专利名称：空中安装的通信电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信电缆，更具体地说，是涉及一种适于传输RF(射频)信号的通信电缆的空中安装。
当今普遍使用的用于传输RF信号的同轴电缆包括内导体、包裹内导体并作为外导线的金属外皮、以及可以选择使用的包裹金属外皮的保护层。一绝缘层包裹内导体使得内导体与包裹其外的金属外皮电绝缘。例如，一电缆结构中采用膨胀泡沫绝缘层包裹内导体并填充内导体与包裹其外的金属外皮间的空间。在另一结构中，与盘形聚合物垫片配合使用的空气绝缘层用来支撑中心导线使其在空间分布上与外导线分开。
这些类型的同轴电缆的一个通常用途是用做声音、数据、以及图像传输的主干和分支电缆。同轴主干和分支电缆经常在空中安装，比如被悬挂在公用电杆之间。在安装同轴电缆时一个要关心的问题是同轴电缆普遍存在的有限的弯曲性能，这是同轴电缆的特点。尤其在安装同轴电缆时必须小心以避免在同轴电缆中出现卷曲或弯曲，因为任何这样的卷曲或弯曲都将有害地影响电缆的信号传输性能。这些卷曲或弯曲也可能在由于季节性和每天的温度变化而重复热膨胀和收缩循环之后成为电缆结构破坏的部位。
如
图1-4所示，安装空中电缆的常规方法通常是一个费时间的过程。典型的如图1所示，首先把绳固定在公用电杆12上并穿过滑轮14或通过其它方法把支撑绳10或“悬缆”安装在下一个公用电杆16上。然后，如图2所示，利用从支撑绳或其它装置悬垂的滑轮20沿支撑绳10的长度方向拉同轴电缆以便安装同轴电缆18。接着，如图3和图4所示，通过把同轴电缆缠挂或捆扎在支撑绳上把同轴电缆18固定在支撑绳10上。在隔开的位置处，同轴电缆被形成膨胀圈24，如图4所示，以适应随着季节和每天的温度变化而产生的膨胀和收缩。在常规安装方法中，必须进行很多步骤以便空中安装通信电缆。
另一种方法是在同一保护层中提供同轴电缆和支撑绳或悬缆并在同一步骤中悬挂支撑绳和同轴电缆。然而，这种特殊的结构仍然要求形成膨胀圈的独立的步骤以适应热膨胀。
尽管膨胀圈可充分解决热膨胀和收缩的问题，但出现了很多与使用膨胀圈有关的问题。例如，在电缆的使用寿命中膨胀圈被弯曲很多次，结果，在膨胀圈中的应力局部集中导致在膨胀圈处的部分电缆失效，由此至少影响了部分传输信号。膨胀圈失效的趋势使得有必要更早地更换电缆。另外，在安装时必须手工形成膨胀圈便容易在电缆中产生有害的卷曲或弯曲。而且，如上所述，安装时形成在同轴电缆中膨胀圈是很耗时的。
本发明提供一种无需膨胀圈而能经受热膨胀和收缩的通信电缆。此外本发明的通信电缆是单一单元的，因此在一路径中通信电缆能够快速安装。尤其，本发明提供一种有支撑绳的通信电缆并且至少有一根同轴电缆缠绕在支撑绳上，这样一种方式使得同轴电缆能够适应由于热膨胀和收缩引起的尺寸变化。更具体地说，使用同轴电缆长度超出支撑绳长度的特定关系，同轴电缆螺旋形缠绕在支撑绳或悬缆上或与其扭成股。该同轴电缆包括内导体、包裹内导体的绝缘层和包裹绝缘层的外层管状金属外皮。最好绝缘层是膨胀泡沫绝缘体比如闭孔聚乙烯泡沫塑料。该同轴电缆可以选择地包括一包裹金属外皮的保护层。
本发明所提供的空中安装的同轴电缆通过电子连接器将它们的末端与电缆系统中的其它元件相连。在连接器之间电缆可以延伸数百或数千英尺。结果，热膨胀和收缩能够在电子连接器处产生非常高的张力，这样就降低了电缆信号传输的性能或者甚至引起同轴电缆从连接器中拉出，使系统断开。然而已经发现，通过将同轴电缆螺旋形构型缠绕在支撑绳周围并且将同轴电缆与支撑绳的长度比率控制在限定参数1.005与1.010之间，电缆能够有效的承受严重的热膨胀和收缩而不需要膨胀圈。在一个最佳实施例中，该比率在1.006与1.010之间。同轴电缆最好用变化绞距长度缠绕在支撑绳周围，这样可以限制对信号传输起负作用的匹配回路损耗(SRL)的引入或者周期性的阻抗不匹配。
