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通信电缆和光纤光缆是通过导线（有线通信）传输电磁波信息（包括电话、电报、电视、广播、传真、数据、网络信息等电磁信息）的传输元件。通信电缆包括市内、长途、射频、海底、CATV、泄漏通信等；光纤光缆包括架空、海底、管道、光电综合通信、电力系统用和软光缆等。按通信电缆结构可分为：对称通信电缆、同轴通信电缆、波导管、光纤光缆、架空明线等。不同通信电缆（含光缆）具有不同的通信传输能力：1）对称结构：传输10 6 Hz以下音频和载波信号；2）同轴结构：传输10 6 ～10 9 Hz范围内超高频信号；3）波导结构：传输10 9 ～10 12 Hz范围内微波频段的信号；4）光缆：传输10 12 ～10 17 Hz范围内信号 [9,29]
对称通信电缆由导电线芯、绝缘、线组、电缆芯及护层组成。通信回路由相同外径及相同结构的两根绝缘线芯对称地排列而成。
对称通信电缆要求导电性能好、高频损耗小，具有足够的机械强度和良好的柔软性。线芯结构通常为单芯圆柱形。导电线芯采用电工铜或电工铝，电工铝线芯直径是铜线芯的1.28～1.30倍。电阻率 ρ （20℃）和电阻温度系数分别为：铜导体 ρ ≤17.241nΩ·m和0.00393/K；铝导体 ρ ≤28.264nΩ·m和0.00403/K。
通信电缆要求绝缘材料体积电阻系数 ρ V 高、相对介电常数 ε r 和介质损耗角正切值tan δ 小，同时要求具有良好的柔软性和机械加工性能。纯净的空气是一种通信电缆用的理想介质，因此，应使电缆绝缘中空气所占的比例尽可能大。空气-纸绝缘采用较早，但目前已被塑料和塑料-空气绝缘结构所代替，主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、泡沫聚乙烯、聚乙烯绳管、聚乙烯鱼泡、聚苯乙烯绳带等。线芯绝缘应带不同颜色，普遍采用全色谱。
对称通信电缆两根绝缘线绞合可减少线组间的电磁耦合、降低回路串音、提高回路的抗干扰能力。绞合方式有：1）对绞，两根不同颜色的绝缘线芯绞合成对；2）星绞，四根不同颜色的绝缘线芯绞合而成；3）复对绞，由两个不同节距的对绞组再合成。常见绞合方式剖面结构示意图见图3.9-1。
图3.9-1 常见绞合方式剖面结构示意图
a）对绞 b）星绞 c）复对绞
d —绝缘线外径 d e —绞合后有效直径
对称通信电缆的缆芯由一定数量线组按一定规律和方式绞合而成：1）同芯式方式将若干线组从中心开始有规律地一层一层地绞合成缆，相邻层绞合方向相反；2）单位式方式由若干基本单位绞合成缆，分50对单位和100对单位两种，各层绞合方向相同；3）无规绞合是一种新的绞合方式，它是利用随机脉冲信号控制缆芯的绞合过程，使线对的相对位置一直处于变化状态，由于相邻缆芯出现重复的概率很小，因此大大降低了线对间的串音。
同轴通信电缆主体有内导体、绝缘、外导体三部分，外部为综合护层。内导体要求电导率高，因此采用电工铜，镀锡、镀银、镀镍后可用于高频、高温场合。内导体结构可采用实芯体、绞线、空管、铜包钢皱纹管等形式。
绝缘介质要求电绝缘性能和力学性能高、吸水性低，结构稳定、保证内外导体严格同心，主要采用聚乙烯，也可采用交联聚乙烯、氟塑料等，绝缘型式：1）实芯绝缘；2）空气-塑料组合绝缘，介质与空气的体积比为1/20～1/10，结构型式有垫片绝缘、泡绝缘、绳管绝缘、螺旋绝缘、竹节绝缘、藕形绝缘和泡沫绝缘等，同轴通信电缆的绝缘结构示意图见图3.9-2。除物理泡沫绝缘外，其他型式的绝缘结构已很少应用。各种绝缘型式的等效 ε r 和等效tan δ 见表3.9-1。
