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综合布线系统中的屏蔽技术
浏览: 发布日期:2018-03-07 16:42:28

  摘 要 文章阐述了综合布线系统中的屏蔽技术,论述了综合布线系统中传输介质的技术特性及其平衡传输原理,列举了屏蔽布线系统中产品的技术特性及其接地要求。

  关键词 屏蔽技术 传输介质 平衡传输 系统接地

  综合布线系统凭借尖端的技术与智能化设计,具有无与伦比的优越性。综合布线解决方案可以提供完全的端到端的解决方案包括基于铜线和光纤的解决方案;在设计中选择高性能部件,以达到性能上最完美的匹配;为满足现在及将来的需求选择UTP、FTP或STP电缆超五类、六类或将来的七类的铜缆科技及创新的光纤解决方案构成光纤到桌面的信息网络。综合布线解决方案的革新能提供网络足够的可靠性和带宽,使我们始终处于布线技术的最前沿。

  综合布线产品无论是非屏蔽系统还是屏蔽系统都有着广泛的使用基础并可以针对不同用户的不同需求(网络的工作频率和周围的电磁环境的不同)提供各种端到端的解决方案包括屏蔽、非屏蔽以及光纤布线解决方案。但在对抗干扰和保密性要求高(如政府机关、军事设施)或下列电磁环境中,屏蔽系统将是非常适合的。

  综合布线网络在大楼内部存在配电箱和配电网产生的高频干扰,大功率电动机电火花产生的谐波干扰,荧光灯管、电子启动器、电源开关、电话网的振铃电流、 信息处理设备产生的周期性脉冲等干扰源,在不能保持安全间隔时应采用屏蔽系统。

  综合布线网络在大楼外部存在雷达、无线电发射设备、移动电话基站、高压电线、电气化铁路、雷击区等干扰源,若处于较高电磁场强度的环境应采用屏蔽系统。

  周围环境的干扰信号场强或综合布线系统的噪声电平超过下列规定时应采用屏蔽系统:

  (1)计算机局域网引入10kHz~600MHz的干扰信号其场强为1V/m;引入600~80MHz的干扰信号其场强为5V/m;

  (2)电信终端设备通过信号、直流或交流等引入线引入RFO.15~80MHz的干扰信号其场强度为3V幅度调制80%1kHz;

  (3)具有模拟/数字终端接口的终端设备提供电话服务时噪声电平超过-40dBm的带宽总和小于200MHz;

  (4)当终端设备提供声学接口服务时噪声电平超过基准电平的带宽总和小于200MHz。

1 屏蔽技术

  屏蔽布线系统源于欧洲它是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用因而具有非常好的电磁兼容(EMC)特性。欧洲大多数的最终用户会选择屏蔽布线系统,尤其在德国大约95%的用户安装是屏蔽系统而另外的5%安装的为光纤。

  目前屏蔽布线系统已为越来越多的用户所认识它在电磁兼容方面的良好性能也正在为越来越多的用户所认可。市场上的屏蔽布线产品除了进口于欧洲,越来越多的厂商也提供屏蔽布线产品。在最新发布的北美布线TIA/EIA-568-B标准中屏蔽电缆和非屏蔽电缆同时被作为水平布线的推荐媒介从而结束了北美没有屏蔽系统的历史。在中国越来越多的用户尤其是涉及到保密和辐射强烈的项目开始关注和使用屏蔽系统甚至是六类屏蔽系统。

  屏蔽布线系统拥有一套完整的屏蔽、接地理论和产品系列提供最完整、最全面的电缆、部件及端到端全屏蔽解决方案以满足当今网络日益提升的需求。当然目前业界对屏蔽布线系统的一些争论也可能使用户不是十分的了解屏蔽系统。

  FTP电缆的屏蔽原理不同于双绞的平衡抵消原理FTP电缆是在四对双绞线的外面加一层或两层铝箔利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理(所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布。频率越高趋肤深度越小即电磁波的穿透能力越弱)有效地防止外部电磁干扰进入电缆同时也阻止内部信号辐射出去干扰其它设备的工作。

  实验表明频率超过5MHz的电磁波只能透过38μm厚的铝箔。如果屏蔽层的厚度超过38μm,如耐克森的FTP电缆为两层25μm厚的铝箔屏蔽就使能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以下的低频干扰可用双绞的原理有效的抵消。

2 传输介质

  布线系统使用的传输介质主要有双绞线和光缆。双绞线由两根绝缘保护层的铜导线组成,分为非屏蔽双绞线(UTP)、屏蔽双绞线STP,而屏蔽双绞线又分为铝箔屏蔽双绞线FTP、独立屏蔽双绞线(STP)。如何选择系统传输介质是施工中一项重要的内容,UTP、FTP、STP线缆的技术性能对比请参见表1、2(忽略,详见本期杂志)。