采用导线和悬缆支撑绳的股状结构的电缆已经被建议使用在特定的用途中。比如，Morrison等人的美国专利第2473965号，提及股状电缆结构用于电能传输。与支撑绳成股的小直径同轴电缆也已被生产用于某些特殊的低频带宽度，比如无线电传输。然而这些现有的应用并不存在本发明中大直径同轴电缆在热收缩过程中所遇到的严重张力。此外，这些现有的应用不曾意识到本发明所提及的恰当控制电缆长度与支撑绳长度比率的重要性。
除了提供一种上述的通信电缆，本发明还包括一种通信电缆的形成方法。该方法通常包括进给一个张力支撑绳以及进给至少一个同轴电缆，同轴电缆由内导体、包裹绝缘层的外部管状金属外皮组成。进给的同轴电缆螺旋形的沿支撑绳长度方向缠绕在进给的支撑绳上，同轴电缆与支撑绳的长度比率控制在1.005与1.015之间。如上所述，同轴电缆最好按不同的绞距长度螺旋形地缠绕在支撑绳周围。
本发明的通信电缆可以在公用电杆之间单路相对快速地安装而无需在同轴电缆中形成膨胀圈。因此，该同轴电缆通常不在膨胀圈中出现应力集中。此外，由于该同轴电缆螺旋形地缠绕在支撑绳周围并且同轴电缆与支撑绳的长度比率控制在1.005与1.015之间，该同轴电缆能够承受热膨胀和收缩而不会从连接器中拉出。而且，通过变化同轴电缆缠绕支撑绳的绞距长度，由于同轴电缆周期性损害而引起的对传输RF信号的有害影响可以减小。
参照本发明实施例及其附图的下述详细描述，对本领域专业技术人员来说，本发明的这些和其它特点将更清晰明了。
图1-4示出了通过顺序悬挂支撑绳、悬挂同轴电缆、把同轴电缆固定在支撑绳上并在同轴电缆中形成膨胀圈的空中安装通信电缆的现有技术的方法；图5是按照本发明的空中安装的通信电缆的透视图；图6是沿图5中的线6-6的示出支撑绳和同轴电缆的图5的通信电缆的横截面图；图7是按照本发明的形成通信电缆的方法的示意图；图8是沿图7中线8-8的横截面图并示出了同轴电缆是怎样缠绕在支撑绳上的；
图9是按照本发明在一单路中空中安装通信电缆的示意图。
现在参照图5，所示的按照本发明的通信电缆30包括一支撑绳32和一同轴电缆34。同轴电缆34沿支撑绳的长度方向被螺旋形缠绕在支撑绳32上。尽管在图5中仅示出了一个同轴电缆34，一个或多个与同轴电缆34平行的另外的同轴电缆也可以被螺旋形缠绕在支撑绳32上。另外，其它类型的电缆也可以平行于同轴电缆34被螺旋形缠绕在支撑绳32上。
通信电缆30通常在空中安装并悬挂在两预定的位置之间，其中至少一个位置最好是高架的。例如，通信电缆30可以被悬挂在一公用电杆36和一第二位置(通常为第二公用电杆)之间。通常通过使用诸如夹紧装置38之类的任意合适的工具把支撑绳32固定在电杆上以便把通信电缆30固定在公用电杆36上。通信电缆30，尤其是同轴电缆34通常被用于传输诸如数据、声音及视频等宽频带通信应用中的RF信号。
用在本发明通信电缆30中的支撑绳32最好有足够的强度以支撑同轴电缆34或螺旋形缠绕在支撑绳上的电缆。用于支撑绳32的一种特别合适的材料是一种镀锌钢缆。如有必要，支撑绳32还可包裹一层保护层(未示出)。用于保护层的合适的材料包括诸如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及各种橡胶之类的热塑性涂层材料。
在本发明中使用的同轴电缆34通常是用于传输RF信号的类型，比如具有达到约1GHz的频带的如声音、数据及视频等等的宽频带应用。尤其是，可使用通常用于这些应用中的主干和分支电缆。如图6所示，同轴电缆34包括一内导体40、包围内导体的绝缘层42及包围绝缘层的作为外导线的金属外皮44。同轴电缆34还包括包围金属外皮的如图5和图6所示的保护层46。
