转：综合布线--屏蔽系统

随着通信和信息技术产业及网络技术的不断发展和计算机性能的不断提高，人们对综合布线系统的要求也越来越高。综合布线系统已成为高速数据传输的中枢，因此对其抗干扰性和安全保密性的要求也就尤为严格。屏蔽与非屏蔽布线系统孰优孰劣，一直是综合布线领域的热点话题。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，因而具有良好的电磁兼容(EMC)特性。

信号的完整性通过屏蔽系统能得到一定的保证。屏蔽系统的根本目标是防止数据受到潜在的电磁干扰(EMI)，干扰场主要有电磁干扰及射频干扰两种。电磁干扰 (EMI)主要是低频干扰，马达、荧光灯以及电源线是通常的电磁干扰源。射频干扰(RFI)是指无线频率干扰，主要是高频干扰。无线电、电视转播、雷达及其他无线通信是通常的射频干扰源。对于抵抗电磁干扰，选择编织屏蔽最为有效，因其具有较低的临界电阻；而对于射频干扰，箔层屏蔽最有效，因为编织屏蔽依赖于波长的变化，它所产生的缝隙使得高频信号可自由进出导体。而对于高低频混合的干扰场，则要采用具有宽带覆盖功能的箔层加编织网的组合屏蔽方式：编织屏蔽适用于低频范围，而箔层屏蔽适用于高频范围。

世界各地的一般惯例有所不同。在英国、美国和亚洲国家通常以非屏蔽布线系统为主。而在德国及欧洲的一些国家，包括法国、瑞士和奥地利等则是以屏蔽布线系统占主导地位。尤其是在德国，大约95％的工程安装的是屏蔽系统，而另外的5％为光纤系统。

但目前市场上用户未能选择屏蔽系统的主要原因有：首先是用户的需求，大多数用户认为只有在干扰严重的环境和对数据保密有着特殊要求的系统才选用屏蔽系统，在大量写字搂、酒店等商用建筑还是以非屏蔽系统为主。其次，屏蔽系统必须正确接地。如果屏蔽系统接地不良，可能会比非屏蔽系统提供的性能水平更差，甚至在最坏情况下，屏蔽本身可能会成为一个辐射源，生成电流接地环路，或接收周围辐射，向相邻的数据电缆发出有害干扰。第三是成本较高。如果一个屏蔽系统根据工程统计成本，包括所需的额外安装工作，通常较同等的非屏蔽系统解决方案成本约高出20
％左右。关于屏蔽系统的相应标准主要有：欧洲的EMC法案 89／336／EEC及其补充法案92／31／EEC，其中规定了辐射及对电磁辐射的抗干扰性要求；美国联邦通信委员会(FCC)对美国制造或销售的任何设备都作了类似的规定；北美布线TIA／EIA-568B标准中，屏蔽双绞电缆和非屏蔽双绞电缆同时被作为水平布线的推荐媒介；国际标准委员会 ISO／IEC／SC25中目前正在草议的7类规范将规定PIMF屏蔽，并端接到一条屏蔽导线上，必须使用屏蔽水平来满足规定传输带宽约为600MHz的标准性能需求。
1 屏蔽系统的接地
屏蔽系统的接地分为两个方面：保护性接地(Earthing)和屏蔽接地(Grounding)。
1．1保护性接地的必要性及特点
建筑物中的保护性接地网络可能基于不同的理由，但是主要理由是为了提供对人体、家畜、设备的保护，避免工作时电流产生的危险。因此对于设备的一部分或者许多设备或者整个装置．必须提供保护性措，施。和有源仪器一起工作的每一种布线——屏蔽或非屏蔽，必须遵守安全规则。这样，设备的使用者才能得到针对设备或者布线两方面的电压危险的保护。而且布线的维护人员和其它用户也能得到由于和有源设备连接带来的危险的保护。
由于与安全性相关的电流，振幅大，而频率较小，所以保护性接地需要一个横截面积相对较大的导体 (接地线)。只要对接地线进行端接即可完成保护性接地。
1．2屏蔽接地的必要性及特点
