YD T 838.1-2003 数字通信用对绞 星绞对称电缆.第一部分 总则.pdf
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1、M42 YD 中华人民共和国通信行业标准YD厅838.1-2003代替YDIT838.1-1996 数字通信用对绞/星绞对称电缆第一部分:总则Multicore and symmetrical pair / quad cables for digital communications Part 1: Generic specification 2003-07-07发布2003-07-07实施中华人民共和国信息产业部发布YD厅838.1-2003目次前言.E1 总则1.1 范围.1.2 规范性引用文件1.3 安装条件.2 2 定义和要求.3 2.1 定义.3 2.2 材料和电缆结构.6 3 试验
2、方法.83.1 一般说明.8 3.2 电气试验.8 3.3 传输试验.93.4 机械性能和尺寸测量试验.17 3.5 环境性能试验.18 附录A(资料性附录)特性阻抗和SRL/RL方法.20 附录B(资料性附录)不平衡衰减.40YD/T 838.1-2003 .矗.- 剧自本部分等同采用国际电工委员会标准IEC61156-1: 2001 a) -j (J)|WC l WL WL J o (A-12) 、E,句31A A ,.、1古把公式(A-7)和(A-8)代入公式(A-12),得出完全适用于高频的特性阻抗的实部和虚部:吟作(1-击金)+刊(1+丢)(1+护|(1+和但(1去去)+刊(1舌)(
3、1+元)Zc mZ_=动E了+命仔合作(1去去)刊(1舌)( 1亏)l.IA-141 ( 1+磊2)但(1击走)+刊(1+W:2 )(1+元1另外,把公式(A-9)和(A-lO)代人公式(A-12),得出适用于低频的特性阻抗的实部和虚部。(I+W( )(1舌)1 GL C R 0 (14再是)+去( 1+元1Zc=伍比去o (A-15) (I+W;f2 )(1+ W2 ) 1 (咀(哇l二垒作去+( 1+丢)mZ_=惰性手+. (A-16) 相传播时间(单位长度)表达式:. (A-17) 21 n-且W 将公式(A-8)和(A-lO)中。的代人,可以得出:( 1+丢)(1+元. (A-18)
4、. (A-19) (I+W;( )(1+元YD厅838.1-2003d =EZ r ( R I, C2 . D . ( c 1 R2 户|斗中日)+王若11.合!I三ZEFJzi lfF+-tJJEFJ2i但11 /11+一一一一111+一一一一11 1 11+一一一一111+一一一一11 1 Ll V _. w2 L2川w2C2 I J l V _. w2 L 2川W2C2I J I . (A-21) 式中:L和C是L和C对的一阶导数。相速度和群速度分别为:Vm=上-P VG=上G 上述表达式在整个频率范围内成立且是准确的。设C和G/(C)与频率无关,则可以得出:R /1 , G2 E一,z
5、L A W2C2 I ( 1+羔)(1+ W2 ) L 1C 上述在整个频率范围内成立的表达式可以简化为近似表达式,这些近似表达式分别适用于高频或低频。A.1.2 二次参敬的高频表达式根据介质损艳角正切的数值范围,如频率达1.5MHz的聚氯乙烯(PVC)绝缘电缆,介质损耗角正切值G/(C)=tan81 MHz, 0.5mm线径是正确的),这些公式可进一步简化如下并保持优于1%的精度:22 p=V叫(1击和p仔11手去)+群传播时间(单位长度)表达式:、,nu 句3A J,、YO/T 838.1-213 ReZc臼在冗了 (A-31) R G n7_AfL R G -ImZ阳一一一一一-一.T_
6、ReZ阳飞/芸|一一一-一一一l (A-32) 2CReZc (C .wc V C 2,L 2CI R .Gn 7 _RA/C .GA/L 国一一一+ReZr坦一飞/子+:. /芸. (A-33) 2ReZc . 2 -c 2 V L . 2 V C =wCReZc臼C(A-3的p臼C(A-3们L. C G . R D D ,. L R 且一+-卜一+一|卜R-R-一一I. (A-36) G -pT2LT 48 C,L.-L A. 1.3 特性阻抗和传播常敢与频率的关系当导线半径r大于透入深度的2倍时,可以认为高频时实心圆导线的高频电阻(表面电阻)包含两部分,一部分为常数,另一部分与f0.5有