图3.9-2 同轴通信电缆的绝缘结构示意图
a）泡沫聚乙烯 b）聚乙烯垫片 c）聚乙烯鱼泡
图3.9-2 同轴通信电缆的绝缘结构示意图（续）
d）内扎绳管 e）螺旋带 f）竹节式
同轴通信电缆的外导体一般用铜或铝，起电气回路和屏蔽双重作用。理想结构是空芯圆导体，实际生产中常有锁齿式外导体、皱边式外导体、压痕式外导体、铜钢复合双层外导体、编织外导体、光滑管外导体、皱纹金属管外导体、绕包外导体、电镀外导体等，典型同轴电缆外导体结构示意图见图3.9-3。
表3.9-1 各种绝缘型式的等效 ε r 和等效tan δ
①250kHz下测量值，其他为1MHz下测量值。
图3.9-3 典型同轴电缆外导体结构示意图
a）皱边式 b）压痕式 c）锁齿式
通信电缆护层起机械保护、防化学腐蚀、防潮防水、屏蔽电磁干扰的作用。主要有以下几种：1）金属套有铅套、铝套、焊接钢管护层等，特点是密封性好、不透水、不透潮，有良好的电磁屏蔽作用；2）橡套和塑套有聚乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶等，也可采用硅橡胶、氟塑料，特点是柔软轻便，但易老化且防潮性较差；3）组合护层的防潮性超过塑套，目前广泛采用的是铝-塑自黏结构，是一种双面涂敷有自黏性塑料的铝带，纵包后经局部加热自黏而成，也有采用钢-塑自黏结构或铝、钢、塑料综合护层结构。
根据防霉、防白蚁、防鼠、防雷、防辐射等要求，可设计专用特种护层。
通信电缆理论基础是麦克斯韦方程组。对称通信电缆和同轴通信电缆中主要传输平面电磁波（TEM波），波导中主要传输横电波（TE波）和横磁波（TM波）。在分析通信电缆的传输特性时，常用均匀传输线的概念，均匀传输线基本方程式为
式中 U 1 ——终端电压；
Γ ——传播常数；
I 1 ——终端电流；
Z c ——特性阻抗。
通信电缆的一次传输参数（或原参数，见表3.9-2）由传输线的结构所确定，有线芯有效电阻 R 、总电感 L （包括回路内电感和回路外电感）、两根导体间电容 C 以及两根导体间绝缘的电导 G 。通信电缆的二次传输参数（见表3.9-3）由一次传输参数计算得到，有衰减常数、相移常数、传播常数、特性阻抗等，反映电磁波在线路中的传输质量。
表3.9-2 通信电缆一次传输参数计算公式
①式中，
l
——线芯长度（km）；
a
——导体间距（mm）；
r
——导体半径（mm）；
A
——导线截面积（mm
2
）；
ρ
——线芯电阻率（Ω·km）；
μ
r
——导体相对磁导率；
σ
i
——绝缘电导率；
λ
——线芯总绞合系数；
R
～
——附加电阻（由趋肤效应电阻、邻近效应电阻和附加金属损耗电阻组成）；
Q
（
kr
）——对称结构内电感参量
。
②式中， a ——内导体半径； b ——外导体内表面半径； c ——外导体外表面半径； μ a 、 μ b ——内、外导体磁导率； μ i ——绝缘磁导率； σ a ——内导体电导率； σ b ——外导体电导率； σ i ——绝缘电导率； f ——传输的电磁波频率。
表3.9-3 通信电缆二次传输参数计算公式
主要影响因素有：1）匹配，包括①传输线与网络或转换器等接口对接时的匹配，要求负载或负载网络的入端阻抗等于传输线的特性阻抗；②传输线自身匹配，通常采用各种匹配电路或多个四分之一波长线段来匹配；2）色散，绝缘层引起色散，改善方法是选用介电性能好的绝缘材料（如聚乙烯、聚苯乙烯和聚四氟乙烯等）；3）振幅失真，采用衰减均衡器（RLC元件组成的四端网络）来改善；4）相位失真，采用相位均衡器（LC元件组成的四端网络）来消除；5）特性阻抗不均匀性，有三种改善方法：缩小制造公差、减少电缆制造长度内同轴对的分组和同轴电缆施工中的配盘。
