一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆，包括采用星绞结构布置的四根绝缘芯线和填充在绝缘芯线中间间隙内的填充条，以及绕包在四根绝缘芯线外周的隔离绕包层，所述绕包层的外圈依次包裹有内屏蔽层、外屏蔽层、护套内层和护套外层，内外屏蔽层采用镀银铜丝编织而成。所述绝缘芯线包括导体和包覆在导体外层的绝缘层，所述绝缘层厚度为0.16～0.18mm。所述导体由镀银铜导体绞合而成，银层厚度大于等于6μm。由于集肤效应的影响，需控制导体银层厚度，具体为：在对称屏蔽电缆中，需要考虑集肤效应的影响，随着频率的上升，流经导体大电流趋于表面，等于导体截面积减小而导致信号衰减增大。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆
本专利技术属于线缆领域，涉及一种柔性结构航天航空用超柔性1394B数据总线电缆。
技术介绍
传统的航空航天领域所用的1394B总线电缆，其外护套使用氟塑料推挤而成，填充条采用实芯氟塑料挤出，而随着科技和使用领域的不断发展，对于航空航天用数据电缆的基本要求越来越高，对电气性能、物理弯曲半径及重量的要求也越来越严格，而现有的数据电缆结构已经难以满足航空航天对于电子元器件轻量化的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种航空航天用柔性1394B总线传输协议数据电缆，以解决数据电缆在狭窄空间的安装及无法轻量化的问题。本方法制备的1394B数据总线电缆具有低衰减、高带宽等优异的电性能特性，护套采用聚四氟乙烯(PTFE)和聚全氟乙丙烯(FEP)双层绕包复合烧结而来，从而具有耐高低温性能良好、重量轻、柔软的特点。本专利技术采用的技术方案如下：一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆，包括采用星绞结构布置的四根绝缘芯线和填充在绝缘芯线中间间隙内的填充条，以及绕包在四根绝缘芯线外周的隔离绕包层，所述绕包层的外圈依次包裹有内屏蔽层、外屏蔽层、护套内层和护套外层，内外屏蔽层采用镀银铜丝编织而成，成缆时，电缆外径为3.40±0.1mm；所述绝缘层由至少两层微孔聚四氟乙烯薄膜绕包层叠加，微孔聚四氟乙烯薄膜外侧附加一层可烧结聚四氟乙烯薄膜进行烧结形成一种新型复合材质外被。进一步地，所述绝缘芯线包括导体和包覆在导体外层的绝缘层，所述绝缘层厚度为0.16～0.18mm。进一步地，所述导体由镀银铜导体绞合而成，银层厚度大于等于6μm。第一：由于集肤效应的影响，需控制导体银层厚度，具体为：在对称屏蔽电缆中，需要考虑集肤效应的影响，随着频率的上升，如图2所示，流经导体大电流趋于表面，等于导体截面积减小而导致信号衰减增大。依据IEEE1394BS400的速率，ω＝2πf、ω为角频率、μ为磁导率、σ为导电率，δ为信号透入深度，确保银层厚度大于透入深度以降低信号衰减，如图3(a)所示，在频率为10hz时，大电流推入内，能够深入导体21mm，而如图3(b)所示，在频率为100Khz时，大电流推入内，能够深入导体0.21mm，如图3(c)所示，在频率达到1Ghz后，由于集肤效应，仅能够深入导体0.0021mm。如图2所示依据IEEE1394BS400的速率，计算出信号透入深度，确保银层厚度大于透入深度以降低信号衰减；已知:铜的磁导率:μγ＝4×π*107H/m；铜的相对导电率：σ＝54当频率f＝125MHz，透入深度为0.006mm；当频率f＝250MHz，透入深度为0.004mm；综上，中心导体镀银银层厚度设定为不小于6μm。第二：降低邻近效应所引起的衰减，具体为：当回路两根导体邻近时，电流方向相反，导致电流集中与靠近一侧，等同于导体截面积减小，电阻增大。对称屏蔽电缆的总有效电阻计算公式:Ds:屏蔽内径；μp：屏蔽材料磁导率；σp：屏蔽材料的电导率；d:中心导体外径；μr：导体材料相对磁导率；σr：导体材料的电导率；f:频率；a:导体中心间距；已知：屏蔽材料为铜材，μρ＝μγ＝4×π*107H/m，σp＝54；中心导体外径d＝0.635mm(以24Awg绞合导体为例)得出总电阻:上式中，当邻近效应所导致的电阻最小。由上公式得到a/Ds抛物线，如图5所示。当绝缘外径/屏蔽内径＝0.47时，满足此时屏蔽层所产生的反向电磁场抵消邻近效应所带来的电阻增大，从而产品具有最低的衰减常数，其中绝缘外径*1.414＝导体中心间距。第三：通过差分阻抗匹配性结构设计中，要保证得到上述绝缘外径/屏蔽外径＝0.47结构关系，同时应保证特性阻抗的匹配性，防止链路失配导致信号反射衰减大，电磁干扰严重的风险。