在系统布线中,采用屏蔽双绞线还是采用非屏蔽双绞线,在业界仍存争论。坚持用非屏蔽观点的人认为:屏蔽系统是指整个系统全过程屏蔽,其本身是一个好的设想,可提高信号传输的速率,但安装标准要求高、投资大;虽然屏蔽能够抵抗噪音干扰,提高传输速率,但如果在布线过程中稍有不慎,就会影响整个系统的屏蔽效果,反而会降低系统的性能;全屏蔽布线的传输带宽,低于同样成本的多棱光纤;从性能价格比来说,水平布线子系统仍将是非屏蔽双绞线和光纤的世界。而执用屏蔽观点的人认为:屏蔽系统可提高稳定性能以及高质量的传输信号,能够提供较高的传输带宽,可支持未来高速的网络系统,并提高更远的传输距离。施工要求高是专业安装公司的事情,只要严格按照布线规范要求操作,就会为用户提供屏蔽布线系统。

  布线系统采用非屏蔽双绞线还是屏蔽双绞线,从施工的质量、工期和投资来看有明显的差异。非屏蔽系统采用非屏蔽双绞线,施工比较简单,质量标准要求低,施工工期较短,投资低。而屏蔽系统采用屏蔽双绞线,对屏蔽层的处理要求很高,除了要求链路的屏蔽层不能有断点外,还要求屏蔽通路必须是完整的全过程屏蔽。从目前的施工条件来讲,很难达到整个系统的全过程屏蔽。因此从客观上,要求设计人员在语音通信、数据通信和图像通信传输介质选择时,要对非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤的技术指标有所了解。即语音通信:3类或更高的100Ω非屏蔽双绞线;一般的数据通信:5类的100Ω非屏蔽双绞线,150Ω屏蔽双绞线;高速数据通信:2芯的62.5/125μm光纤;可视通信:5类的100Ω非屏蔽双绞线,2芯的62.5/125μm光纤等。

3 平衡传输

  UTP电缆通过芯线的双绞来达到EMC性能这意味着EMI首先被UTP电缆所接收随后才被抵消。但随着频率的提高,UTP的EMC性能将会下降。经测量发现电缆双绞只能满足到30MHz的EMC性能对于更高的电磁干扰将无能为力。而目前多数实际网络应用的工作频率都低于30MHz,并且理想的平衡传输系统是不存在的。UTP电缆的平衡特性并不只取决于部件本身的质量(如绞对)而会受到周围环境的影响。因为UTP周围的金属、隐蔽的“地”、施工中的牵拉、弯曲等情况都会破坏其平衡特性从而降低EMC性能。事实上,我们安装电缆通常会将它穿入金属导管、塑料导管或者其它有着不同接地阻抗的保护中。所以要获得持久不变的对地性能只有一个解决方案在所有芯线外加多一层铝箔进行接地。铝箔为脆弱的双绞芯线增加了保护同时为UTP电缆人为的创造了一个平衡环境。这意味着基于FTP电缆的屏蔽解决方案是独立于环境的即与环境无关。FTP是融合了UTP的平衡特性和施工灵活性和STP的屏蔽效果即平衡与屏蔽原理的完美结合。

3.1 FTP、UTP的衰减

  FTP电缆的衰减指标完全符合ISO/IEC11801和EIA/TIA568B等相关标准。如果将UTP电缆穿入金属导管中,其阻抗特性将下降而导致衰减增大。FTP电缆在制造过程中考虑到周围铝箔的影响,已经在制造工艺中加以补偿。

3.2 FTP、UTP的传输距离

  电缆的传输距离是由电缆的衰减和传播时延决定的与是否屏蔽没有关系。影响传输距离最关键的因素是传播时延它是由电缆的NVP值决定:普通UTP电缆的NVP大约0.66耐克森的UTP、FTP、STP电缆的NVP在0.68左右。

3.3 辐射与接地

  系统的屏蔽性能由最差部分的性能决定,屏蔽系统最薄弱的部分是信息插座及机柜内的模块化跳线盘可以通过以下的方法提高其EMC性能:远离干扰源如电梯、空调、动力设备、日光灯、移动通信基站等,并采用带有EMC屏蔽罩的信息插座和跳线盘;电缆部分与信息插座和跳线盘相比电缆广泛分布在整个建筑中周围的电磁环境更加复杂无法预测和控制所以电缆部分是整个布线系统中最需要加以电磁保护的部分。