使电磁波的传输产生变化的电磁影响称串音。串音途径有回路间相互串音、外来电磁信号直接串入和通过第三回路串入。回路间相互串音有近端串音，与主串回路的信号源同一端收到的串音；远端串音，另一端所收到的串音。
对称通信电缆回路间相互串音主要是由于主串回路的横向电磁场与被串回路间的电磁耦合，并在被串回路中感生电压电流。产生串音的途径有直接串音和间接串音，在低频时，间接串音影响很小，可以忽略不计。同轴电缆串音由沿同轴对外导体表面存在着电场的纵向分量引起，它作用在由两个同轴对外导体所组成的第三回路上产生电流和电压降，在被串回路中产生串音电流，当频率增高时，同轴对间串音电流减少。
串音衰减表示能量从主串回路串入被串回路时衰减的程度。串音衰减越大，表示串音的影响越小，串音衰减分为：1）近端串音衰减，为主串回路的发送功率
P
10
串至被串回路近端时的衰减值（dB）：
A
0
=10lg（
P
10
/P
20
），其中
P
20
为串至被串回路近端的串音功率；2）远端串音衰减，为主串回路的发送功率
P
10
串至被串回路远端时的衰减值（dB）：
A
l
=10lg（
P
10
/P
2l
），其中
P
2l
为串至被串回路远端的串音功率。远端串音防卫度表示受串音影响的程度，是被串回路远端（接收端）收到的信号电平与串到该接收端的串音电平之差（dB）：
，其中
P
1l
为主串回路电平，
P
2l
为被串回路远端电平，
U
1l
为主串回路电压，
U
2l
为被串回路远端电压。
消除串音方法：1）交叉，通过沿电缆制造长度定距离交叉线芯，使串音电流相互抵消；2）扭绞，在电缆生产过程中通过不同线组采用不同的绞合节距以减小组间的电磁耦合和改善组内回路的间接耦合，但较好的方法是通过无规绞合；3）平衡，一般在短段电缆上先采用交叉法进行平衡，在较大的制造长度上用交叉法平衡后，剩余的不对称采用附加电容法进行平衡，在敷设好的长线路中，采用集中平衡法进行最后平衡。
采用金属带绕包或纵包结构或金属丝编织结构进行屏蔽是减少通信电缆回路间的相互干扰和外部干扰的根本方法，主要屏蔽用材料有钢、铜、铝、铅、金属复合纸或铝塑复合带等。
用于市内、近郊和局部区域信息传输，主要品种是全塑市话电缆（聚烯烃绝缘铝-塑综合挡潮层电缆），应用最广。市内通信电缆的主要品种和结构见表3.9-4。
市内通信电缆还有缆芯绞合油膏填充式聚烯烃绝缘电缆、全部线对脉码调制（PCM）通信电缆、市内同轴电缆等。市内通信电缆的电气性能指标请参见GB/T 13849—2013。
主要用于远距离信息传输。长途对称电缆的主要品种和结构见表3.9-5。
表3.9-4 市内通信电缆的主要品种和结构
表3.9-5 长途对称电缆的主要品种和结构 ①
①线对绞合：星绞、缆芯绞合、层绞式。
长途对称通信电缆还有泡沫聚乙烯低频综合通信电缆、数字传输对称通信电缆、数模综合对称通信电缆等 [27] ，它们的电气性能指标比市内通信电缆高，但这类产品正逐步被光纤光缆所替代。
用于通信干线和城市间信息传输。同轴通信电缆的主要品种和结构见表3.9-6。目前，该品种已被干线光缆所取代。
表3.9-6 同轴通信电缆的主要品种和结构
此外还有1.2/4.4和2.6/9.5双同轴对的综合通信电缆、0.7/2.9微同轴综合通信电缆等 [27] 。
