SAS (Serial Attached SCSI) ist eine neue Generation der SCSI-Technologie. Sie ist vergleichbar mit den weit verbreiteten Serial-ATA-Festplatten (SATA). Durch die Verwendung serieller Technologie werden höhere Übertragungsgeschwindigkeiten und eine optimierte interne Platzausnutzung durch kürzere Verbindungsleitungen erreicht. Bei blanken Kabeln unterscheidet man derzeit hauptsächlich anhand der elektrischen Eigenschaften zwischen 6G und 12G sowie SAS 4.0 und 24G. Der Produktionsprozess ist jedoch im Wesentlichen gleich. In diesem Artikel stellen wir Mini-SAS-Kabel und die Kontrollparameter im Produktionsprozess vor. Für SAS-Hochfrequenzleitungen sind Impedanz, Dämpfung, Schleifenverlust, Querverzerrung und andere Übertragungsparameter von größter Bedeutung. Die Arbeitsfrequenz von SAS-Hochfrequenzleitungen liegt in der Regel bei 2,5 GHz oder höher. Im Folgenden betrachten wir, wie eine qualifizierte SAS-Hochgeschwindigkeitsleitung hergestellt wird.
Definition der SAS-Kabelstruktur
Verlustarme Hochfrequenz-Kommunikationskabel bestehen üblicherweise aus geschäumtem Polyethylen oder geschäumtem Polypropylen als Isoliermaterialien, zwei isolierten Leitern mit einem Erdungsleiter (auf dem Markt gibt es auch Hersteller, die zwei Doppelleiter verwenden) werden in die Verkabelung eingeführt. Die äußeren isolierten Leiter und der Erdungsleiter sind mit Aluminiumfolie und einem laminierten Polyesterband umwickelt. Die Isolierungsprozesse werden entworfen und kontrolliert, die Struktur und die elektrischen Leistungsanforderungen werden auf die Hochgeschwindigkeitsübertragung und die Übertragungstheorie abgestimmt.
Anforderungen an Leiter
Bei SAS-Leitungen, die ebenfalls Hochfrequenzübertragungsleitungen sind, ist die strukturelle Gleichmäßigkeit jedes einzelnen Bauteils der Schlüsselfaktor für die Bestimmung der Übertragungsfrequenz des Kabels. Daher muss der Leiter einer Hochfrequenzübertragungsleitung eine runde und glatte Oberfläche aufweisen und eine gleichmäßige und stabile innere Gitterstruktur besitzen, um eine gleichmäßige elektrische Leistung in Längsrichtung zu gewährleisten. Der Leiter sollte zudem einen relativ niedrigen Gleichstromwiderstand aufweisen. Gleichzeitig ist zu vermeiden, dass der Innenleiter durch Verkabelung, Geräte oder andere Vorrichtungen periodisch oder aperiodisch gebogen, verformt oder beschädigt wird. Bei Hochfrequenzübertragungsleitungen wird der Leiterwiderstand hauptsächlich durch die Kabeldämpfung verursacht (siehe auch: Hochfrequenzparameter-Basispapier 01 – Dämpfung). Es gibt zwei Möglichkeiten, den Leiterwiderstand zu reduzieren: die Vergrößerung des Leiterdurchmessers und die Wahl eines Leitermaterials mit niedrigem spezifischem Widerstand. Bei einer Vergrößerung des Leiterdurchmessers muss zur Erfüllung der Anforderungen an die charakteristische Impedanz der Außendurchmesser der Isolierung und des Endprodukts entsprechend vergrößert werden, was zu höheren Kosten und einem höheren Verarbeitungsaufwand führt. Aufgrund des üblicherweise verwendeten niedrigen spezifischen Widerstands von leitfähigen Materialien wie Silber, das theoretisch durch die Verwendung von Silberleitern den Durchmesser des Endprodukts verringern und eine hohe Leistung erzielen könnte, ist dies aufgrund des deutlich höheren Silberpreises im Vergleich zu Kupfer nicht wirtschaftlich. Um jedoch den Preis und den niedrigen spezifischen Widerstand zu berücksichtigen, wurde der Skin-Effekt für die Entwicklung des Kabelleiters genutzt. Aktuell verwendet SAS 6G verzinnte Kupferleiter, um die erforderlichen elektrischen Eigenschaften zu gewährleisten, während SAS 12G und 24G bereits versilberte Leiter einsetzen.
