20##年广东省产学研合作项目
可行性研究报告
项目名称：超高频数字线缆制备与测试技术的研发与应用
专题方向：产学研协同创新成果转化项目
20##年3月
一、项目的实施方案
1. 总体方案
传统的千兆网络已经无法满足高速传输数据的需求，20##年 ISO/IEC11801标准对CAT-7A做了定义，增强了双绞线的传输能力，传输带宽可高达1000 MHz。目前，短距离的数据主干网络也已经开始大量采用万兆以太网。预计在未来几年内，随着交换机和网卡等设备的万兆化，万兆以太网将会替代目前广泛使用的千兆以太网，万兆超高频超八类双绞线将迅速成为市场主流产品，以替代目前广泛使用的六类双绞线，因此市场容量巨大。
超高频数字线缆的制作工艺要求严格，其技术特点是：运行在1000MHz的超高频率下，为防止外界电磁干扰信号侵入电缆内部，应考虑金属屏蔽层的集肤效应；为防止线对间的干扰和电缆内部的电磁辐射外泄，应考虑金属屏蔽层的反射效应。所以要求生产过程中采用符合标准的材料和制作工艺，传统的绝缘材料与生产设备无法满足超高频数字线缆的生产。
申报单位作为国内一流的线缆生产厂商，具备多结构全系列的线缆生产能力，公司拥有多名博士和高级职称组成的研究团队和全电脑控制的生产线，年产值达2.1亿元以上，已具备万兆超高频数字线缆的研发设计和生产能力。申报单位将通过本项目进行技术研发，研发生产出达到国外八类双绞线产品技术指标要求的产品，申报单位在产品材料和生产工艺上进行创新，成为国内数字电缆生产一流厂商，为广东经济发展做贡献。
2.研究内容：
（1）研究以物理发泡技术取代化学发泡技术，传统的高频线缆使用化学发泡单层挤出技术，即材料厂商在聚乙烯里面添加一种发泡剂，此材料遇高温时迅速膨胀，产生蜂窝状结构，使绝缘材质介电常数变小，但其经高温分解时，发泡度不均衡，最高发泡度不超过30%，且有残留物，影响传输衰减值。物理发泡是通过高压泵将氮气均衡注入设备螺缸中，发泡度可以满足60%以上，从而降低绝缘材料介质常数，以此达到高速率低衰减值传输效果。
（2）研究以三层共挤形式的物理发泡技术，通过充入氮气使聚乙烯绝缘体产生自然发泡，达到绝缘材料介质常数变小的目的，使信号传输时延差最小化。具体技术指标包括：特性阻抗：100±5Ω，传输衰减≤61.9DB，时延差≤25，相时延≤535，回波损耗≥15.1等。
（3）研究采用线对分屏蔽双导电面铝箔拖包技术来满足电磁兼容性。在四对非屏蔽双绞线的外面加多一层双面导电铝箔，利用金属对电磁波的反射、吸收及趋肤效应原理，令电流在导体截面的分布随频率的升高趋于导体表面分布，使趋肤深度更小，电磁波的穿透能力更弱，有效防止外部电磁干扰进入电缆，阻止内部信号向外辐射。具体技术指标包括：近端串扰10GHz：≥60.4，近端串音功率和10GHz：≥57.4。
3.技术路线
依据10Gb/s传输网络的要求，并参照美国电子工业协会的EIA/TIA-568-B2.0-10（商用建筑电信布线标准），欧洲电工标准化委员会制订的EN50288标准，国际电工委员会制订的IEC61156-5-1:2009标准，申报单位对10Gb/s传输网络中用于传输信号的超高频数字线缆从传输介质层上设计，采用物理发泡技术，通过三层共挤高压物理充氮进行结构调整，满足低介质传输衰减，高传输速率的要求。同时在屏蔽结构上面使用线对分屏蔽双面导电铝箔，此结构具备极强的电磁兼容特性，此两种结构完美结合，能确保超高频数字线缆具备良好的抗干扰效果。
传统的双绞线在传输系统中传输带宽最高在600MHz，仅用于千兆以下网络传输系统，对于高速率，保密性要求高的系统传输数字信息时，此结构线缆不能满足传输要求，超高频数字线缆传输带宽达万兆以上。其特点为传输高频信号时，衰减小，同时具备良好的电磁兼容性。在高频信号传输系统中，其信号传输衰减大小与传输频率，传输物理链路长度，环境温度变化成正比关系。为取得高带宽传输频率，低信号衰减值，在使用高导电率导体材料的同时，必须降低绝缘介质的介电常数，因为介质常数大小对高频信号衰减影响特别大，介质常数越小，高频传输信号时其衰减值越小，反之越大。传统的双绞线为取得较低信号传输衰减值采用实芯聚乙烯作为绝缘层，此绝缘层介质常数较发泡层大，在经高频条件下传输信号时会产生很大的衰减值，目前市场上面有些厂商为解决高频传输时衰减值大的问题，在绝缘上面使用化学发泡聚乙烯材料，其原理是绝缘材料里面已经加入一定的发泡剂，经过高温朔化的时候也会产生蜂巢状结构，但此种结构发泡度在30%左右，且发泡不均衡，容易产生残留物，影响信号传输速率。
