綜合布線系統中的屏蔽技術

      摘　要　文章闡述了綜合布線系統中的屏蔽技術，論
述了綜合布線系統中傳輸介質的技術特性及其平衡傳輸原理，列
舉了屏蔽布線系統中產品的技術特性及其接地要求。
　　關鍵詞　屏蔽技術 傳輸介質 平衡傳輸 系統接地
　　綜合布線系統憑借尖端的技術與智能化設計，具有無與倫比
的優越性。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；在設計中選擇高性能部件，
以達到性能上最完美的匹配；為滿足現在及將來的需求 選擇Ｕ
ＴＰ、ＦＴＰ或ＳＴＰ電纜 超五類、六類或將來的七類的銅纜
科技及創新的光纖解決方案構成光纖到桌面的信息網絡。綜合布
線解決方案的革新能提供網絡足夠的可靠性和帶寬，使我們始終
處于布線技術的最前沿。
　　綜合布線產品無論是非屏蔽系統還是屏蔽系統都有著廣泛的使用基礎 并可以針對不同用戶的不同需
求（網絡的工作頻率和周圍的電磁環境的不同）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）或下列電磁環境中，屏蔽系統將
是非常適合的。
　　綜合布線網絡在大樓內部存在配電箱和配電網產生的高頻干擾，大功率電動機電火花產生的諧波干
擾，熒光燈管、電子啟動器、電源開關、電話網的振鈴電流、 信息處理設備產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。
　　綜合布線網絡在大樓外部存在雷達、無線電發射設備、移動電話基站、高壓電線、電氣化鐵路、雷擊
區等干擾源，若處于較高電磁場強度的環境應采用屏蔽系統。
　　周圍環境的干擾信號場強或綜合布線系統的噪聲電平超過下列規定時應采用屏蔽系統：
　　（１）計算機局域網引入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 幅度調制８０％ １ｋＨｚ　；
　　（３）具有模擬／數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。
　　１　屏蔽技術
　　屏蔽布線系統源于歐洲 它是在普通非屏蔽布線系統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防止電磁干擾及電磁輻射的功能 屏蔽系統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。歐洲大多數的最終用戶會選擇屏蔽布線系
統，尤其在德國 大約９５％的用戶安裝是屏蔽系統 而另外的５％安裝的為光纖。
　　目前屏蔽布線系統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品除了進口于歐洲，越來越多的廠商也提供屏蔽布線產品。在最新發布的北
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
而結束了北美沒有屏蔽系統的歷史。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 甚至是六類屏蔽系統。
　　屏蔽布線系統擁有一套完整的屏蔽、接地理論和產品系列 提供最完整、最全面的電纜、部件及端到
端全屏蔽解決方案 以滿足當今網絡日益提升的需求。當然 目前業界對屏蔽布線系統的一些爭論 也可
能使用戶不是十分的了解屏蔽系統。
　　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 同時也阻止內部信號輻射出去干擾其它設備的工作。
　　實驗表明 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入電纜內部的電磁干擾的
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
　　布線系統使用的傳輸介質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）。如何選擇系統傳輸介質是施工中一項重要的內容，ＵＴＰ、ＦＴＰ、ＳＴＰ線纜的技
術性能對比請參見表１、２（忽略，詳見本期雜志）。
在系統布線中，采用屏蔽雙絞線還是采用非屏蔽雙絞線，在業界仍存爭論。堅持用非屏蔽觀點的人認為：
屏蔽系統是指整個系統全過程屏蔽，其本身是一個好的設想，可提高信號傳輸的速率，但安裝標準要求
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
系統的屏蔽效果，反而會降低系統的性能；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，水平布線子系統仍將是非屏蔽雙絞線和光纖的世界。而執用屏蔽觀點的人認為：屏蔽系統可提
高穩定性能以及高質量的傳輸信號，能夠提供較高的傳輸帶寬，可支持未來高速的網絡系統，并提高更遠
的傳輸距離。施工要求高是專業安裝公司的事情，只要嚴格按照布線規范要求操作，就會為用戶提供屏蔽
布線系統。
　　布線系統采用非屏蔽雙絞線還是屏蔽雙絞線，從施工的質量、工期和投資來看有明顯的差異。非屏蔽
系統采用非屏蔽雙絞線，施工比較簡單，質量標準要求低，施工工期較短，投資低。而屏蔽系統采用屏蔽
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，很難達到整個系統的全過程屏蔽。因此從客觀上，要求設計人員在
語音通信、數據通信和圖像通信傳輸介質選擇時，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；一般的數據通信：５類的１００Ω非屏蔽雙絞