在同轴电缆34中，内导体40由合适的诸如铜或铝之类的导电材料制成。最好，内导体40为实心铜线、铜管或铜箔铝。在说明的实施例中，仅示出了一单一的内导体，因为这是用于传输RF信号的该种类型的同轴电缆的最普通的结构。
内导体40由诸如空气或聚合体材料之类的绝缘层42包围。通常，当空气被用作绝缘材料时，纵向隔开的聚合体盘被用作内导体40和金属外皮44之间的垫片。然而，绝缘层42最好为固态连续的聚合体材料并可使用诸如乙烯丙烯酸共聚物之类的粘结剂粘结在内导体40上。用于绝缘层42的例子可包括聚乙烯、聚丙烯及聚苯乙烯等。为了减少绝缘层的密度并由此减少绝缘常数，绝缘层最好为膨胀闭孔泡沫绝缘层。最好，泡沫绝缘层为高密度的聚乙烯或高密度和低密度聚乙烯的混合物。通常，泡沫绝缘层具有小于约0.28g/cc的密度。
紧紧包围绝缘层42的是一外层管状金属外皮44。最好，使用诸如乙烯丙烯酸共聚物之类的粘结剂把外皮44粘结在绝缘层42上以便在弯曲同轴电缆34时支撑外皮。外皮44最好也具有在机械方面和电方面连续的特征。这使得外皮44可有效地机械密封及电密封电缆防止外界影响，同时也密封电缆防止RF辐射的泄漏。金属外皮44可由诸如铜或铝之类的各种导电金属制成。在声音、数据及视频的应用中，金属外皮的外径通常在0.5英寸和1.0英寸之间。
如上所述，金属外皮44的外表面可由一保护层46包裹。用于保护层46的合适的材料包括诸如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及各种橡胶之类的热塑性涂层材料。通常，使用诸如乙烯丙烯酸共聚物之类的合适的粘结剂把保护层46粘结在外皮44上。
最好，在本发明中使用的同轴电缆34被设计成具有良好的挠性，即增强的弯曲性能，由此使同轴电缆易于形成围绕支撑绳32的螺旋形结构且在同轴电缆中不会导致卷曲、弯曲或其它缺陷。在本发明中使用的同轴电缆应具有不小于10倍的电缆直径的最小弯曲半径。最小弯曲半径取决于逐步把电缆弯曲成越来越小的均匀半径的心轴。每次弯曲后，检查电缆的弯曲或皱褶的迹象。首次发生皱褶迹象时的最小半径轴被定义为最小弯曲半径。
为了使同轴电缆34具有所要求的挠性和弯曲特性，最好使用相当薄的金属外皮44。在本发明中使用的最好的同轴电缆具有管状金属外皮44，其壁厚可选择以保持小于2.5％的T/D比率(壁厚与外径的比率)。另外，把外皮44粘结到泡沫绝缘层42上增加了同轴电缆34的挠性并在弯曲时通过支撑外皮44防止损坏同轴电缆。而且，相对于外皮44的硬度增加的芯(内导体40和绝缘层42)的硬度有利于同轴电缆34的弯曲特性。尤其是，在本发明中使用的同轴电缆34的芯硬度与外皮硬度的比率最好为5。在本发明中使用的具有合适的挠性的最佳电缆是QR电缆，可从北卡罗莱纳州Hickory的CommScope公司获得。
如上所述的芯与外皮硬度的比率取决于独立估算芯(内导体40和绝缘层42)及外导体44的压缩硬度，将从其侧面可观察到。一固定长度(1英寸)的芯和外导体的样品被放置在压缩负载夹具(通用测试仪)中并偏转一限定的数量。对芯和外导体，该偏转被限定为其各自直径的12％。于是，在限定的偏转下的所记录的负载的比率可表示硬度的比率。
同领域的专业技术人员容易理解，在本发明中使用的同轴电缆34，具体地说，在同轴电缆34中使用的导线由于季节性和每天的温度变化而热胀冷缩，这将导致电缆中发生弯曲并可能损坏电缆。有利的是，因为同轴电缆34被螺旋形缠绕在支撑绳32上且不存在膨胀圈，同轴电缆的热膨胀(收缩)被通过整个电缆分布在电缆中不会产生应力集中。而且，同轴电缆34最好变化绞距长度L螺旋形缠绕在支撑绳32周围，这样可以限制对RF信号传输起负作用的匹配回路损耗(SRL)的引入或者周期性的阻抗不匹配。