主要用于无线电设备、电子仪器的配套和电气测量的信号传输等，已有数百个品种。按结构形式分为同轴型、对称型和带状型射频电缆，按绝缘形式分为实芯绝缘、半空气绝缘和空气绝缘三类。1）同轴射频电缆主要用于无线电设备连接、小型无线电发射或接收馈线、电气测量信号传输线等，采用单芯内导体、实芯绝缘结构，特性阻抗有50Ω、75Ω和100Ω；2）大功率射频电缆主要用于给发射天线传输大功率射频能量，相对结构尺寸较大，并采用空气绝缘；3）匹配电缆用于满足不同输入阻抗仪器的匹配，利用螺旋内导体来提高电感量，使特性阻抗增大（500～1000Ω）；4）延迟电缆用于产生时间延迟的信号，用高磁导率内芯和螺旋结构制成；5）射频船用电缆用于舰船内部通信和控制 [29] 。射频电缆的物理力学性能具体要求参见射频电缆总规范和射频电缆试验方法（GB/T 17737.1—2013）。
用于局部网络信息传输的专用电缆，按传输频率分1.04Mbit/s、5Mbit/s、16Mbit/s、20Mbit/s、100Mbit/s、200～400Mbit/s、500～600Mbit/s共7类。随着计算机技术的发展，前4类已逐步淘汰，目前第5类和超五类电缆正大量用于高速信息网络（特别是智能化大楼内的布线），而今后方向是发展并采用第6、7类电缆。第5类电缆常见对数有2、4、8、16、25，对绞和成缆节距短（12～25mm）且恒定（≤0.5～0.7mm），主要品种有：1）UTP电缆，非屏蔽扭绞线对电缆；2）STP电缆，屏蔽扭绞线对电缆；3）S-UTP电缆，屏蔽/对绞线电缆；4）S-STP电缆，屏蔽/屏蔽扭绞线对电缆。
共用天线电视系统（CATV）是用同轴电缆进行宽频带传输的图像信号系统，CATV电视电缆是CATV的重要组成部分，包括干线电缆、配线电缆、用户引入线和用户室内线，特性阻抗均为75 ± 3Ω。CATV电视电缆特性阻抗高度均匀、温度特性良好、损耗低、电压驻波比小、电气和力学性能长期工作稳定性好，CATV电视电缆外导体结构有金属编外导体，金属管外导体、纹金属管外导体、铝复合带外导体结构等；绝缘结构有纵孔聚乙烯绝缘、发泡聚乙烯绝缘、聚乙烯垫片小管绝缘、聚乙烯螺旋绝缘等。
是一种屏蔽不完善的电缆，当电信号沿电缆轴向传输时能向电缆径向周围发射泄漏电磁波信号，或者进行相反的过程。泄漏电缆主要用于坑道、隧道、井下、地铁沿线等电磁波难以覆盖区域的通信，列车、汽车，袖珍移动电台等移动通信，以及频域覆盖和区域监控保护等，泄漏通信电缆同轴结构的外导体是不封闭结构：在封闭外导体上开槽（八字槽式，纵向开槽式、打孔式）、金属丝螺旋缠绕、金属丝松编织等 [29] 。
主要用于大陆和岛屿、岛屿与岛屿、跨海和洲际通信，是一种供电压较高（最高可达6.5kV）、宽频带的通信电缆，特性阻抗一般为50Ω，最高传输频率可达45MHz，可通5500话路。有对称和同轴两种结构。浅海通信电缆由于敷设时要承受较大的拉力和为了防止舰船作业时造成的外力损伤，需要采用钢丝铠装；深海通信电缆为了减小结构尺寸，常采用钢丝内铠装结构。
通信电缆的敷设分：1）架空敷设，用吊线（钢绞线）和挂钩将电缆吊挂架空，架空线路要有防雷保护；2）管道敷设，电缆表面先涂凡士林或黄油，以减小摩擦，并起防腐作用，敷设时电缆的弯曲半径应不小于电缆盘的半径；3）直埋敷设，直埋深度不小于1m，并保证电缆有足够的弯曲半径；4）水下敷设，应留有足够的富裕量。
详细敷设规范及施工设计见参考文献[30，31]。通信电缆的接续质量对传输质量影响很大，电缆接续后，各制造长度要尽量保持原有电气性能、力学性能、防潮能力，不能损伤绝缘层。