当屏蔽层没有恰当地连接屏蔽地的时候，它将辐射电磁波。在屏蔽地和屏蔽层之间产生变化的电压，上升到辐射电流，这时候，屏蔽层将变成一根天线，向外辐射电磁波。这种电磁波将有可能被窃听装置所接收，也就是说可能泄密。由于跟EMC相关的电流的振幅相对较小，而频率相对较高，这种高频电流在导体上的阻抗随频率而增大，使得它根本不可能沿着接地线传导。
当把石头扔到湖里，水面上产生圈圈波浪，波浪逐渐向整个水面扩散，迅速消失。如果石头的尺寸和水的体积相比可以忽略，湖水的水面不会明显增高。同样的道理适用于大的导体表面的电流。电流向整个导体表面扩散，由于均匀分布在整个导体表面，电流的振幅迅速减小。如果导体表面物理尺寸足够大，或者电流振幅足够小，那么导体表面将不会产生电荷，作为一个结论，传导表面的电压不会改变。
通过使用尽可能低阻抗的连接，最小化屏蔽地和屏蔽层之间的电压。这需要使用大的接触区域的连接。通过使用一个装置完全包围屏蔽层，将屏蔽层固定在屏蔽地上，所以叫360°端接。为了避免辐射屯流，屯缆的屏蔽层必须接好地。由于阻抗随频率上升，安全接地对于避免辐射电流没有用处。
屏蔽接地主要有一端接地和两端接地这两种方式。
一端接地：把100Ω、1W的碳膜电阻串接在屏蔽体的任一端，另一端直接接到机壳上，这样地电流被箝制在0．1A，正好在屏蔽体可承受的范围内。双绞线可以使屏蔽体免遭EMC等其它因素的影响，适当的差分接收器可以很好地抑制10V左右的电源频率和谐波共模电压。机壳与地之间的电压波动，很少超过10V。
两端接地：两端接地的屏蔽体是允许高频电流在其内环流，这将抵消信号线中的电流，这些起反作用的电流产生磁场，进而抵消来自信号导体的磁场，从而取得磁场屏蔽效果。
2 屏蔽系统的优越性
屏蔽双绞电缆每对双绞线或4对双绞线都可单独使用金属屏蔽。不同的线对或4对双绞线可以放在一起共用1个金属屏蔽层。由于金属屏蔽层的趋肤效应及反射和吸收作用，可以更好地分隔周围的电磁场和减少单独屏蔽双绞电缆之间或4对双绞线之间的串音。
趋肤效应：至某一频率，屏蔽几乎可完全分隔所需要的信号和周围的干扰信号。趋肤效应确保干扰电波只流经屏蔽的外表皮而不能渗过很薄的表皮层(趋肤深度)。
反射效应：一个金属化的屏蔽层在内、外界面有效地反射大量的入射波。
2．1更好的电磁兼容性
EMC是指仪器或网络设备具有一定的抗电磁干扰的能力，同时保证较少的电磁辐射。这样，仪器或网络系统就能在比较恶劣的电磁环境中正常运行，又不会辐射过强的电磁波干扰周围其它仪器及网络的正常工作。

非屏蔽双绞电缆通过每英寸的绞合对数来达到EMC性能，仅能够有效地满足30—40MHz数据传输时的EMC性能。随着传输频率的提高，非屏蔽双绞电缆的电磁兼容性会下降。同时，安装过程中对电缆的牵拉和弯曲等情况都会使非屏蔽双绞线(UTP)的均衡绞度遭到破坏。而且双绞线的绞合平衡只能保证电缆不被磁场干扰。但电缆通常还会受周围其它干扰源(如荧光灯照明、无线电传送设备，办公设备、工业机器等)所影响，这些干扰源发射的是电场或电磁场(辐射场)。
而屏蔽系统拥有非常好的电磁兼容性，不受外界环境干扰的影响。利用金属屏蔽层的屏蔽作用有效的防止电磁干扰及辐射，使屏蔽系统受外部影响很小，成为独立于环境的一种电磁机械保护。
2．2安全保密性
由屏蔽双绞电缆及元器件组成的屏蔽网络可以明显地降低向周围环境中的电磁辐射量。
如果没有接地连接，将非屏蔽双绞电缆当作传送天线时，传输信息很容易被拦截。在大多数不被保护的状态下，窃听者只需要1部雷达接收器、电子信号发生器和1台便携计算机，在几百米距离内，都可以进行数据拦截。屏蔽双绞电缆则由于它较低的辐射而很难被拦截。加密和解密是保护网络的另外一种解决方式，但它需要较大的网络发射功率，月．其配套软硬件配置非常昂贵。选择加密的花费将比在一开始就安装屏蔽系统高很多。从发射保密性的角度来说，电缆的屏蔽应是首要选择，在个别情况下，加密可作为辅助措施使用。