超高频数字线缆通过采用三层共挤高压物理充氮发泡形式，使绝缘材料经高温朔化的同时，结构上面产生蜂巢状，使绝缘介质常数最小化，从而降低介质信号传输衰减值。其中第一层在铜导体表导包履一层 0.05mm高密度聚乙烯，使导体与绝缘体附着力增强，有利于提升结构回波损耗值。第二层采用高密度聚乙烯与低密度聚乙烯按3：1进行混合，在高温螺杆推进的同时注入高压氮气，完全使混合料膨化呈蜂巢状，发泡度可以达到60%以上。第三层结构在发泡绝缘体上挤包一层高密度聚乙烯层完全包履第二层介质，此结构有利于整体绝缘线芯结构稳定，不会外面气候条件影响，确保信号传输性能稳定可靠。另外超高频数字线缆在解决电磁兼容问题上面采用线对分屏蔽双面导电结构。
实验证明，频率超过5MHz的电磁波只能透过38μm厚的铝箔。如果让屏蔽层的厚度超过3８μm，我们采用一层65μm厚度的铝箔拖包,能够透过屏蔽层进入电缆内部的电磁干扰的频率主要在5MHz以下，而对于5MHz以下的低频干扰可应用双绞的原理有效的抵消。如下所示：
超高频数字线缆通过以下工序完成：
（1）在线数字控制三层共挤串列拉丝绝缘挤出完成线芯生产，该生产线能在线检测出线芯生过程中的物理发泡充氮变化情况，通过测试值自动调参数波动值，使得衰减，时延差，相时延，回波损耗测试参数得以有效控制。
（2）通过数控节距调整设备完成四对线芯的对绞绞合，同时让对绞线对完成双导电面铝箔拖包，该设备能自动测试绞距变化并自主调整，使近端串扰，近端串音功率测试值稳定可靠。
（3）通过电脑数显张力仪完成四对线芯的总集合，满足近端串扰要求。
（4）通过设备免对机头生产护套，完成后护套同芯度达97%以上。
4.创新点
（1）在绝缘材料上面使用物理发泡绝缘方法取代传统的实芯绝缘和化学发泡绝缘方法。
（2）采用三层共挤高压物理充氮方法实现材料低介质常数，且发泡度均衡。
（3）采用线对分屏蔽双导电面铝箔纵包技术实现高标准的电磁兼容性。
（4）设计全新的高压充氮三层共挤电脑数控物理发泡串列生产线，代替实芯绝缘挤出生产线。
5.组织方式
项目以项目组的形式实施、项目总负责人负责项目的总体实施，设立专项管理办公室、技术委员会等管理、咨询部门，保证项目的顺利实施。申报单位（企业）负责项目的整体实施，并负责项目的成果转化及应用任务的实施，参与单位（高校）负责项目的理论研究并应用于项目中。申报单位与参与单位建立了长期的产学研合作关系，开展超高频数字线缆技术开发及人才培养等合作。
为了保障产学研的顺利进行，申报单位建立了产学研合作管理办公室、《产学研合作管理办法》、《产学研合作经费管理办法》等机构和制度，每个合作项目单独签订合作协议，规定了各方的责任、义务、合作方式、知识归属、投入比例、收益分配等内容。本项目具体合作事宜，见附件《合作协议》。
6.研究团队构成
项目研究核心团队由申报单位数字线缆技术开发的资深工程师和参与单位计算机学院（电子信息专业）的教授、博士、硕士研究生共同组成，并且配有经验丰富的产业化、测试等工程师，保证项目能顺利的完成成果转化及应用。
7.计划进度安排
申报单位与参与单位将为本项目研究成立一个专门的研发小组，明确双方工作与分工内容，严格按照本项目的工作计划进度要求进行实施。计划进度安排如下：
8.经费预算合理性评估（采购设备清单、人员费用预算评估、调研计划支出预算等）
项目总投入经费450万元，其中已投入50万元、新增经费400万元，新增经费申请广东省科技厅资助经费100万元、自筹300万元。项目新增经费主要用于设备、材料、人员、测试等费用，其中设备费用134.5万元、人员费80万元、材料费125.5万元、测试费10万元、其他费用50万元。主要设备清单如下：
9.项目实施绩效
(1)技术指标
新产品的物理特性指标：
特性阻抗：100±5Ω，传输衰减/dB（100m）10GHz：≤61.9
相时延/ns.100m:≤535，近端串扰10GHz：≥60.4
近端串音功率和10GHz：≥57.4 回波损耗10GHz：≥15.1
(2)申请获得实用新型专利4项
(3)经济效益
项目完成后，累计实现新增产值2000万元，累计实现新增利税200万元，累计新增销售收入2000万元。
二、项目风险评估
