

7項發明專利申報人

電線電纜《生產許可證》合格質量負責人

 

前言

2015年1月6日由廣州市宇洪電線電纜實業有限公司承辦的公安部《安全防范系統用線纜技術要求》標準專家評審會議在廣州從化舉行，此次會議邀請公安部主管部門領導以及行業協會與各大系統集成商技術專家參會，評審會上各專家對標準條款逐一審核并提出討論問題點，與會領導與專家對標準的編寫充分肯定并最終一致評審通過，目前該標準已報送上級單位申批。廣州宇洪公司自2012年8月參加《安全防范系統用線纜技術要求》標準制訂開始，作為國內安防線纜企業的杰出代表，全程參與標準的立項，編寫，驗證，研討工作，公司作為華南區域的唯一代表，在標準編寫過程中結合安防工程實際與各大系統集成商充分溝通研討，提出具體技術要求并反復驗證。廣州宇洪公司全面性的安防線纜技術草案得到了公安部一所，標準委，中安協等相關領導的認可和贊評。

目前高清視頻監控系統在安防領域被廣泛使用，該系統對于視頻信號傳輸用線纜結構穩定性及電氣傳輸性能要求特別高，這對線纜生產廠商在產品設計，原材料，生產設備，檢測儀器上面提出更高要求。廣州宇洪公司作為標準編寫單位之一，在產品技術參數上面提出高標準嚴要求的同時，利用自身在生產設備及檢測儀器上面的優勢，采取系統性的方法對其所生產的高清視頻同軸線產品質量可靠性進行全面生產過程控制。

高清視頻同軸電纜由里到外分為四層：即中心導體，絕緣體，網狀導電層和絕緣外護套，廣州宇洪公司此類產品在結構設計上面依《射頻電纜設計指南》GB/T11322.1-2008規范要求處理。公司擁有三層共擠式高壓注氮物理發泡生產線，該設備具備氮氣壓力自動調節與發泡度在線數據監測與自主調節功能，所生產線芯發泡度均勻，特性阻抗穩定，視頻信號傳輸衰減小。

 

產品結構描述：

1）同軸電纜內導體：

國標規范中對于此結構電纜銅導體外徑要求為1.02+/-0.01mm,銅是內導體的主要材料，內導體對信號傳輸影響很大，因為衰減主要是內導體電阻損耗引起的。其電導率，尤其是表面電導率，應盡可能高。內導體用的銅材質量要求很高，要求銅材應無雜質，表面干凈、平整、光滑。內導體直徑應穩定。直徑較大波動變化都會降低阻抗均勻和回波損耗，因此應精確控制內導體外徑。

在實際生產過程中，廣州宇洪公司物理發泡生產線具備恒張力調節系統功效，該系統調整放線張力，保持牽引速度穩定。使用拉絲校直裝置，解決銅線非一致性、微彎等問題，可提升同軸電纜的回波損耗值。

2）同軸電纜絕緣體：

同軸電纜介質遠不只是起絕緣作用，最終的傳輸性能主要是在絕緣之后才確定的，因此介質材料的選擇和其結構非常重要。所有重要的性能，如衰減、阻抗和回波損耗，都與絕緣關系很大。對絕緣最重要的要求有相對介電常數低，介質損耗角因子小，以保證衰減小，特性阻抗均勻，回波損耗大，機械性能穩定。 同軸電纜性能的好壞，取決于單線的結構和質量， 內皮層應盡可能薄且均勻一致，同心度高，為減小衰減，內皮層厚度應控制在0.05mm左右。 廣州宇洪公司生產設備為高壓注氮物理發泡方式，其控制介面可依據設定參數值在線自動控制調整水中電容值，特性阻抗值，絕緣外徑，同芯度，發泡度，其物理發泡度最高可達到80％，物理發泡結構一致，單線特性阻抗均勻，回波損耗大。泡沫絕緣層均勻、致密，每個泡沫孔均密閉，絕緣圓整均勻，同心度達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。 物理發泡絕緣材料由HDPE、LDPE，成核劑按一定比例構成，通過注入氮氣方式生產，生產線速度最高應達到120m／min，生產線速度快，可以彌補出膠量不均勻所造成的缺陷，提高回波損耗值。