3 屏蔽系统的测试
数据电缆误码率测试。
虽然目前传输过程允许一定的误码，得到的结果还是很好地显示了各种屏蔽方式对减少误码的有效性。除了屏蔽电缆本身，对称性也是高性能数据电缆一个主要的质量特征。不仅非屏蔽双绞电缆必须高度对称地绞合，屏蔽双绞电缆也同样如此。对称电缆的抗干扰性通过良好的屏蔽显著改善。事实上屏蔽还有一个更进一步的优势：线对间的电场明显受到屏蔽影响。
外部金属物体如金属管、护墙沟和相邻电缆不能影响屏蔽电缆的传输性能。与之相反，非屏蔽双绞电缆的电场会受到附近物体的很大影响，恶化电容、输入阻抗和回波衰减，导致反射和系统干扰。
3～10MHz以上，电缆屏蔽开始显示作用。要防止低频干扰 (50Hz噪音)的影响，大多在有源元件上进行处理。
4 屏蔽系统的相关产品
目前市场上的屏蔽布线产品不只局限于欧洲产品，越来越多的厂商提供屏蔽布线产品，如美国西蒙公司、百通公司等已推出了屏蔽系统的产品，从而结束了北美没有屏蔽系统的历史。
4．1欧洲屏蔽布线产品
4．1．1耐克森屏蔽系列
(1)双层铝箔双绞线
由于和EMC相关的频率比较高及趋肤效应，辐射电流能够穿透的屏蔽层的厚度非常有限。所以标准规定铝箔厚度为40Um。但是，由于铝箔是包裹在线对外的，其开口处无疑是EMC的薄弱环节。
作为FTP的发明者，法国耐克森公司一直致力于FTP屏蔽的相关技术的研究。耐克森设计了双层反向包裹的铝箔屏蔽双绞线——F2TP。
这种双层铝箔屏蔽双绞线除了有更优越的EMC性能外，由于其只使用一层铝箔接地，去除护套时没有损坏铝箔的风险，所以更方便安装时的安全接地和屏蔽接地。
(2)双层铝箔双绞线的接地
在电缆的端接、安全接地及屏蔽接地方面，耐克森更是独具匠心。通过在跳线盘(配线架)上集成名为Clip-On的电缆固定装置，在固定电缆的同时，一举完成安全接地(接地线)和屏蔽接地(接近360°。
通过T形金属装置在连接接地线的同时，完成对铝箔的接近360°卡接，一次完成安全接地和屏蔽接地，将简单快捷的安装(无需借助工具)和可靠的接地有机的结合在一起。
4．1．2德特威勒屏蔽系列
总部位于瑞士Altdorf的德特威勒公司的UnilanTM布线系统在欧洲占有60％的屏蔽市场，其屏蔽系列产品已应用于欧洲各国的一些重大项目中，包括德国国家铁路、德国法兰克福机场的6类屏蔽项目，瑞土联合银行的7类STP屏蔽解决方案。
(1)超5类屏蔽产品
Unilan 5002 4P FTP超5类屏蔽数据线缆。
Unilan超5类打线屏蔽模块。UnilanU5E系列屏蔽打线模块经过UL认证，符合国际标准的超5类传输性能，可应用于：ATM、ISDN、令牌环、快速以太网等网络。
Unilan 超5类屏蔽配线架。UnilanU5E跳线盘通常使用在跳接场合，用于连接CPU与开关到网络配线一侧。消除跳接的中间元件和人力，为跳线盘节约成本。所有规格均可安装于19″EIA机柜。配线架正面没有螺钉，美观实用：特别的标识，便于识别，同时背面的色标标识符合TIA／EIA—568B打线方式，方便安装。
Unilan超5类屏蔽跳线。UnilanS5E系列模块化屏蔽跳线采用的是FTP电缆结构，即插即用，方便灵活。而且成品跳线测试严格按照TIA／EIA-568B附4，从而保证系统的传输的可靠性。跳线采用多股电缆结构，所以跳线柔软、易弯曲不易折断，具有l—3m不同长度的选择。
4．2北美屏蔽布线产品