Bei Wechselstrom oder einem Wechselfeld in einem Leiter kommt es zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung. Mit zunehmendem Abstand von der Leiteroberfläche nimmt die Stromdichte exponentiell ab, d. h. der Strom konzentriert sich auf die Oberfläche. Im Querschnitt senkrecht zur Stromrichtung ist die Stromstärke im Zentrum des Leiters praktisch null, es fließt also kaum Strom; lediglich am Rand des Leiters ist ein geringer Stromfluss zu beobachten. Vereinfacht gesagt, konzentriert sich der Strom in der „Oberflächenschicht“ des Leiters. Dieses Phänomen wird als Skin-Effekt bezeichnet und entsteht durch das sich ändernde elektromagnetische Feld, das im Inneren des Leiters ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt, welches den ursprünglichen Stromfluss teilweise aufhebt. Der Skin-Effekt führt dazu, dass der Widerstand des Leiters mit zunehmender Frequenz des Wechselstroms ansteigt, was die Stromausbeute bei der Drahtübertragung und den Einsatz von Metallressourcen verringert. Bei der Entwicklung von Hochfrequenz-Kommunikationskabeln kann man sich dieses Prinzip jedoch zunutze machen, indem man die Oberfläche mit Silber beschichtet, um unter der Voraussetzung eines reduzierten Metallverbrauchs die gleichen Leistungsanforderungen zu erfüllen und somit die Kosten zu senken.
Isolierungsanforderungen
Das Isoliermaterial muss homogen sein und die gleichen Eigenschaften wie das des Leiters aufweisen. Um eine niedrigere Dielektrizitätskonstante S und einen geringeren Verlustfaktor (tan δ) zu erzielen, werden SAS-Kabel üblicherweise mit PP oder FEP isoliert, einige auch mit Schaum. Bei einem Schäumungsgrad von über 45 % ist eine chemische Schäumung schwierig und der Schäumungsgrad instabil, weshalb bei Kabeln mit einem Querschnitt über 12 AWG eine physikalische Schäumung erforderlich ist.
Die Hauptfunktion der physikalisch geschäumten Endodermis besteht darin, die Haftung zwischen Leiter und Isolierung zu erhöhen. Eine gewisse Haftung zwischen Isolierschicht und Leiter muss gewährleistet sein; andernfalls bildet sich ein Luftspalt zwischen den beiden Schichten, was zu Änderungen der Dielektrizitätskonstante ε und des Tangens des dielektrischen Verlustwinkels führt.
Polyethylen-Isoliermaterial wird durch die Schnecke zur Düse extrudiert und dort schlagartig dem Atmosphärendruck ausgesetzt. Dadurch entstehen Löcher und Luftblasen. Infolgedessen entweicht Gas im Spalt zwischen Leiter und Düsenöffnung und bildet ein längliches Blasenloch entlang der Leiteroberfläche. Um diese beiden Probleme zu lösen, muss gleichzeitig eine Schaumschicht extrudiert werden. Die dünne Außenschicht wird in die Innenschicht gepresst, um das Entweichen von Gas entlang der Leiteroberfläche zu verhindern. Die Innenschicht dichtet die Blasen ab und gewährleistet so die gleichmäßige Stabilität des Übertragungsmediums. Dadurch werden Dämpfung und Laufzeit des Kabels reduziert und eine stabile charakteristische Impedanz in der gesamten Übertragungsleitung sichergestellt. Bei der Auswahl des Endodermis muss das Material die Anforderungen der Dünnwandextrusion unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen erfüllen, d. h. es muss über ausgezeichnete Zugeigenschaften verfügen. LLDPE ist hierfür die beste Wahl.
Ausrüstungsanforderungen
Isolierter Kerndraht bildet die Grundlage der Kabelproduktion, und seine Qualität hat entscheidenden Einfluss auf die nachfolgenden Prozesse. Bei der Verarbeitung des Kerndrahts ist daher eine Online-Überwachung und -Steuerung der Produktionsanlagen unerlässlich, um die Gleichmäßigkeit und Stabilität des Kerndrahts zu gewährleisten und Prozessparameter wie Kerndrahtdurchmesser, Wasserkapazität und Konzentrizität zu kontrollieren.
Vor der Differenzialverdrahtung muss das selbstklebende Polyesterband erwärmt werden, um den Schmelzkleber darauf zu schmelzen und zu verbinden. Die Schmelzklebstoffverdrahtung erfolgt mittels eines elektromagnetischen Vorheizers mit regelbarer Temperatur, der die Heiztemperatur bedarfsgerecht anpasst. Der Vorheizer kann vertikal oder horizontal montiert werden. Die vertikale Variante ist platzsparend, jedoch muss der Wickeldraht mehrere Regelräder mit großen Winkeln passieren, um in den Vorheizer zu gelangen. Dies kann die relative Position von Isolierdraht und Wickelband verändern und somit die elektrische Leistung der Hochfrequenz-Übertragungsleitung beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu befindet sich der horizontale Vorheizer in derselben Leitungslinie wie das Wickeldrahtpaar. Vor dem Eintritt in den Vorheizer durchläuft das Drahtpaar nur wenige Regelräder zur Ausrichtung. Der Winkel der Wickeldrahtwicklung ändert sich beim Durchlaufen der Regelräder nicht, wodurch die Stabilität der Phasenlage von Isolierdraht und Wickelband gewährleistet wird. Der einzige Nachteil eines horizontalen Vorwärmers besteht darin, dass er mehr Platz benötigt und die Produktionslinie länger ist als bei einer Wickelmaschine mit vertikalem Vorwärmer.
Veröffentlichungsdatum: 16. August 2022
