綜合布線系統(tǒng)中的屏蔽技術(shù)

      摘　要　文章闡述了綜合布線系統(tǒng)中的屏蔽技術(shù)，論
述了綜合布線系統(tǒng)中傳輸介質(zhì)的技術(shù)特性及其平衡傳輸原理，列
舉了屏蔽布線系統(tǒng)中產(chǎn)品的技術(shù)特性及其接地要求。
　　關(guān)鍵詞　屏蔽技術(shù) 傳輸介質(zhì) 平衡傳輸 系統(tǒng)接地
　　綜合布線系統(tǒng)憑借尖端的技術(shù)與智能化設(shè)計(jì)，具有無與倫比
的優(yōu)越性。綜合布線解決方案可以提供完全的端到端的解決方案
包括基于銅線和光纖的解決方案；在設(shè)計(jì)中選擇高性能部件，
以達(dá)到性能上最完美的匹配；為滿足現(xiàn)在及將來的需求 選擇Ｕ
ＴＰ、ＦＴＰ或ＳＴＰ電纜 超五類、六類或?qū)淼钠哳惖你~纜
科技及創(chuàng)新的光纖解決方案構(gòu)成光纖到桌面的信息網(wǎng)絡(luò)。綜合布
線解決方案的革新能提供網(wǎng)絡(luò)足夠的可靠性和帶寬，使我們始終
處于布線技術(shù)的最前沿。
　　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(dòng)機(jī)電火花產(chǎn)生的諧波干
擾，熒光燈管、電子啟動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)應(yīng)采用屏蔽系統(tǒng)：
　　（１）計(jì)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(shí) 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(shí) 噪聲電平超過基準(zhǔn)電平的帶寬總和小于２００ＭＨｚ。
　　１　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(huì)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(shí)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 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(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(shí)也阻止內(nèi)部信號輻射出去干擾其它設(shè)備的工作。
　　實(shí)驗(yàn)表明 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３８μ
ｍ，如耐克森的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。
　　２　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）。如何選擇系統(tǒng)傳輸介質(zhì)是施工中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，ＵＴＰ、ＦＴＰ、ＳＴＰ線纜的技
術(shù)性能對比請參見表１、２（忽略，詳見本期雜志）。
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(gè)系統(tǒng)全過程屏蔽，其本身是一個(gè)好的設(shè)想，可提高信號傳輸?shù)乃俾剩惭b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(huì)影響整個(gè)
系統(tǒng)的屏蔽效果，反而會(huì)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(jià)
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(huì)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(gè)系統(tǒng)的全過程屏蔽。因此從客觀上，要求設(shè)計(jì)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(shí)，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１００
Ω非屏蔽雙絞線，２芯的６２．５／１２５μｍ光纖等。
　　３　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(huì)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３０ＭＨ
ｚ，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(huì)受到周圍環(huán)境的影響。因?yàn)椋眨裕兄車慕饘佟㈦[蔽的“地”、施工中的牽拉、彎曲等情況都
會(huì)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(huì)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(gè)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(shí)為ＵＴＰ電纜人為的創(chuàng)造了一個(gè)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。
　　３．１　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。
　　３．２　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(shí)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(shí)延 它是由電纜的ＮＶＰ值決定：普通ＵＴＰ電纜的ＮＶＰ大約０．６６ 耐克森的ＵＴＰ、
ＦＴＰ、ＳＴＰ電纜的ＮＶＰ在０．６８左右
