綜合布線系統(tǒng)中的屏蔽技術解析

 
      綜合布線產(chǎn)品無論是非屏蔽系統(tǒng)還是屏蔽系統(tǒng)都有著廣泛的使用基礎，并可以針對不同用戶的不同需求(網(wǎng)絡的工作頻率和周圍的電磁環(huán)境的不同)提供各種端到端的解決方案包括屏蔽、非屏蔽以及光纖布線解決方案。但在對抗干擾和保密性要求高(如政府機關、軍事設施)或下列電磁環(huán)境中，屏蔽系統(tǒng)將是非常適合的。

　　綜合布線網(wǎng)絡在大樓內(nèi)部存在配電箱和配電網(wǎng)產(chǎn)生的高頻干擾，大功率電動機電火花產(chǎn)生的諧波干擾，熒光燈管、電子啟動器、電源開關、電話網(wǎng)的振鈴電流、信息處理設備產(chǎn)生的周期性脈沖等干擾源，在不能保持安全間隔時應采用屏蔽系統(tǒng)。

　　綜合布線網(wǎng)絡在大樓外部存在雷達、無線電發(fā)射設備、移動電話基站、高壓電線、電氣化鐵路、雷擊區(qū)等干擾源，若處于較高電磁場強度的環(huán)境應采用屏蔽系統(tǒng)。

　　周圍環(huán)境的干擾信號場強或綜合布線系統(tǒng)的噪聲電平超過下列規(guī)定時應采用屏蔽系統(tǒng)：

　　(1)計算機局域網(wǎng)引入10kHz～600MHz的干擾信號其場強為1V/m;引入600～80MHz的干擾信號其場強為5V/m;

　　(2)電信終端設備通過信號、直流或交流等引入線,引入RFO.15～80MHz的干擾信號,其場強度為3V,幅度調(diào)制80%1kHz　;

　　(3)具有模擬/數(shù)字終端接口的終端設備,提供電話服務時,噪聲電平超過-40dBm的帶寬總和小于200MHz;

　　(4)當終端設備提供聲學接口服務時,噪聲電平超過基準電平的帶寬總和小于200MHz。

　　屏蔽技術

　　屏蔽布線系統(tǒng)源于歐洲,它是在普通非屏蔽布線系統(tǒng)的外面加上金屬屏蔽層,利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應實現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射的功能,屏蔽系統(tǒng)綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用,因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。歐洲大多數(shù)的最終用戶會選擇屏蔽布線系統(tǒng)，尤其在德國,大約95%的用戶安裝是屏蔽系統(tǒng),而另外的5%安裝的為光纖。

　　目前屏蔽布線系統(tǒng)已為越來越多的用戶所認識它在電磁兼容方面的良好性能也正在為越來越多的用戶所認可。市場上的屏蔽布線產(chǎn)品除了進口于歐洲，越來越多的廠商也提供屏蔽布線產(chǎn)品。在最新發(fā)布的北美布線TIA/EIA-568-B標準中屏蔽電纜和非屏蔽電纜同時被作為水平布線的推薦媒介，從而結(jié)束了北美沒有屏蔽系統(tǒng)的歷史。在中國越來越多的用戶，尤其是涉及到保密和輻射強烈的項目，開始關注和使用屏蔽系統(tǒng)，甚至是六類屏蔽系統(tǒng)。

　　屏蔽布線系統(tǒng)擁有一套完整的屏蔽、接地理論和產(chǎn)品系列，提供最完整、最全面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案以滿足當今網(wǎng)絡日益提升的需求。當然，目前業(yè)界對屏蔽布線系統(tǒng)的一些爭論，也可能使用戶不是十分的了解屏蔽系統(tǒng)。