4．2．1百通屏蔽线缆
美国百通公司开发了一系列独有的屏蔽方式，以提高电缆抵抗电磁干扰／射频干扰的能力，确保了信号的完整性，为数据、音频和视频的顺利传输提供了保证，并避免了故障时间。对于特殊的干扰问题，百通公司可以按照要求专门设计和制造屏蔽电缆。
(1)“FrenchBraid”屏蔽
百通的专利产品“FrenchBraid”是一种双螺旋形(双层裸铜线)屏蔽，是将两个螺旋在一点织连在一起。与传统网状屏蔽相比，该产品提高了柔韧性，这种构造比标准的螺旋屏蔽提高了抗挠寿命，并比螺旋屏蔽或传统的网状屏蔽降低了颤噪或静电噪声。 “FrenchBraid”比标准的网状屏蔽容易端接，因为它没有完全织连在一起。它比单螺旋编织屏蔽的DC(直流电)环路阻抗要低，性能更好。 “FrenchBraid”特性在百通新型“AudioFLEX”蛇形电缆中表现的更为显著。
(2)网状屏蔽
网状屏蔽在保持良好的柔韧性及抗挠寿命的同时，提供了超群的结构整体性。这些屏蔽对于降低低频干扰是理想的选择，比起箔层屏蔽来说，降低了直流阻抗。网状屏蔽在音频及射频范围非常有效，通常网状屏蔽覆盖率越高，屏蔽效果就越好。
(3)箔层屏蔽
箔层屏蔽是由聚脂或聚丙烯薄膜上附着一层铝箔形成。这层薄膜给屏蔽提供了机械强度良好的绝缘性能，箔层屏蔽可100％覆盖电缆。由于它们的体积小，箔层屏蔽通常用于多对数电缆的单线对屏蔽，以减少相互的串扰。箔层屏蔽重量轻、体积小，比网状屏蔽造价低，在射频范围内通常更加有效。箔层屏蔽比起网状屏蔽的柔韧性更好，但抗挠寿命较短。与箔层屏蔽一起使用的接地线，使端接更加容易，并将静电释放于大地。

百通使用了短接工艺来保持金属与金属的接触，以获得高频性能的改善。没有短接就会出现信号泄漏的狭缝。为了改进传统的短接方式，百通使用了旨在多对电缆应用和减少串扰的Z-Fold技术。此技术包括了绝缘折叠及短接折叠。短接折叠提供了金属与金属之间的接触，而绝缘折叠防止了多线对缆单对屏蔽间的相互短路。Z-Fold的设计增加了高频段箔层屏蔽的有效范围。
百通是第一家开发以铝／聚脂箔层作为电缆屏蔽的公司，并被授予“Beldfoil”屏蔽专利。Beldfoil屏蔽首先做到了100％的电缆覆盖，增强抵抗音频及无线频率的辐射及侵入。
箔层屏蔽一般是在导体绝缘层上粘合一层附着物。粘合的优点在于
能更加快捷。方便及可靠地进行端接。此外粘合还能防止屏蔽层下的水分发生扩散。如果电缆护套破损，粘合的屏蔽还能帮助保护电缆绝缘层免受污染。百通将这些优点都融合在“DuobondⅡ”屏蔽之中。
(4)组合屏蔽
组合屏蔽包括多层屏蔽，它们能够对整个频谱提供最大的屏蔽效果。箔层／网状屏蔽结合了箔层屏蔽100％的覆盖范围与网状屏蔽的机械强度和低直流阻抗等优点。其它现有的组合屏蔽包括各种箔层／网状／箔层设计、网状／网状或网状／螺旋设计等，见图14。
4.2．2西蒙屏蔽布线系统
西蒙公司除拥有全套的非屏蔽布线系统，光纤布线系统之外，还有全系列的屏蔽布线系统。西蒙公司的全系列屏蔽系统全面符合了CENELEC 50173及ISO／IEC 11801有关连接硬件转换阻抗的要求。
(1)HD5高密度屏蔽配线架
HD5 屏蔽配线架具有整洁的外观和灵活的快速跳接方式，它可以安装在19″标准机架柜上，安装过程极为简单。HD5屏蔽配线架还提供了多种背后线缆管理手段，具有强大的背后线缆管理功能。使用HD5屏蔽配线架和其它西蒙屏蔽产品组合，可以为用户提供良好的屏蔽特性，适应各种恶劣环境。
(2)CT系列快接式配线板 (CTPANEL)