技术风险来自于项目本身和开发过程中的技术难点，对于项目开发者所能完全控制的技术难点，我们将在项目实施过程中，凭借项目创新团队在超高频数字线缆技术领域的技术积累，组织技术攻关、寻求合理有效的解决方案，逐一克服这些难点，使其技术风险降到最小。本项目将研究生产国际最高标准的超高频双绞线，在国内仍未发现同类线缆生产企业对此类产品进行研究与生产。申报单位的研究人员经过3年的研究与开发，已初步掌握了生产材料与制作工艺的专利技术，该技术不但在电气性能上优于国外同类产品，而且在原材料使用量上远小于国外同类产品。与国外同性能产品相比，价格有明显优势。此产品将能完全替代目前的进口产品，大大降低行业应用成本。因此，本项目不存在专利技术风险。
生产风险主要来源于对项目产业化的把控，申报单位是一家国内数字线路的龙头企业，在原材料的供应、技术、生产工艺等方面，产品质量保证和生产计划方面，均建立了完善的技术标准和质量体系，能保证项目顺利完成。
本项目所开发的产品虽然市场大、技术含量高，但也有一定的市场风险，主要来自于产品的性价比用户的认可程度、由于未来该类产品市场前景良好，所引入的竞争对手多等原因。对此，公司制定如下措施降低风险：
（1）在与国外产品先进性一致或高于的情况下，我们将以低于其价格出售；
（2）加强后续研发、缩短市场投放周期；
（3）加强营销渠道建设，增强营销能力；
（4）以实施客户定制化服务和技术支持为销售服务重点。
三，前期工作基础
（1）现有研发条件
申报单位在生产数据通信电缆方面具备良好的基础，公司在广州和湖北各有一个大型产品生产基地，产品研究基地设在广州天河软件园，设有专门的产品研发部门和实验室，拥有专业技术高级工程师4名，测试工程师2名，品质工程师3名，完全满足从产品设计、过程控制和性能检验方面对产品品质的支持，实验室配备了多台套进口高频测试设备，原材料使用美国陶氏化工进口聚烯烃，设备全套进口，自动化程度高。测试设备先进，拥有美国FLUKE公司最新测试设备5台，能对产品成品的传输性能进行验证测试。定期培训人员并考核，在品质控制能力上面有保障。公司目前所有产品经国家权威部门检测完全符合国际标准要求。
与参与单位合作方面，申报单位与参与单位的科研机构建立长期合作关系。参与单位20##年建成了全省首个网络综合布线测试实验室，实验室拥用各类高精度网络测试设备7套，
。
（2）已有的研究基础和成果
申报单位通过与参与单位已建立共同研发机构，目前已初步取得成果，
20##年申请获得6项实用新型专利，作为广东省安全防范技术协会的理事单位，参与了国家公安部两项安防标准起草工作。20##年负责起草广东省两项安防工程验收标准（已发布），在安防领域取得多项专利技术，20##年取得3项实用新型专利，1项发明专利。依托校企联合机构，公司20##年至20##年连被评为“平安城市”项目优质供应商称号。20##年获得了广州市科技小巨人企业称号。
（3）与项目相关的知识产权情况（需要列举具体的专利清单）
以往获得的专利情况：
1、一种电动汽车充电与数据信息传输用复合电缆，申请号：201410390100.X，发明专利，2014.09
2、一种高清视频监控系统综合电缆，ZL201420346774.5，实用新型，2014.11
3、一种阻水阻燃的多股线缆，ZL201420347836.4，实用新型，2014.11
4、一种带点源线的高速电梯专用视频线，ZL201220004010.9，实用新型，2012.08
5、一种加棉纱电梯视频线，ZL201220003950.6，实用新型，2012.08
6、一种带有保护膜的多故线缆，ZL201220004116.9，实用新型，2012.08
7、一种高速电梯专用视频线，ZL201220004019.X，实用新型，2012.01
8、一种双层同轴视频线，ZL201220003933.2，实用新型，2012.08
9、一种设有填充料的组合线，ZL201220003736.0，实用新型，2012.01
获奖情况：（获奖证书将附件清单）
1、中国安防百强企业，2012
2、广东省建筑装饰材料行业技术创新企业，2013
3、广东省平安城市突出贡献奖，2014
4、平安城市推荐优秀安防产品，2014
5、中国智能建筑行业综合布线系统十大品牌企业，2014
6、中国安防产品质量信得过产品，2014
（4）近三年直接获得国家、省、市科技部门资助的相关项目情况
1、20##年度广州市科技小巨人企业，60万元；