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浅析综合布线系统中的屏蔽技术。
浅析综合布线系统中的屏蔽技术
摘要：本文阐述了综合布线系统中的屏蔽技术，论述了综合布线系统的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的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
1.综合布线系统构成
综合布线系统是开放式结构，能支持电话及多种计算机数据系统,还能支持会议电视、监视电视等系统的需要。综合布线系统可划分成六个子系统，工作区子系统；配线(水平)子系统；干线(垂直)子系统；设备间子系统；管理子系统；建筑群子系统。
1.1 工作区子系统
一个独立的需要设置终端的区域，即一个工作区，工作区子系统应由配线(水平)布线系统的信息插座，延伸到工作站终端设备处的连接电缆及适配器组成。一个工作区的服务面积可按5～10m2估算，每个工作区设置一个电话机或计算机终端设备，或按用户要求设置。
1.1.1综合布线系统的信息插座应按下列原则选用：
(1)单个连接的8芯插座宜用于基本型系统;
(2)双个连接的8芯插座宜用于增强型系统;
(3)信息插座应在内部做固定线连接；
(4)一个给定的综合布线系统设计可采用多种类型的信息插座。
工作区的每一个信息插座均支持电话机、数据终端、计算机、电视机及监视器等终端的设置和安装。
1.1.2工作区适配器的选用应符合下列要求:
（1）在设备连接器处采用不同信息插座的连接器时，可以用专用电缆或适配器;
（2）当在单一信息插座上开通ISDN业务时,宜用网络终端适配器；
（3）在配线(水平)子系统中选用的电缆类别(媒体)不同于工作区子系统设备所需的电缆类别(媒体)时，宜采用适配器；
（4）在连接使用不同信号的数模转换或数据速率转换等相应的装置时，宜采用适配器；
（5）对于网络规程的兼容性，可用配合适配器；
（6）根据工作区内不同的电信终端设备可配备相应的终端适配器。
1.2 配线(水平)子系统
配线子系统由工作区用的信息插座，每层配线设备至信息插座的配线电缆、楼层配线设备和跳线等组成。配线子系统应根据下列要求进行设计：
1.2.1根据工程提出近期和远期的终端设备要求;
1.2.2每层需要安装的信息插座数量及其位置;
1.2.3终端将来可能产生移动、修改和重新安排的详细情况;
1.2.4 一次性建设与分期建设的方案比较。
配线子系统应采用4对双绞电缆，配线子系统在有高速率应用的场合，应采用光缆。配线子系统根据整个综合布线系统的要求，应在二级交接间、交接间或设备间的配线设备上进行连接,以构成电话、数据、电视系统并进行管理。配线电缆宜选用普通型铜芯双绞电缆，配线子系统电缆长度应在90m以内。
1.3 干线(垂直)子系统
干线子系统应由设备间的配线设备和跳线以及设备间至各楼层配线间的连接电缆组成。在确定干线子系统所需要的电缆总对数之前，必须确定电缆话音和数据信号的共享原则。对于基本型每个工作区可选定1对，对于增强型每个工作区可选定2对双绞线，对于综合型每个工作区可在基本型和增强型的基础上增设光缆系统。
选择干线电缆最短、最安全和最经济的路由，选择带门的封闭型通道敷设干线电缆。干线电缆可采用点对点端接，也可采用分支递减端接以及电缆直接连接的方法。如果设备间与计算机机房处于不同的地点，而且需要把话音电缆连至设备间，把数据电缆连至计算机房,则宜在设计中选取不同的干线电缆或干线电缆的不同部分来分别满足不同路由干线(垂直)子系统话音和数据的需要。当需要时，也可采用光缆系统予以满足。
1.4 设备间子系统
设备间是在每一幢大楼的适当地点设置进线设备、进行网络管理以及管理人员值班的场所。设备间子系统由综合布线系统的建筑物进线设备、电话、数据、计算机等各种主机设备及其保安配线设备等组成。设备间内的所有进线终端应采用色标区别各类用途的配线区，设备间位置及大小根据设备的数量、规模、最佳网络中心等内容，综合考虑确定。
1.5 管理子系统
管理子系统设置在每层配线设备的房间内。管理子系统应由交接间的配线设备，输入/输出设备等组成，管理子系统也可应用于设备间子系统。管理子系统应采用单点管理双交接。交接场的结构取决于工作区、综合布线系统规模和选用的硬件。在管理规模大、复杂、有二级交接间时，才设置双点管理双交接。在管理点,根据应用环境用标记插入条来标出各个端接场。
交接区应有良好的标记系统，如建筑物名称、建筑物位置、区号、起始点和功能等标志。交接间及二级交接间的配线设备宜采用色标区别各类用途的配线区。交接设备连接方式的选用宜符合下列规定：
1.5.1对楼层上的线路进行较少修改、移位或重新组合时,宜使用夹接线方式；
1.5.2在经常需要重组线路时应使用插接线方式。
1.5.3在交接场之间应留出空间，以便容纳未来扩充的交接硬件。
1.6 建筑群子系统
建筑群子系统由两个及两个以上建筑物的电话、数据、电视系统组成一个建筑群综合布线系统，包括连接各建筑物之间的缆线和配线设备(CD),组成建筑群子系统。建筑群子系统宜采用地下管道敷设方式，管道内敷设的铜缆或光缆应遵循电话管道和入孔的各项设计规定。此外安装时至少应预留1～2个备用管孔，以供扩充之用。建筑群子系统采用直埋沟内敷设时，如果在同一沟内埋入了其他的图像、监控电缆,应设立明显的共用标志。电话局引入的电缆应进入一个阻燃接头箱，再接至保护装置。
