屏蔽布线系统技术问答

屏蔽布线系统技术问答 □ 耐克森公司 孙晟东
     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。在欧洲，大多数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，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。
     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。
     当然，目前业界对于屏蔽布线系统也有一些争论，对于用户来讲，可能也并不是十分了解屏蔽系统。因此我们选择了一些较常见的问题，并进行回答。
     问：什么是EMC？
     答：EMC是电磁兼容性，是指电子设备或网络系统具有一定的抵抗电磁干扰的能力，同时不能产生过量的电磁辐射。也就是说，要求该设备或网络系统能够在比较恶劣的电磁环境中正常工作，同时又不能辐射过量的电磁波干扰周围其它设备及网络的正常工作。
     问：UTP电缆是理想的平衡传输系统，为什么还要用FTP电缆？
     答：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，将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。
     但是，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、塑料导管或者其他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。
     问：FTP电缆的屏蔽原理是什么？
     答：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多一层或两层铝箔，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。
     问：FTP的衰减大于UTP？
     答：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。而因为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。
     问：FTP的传输距离小于UTP？
     答：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大约为0.66，耐克森的UTP，FTP，STP电缆的NVP在0.68左右。
     问：系统的屏蔽性能是由最差部分的性能决定？
     答：是的。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......
     * 采用带有EMC屏蔽罩的信息插座和跳线盘
     * 采用屏蔽跳线
     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。
     问：如果接地不好，FTP电缆的屏蔽作用将不存在？
     答：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。
     问：如果接地不好，FTP的屏蔽层将成为干扰源？
     答：是的。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”。
     耐克森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、360o环绕接地，避免了所谓的“天线效应”。
     问：如何测量屏蔽和非屏蔽系统之间的性能差异？
     答：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。目前，欧洲标准化委员会CENELEC已开始这项工作（耐克森综合布线系统参与其中），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。
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