 物理發泡生產線通過內皮層－發泡層－外皮層共擠工藝可以得到均勻、密閉的發泡結構，具有機械性能穩定、強度高以及很好的防潮性能等特點。在發泡絕緣層外表面通過注入方式加一層薄的實芯PE。這種外皮層可以有效防止潮氣入侵，從一開始生產就保護同軸電纜性能，絕緣層通過內皮層緊緊地包在內導體上，進一步提高了電纜的機械穩定性。該設備牽引的穩定性是生產物理發泡單線的關鍵因素之一，采用前后雙牽引，而且前后牽引均為主動式雙輪臥式牽引機。輪徑為1000mm，由變頻調速裝置和恒張力調節系統組成，保證牽引穩定，前后同步。1000mm臥式主動牽引，由于輪徑大，牽引速度最大應達到120m／min。既可增加牽引穩定性，又可減少銅線微彎，增加回波損耗值。

3）同軸電纜外導體：

外導體有兩個基本的作用：第一是回路導體的作用，第二起屏蔽作用，屏蔽層編織網與鋁箔縱包組合，有效抵抗電磁干擾，鋁箔使用厚度50um的熱融結構。編織層用鍍錫銅，外徑在0.12mm-0.18mm，在編織過程中，鋁箔的鋁基厚度，縱包搭接寬度，編織網的目數，錠數，夾角度，遮蔽率都影響屏蔽衰減性能參數，實際生產中依線纜規格書要求進行檢驗確認。

4）同軸電纜外護套：

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

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據

型號 規格	內導體 結構 mm	絕緣 外徑 mm	特性阻抗 (200 MHz) Ω	衰減常數 dB/100m	20℃時的絕緣電阻MΩ·km	纜芯介電強度 kV	回波 損耗 dB	屏蔽 衰減 dB	護套介電強度 kV
									浸水 試驗	火花 試驗
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為測試頻率。

產品性能控制方法：

1）特性阻抗

 高清視頻同軸電纜首先要考慮的主要參數就是特性阻抗。傳輸線匹配的條件是線路終端負載阻抗正好等于該傳輸線的特性阻抗，此時沒有能量的反射，因而有最高的傳輸效率，相關性能參數測試方法參考GY/T135-1998標準中5.2.5章節要求,可通過實驗室TDR儀器進行測試分析確認。特性阻抗取決于電纜的結構尺寸和絕緣材料的介電常數，物理發泡絕緣材料有較低的介電常數。其發泡度，絕緣外徑與特性阻抗是正比例關系，增加其發泡度，絕緣外徑增大，同時特性阻抗也加大，反之則相反。發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，水中電容值越小。水中電容值和介電常數成正比，水中電容值越大，介電常數越大，反之則相反。當物理發泡生產線設備介面顯示特性阻抗值在標準范圍外時，可通過調整發泡度或絕緣外徑大小，即在絕緣外徑公差允許范圍內調整擠出機主機螺桿轉速或牽引輪轉速，使線材的水中電容值達到要求；如當線材水中電容值偏小時，在外徑公差允許的范圍內，調慢擠出機主機螺桿轉速或調快牽輪引的轉速，使芯線水中電容值達到要求。調整外徑不能使線材電容值達到目標要求時，絕緣材料絕緣性能可有問題，可以通過調節冷卻水溫度或移動冷動水槽，使線材發泡度改變。調整擠出機機頭溫度能改變發泡度，改變材料的絕緣性能，但因擠出機機頭溫度對發泡度影響非常敏感，盡量不要通過調整機頭來調節發泡度，并且改變機頭溫度還會影響其它工藝參數的變化。當上述外徑調整及發泡度調節都不能使線材的水中電容值達到目標要求時，線材的結構很可能存在問題，需檢查芯線是否有偏心、放線、收線張力是否過大導致銅絲被拉細等，從而把各擠出工藝條件調整到最佳狀態