　　FTP電纜的屏蔽原理不同于雙絞的平衡抵消原理，FTP電纜是在四對雙絞線的外面加一層或兩層鋁箔，利用金屬對電磁波的反射、吸收和趨膚效應原理(所謂趨膚效應是指電流在導體截面的分布隨頻率的升高而趨于導體表面分布。頻率越高，趨膚深度越小，即電磁波的穿透能力越弱)有效地防止外部電磁干擾進入電纜，同時也阻止內(nèi)部信號輻射出去干擾其它設備的工作 
屏蔽雙絞線概述

　　頻率超過5MHz的電磁波只能透過38μm厚的鋁箔。如果屏蔽層的厚度超過38μm，如美國百盛的FTP電纜為兩層25μm厚的鋁箔屏蔽，就使能透過屏蔽層進入電纜內(nèi)部的電磁干擾的頻率主要在5MHz以下，而對于5MHz以下的低頻干擾可用雙絞的原理有效的抵消。

　　傳輸介質(zhì)

　　布線系統(tǒng)使用的傳輸介質(zhì)主要有雙絞線和光纜。雙絞線由兩根絕緣保護層的銅導線組成，分為非屏蔽雙絞線(UTP)、屏蔽雙絞線STP　，而屏蔽雙絞線又分為鋁箔屏蔽雙絞線FTP、獨立屏蔽雙絞線(STP)。

　　在系統(tǒng)布線中，采用屏蔽雙絞線還是采用非屏蔽雙絞線，在業(yè)界仍存爭論。堅持用非屏蔽觀點的人認為：屏蔽系統(tǒng)是指整個系統(tǒng)全過程屏蔽，其本身是一個好的設想，可提高信號傳輸?shù)乃俾剩惭b標準要求高、投資大;雖然屏蔽能夠抵抗噪音干擾，提高傳輸速率，但如果在布線過程中稍有不慎，就會影響整個系統(tǒng)的屏蔽效果，反而會降低系統(tǒng)的性能;全屏蔽布線的傳輸帶寬，低于同樣成本的多棱光纖。

　　從性能價格比來說，水平布線子系統(tǒng)仍將是非屏蔽雙絞線和光纖的世界。而執(zhí)用屏蔽觀點的人認為：屏蔽系統(tǒng)可提高穩(wěn)定性能以及高質(zhì)量的傳輸信號，能夠提供較高的傳輸帶寬，可支持未來高速的網(wǎng)絡系統(tǒng)，并提高更遠的傳輸距離。施工要求高是專業(yè)安裝公司的事情，只要嚴格按照布線規(guī)范要求操作，就會為用戶提供屏蔽布線系統(tǒng)。

　　布線系統(tǒng)采用非屏蔽雙絞線還是屏蔽雙絞線，從施工的質(zhì)量、工期和投資來看有明顯的差異。非屏蔽系統(tǒng)采用非屏蔽雙絞線，施工比較簡單，質(zhì)量標準要求低，施工工期較短，投資低。而屏蔽系統(tǒng)采用屏蔽雙絞線，對屏蔽層的處理要求很高，除了要求鏈路的屏蔽層不能有斷點外，還要求屏蔽通路必須是完整的全過程屏蔽。

　　從目前的施工條件來講，很難達到整個系統(tǒng)的全過程屏蔽。因此從客觀上，要求設計人員在語音通信、數(shù)據(jù)通信和圖像通信傳輸介質(zhì)選擇時，要對非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖的技術指標有所了解。即語音通信：3類或更高的100Ω非屏蔽雙絞線;一般的數(shù)據(jù)通信：5類的100Ω非屏蔽雙絞線，150Ω屏蔽雙絞線;高速數(shù)據(jù)通信：2芯的62.5/125μm光纖;可視通信：5類的100Ω非屏蔽雙絞線，2芯的62.5/125μm光纖等。