1.7 光缆传输系统
当综合布线系统需要在一个建筑群之间敷设较长距离的线路，或者在建筑物内信息系统要求组成高速率网络，或者与外界其它网络特别与电力电缆网络一起敷设有抗电磁干扰要求时,应采用光缆作为传输媒体。光缆传输系统应能满足建筑与建筑群环境对电话、数据、计算机、电视等综合传输要求，当用于计算机局域网络时，宜采用多模光缆；作为远距离电信网的一部分时应采用单模光缆。
综合布线系统的交接硬件采用光缆部件时，设备间可作为光缆主交接场的设置地点。干线光缆从这个集中的端接和进出口点出发延伸到其它楼层，在各楼层经过光缆级连接装置沿水平方向分布光缆。
光缆传输系统应使用标准单元光缆连接器,连接器可端接于光缆交接单元，陶瓷头的连接应保证每个连接点的衰减不大于0.4dB。塑料头的连接器每个连接点的衰减不大于0.5dB。
综合布线系统宜采用光纤直径 62.5μm光纤包层直径 125μm 的缓变增强型多模光缆，标称波长为850nm或1300nm；也可采用标称波长为1310nm或1550nm的单模光缆。光缆数字传输系统的数字系列比特率、数字接口特性,应符合如下系列规定：
1.7.1 PDH数字系列比特率等级应符合国家标准 GB4110－83《脉冲编码调制通信系统系列》的规定。
1.7.2数字接口的比特率偏差、脉冲波形特性、码型、输入口与输出口规范等,应符合国家标准GB7611－87《脉冲编码调制通信系统网络数字接口参数》的规定。
光缆传输系统宜采用松套式或骨架式光纤束合光缆，也可采用带状光纤光缆。光缆传输系统中标准光缆连接装置硬件交接设备，除应支持连接器外，还应直接支持束合光缆和跨接线光缆。各种光缆的接续应采用通用光缆盒，为束合光缆、带状光缆或跨接线光缆的接合处提供可靠的连接和保护外壳。通用光缆盒提供的光缆入口应能同时容纳多根建筑物光缆。
2.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、吸收集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。我们可以看到,在整个欧洲,大多数的最终用户会选择屏蔽布线系统。尤其是在德国,大约95%的安装是屏蔽系统,而另外的5%为光纤。
目前,屏蔽布线系统已经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人所认可。所以,市场上的屏蔽布线产品已不只局限于欧洲产品,越来越多的厂商提供屏蔽布线产品。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。同时,我们所能看到的在中国,越来越多的用户,尤其是涉及到保密要求和辐射强烈的项目,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、最全面的电缆及部件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,目前对于屏蔽布线系统,业界也有一些的争论,对于用户来讲,可能也并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,即频率越高,电磁波的穿透能力越弱）,有效的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。如果让屏蔽层的厚度超过38μm,例如耐克森的FTP电缆为两层25μm厚的铝箔屏蔽,就使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。
3.传输介质
布线系统使用的传输介质主要有双绞线和光缆，双绞线是由两根绝缘保护层的铜导线组成。双绞线分为非屏蔽双绞线（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线缆的技术性能请参见对比表1、2所示。
表1 线缆对比表
UTP FTP STP
性能价格比 低 较高 高
施工要求 低 较高 高
抗干扰能力 弱 较强 高
数据保密 一般 较好 好
带宽误差 较大 较小 小
表2 线缆对比表
布线类别 犘性能 犉频率范围
非屏蔽3类双绞线 语音和最高速率为 频率至16MHZ
10Mbps的数据传输
非屏蔽4类双绞线 语音和最高速率为 频率至20MHZ
10Mbps的数据传输
非屏蔽5类双绞线 语音和最高速率为 频率至100MHZ 100Mbps的数据传输
非屏蔽超5类双绞线 支持速率为155Mbps 频率至155MHZ
至622Mbps的数据传输
在系统布线中，是采用屏蔽双绞线还是采用非屏蔽双绞线，在业界仍存在在争论。非屏蔽派认为：所谓屏蔽系统是指整个系统全过程屏蔽，屏蔽系统本身只是一个好的设想，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。而屏蔽派认为：屏蔽系统可提高稳定性能以及高质量的传输信号，并能够提供较高的传输带宽，可支持未来高速的网络系统，可提高更远的传输距离。至于施工要求高，那就是专业安装公司的事情了，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。