在本发明中使用的同轴电缆34最好紧紧螺旋形缠绕在支撑绳32的周围以便同轴电缆34沿支撑绳的大部分长度接触支撑绳。由此，同轴电缆34被支撑在支撑绳上且不须把同轴电缆缠挂或捆扎在支撑绳上。支撑绳32周围的同轴电缆34的紧密度可被描述为在通信电缆30中使用的同轴电缆的长度与在通信电缆中使用的支撑绳32的长度的比率。例如，对每100英尺支撑绳32，所超过的同轴电缆34的长度大约在6和18英寸之间，通常在8和12英寸之间。因此，同轴电缆34的长度与支撑绳32的长度的比率大约在1.005和1.015之间，通常在1.006和1.010之间。易于理解，多出的长度，即上述比率也可取决于在通信电缆中使用的同轴电缆34的伸直状况。
人们发现伸直的同轴电缆34的长度与支撑绳32的长度的比率对于本发明中的绳状通信电缆的制造和有效安装至关重要。具体地说，在比率低于1.005的绳状通信电缆中，同轴电缆在周期性的热收缩过程中受到高的张力从而导致同轴电缆从连接器中拉出。同样，如果该比率高于1.015，同轴电缆缠绕在支撑绳上太松并且股绞电缆的制造很难控制。此时，在制造时，同轴电缆可与加工机械碰撞而导致损坏同轴电缆。另外，在制造时，同轴电缆趋向于形成大的圈使得很难把电缆收在电缆盘上并且很难把电缆安装在公用电杆上。该比率对大直径电缆(即管状金属外皮的44的直径大于0.5英寸的电缆)的制造和安装非常关键。
本发明的通信电缆30在安装之前制造。形成通信电缆30的方法包括通过从电缆盘上展开支撑绳和同轴电缆分别从供给电缆盘50和52上进给支撑绳32和同轴电缆34。支撑绳32和同轴电缆34最好通过牵引装置54与电缆盘50和52保持一定的预紧张力。支撑绳32和同轴电缆34被依次导入使支撑绳和同轴电缆平行排列的绳缆搓绞机56。然后，支撑绳32和同轴电缆34前进到包含有用于把同轴电缆以螺旋形结构紧紧缠绕在支撑绳上的偏转装置的末端执行器58中。最好，用一系列滚筒59把同轴电缆34偏转并导入支撑绳32周围。如图8所示，同轴电缆34围绕支撑绳32的路径P通常为圆形，既可以为顺时针方向也可以为反时针方向。如上所述，同轴电缆34最好可弯曲以使得同轴电缆可螺旋形缠绕在支撑绳32周围且不会导致同轴电缆损坏。另外，一个或多个附加的电缆(如同轴电缆)可平行于同轴电缆34排列并螺旋形缠绕在支撑绳32上。
如上所述，本发明的同轴电缆被制造成使得伸直的同轴电缆34的长度与支撑绳32的长度的比率在约1.005和1.015之间，典型的在约1.006和1.010之间。另外，使用变化的绞距长度L把同轴电缆34缠绕在支撑绳32周围。如图5中所示，为此，绞距长度L被定义为同轴电缆34的中心64直接横过支撑绳32的中心66的点之间的距离。对于本发明中通常使用同轴电缆34，绞距长度L最好在约24到32英寸之间的一预定范围内摆动。例如，绞距长度L可以在25和27英寸之间或26和30英寸之间摆动。变化的绞距长度L可防止对同轴电缆34的周期性结构破坏，并且由此限制了对RF信号产生诸如相应于特定范围的频率耗散信号之类的负影响的匹配回路损耗(SRL)或周期性阻抗不匹配的形成。
如图7所示，同轴电缆34退出末端执行器58并螺旋形缠绕在支撑绳32周围以形成通信电缆30。通信电缆30由位于下游的牵引装置54从末端执行器58连续拉出并可被收集在诸如电缆盘60之类的容器中以便保存和搬运。