　　平衡傳輸

　　UTP電纜通過芯線的雙絞來達到EMC性能這意味著EMI首先被UTP電纜所接收隨后才被抵消。但隨著頻率的提高，UTP的EMC性能將會下降。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，電纜雙絞只能滿足到30MHz的EMC性能對于更高的電磁干擾將無能為力。而目前多數(shù)實際網(wǎng)絡應用的工作頻率都低于30MHz，并且，理想的平衡傳輸系統(tǒng)是不存在的。UTP電纜的平衡特性并不只取決于部件本身的質(zhì)量(如絞對)，而會受到周圍環(huán)境的影響。因為UTP周圍的金屬、隱蔽的“地”、施工中的牽拉、彎曲等情況都會破壞其平衡特性，從而降低EMC性能。

　　事實上，我們安裝電纜通常會將它穿入金屬導管、塑料導管或者其它有著不同接地阻抗的保護中。所以，要獲得持久不變的對地性能，只有一個解決方案，在所有芯線外加多一層鋁箔進行接地。鋁箔為脆弱的雙絞芯線增加了保護，同時為UTP電纜人為的創(chuàng)造了一個平衡環(huán)境。這意味著基于FTP電纜的屏蔽解決方案是獨立于環(huán)境的即與環(huán)境無關。FTP是融合了UTP的平衡特性和施工靈活性和STP的屏蔽效果，即平衡與屏蔽原理的完美結(jié)合。

　　FTP、UTP的衰減

　　FTP電纜的衰減指標完全符合ISO/IEC11801和EIA/TIA568B等相關標準。如果將UTP電纜穿入金屬導管中，其阻抗特性將下降而導致衰減增大。FTP電纜在制造過程中考慮到周圍鋁箔的影響，已經(jīng)在制造工藝中加以補償。

　　FTP、UTP的傳輸距離

　　電纜的傳輸距離是由電纜的衰減和傳播時延決定的，與是否屏蔽沒有關系。影響傳輸距離最關鍵的因素是傳播時延，它是由電纜的NVP值決定：普通UTP電纜的NVP大約0.66，美國百盛的UTP、FTP、STP電纜的NVP在0.68左右。

　　輻射與接地

　　系統(tǒng)的屏蔽性能由最差部分的性能決定，屏蔽系統(tǒng)最薄弱的部分是信息插座及機柜內(nèi)的模塊化跳線盤，可以通過以下的方法提高其EMC性能：遠離干擾源，如電梯、空調(diào)、動力設備、日光燈、移動通信基站等，并采用帶有EMC屏蔽罩的信息插座和跳線盤;電纜部分與信息插座和跳線盤相比，電纜廣泛分布在整個建筑中，周圍的電磁環(huán)境更加復雜無法預測和控制，所以電纜部分是整個布線系統(tǒng)中最需要加以電磁保護的部分。

　　通過FTP電纜的屏蔽原理可以了解到，屏蔽層不接地也具有屏蔽功效，鋁箔屏蔽層的屏蔽作用與接地無關。但如果接地不好，FTP的屏蔽層將成為干擾源。綜合布線系統(tǒng)作為無源產(chǎn)品，本身不會產(chǎn)生電磁輻射，但如果接地不良，電纜的屏蔽層會吸收外在的電磁干擾，傳導后向外輻射。當然向外的輻射也需要一定的條件，即必須存在輻射所需的能量及其天線的尺寸與電波波長在同一數(shù)量級。只有滿足以上條件，電纜的屏蔽層才有可能成為“潛在的天線”。綜合布線系統(tǒng)在整個系統(tǒng)的開發(fā)、研制過程中已經(jīng)充分考慮到高頻接地的問題實現(xiàn)了電纜屏蔽層的大面積環(huán)繞接地，避免了所謂的“天線效應”。

　　測量屏蔽

　　FTP電纜屏蔽系統(tǒng)的優(yōu)勢是提供較UTP電纜更好的EMC性能，這基于將系統(tǒng)隔絕于外部電磁環(huán)境，因為外部存在的電磁環(huán)境會影響到整個布線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。到目前為止還沒有性能指標或測試方法來表達或比較EMC性能。但歐洲標準化委員會CENELEC已開始這項工作耦合衰減Coupling Attenuation　被定義為測量EMC性能的指標，該指標也被寫進國際布線標準。