7、关:8=l/V可J.tU(A-37)问吭卸pVw=Ro(士+扣(A-38) Ro Rnr =-p=一= -. v2. (A-39) 石4y -,-式中:Ro 半径为r的实心圆导线的直流电阻(fi/m)Rc 与频率元关的常数分量,约等于直流电阻(fi/m)的114Rs 与频率的平方根成比例的电阻分量(fi/m) 导线材料的导电率(S/m) 导线材料的导磁率(H/m)r 导线半径(m) 透入深度(不要与介质损耗角正切tan&混淆)(m) 上述公式仅适用于单根实心导线。线对的邻近效应和存在的其他线对、以及可能有的屏蔽都会影响高频电阻和电感。这些效应会使高频电阻在lMHz时增加约1511毛,并基本遵循
8、与频率的平方根成比例的规律。通常高频电阻的常数分量可忽略,对直径0.5mm的铜线线对,在lMHz时高频电阻的常数分量约为频率分量的159毛。总电感也包括两个主要的分量:L臼LF.+Ll=LF.+豆豆=LF.+一f!._.川.川. .川. . . .川.,.川.川.川. .川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.(仙A-40)I石式中:LE 外电感(自由空间),也称为元限频率电感(H/m)L) 内电感,其电抗等于高频时的表面电抗(H/m)由于线对的邻近效应和附近的屏蔽层和/或其它线对的自由空间限制效应,外部自由空间电感减小。这些感应分量在高频时呈负值且完全与频率无关。利用公式(A
9、-31)到(A-36)中的上述近似值,可得到下述公式:(R-t一)俨yEA丘+Vwtan+wyLECtans . (A-41) 2Z;nf initr . 2Z. 4Z. 2 可以写成下述形式:臼A+BV石+C.(A-42) 式中,A、B、C为常数。23 YD厅838.1-2003公式A-42的第1项表示在高频范围的低端,衰减以小于平方根规律的速度缓慢增加。公式A-41中第1个含的项是高频时起主要作用的分量,它也在相移常数公式A-43中出现:24 如叮坦C(1+忐)臼C唔仙一43)Z., (高频渐近值)如下:Z=y(Q百一. (A-44) 高频阻抗公式由公式A-45和A-46给出:叫自仔臼Z(
10、1+在)=+ _ =-=- r- . . . . . . . . . (叫-ImZ叫/主(_Ji一-)U v c飞2L2C I Rcrz二、-作(1+苟言)平一VE 2LE vw I 自Rc P !1+ Itn . _-11;.1 2C 2y瓦cy石2 - . LE I山.z 2何f了百-2tan相时延和群时延公式变为:p=vYC=y瓦(1+兰一)=y瓦IT+-l?2w I V - - 2Z., Y G叮+且左+互一1-王一+主:- I-R+R也护主旦iP2T 4 CL J - - - - - L - J R R , R G 国(1-一一)-一一(一一-一一)4IL I 8LLC 自p(1-L
11、)4L 自何(1+忐)国飞店:古+一气一V 4飞/Z回a 1()4 $ 10 1()2 101 10-1 1矿10-2 10-1 1 101 10 频率(MHz)图中,单位为Np/lm(lNp=8.68创B);单位为radllm;Zc单位为0。图A.11kHz到1GHz的二次,放1)()() 1仪)()1 10 10 . (A-46) . (A-47) (A-48) Zc YD/T 838.1-23 图A.l表示0.5mm线径非屏蔽电缆的二次参数与频率的关系。在音频时,衰减和相移常数几乎相等。在这些频点上,特性阻抗的绝对值与特性阻抗的实部相差2倍。频率1kHz时,在以奈培(Np)和弧度(Rad
12、)为坐标的图上,衰减远小于相移常数,且特性阻抗基本上只有实部。总衰减()与金属衰减(R)相差一个介质衰减分量,该图中假定介质损耗角正切为0.01。A.2 与SRL效应出现相关的周期性结构变化对传播常数的影晌均匀电缆线对的特性阻抗Zc定义为沿同一方向(正向f或反向r)电压波V与电流波I之比。对于没有结构变化的均匀电缆,特性阻抗可以在电缆的一端直接测量出电压与电流值然后求回得出。Zr;=Ullj严U.llr.(A-49) 布线系统的其它重要性能还包括输入阻抗、输出阻抗及相应的RL和电缆的SRL。这些性能包含了电缆结构变化。根据电缆的Sll和S22参数测出这些性能参数,说明如下:与电缆有关的重要参数
13、是特性阻抗zc和SRL,这些参数描述了电缆这种传输媒介的质量。与系统有关的参数有电缆输入和输出端的输入阻抗、RL,这些参数与S参数Sl1和S22有关。插入损耗也是与系统有关的参数,该参数用S21表示。传播常数仅与电缆有关,已在Al中讨论。=+j. (A-50) A.2.1 周期性结构不均匀引起的正向回波通常沿线路逐渐减弱的反射信号对传输几乎没有直接影响。在谐振频率时由于二次反射产生的正向回波将影响正向传输。根据线路全长上的周期性不均匀,正向回波系数(q)可以通过下述公式计算,其中周期性SRL(PSRL)系数(p)在谐振频率时测量。Iq I皿=KIp 120m . (A-51) 式中:2-I+e