特性阻抗计算公式：Ds:屏蔽内径；d:导电线芯直径；a:导体中心间距；已知1：低密度PTFE，设定产品信号延时为4.10ns/m，对应介电常数为1.52；已知2：IEEE1394B协议规定特性阻抗中心值为Z为110Ω；已知3：导体直径为0.635mm(以24Awg绞合导体为例)；已知4：a/Ds＝0.47可满足衰减最小；从而可求出屏蔽内径Ds＝3.27，绝缘等效外径为1.53mm；由于采用星绞结构如图1所示，得到实际绝缘外径＝1.53/(2.414/2)≈1.27mm。综上所述，在介电常数控制在1.52时，绝缘外径1.267mm，总绝缘外径＝屏蔽内径＝3.27mm结构设计既满足特性阻抗匹配性，同时产品具有最小衰减常数。进一步地，所述填充条为圆柱形，由聚四氟乙烯薄膜绕包而成，通过薄膜保证柔软同时稳定结构。进一步地，所述内屏蔽层由40AWG镀银铜圆线编织而成，外屏蔽层38AWG镀银铜圆线编织而成，镀银层厚度1μm。进一步地，所述护套内层由聚四氟乙烯膜绕包而成，护套外层由压延后的聚全氟乙丙烯膜无缝绕包而成，绕包完成后进行烧结融封，烧结温度350～450℃，所述聚四氟乙烯膜与聚全氟乙丙烯膜密度为2.1～2.3g/m3。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.轻柔：导体使用绞合镀银铜导体，绝缘采用微孔聚四氟乙烯膜，外被使用PTFE和FEP复合绕包烧结而成。材料密度低，相比其它同类电缆外径小、重量轻、柔软，相较于FEP挤出护套的1394线缆减重20％以上，场用于小转角但距离短的布线。2.环境适应性好：绝缘和护套都采用能够耐高低温的氟塑料，使其长期工作温度能达到-55～200℃，同时氟塑料具有很好的阻燃性能、耐老化和耐腐蚀性能。3.电气性能优异：绝缘采用高发泡的微孔聚四氟乙烯(PTFE)膜绕包，绝缘介质的介电常数在1.3～1.6之间，可以有效减小电缆传输的信号衰减，提高带宽。以24AWG线缆为例。在工作温度-55℃至﹢200℃的条件下，衰减在频率125MHz下不大于0.266dB/m，250MHz下不大于0.433dB/m，同时具有阻抗稳定、延时低等优点。4.结构：电缆两对信号线采用4芯星绞结构，内设填充条固定，同时外护套使用PTFE及EFP膜绕包烧结而成，具有稳定且非常柔软的结构，特别合适用于航天航空器设备内的信号连接。在外被上，传统的线缆为了降低重量，往往使用PTFE材料进行外被绕包。但是由于机载环境狭窄，存在拖拽等安装情况，PTFE材料用在外被时由于绕包烧结后结构并不稳固，存在外被起皱，开裂的问题。本专利技术为了解决此问题使用了PTFE与FEP进行双层绕包并进行烧结，烧结融封后的复合材料，解决了PTFE绕包外套的缺陷。5.传统的使用在航空领域的耐高温绝缘材料只有氟塑料，而只有ePTFE材料才具有耐高温同时具有低介电常数的特征，本方案采用的绝缘材料为低密度PTFE，低密度意味着低介电常数，因而相同尺寸的导体，在同样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆，其特征在于：包括采用星绞结构布置的四根绝缘芯线和填充在绝缘芯线中间间隙内的填充条，以及绕包在四根绝缘芯线外周的隔离绕包层，所述绕包层的外圈依次包裹有内屏蔽层、外屏蔽层、护套内层和护套外层，内外屏蔽层采用镀银铜丝编织，/n成缆时，电缆外径为3.40±0.1mm；所述绝缘层由至少两层微孔聚四氟乙烯薄膜绕包层叠加，微孔聚四氟乙烯薄膜外侧附加一层可烧结聚四氟乙烯薄膜进行烧结融封。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆，其特征在于：包括采用星绞结构布置的四根绝缘芯线和填充在绝缘芯线中间间隙内的填充条，以及绕包在四根绝缘芯线外周的隔离绕包层，所述绕包层的外圈依次包裹有内屏蔽层、外屏蔽层、护套内层和护套外层，内外屏蔽层采用镀银铜丝编织，
成缆时，电缆外径为3.40±0.1mm；所述绝缘层由至少两层微孔聚四氟乙烯薄膜绕包层叠加，微孔聚四氟乙烯薄膜外侧附加一层可烧结聚四氟乙烯薄膜进行烧结融封。


2.根据权利要求1所述的一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆，其特征在于：所述绝缘芯线包括导体和包覆在导体外层的绝缘层，所述绝缘层厚度为0.16～0.18mm。


3.根据权利要求2所述的一种柔性结构航天航空1394B数据总线电缆，其特征在于：所述导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘杰斌，甘鑫，陈巍汉，董佳迪，
申请(专利权)人：成都国恒空间技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51