测试项目有电气性能测试和物理力学性能测试。试验形式有型式试验、抽样试验和例行试验。试验方法和性能指标参见GB/T 13849—2013和参考文献[29]。
主要电气性能测试项目包括导体直流电阻、回路不平衡电阻测试，绝缘电阻、交直流耐压测试，工作电容测试，电容耦合与电容不平衡测试，特性阻抗及衰减常数测试，串音衰减及串音防卫度测试，特性阻抗不均匀性测试，衰减温度系数测试，屏蔽系数测试，故障测试等。主要物理力学性能测试项目包括抗张强度试验，断裂伸长率测试，空气热老化试验，耐环境应力开裂试验，结构尺寸检查等。
光纤由纤芯、包层和被覆层构成，纤芯折射率比周围包层的折射率略高，光信号主要在纤芯中传输，包层为光信号提供反射边界并起机械保护作用，被覆层起增强保护作用。光缆由传输光信号的纤维光纤、承受拉力的抗张元件和外部保护层组成。
光波在光纤中的传输理论基础是射线光学（几何光学）和波动光学。射线光学可以较好地解释多模光纤的传输过程；波动光学将光作为电磁波、光纤作为光波导，从麦克斯韦方程出发，用电磁波传输的模式理论来解释光波在光纤中的传输过程。
衡量光纤传输质量的关键指标是损耗。光纤产生损耗的原因有：1）吸收损耗，由固有光吸收、杂质吸收引起；2）散射损耗，由固有散射、结构不完整散射引起；3）辐射损耗，由弯曲损耗、耦合辐射引起。光纤中存在着一些低损耗窗口，开发和利用这些窗口可以提高光纤的传输质量。
光纤中光的传输存在着色散现象，使传播常数随频率变化。它有模式色散、材料色散和波导色散三种类型。光纤的色散引起传输脉冲的展宽，从而限制了通信容量。单模光纤不存在模式色散，且在一定波长下，材料色散和波导色散可以相互抵消，使色散大幅度降低；多模光纤中影响最大的是模式色散，可通过将光纤设计成渐变折射率型光纤，使模式色散达到最小。在实际应用中，常采用一些色散补偿技术，以减少色散的影响。
光纤应具有足够的抗拉强度和剪切强度，且在恶劣环境下不会因疲劳而破坏。机械强度降低的主要原因是光纤中的裂纹，它来自光纤预制棒中存在的固有裂纹和光纤制造过程产生的裂纹。
通常光纤由裸光纤、一次涂覆、二次被覆组成，裸光纤由纤芯和包层组成。按裸光纤纤芯折射率分布规律可分为：1）阶跃型光纤，折射率在纤芯中均匀分布，但在纤芯和包层界面上发生突变；2）渐变型光纤，折射率在纤芯中连续变化，分布通常呈抛物线型。按光纤传输的电磁波模式数量可分为单模光纤和多模光纤。
按组成裸光纤的材料可分四类，见表3.9-7。
表3.9-7 裸光纤的组成材料
光纤是光通信的基本单元，实用传输线路需要将光纤制成光缆，光缆通常是由光纤单元、抗张加强芯、金属铠装层和外护套组成。
（1）光缆中的抗张元件（加强件） 起保护光纤作用，使其尽量与外界压力隔离。一般情况下加强件用高强度钢丝，但在有强电干扰的场合或对光缆重量有限制的情况下，则使用多股芳纶纱或纤维增强塑料。
（2）光纤涂覆层涂层的黏弹性能起保护光纤不受机械损伤的作用，同时使光纤不致因微弯而引起光损耗。涂层是聚合物，其渗水性将促进光纤老化与疲劳使其强度劣化，因此应采用各种密封涂层。理想的密封涂层应当在光纤高速拉丝时，易于施加到光纤上，而不应引起任何附加损耗。
光纤被覆有一次涂覆和二次被覆。光纤的一次涂覆层，常用热固化硅酮树脂和紫外光固化丙烯酸类树脂。目前由无机材料或金属材料构成的密封涂覆层光纤已进入商用。另一种碳涂覆光纤，在玻璃表面和聚合物涂覆层之间有一层沉积而成的非结晶碳膜，能大大降低氢诱生附加损耗并明显提高了光纤的抗疲劳特性。一次涂覆的光纤可直接成缆，但要将它安放在骨架的开槽中。