CT 系列快接式配线版具有广泛的适应性，给用户提供了灵活的插拔跳接和管理方案，见图16。CT系列快接式配线版可配合西蒙公司拥有专利的CT系列耦合器模块，此模块可以单独购买，并兄很容易快捷地接人阳极化处理的快接式配线版的标准开孔，配线版系列有16、24、28、32、64和96口。这种容易按人的特性使得用户可以根据自己特殊应用的需要，自己在配线版上进行配置，并且用户在现场可以非常容易地进行变化和替换，只要用扁平螺丝刀从前面就可以把已装上的CT模块轻松移去并重新安上新的或替换模块。暂时不用的空白孔，用户可以定购西蒙公司的盲版填充以美化配线版，将来要用此口或系统扩展时只要用相应的 CT模块替换即可。
(3)CT型屏蔽工作区插座
①屏蔽的5类(Cat．5)CT耦合器模块
西蒙公司最新推出的第5类屏蔽型模块当与100 Ω Cat．5屏蔽双绞线(SCTP)联结时，满足和超过第5类传输性能和整体屏蔽的连续性，并全面符合ISO／IEC 11801，CENELECEN50173，ANSIFFIA／EIA-568B的传输性能要求。西蒙公司拥有专利的信息出口与电缆屏蔽中间点间的低转换阻抗(Transferlmpendence)，确保了在信息出口和配线间实现极佳的屏蔽集成性。这种标准模块不仅可以是单口或双口，并月．提供 T568A和T568B两种连线模式，模块后面的屏蔽罩电缆出口可以变换。当安装较浅的面板盒和模块化家具线槽时，使电缆方便地既可以直着也可以从侧面出来。另外屏蔽罩上可选的接地分接头，通过接地跳线可以把许多的模块连起来共同接地。这种模块与所有西蒙公司的CT系列模块化接口版、 OVERSIZEDCTPANEL、工作区面板以及其它CT系列安装硬件兼容。
②屏蔽的CTE型面板
西蒙的屏蔽CTE面板能提供具有5类性能的屏蔽解决方案，有单口或双口插座以及带或不带弹簧防尘门的选择，并用快速压紧盖的彩色图符标记来对每个插座进行鲜明的标识。面板呈白色或浅乳白。
(4)屏蔽电缆
西蒙布线系统在电缆方面的选择较为灵活，用户可以选用西蒙公司自由的屏蔽电缆，同时可以使用西蒙公司认可的电缆。西蒙的屏蔽电缆全面符合或超过了TIA／EIA—568B、ISO／IEC 11801、EN 50173有关屏蔽电缆的性能要求。
(5)屏蔽快接跳线
西蒙公司的屏蔽快接跳线是工厂制作，并且全部用实验室级的网络化分析仪测试以确保制作超过5类的传输性能要求。每根线均是用5类ISO／IEC兼容的多股线来制作的。模块化插头(ModularPlug)有一层总体屏蔽并且满足FCCCFR47Part68SubpartFandIEC603-7指标要求。西蒙公司可以提供T568A／T568B接线方式的屏蔽快接跳线(包括彩色去应力护套)，并且可以提供标准长度或用户指定的长度。
4．3亚洲屏蔽布线产品
4．3．1万泰屏蔽产品
屏蔽水晶头，型号：RJ45—88—SC5—SR。
超5类屏蔽模块XX，见图18。
屏蔽成型跳线，GY，见图19。
屏蔽配线架，型号：PP248S—C5E。
4．3．2南京普天屏蔽产品系列
5类4对FTP电缆(屏蔽)，见图2l。
超 5 类屏蔽RJ45插座模块是依据国际标准ISO／IEC 1180l，TIA／EIA—568B设计制造的性能优越的UTP电缆，用8芯式插座模块，100MHz时其最差线对近端串音衰减达44dB，见图22。该专利设计的全金属簧片结构(无印制版)，确保长期使用的可靠性，模块化设计，免接线工具，使用灵活方便I屏蔽罩采用优质铜带制造，表面半光亮镀镍，美观大方屏蔽性能优异。接续时应保证屏蔽层连接的可靠性。屏蔽RJ45插座模块配Patch—Pannel安装板，可组合成12、16、24、48位屏蔽 RJ45 Patch—Pannel。