　　３．３　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(dòng)力設(shè)備、日光燈、移動(dòng)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(gè)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(gè)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 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(huì)產(chǎn)生電
磁輻射，但如果接地不良 電纜的屏蔽層會(huì)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(gè)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)”。
　　３．４　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(huì)影響到整個(gè)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(huì)ＣＥＮＥＬＥＣ已開始這項(xiàng)工作 耦合衰減 Ｃｏｕｐ
ｌｉｎｇ 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)ＩＳ
Ｏ／ＩＥＣ１１８０１第二版本中。
　　４　屏蔽布線系統(tǒng)
　　耐克森的屏蔽布線系統(tǒng)由Ｆ２ＴＰ／ＳＴＰ屏蔽電纜及相應(yīng)屏蔽的接插件、跳線等組成 產(chǎn)品線覆蓋
了超五類（Ｃｌａｓｓ Ｄ９９）、六類（Ｃｌａｓｓ Ｅ）及七類（Ｃｌａｓｓ Ｆ）。其線纜綜合運(yùn)用了
平衡和屏蔽技術(shù) 大大提高了系統(tǒng)的抵抗電磁干擾 ＥＭＩ　和防止電磁輻射 ＥＭＲ　的能力 即系統(tǒng)
具有非常高的電磁兼容 ＥＭＣ　性能。該屏蔽系列產(chǎn)品均獲得了丹麥獨(dú)立電子實(shí)驗(yàn)室ＤＥＬＴＡ、美國
保險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)室ＵＬ及美國ＥＴＬ檢測機(jī)構(gòu)的測試及認(rèn)證。同時(shí)其系列布線產(chǎn)品的指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ＩＳＯ／ＩＥ
Ｃ１１８０１、ＥＩＡ／ＴＩＡ５６８Ａ及ＥＮ５０１７３標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
　　４．１　屏蔽系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢
　　屏蔽電纜的屏蔽層由兩層鋁箔組成 這種結(jié)構(gòu)不僅大大改善了電纜的屏蔽性能 同時(shí)安裝方便。Ｆ２
ＴＰ電纜采用了當(dāng)今全球獨(dú)一無二的雙層縱包鋁箔屏蔽結(jié)構(gòu) 即在ＵＴＰ電纜的外面縱包兩層２５μｍ厚
的鋁箔 這樣既可以避免電纜彎曲或受熱時(shí)屏蔽層出現(xiàn)微小的縫隙 又減小了轉(zhuǎn)移阻抗 提高了屏蔽效果
同時(shí)使接地（包括屏蔽接地和保護(hù)接地）更加方便、可靠。正因?yàn)殡p層鋁箔結(jié)構(gòu)大大簡化了屏蔽電纜的
連接 節(jié)省了安裝時(shí)間 使雙層鋁箔ＦＴＰ電纜的安裝同ＵＴＰ電纜的安裝一樣簡單。雙層鋁箔由兩層鋁
箔（導(dǎo)體層）及敷于其表面的塑料薄膜（絕緣層）構(gòu)成 導(dǎo)體層相對。在電纜端接時(shí) 可以非常容易地將
電纜外護(hù)套和外面一層屏蔽層去掉 露出里面一層屏蔽層 導(dǎo)體層向外。從電磁兼容（ＥＭＣ）的方面考
慮 電纜的屏蔽層必須與大面積的金屬表面環(huán)繞接觸 即所謂的３６０℃接地 Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　。
在雙層鋁箔屏蔽系統(tǒng)中 只需將里面一層屏蔽層卡（耐克森專利產(chǎn)品Ｃｌｉｐ－ｏｎＴＭ）卡在電纜導(dǎo)線
架上即可 以保證屏蔽電纜在配線架和信息插座都實(shí)現(xiàn)３６０℃環(huán)繞接地（Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ） 絕對
不會(huì)產(chǎn)生所謂的“天線效應(yīng)”。Ｃｌｉｐ－ｏｎＴＭ電纜導(dǎo)線架與模塊化配線盤集成在一起，為了達(dá)到整
個(gè)鏈路內(nèi)的連續(xù)屏蔽 給連接件加上ＥＭＣ外殼 并配有專門的電纜導(dǎo)線架。
對于１０ＭＨｚ以上的電磁波 利用屏蔽層的反射 吸收及趨膚效應(yīng)的機(jī)理來抵消電磁干擾及電磁輻射
頻率越高 屏蔽層的效果越明顯。對于低頻 小于５ＭＨｚ　電磁波 則利用雙絞線的平衡特性抵消。這
種雙層鋁箔屏蔽電纜的最大特點(diǎn)有兩個(gè)方面：卓越的屏蔽性能 最大限度地方便用戶安裝。
　　４．２　接地系統(tǒng)
　　綜合布線系統(tǒng)采用屏蔽措施時(shí) 必須有良好的接地系統(tǒng) 并應(yīng)符合下列規(guī)定：
　　（１）保護(hù)地線的接地電阻值 單獨(dú)設(shè)置接地體時(shí) 不應(yīng)大于４Ω；采用聯(lián)合接地體時(shí) 不應(yīng)大于１
Ω；
　　（２）采用屏蔽布線系統(tǒng)時(shí)，所有屏蔽層應(yīng)保持連續(xù)性；
　　（３）采用屏蔽綜合布線系統(tǒng)時(shí) 屏蔽層的配線設(shè)備 ＦＤ或ＢＤ　端必須良好接地 用戶端 終端
設(shè)備　視具體情況接地 兩端的接地應(yīng)連接至同一接地體。若接地系統(tǒng)中存在兩個(gè)不同的接地體時(shí) 其接
地電位差不應(yīng)大于１ｖｒ．ｍ．ｓ 有效值　；
　　（４）采用屏蔽布線系統(tǒng)時(shí) 每一樓層的配線柜都應(yīng)采用適當(dāng)截面的銅導(dǎo)線單獨(dú)布線至接地體 也可
采用豎井內(nèi)集中用銅排或粗銅線引到接地體 導(dǎo)線或銅導(dǎo)體的截面應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。接地導(dǎo)線應(yīng)接成樹狀結(jié)構(gòu)
的接地網(wǎng) 避免構(gòu)成直流環(huán)路；
　　（５）綜合布線的電纜采用金屬槽道或鋼管敷設(shè)時(shí)，槽道或鋼管應(yīng)保持連續(xù)的電氣連接，兩端應(yīng)有良
好的接地。