2）衰減常數

衰減常數反映了電磁波能量沿電纜傳輸時的損耗大小，通常要求電纜有盡可能低的衰減常數。 衰減由內外導體的損耗與支撐該導體的絕緣材料的介質損耗之和構成，其中導體損耗占主要地位，尤以內導體的衰減最大，約占整個導體衰減的80％。低頻端主要是導體衰減，如導體外徑偏小，導體刮傷，氧化，附著力不良等。隨著頻率提高，介質衰減也隨之增大。同軸電纜的衰減與導體，介質，結構尺寸，工藝水準和工作的頻率都有關，在50MHz以下衰減常數與標稱值不符，而高頻有余量，常常是鋁箔中的鋁基太薄所致，在頻率比較低的時候，鋁基的厚度小于或與該頻率的透射深度相當，造成了衰減值過大。根據理論計算，當頻率達50MHz時的鋁層透射深度為12.2µm，一般采取38µm以上的鋁基可以解決這個問題。物理發泡PE其衰減在低頻是合格，而高頻（如超過800MHz）時超差，大都與介電常數偏大有關系，即水中電容值偏大�；蛘吲c外導體編織密度過小，內導體外徑偏小有關系。另外，衰減常數還取決與發泡度的大小。在阻抗和回波允許的范圍內適當提高發泡度（可以通過增加發泡度，提高阻抗，降低衰減。）對提高電纜的衰減常數有幫助，同時還可以降低成本，相關性能參數方法可參考GY/T135-1998標準中5.2.6章節要求,通過實驗室網絡分析儀進行測試分析確認。

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反射�；夭〒p耗會對接收機接收的信號的幅值產生影響，從而縮短了線纜的有效傳輸距離。相關性能參數測試可參考射頻電纜阻抗均勻性測量方法(GB/T12792-1991)的要求進行,通過實驗室TDR儀器進行測試分析確認。良好的回波損耗性能是保證高頻高數率傳輸性能的關鍵。在同軸電纜生產過程中產生的內導體，絕緣體結構尺寸偏差和材料變形，會使電纜的特性阻抗產生局部的不均勻，當電纜加上傳輸信號時，這些地方便會出現信號的反射�；夭〒p耗值越大，信號反射系數越小，則表示電纜內部均勻性越好，在實際生產過程中可通過嚴格控制導體和絕緣外徑的波動，確保絕緣同芯度達95%以上，內導體和絕緣體無氧化刮傷現象。

 

 4）屏蔽衰減

屏蔽性能不良的系統，會破壞影響信號的正常傳輸，降低系統的傳輸質量。高清視頻同軸電纜屏蔽性能的好壞，可以用屏蔽系數、屏蔽衰減，轉移阻抗來反映。屏蔽衰減越大，屏蔽系數越小，表示電纜屏蔽性能越好。在實際編織生產過程中，鋁箔搭接寬度應不少于5mm，鋁層厚度提高到38µm以上，合理安排衰減，回波，屏蔽的關系，在衰減合格條件下合理降低發泡度，對提高屏蔽效果和回波都有利，鋁箔質量要好，尤其柔韌性好，經過各種彎曲而無裂紋。在線材屏蔽衰減設計時應考慮如下因素：鋁基的厚度和鋁面的層數與屏蔽衰減具有一定的相關性，同規格的熱融鋁箔比同規格的單面鋁箔基本要好3-5dB。相同結構的線材，同樣的編織密度，編織單絲外徑小的導體比大的導體屏蔽效果要好，在約90dB以內，編織的密度與屏蔽衰減能力基本上是相關的，即編織密度越大，則屏蔽衰減能力越強，遮蔽率在65%時，屏蔽衰減值可達80 dB。相關性能參數測試可參考有線電視系統射頻同軸電纜屏蔽性能技術要求和測試方法(GY/T186-2002)標準中5.1章節要求采用吸收鉗法.另外高清視頻同軸電纜屏蔽衰減的測試方法可分為通過測量同軸電纜表面轉移阻抗對其進行間接描述,三同軸法是典型的轉移阻抗測量方法，在很多情況下,特別是頻率比較低的時候(10 MHz以下),可以用轉移阻抗間接描述屏蔽電纜的屏蔽衰減，轉移阻抗越低,屏蔽電纜的屏蔽性能越好。

生產品質保證是源于對生產過程細節的關注，特別是材料的可靠性及結構尺寸有效性，設備的穩定性，工藝參數實施的有效性都是我們過程檢驗確認的重點，只有對這些細節進行監控確認，確保過程有效，我們才能生產出合格類產品。