線，１５０Ω屏蔽雙絞線；高速數據通信：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。經測量發現 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。而目前多數實際網絡應用的工作頻率都低于３０ＭＨ
ｚ，并且 理想的平衡傳輸系統是不存在的。ＵＴＰ電纜的平衡特性并不只取決于部件本身的質量（如絞
對） 而會受到周圍環境的影響。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電纜人為的創造了一個平衡
環境。這意味著基于ＦＴＰ電纜的屏蔽解決方案是獨立于環境的 即與環境無關。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合。
　　３．１　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，已經在制造工藝中加以補償。
　　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 耐克森的ＵＴＰ、
ＦＴＰ、ＳＴＰ電纜的ＮＶＰ在０．６８左右
　　３．３　輻射與接地
　　系統的屏蔽性能由最差部分的性能決定，屏蔽系統最薄弱的部分是信息插座及機柜內的模塊化跳線盤
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、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。綜合布線系統作為無源產品 本身不會產生電
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”。綜合布線系統在整個系統的開發、研制過程中已經充分考
慮到高頻接地的問題 實現了電纜屏蔽層的大面積環繞接地 避免了所謂的“天線效應”。
　　３．４　測量屏蔽
　　ＦＴＰ電纜屏蔽系統的優勢是提供較ＵＴＰ電纜更好的ＥＭＣ性能，這基于將系統隔絕于外部電磁環
境，因為外部存在的電磁環境會影響到整個布線系統的數據傳輸。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 Ｃｏｕｐ
ｌｉｎｇ 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ＩＳ
Ｏ／ＩＥＣ１１８０１第二版本中。
　　４　屏蔽布線系統
　　耐克森的屏蔽布線系統由Ｆ２ＴＰ／ＳＴＰ屏蔽電纜及相應屏蔽的接插件、跳線等組成 產品線覆蓋
了超五類（Ｃｌａｓｓ Ｄ９９）、六類（Ｃｌａｓｓ Ｅ）及七類（Ｃｌａｓｓ Ｆ）。其線纜綜合運用了
平衡和屏蔽技術 大大提高了系統的抵抗電磁干擾 ＥＭＩ　和防止電磁輻射 ＥＭＲ　的能力 即系統
具有非常高的電磁兼容 ＥＭＣ　性能。該屏蔽系列產品均獲得了丹麥獨立電子實驗室ＤＥＬＴＡ、美國
保險實驗室ＵＬ及美國ＥＴＬ檢測機構的測試及認證。同時其系列布線產品的指標遠遠高于ＩＳＯ／ＩＥ
Ｃ１１８０１、ＥＩＡ／ＴＩＡ５６８Ａ及ＥＮ５０１７３標準的規定。
　　４．１　屏蔽系統的特點及優勢
　　屏蔽電纜的屏蔽層由兩層鋁箔組成 這種結構不僅大大改善了電纜的屏蔽性能 同時安裝方便。Ｆ２
ＴＰ電纜采用了當今全球獨一無二的雙層縱包鋁箔屏蔽結構 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屏蔽層出現微小的縫隙 又減小了轉移阻抗 提高了屏蔽效果
同時使接地（包括屏蔽接地和保護接地）更加方便、可靠。正因為雙層鋁箔結構大大簡化了屏蔽電纜的
連接 節省了安裝時間 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（導體層）及敷于其表面的塑料薄膜（絕緣層）構成 導體層相對。在電纜端接時 可以非常容易地將
電纜外護套和外面一層屏蔽層去掉 露出里面一層屏蔽層 導體層向外。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繞接觸 即所謂的３６０℃接地 Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　。
在雙層鋁箔屏蔽系統中 只需將里面一層屏蔽層卡（耐克森專利產品Ｃｌｉｐ－ｏｎＴＭ）卡在電纜導線
架上即可 以保證屏蔽電纜在配線架和信息插座都實現３６０℃環繞接地（Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ） 絕對
不會產生所謂的“天線效應”。Ｃｌｉｐ－ｏｎＴＭ電纜導線架與模塊化配線盤集成在一起，為了達到整
個鏈路內的連續屏蔽 給連接件加上ＥＭＣ外殼 并配有專門的電纜導線架。
對于１０ＭＨｚ以上的電磁波 利用屏蔽層的反射 吸收及趨膚效應的機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有兩個方面：卓越的屏蔽性能 最大限度地方便用戶安裝。
　　４．２　接地系統
　　綜合布線系統采用屏蔽措施時 必須有良好的接地系統 并應符合下列規定：
　　（１）保護地線的接地電阻值 單獨設置接地體時 不應大于４Ω；采用聯合接地體時 不應大于１
Ω；
　　（２）采用屏蔽布線系統時，所有屏蔽層應保持連續性；
　　（３）采用屏蔽綜合布線系統時 屏蔽層的配線設備 ＦＤ或ＢＤ　端必須良好接地 用戶端 終端
設備　視具體情況接地 兩端的接地應連接至同一接地體。若接地系統中存在兩個不同的接地體時 其接
地電位差不應大于１ｖｒ．ｍ．ｓ 有效值　；
　　（４）采用屏蔽布線系統時 每一樓層的配線柜都應采用適當截面的銅導線單獨布線至接地體 也可
采用豎井內集中用銅排或粗銅線引到接地體 導線或銅導體的截面應符合標準。接地導線應接成樹狀結構
的接地網 避免構成直流環路；
　　（５）綜合布線的電纜采用金屬槽道或鋼管敷設時，槽道或鋼管應保持連續的電氣連接，兩端應有良
好的接地。