  通过FTP电缆的屏蔽原理可以了解到屏蔽层不接地也具有屏蔽功效,铝箔屏蔽层的屏蔽作用与接地无关。但如果接地不好FTP的屏蔽层将成为干扰源。综合布线系统作为无源产品本身不会产生电磁辐射,但如果接地不良电缆的屏蔽层会吸收外在的电磁干扰,传导后向外辐射。当然向外的辐射也需要一定的条件即必须存在辐射所需的能量及其天线的尺寸与电波波长在同一数量级。只有满足以上条件电缆的屏蔽层才有可能成为“潜在的天线”。综合布线系统在整个系统的开发、研制过程中已经充分考虑到高频接地的问题实现了电缆屏蔽层的大面积环绕接地避免了所谓的“天线效应”。

3.4 测量屏蔽

  FTP电缆屏蔽系统的优势是提供较UTP电缆更好的EMC性能,这基于将系统隔绝于外部电磁环境,因为外部存在的电磁环境会影响到整个布线系统的数据传输。到目前为止还没有性能指标或测试方法来表达或比较EMC性能。但欧洲标准化委员会CENELEC已开始这项工作耦合衰减Coupling Attenuation被定义为测量EMC性能的指标,该指标也被写进国际布线标准ISO/IEC11801第二版本中。

4 屏蔽布线系统

  耐克森的屏蔽布线系统由F2TP/STP屏蔽电缆及相应屏蔽的接插件、跳线等组成产品线覆盖了超五类(Class D99)、六类(Class E)及七类(Class F)。其线缆综合运用了平衡和屏蔽技术大大提高了系统的抵抗电磁干扰EMI和防止电磁辐射EMR的能力即系统具有非常高的电磁兼容EMC性能。该屏蔽系列产品均获得了丹麦独立电子实验室DELTA、美国保险实验室UL及美国ETL检测机构的测试及认证。同时其系列布线产品的指标远远高于ISO/IEC11801、EIA/TIA568A及EN50173标准的规定。

4.1 屏蔽系统的特点及优势

  屏蔽电缆的屏蔽层由两层铝箔组成这种结构不仅大大改善了电缆的屏蔽性能同时安装方便。F2TP电缆采用了当今全球独一无二的双层纵包铝箔屏蔽结构即在UTP电缆的外面纵包两层25μm厚的铝箔这样既可以避免电缆弯曲或受热时屏蔽层出现微小的缝隙又减小了转移阻抗提高了屏蔽效果同时使接地(包括屏蔽接地和保护接地)更加方便、可靠。正因为双层铝箔结构大大简化了屏蔽电缆的连接节省了安装时间使双层铝箔FTP电缆的安装同UTP电缆的安装一样简单。双层铝箔由两层铝箔(导体层)及敷于其表面的塑料薄膜(绝缘层)构成导体层相对。在电缆端接时可以非常容易地将电缆外护套和外面一层屏蔽层去掉露出里面一层屏蔽层导体层向外。从电磁兼容(EMC)的方面考虑电缆的屏蔽层必须与大面积的金属表面环绕接触即所谓的360℃接地Grounding。在双层铝箔屏蔽系统中只需将里面一层屏蔽层卡(耐克森专利产品Clip-onTM)卡在电缆导线架上即可以保证屏蔽电缆在配线架和信息插座都实现360℃环绕接地(Grounding)绝对不会产生所谓的“天线效应”。Clip-onTM电缆导线架与模块化配线盘集成在一起,为了达到整个链路内的连续屏蔽给连接件加上EMC外壳并配有专门的电缆导线架。对于10MHz以上的电磁波利用屏蔽层的反射吸收及趋肤效应的机理来抵消电磁干扰及电磁辐射频率越高屏蔽层的效果越明显。对于低频小于5MHz电磁波则利用双绞线的平衡特性抵消。这种双层铝箔屏蔽电缆的最大特点有两个方面:卓越的屏蔽性能最大限度地方便用户安装。

4.2 接地系统

  综合布线系统采用屏蔽措施时必须有良好的接地系统并应符合下列规定:

  (1)保护地线的接地电阻值单独设置接地体时不应大于4Ω;采用联合接地体时不应大于1Ω;

  (2)采用屏蔽布线系统时,所有屏蔽层应保持连续性;

  (3)采用屏蔽综合布线系统时屏蔽层的配线设备FD或BD端必须良好接地用户端终端设备视具体情况接地两端的接地应连接至同一接地体。若接地系统中存在两个不同的接地体时其接地电位差不应大于1vr.m.s有效值;

  (4)采用屏蔽布线系统时每一楼层的配线柜都应采用适当截面的铜导线单独布线至接地体也可采用竖井内集中用铜排或粗铜线引到接地体导线或铜导体的截面应符合标准。接地导线应接成树状结构的接地网避免构成直流环路;

  (5)综合布线的电缆采用金属槽道或钢管敷设时,槽道或钢管应保持连续的电气连接,两端应有良好的接地。