本发明的通信电缆30特别适于空中安装，其中至少一个用于固定通信电缆的位置是高于地面的。如图9所示，通过从电缆盘60之类的合适的容器中展开通信电缆提供一预定长度的通信电缆30。通信电缆30被导入诸如第一公用电杆62之类的第一空中位置，并且通过比如夹紧装置18(图1)之类的合适的装置把支撑绳32上的第一位置固定在公用电杆上。然后从第一公用电杆62把通信电缆32导入比如第二公用电杆64之类的第二空中位置。通过合适的装置比如滑轮66可在空中导入通信电缆。一旦通信电缆30已经被导入第二公用电杆64，则把支撑绳34上的第二位置固定在第二公用电杆64，支撑绳34被拉紧直到基本上绷直。然后以同样的方式把通信电缆30安装在另一空中位置。
通信电缆30的安装是一路处理并不需要独立地安装支撑绳32和同轴电缆34。因此，安装相当迅速。另外，由于同轴电缆34螺旋形缠绕在支撑绳32上，在同轴电缆中不需要膨胀圈来防止热膨胀的损坏。而且，本发明的通信电缆30不会因为膨胀沿同轴电缆34的分布而产生热膨胀应力集中。如上所述，围绕支撑绳32的同轴电缆34的绞距长度L是变化的。结果，如果发生对同轴电缆34的周期性破坏，通过同轴电缆传输的RF信号的质量降低的程度将被减少。
可以理解，读了本发明的上述描述后，本领域技术熟练人员可作出一些变化和修改，这些变化和修改都包含在随附的权利要求书的宗旨和范围之内。
权利要求
1.一种用于空中安装的通信电缆，其特征在于，它包括一支撑绳和至少一个螺旋形缠绕在所述支撑绳上的同轴电缆且使得同轴电缆的长度与支撑绳的长度的比率在约1.005和1.015之间，所述同轴电缆包括一内导体、一包围内导体的绝缘层及包围绝缘层的外层管状金属外皮。
2.按照权利要求1所述的通信电缆，其特征在于，同轴电缆的长度与支撑绳的长度的比率在约1.006和1.010之间。
3.按照前述任一权利要求所述的通信电缆，其特征在于，所述管状外皮具有在约0.5和1.0英寸之间的直径。
4.按照前述任一权利要求所述的通信电缆，其特征在于，所述管状外皮具有大于0.5英寸的直径。
5.按照前述任一权利要求所述的通信电缆，其特征在于，所述同轴电缆采用变化的绞距长度螺旋形缠绕在所述支撑绳上。
6.按照前述任一权利要求所述的通信电缆，其特征在于，所述同轴电缆被使用一在约24英寸和32英寸之间的预定范围内摆动的绞距长度螺旋形缠绕在所述支撑绳上。
7.按照前述任一权利要求所述的通信电缆，其特征在于，所述至少一个同轴电缆包括两个或两个以上的相互平行排列的同轴电缆。
8.按照前述任一权利要求所述的通信电缆，其特征在于，所述同轴电缆还包括一包围金属外皮的保护层。
9.一种用于形成前述任一权利要求所述的通信电缆的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤进给张力支撑绳；进给至少一个包括一内导体、一包围内导体的绝缘层及包围绝缘层的外层管状金属外皮的同轴电缆；以及同时沿支撑绳的长度方向导入进给的螺旋形缠绕在支撑绳周围的同轴电缆并控制同轴电缆的长度与支撑绳的长度的比率在1.005和1.015之间。
全文摘要
一通信电缆被提供有一支撑绳(32)和至少一个螺旋形缠绕在支撑绳周围的同轴电缆(34)。该同轴电缆包括内导体(40)、包裹内导体的绝缘层(42)和包裹绝缘层的外层管状金属外皮(44)以及可选择性的包括一包裹金属外皮的保护层(46)。同轴电缆被制造成使得同轴电缆的长度与支撑绳的长度的比率在1.005和1.015之间。通信电缆最好使用变化的绞距长度缠绕在支撑绳周围以便减少由于电缆损坏而产生的信号损耗。本发明的通信电缆特别适于空中安装并可一路安装,且不需要在同轴电缆中形成膨胀圈。
文档编号H02G7/05GK1237282SQ98801192
公开日1999年12月1日 申请日期1998年2月5日 优先权日1997年2月6日
发明者迈克尔·D·贾莱尼奥斯, 戴维·J·欧文, 小安迪·W·布赖恩特 申请人:北卡罗莱纳康姆斯科彼公司