一次涂覆的光纤在成缆之前大都需加上二次被覆层（套管），目的是减少光纤受到侧压力时产生的微弯曲和使用方便。通常采用挤出的尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚丙烯、聚乙烯或氟塑料等材料。因二次被覆层的截面比光纤本身的截面大得多，所以二次被覆层除了能提高光纤抗侧压性能外，还可改善光纤的抗拉性能。光纤和二次被覆层应有符合规定的识别色标。
若在一次涂覆层之间存在间隙或充填胶状物，光纤可在其中松动，则这种被覆结构称为松套结构；若二次被覆层与一次涂覆层之间并无间隙，则这种被覆结构称为紧套结构。松套结构内可含单根光纤，也可含多根光纤或光纤带。
为了改善光纤的温度特性，常在一次涂覆和二次被覆间增加一个缓冲层，或二次被覆采用松套结构。单芯结构直接在一次涂覆后进行二次被覆，或采用松套结构；多芯结构可在一次涂覆后，将多根光纤先组成光纤组再进行二次被覆。
（3）光缆的绞合结构 为了保证光纤有一定的柔软性和提高光缆的抗拉性能，与通信电缆一样，光缆多数也采用螺旋绞或SZ绞的绞合结构，选择绞合节距，节距越小，光缆的柔软性和抗拉伸性能越好，但光缆材料消耗增加，光纤的弯曲半径也小，当小到一定程度时就会引起附加衰减。
（1）光缆按缆芯结构分类见表3.9-8。
（2）光缆按应用的通信网类别分有：1）干线光缆，干线通信网中所使用的光缆称为干线光缆，它主要是直埋光缆和管道光缆以及架空光缆；2）接入网光缆，接入网是指将众多用户接入公用通信网而构成的网络，它包括本地交换局与用户之间的所有机线设备。
（3）光缆按使用环境分类见表3.9-9。
表3.9-8 光缆按缆芯结构分类
表3.9-9 光缆按使用环境分类
（4）光缆按缆芯的纵向阻水方式分有：1）非填充式光缆，在缆芯或是除松套管以外的缆芯部分不填充或涂覆阻水油膏，为了防止潮气侵入和实施故障报警，一般均需进行气压维护；2）填充式光缆，是在缆芯部分甚至是光缆全截面的间隙中均填充和涂覆油膏，光缆沿纵向式不渗水；3）干式光缆，利用一种亲水性的不含油脂的遇水膨胀材料来代替油膏，目前应用最普遍的材料是粉末状的交联聚丙烯酸酯，它与其他材料组合，制成阻水带或阻水纱，包覆在缆芯上或填入缆芯的间隙中。
光缆在城市内一般敷设在建造好的专门沟道或管道中，在管道中敷设时可采用润滑材料以减少摩擦力，在沟道中敷设时需在沟井口采用易弯钢管保护；在野外通常将带有铠装外护套的光缆直接埋于1～2m深的土壤中；在特殊条件下，可将光缆吊挂在电线杆或建筑物墙上。光缆敷设时，应尽可能减少光缆的弯曲和扭转。
光缆敷设中的关键是光纤光缆的接续，它对光纤损耗的影响很大，引起接续损耗的主要原因有两根光纤数值孔径和芯径不同、端面反射、端面质量以及各种机械偏移（纵向偏移、横向偏移、角度偏移）。因此光缆接续中，端面处理、中心轴对准、光纤熔接技术至关重要。
光缆的试验内容包括光纤尺寸检测、光纤光学性能测量、光纤传输特性测量、光缆力学性能测量、光环境性能测量等。光纤尺寸检测方法和标准见GB/T 15972.22—2008、IEC 60793-1-20—2001和ITU-TG.650.1（07/2010），光纤的光学性能和传输特性测量方法和标准见GB/T 15972.41—2008、IEC 60793-1-48—2017和ITU-TG.650.1（07/2010），光缆的力学性能试验方法和标准见GB/T 7424.20—2021、IEC 60793-1-3—2000，光缆的环境性能试验方法和标准见GB/T 7424.1—2003和GB/T 3048.10—2007、IEC 60793-1-3—2000 [37] 。