綜合布線系統(tǒng)中的屏蔽技術(shù)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(chǔ)，并可以針對不同用戶的不同需求(網(wǎng)絡(luò)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(jī)關(guān)、軍事設(shè)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(luò)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(jī)電火花產(chǎn)生的諧波干擾，熒光燈管、電子啟動器、電源開關(guān)、電話網(wǎng)的振鈴電流、信息處理設(shè)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(yīng)采用屏蔽系統(tǒng)。

　　綜合布線網(wǎng)絡(luò)在大樓外部存在雷達(dá)、無線電發(fā)射設(shè)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(qiáng)度的環(huán)境應(yīng)采用屏蔽系統(tǒng)。

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

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

　　(2)電信終端設(shè)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(qiáng)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(shè)備,提供電話服務(wù)時,噪聲電平超過-40dBm的帶寬總和小于200MHz;

　　(4)當(dāng)終端設(shè)備提供聲學(xué)接口服務(wù)時,噪聲電平超過基準(zhǔn)電平的帶寬總和小于200MHz。

　　屏蔽技術(shù)

　　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(yīng)實(shí)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(rèn)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(rèn)可。市場上的屏蔽布線產(chǎn)品除了進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)烈的項(xiàng)目，開始關(guān)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(dāng)今網(wǎng)絡(luò)日益提升的需求。當(dāng)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，F(xiàn)TP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(yīng)原理(所謂趨膚效應(yīng)是指電流在導(dǎo)體截面的分布隨頻率的升高而趨于導(dǎo)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(jìn)入電纜，同時也阻止內(nèi)部信號輻射出去干擾其它設(shè)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(jìn)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(hù)層的銅導(dǎo)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(dú)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(jiān)持用非屏蔽觀點(diǎn)的人認(rèn)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(shè)想，可提高信號傳輸?shù)乃俾?，但安裝標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)的人認(rèn)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(luò)系統(tǒng)，并提高更遠(yuǎn)的傳輸距離。施工要求高是專業(yè)安裝公司的事情，只要嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(dá)到整個系統(tǒng)的全過程屏蔽。因此從客觀上，要求設(shè)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(shù)指標(biāo)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(dá)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(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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?yàn)閁TP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(shí)上，我們安裝電纜通常會將它穿入金屬導(dǎo)管、塑料導(dǎo)管或者其它有著不同接地阻抗的保護(hù)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(jìn)行接地。鋁箔為脆弱的雙絞芯線增加了保護(hù)，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(dú)立于環(huán)境的即與環(huán)境無關(guān)。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(biāo)完全符合ISO/IEC11801和EIA/TIA568B等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如果將UTP電纜穿入金屬導(dǎo)管中，其阻抗特性將下降而導(dǎo)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(bǔ)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(guān)系。影響傳輸距離最關(guān)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(jī)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(yuǎn)離干擾源，如電梯、空調(diào)、動力設(shè)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(fù)雜無法預(yù)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(hù)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?zé)o關(guān)。但如果接地不好，F(xiàn)TP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(dǎo)后向外輻射。當(dāng)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(shí)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(yīng)”。

　　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?yàn)橥獠看嬖诘碾姶怒h(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(biāo)或測試方法來表達(dá)或比較EMC性能。但歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會CENELEC已開始這項(xiàng)工作耦合衰減Coupling Attenuation　被定義為測量EMC性能的指標(biāo)，該指標(biāo)也被寫進(jìn)國際布線標(biāo)準(zhǔn)。