布线系统是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，是有明显的差异。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。
4.平衡传输
UTP电缆是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。但是,随着频率的提高,UTP的EMC性能将会下降。经过测量发现,电缆双绞只能满足到30MHz的EMC性能,对于更高的电磁干扰双绞线将无能为力。而到目前为止,大多数的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,我们安装电缆是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。
4.1 FTP、UTP的衰减
FTP电缆的衰减指标完全符合ISO/IEC11801和EIA/TIA 568B等相关标准。如果将UTP电缆穿入金属导管中,其特性阻抗将下降,导致衰减增大。而FTP电缆在制造过程中考虑到周围铝箔的影响,所以已经在制造工艺中加以补偿。
4.2 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。影响传输距离的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。
4.3 辐射与接地
系统的屏蔽性能是由最差部分的性能决定的，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，并采用带有EMC屏蔽罩的信息插座和跳线盘。更值得注意的是电缆部分,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电缆的屏蔽原理我们可以了解到,屏蔽层即使不接地,仍然具有屏蔽功效。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。如果接地不良,电缆的屏蔽层会吸收外在的电磁干扰,在传导后向外辐射。但是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以及其天线的尺寸与电波波长在同一数量级。只有满足以上条件下,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”。
4.4 测量屏蔽
FTP电缆的屏蔽系统的优势是提供较UTP电缆更好的EMC性能,它是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。
5.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/IEC 11801、EIA/TIA568A及EN50173标准的规定。
5.1 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,这种双层铝箔结构不仅大大改善了电缆的屏蔽性能,同时提供了安装方面极高的方便性。 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25um厚的铝箔,这种双层纵包结构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。正是因为这种双层铝箔结构,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,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”。 此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(<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：既具有卓越的屏蔽性能,又最大限度地方便用户安装。
5.2 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：
(下转P32页)
(上接P22页)
5.2.1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。
5.2.2采用屏蔽布线系统时,所有屏蔽层应保持连续性。
5.2.3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)
5.2.4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。
5.2.5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,并在两端应有良好的接地。
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2006-09-18 17:33:37