14、 K= .U-T(; (A-52) (I-e却也)当211(Np)时:K=21-1 . (A-53) 式中:一电缆衰减常数,Np/m n一电缆相移常数,rad/m l一电缆长度,mq一共振频率时电缆远端的正向回波系数p _ lO-PSR= I (ZCM -Zc) / (ZCM +Zc) I共振频率时在电缆近端测出的系数AQ一-20logI q I ,谐振频率时的正向回波衰减,dB PSRL一-20logI p I ,谐振频率时的结构回波损耗,dB K-2-1,当211(Np)时AQ - 2PSRL-20log (2l-l) (dB),式中2l用Np表示上述参数仅与电缆结构和电缆长度有关。终端的
15、阻抗也会因反射产生正向回波,反射发生在电缆的信号源阻抗(ZG)、输入阻抗(ZIN)、负载阻抗(ZL)和输出阻抗(ZOl之间。回波损耗RL的定义如下:I Z.,-Z I 盹产20叫去苛I. (A-54) 25 YD厅838.1-2003I Z,_-Z, I RL=-201og|旦L止|(A-55)1 Zo归+ZL1 式中:ZIN一终端接负载ZL时,电缆的输入阻抗;Zour一电缆的输入端接信号源阻抗ZG时,电缆的输出阻抗。来自这两个反射的回波衰减(AE)为:A E =2al+RLm +Rl.ot厅.,.(A-56) 中继段或再生段的总回波衰减(Aror)为:Aror =-101og (1 0-AQ
16、/10+ 1O-AE/IO) . (A-57) 如果鸟和ZL在S参数测量中作为基准阻抗,那么:Sl1 = (ZI町-ZG)/ (ZIN +ZG) . (A-58) S22 = (Zour -ZL) /(Zour +ZL) . (A-59) 复合损耗(即ZG=ZL时的插入损耗)为:Ac=-201ogIS21 1 . (A-60) 注意到电缆衰减:l;6Ac或A1. (A-61) 均匀电缆的复合损耗(衰减)如下:I Z +Z I I Z. +zI 0 ,_.,如1I Ac叫+20叫苟言Zc1+2仙gl苟言汪1+201og 11-r1 r 式中:r1 = (ZG-Zc) / (ZG+Zc) . (A
17、-63) 巧=(ZcZc) /(ZL+ZC) . (A-64 ) 在公式(A-62)到(A-64)中,Zc是均匀电缆线对的特性阻抗。A.2.2 定义1)测量(包括结构)出的特性阻抗ZCM如下:ZCM=Y瓦石怜创2)平均特性阻抗Zc定义为均匀电缆的特性阻抗。3)电缆标称特性阻抗Z定义为给定频率下具有一定容差的特定Zc值。4) ZN是电缆运行中链路和/或终端(系统)的标称(基准)阻抗。5) ZR是测量中使用的基准(标称)阻扰。通常(对于实际RL)ZR=ZNO当采用RL测量值近似估计SRL值时,在给定频率范围内选择选ZR以得到最佳平衡。6)鸟是电缆线对的另一端端接基准阻抗ZR时,终端阻抗的测量值。7
18、)回波损耗RL定义如下:I Z-Zn I RL=-201ogl丰27|(A-66)8)结构回波损耗SRL定义如下:I Z.-Z I SRL=-201ogl矿企丁步|. (A-67) I -CM -C I 9)电缆标称特性阻抗Z可以规定如下:a)在给定频率点上具有一定容差的标称平均特性阻抗ZC以及b)在一定频率范围内SRL的限制值,SRL以dB为单位。为了得到相同的结果,在测量电缆的RL时被测电缆的长度至少为100m,电缆的一端接系统的标称阻抗并在另一端测量。规定的RL限定值比SRL限定值略宽一点(几个dB)。使用这种方法可以节约时间26 YD厅838.1-2003和费用(见3.3.6)。注意在
19、低频(MHz)范围内出现的共振(见A-62和A-78)。阻抗模值和幅角的最小二乘法函数拟合函数拟合在3.3.6.2中作了简要说明,这里提供更详细的计算方法。A.3.1 阻抗模值的函鼓拟合函数拟合可适用于Zc的实部和虚部,但通常情形下感兴趣的是模值,而不是两个分离分量或幅角。高频时阻抗模值非常接近实部分量,而虚部分量很小。由于阻抗正负偏差的不对称性,阻抗模值或实部分量的函数拟合会产生较高的值(典型0.050.或更小)。如果期望得到更精确的结果(阻抗或SRL),函数拟合可在具有线性比例关系的S参数值上进行。根据下述公式,使用最小二乘法拟合ZC,可计算出拟合特性阻抗的模值。K, K lI=Ko+二二
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