雙絞線,屏蔽雙絞線

 雙絞線,屏蔽雙絞線

 

一、概述

雙絞線(TP:Twisted Pairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質。雙絞線由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起,可降低信號干擾的程度,每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發出的電波抵消。雙絞線一般由兩根22～26號絕緣銅導線相互纏繞而成。如果把一對或多對雙絞線放在一個絕緣套管中便成了雙絞線電纜。在雙絞線電纜(也稱雙扭線電纜)內,不同線對具有不同的扭絞長度,一般地說,扭絞長度在38.1cm至14cm內,按逆時針方向扭絞,相臨線對的扭絞長度在12.7cm以上。與其他傳輸介質相比,雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數據傳輸速度等方面均受到一定限制,但價格較為低廉。目前,雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP:Unshilded Twisted Pair)和屏蔽雙絞線(STP:Shielded Twisted Pair)。

雖然雙絞線主要是用來傳輸模擬聲音信息的,但同樣適用于數字信號的傳輸,特別適用于較短距離的信息傳輸。在傳輸期間,信號的衰減比較大,并且產生波形畸變。采用雙絞線的局域網的帶寬取決于所用導線的質量、長度及傳輸技術。只要精心選擇和安裝雙絞線,就可以在有限距離內達到每秒幾百萬位的可靠傳輸率。當距離很短,并且采用特殊的電子傳輸技術時,傳輸率可達100Mbps～155Mbps。由于利用雙絞線傳輸信息時要向周圍幅射,信息很容易被竊聽,因此要花費額外的代價加以屏蔽。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁泊包裹,以減小幅射,但并不能完全消除輻射。屏蔽雙絞線價格相對較高,安裝時要比非屏蔽雙絞線電纜困難。類似于同軸電纜,它必須配有支持屏蔽功能的特殊連結器和相應的安裝技術。但它有較高的傳輸速率,100米內可達到155Mbps。

另外,非屏蔽雙絞線電纜具有以下優點:

(1)無屏蔽外套,直徑小,節省所占用的空間;
(2)重量輕、易彎曲、易安裝;
(3)將串擾減至最小或加以消除;
(4)具有阻燃性;
(5)具有獨立性和靈活性,適用于結構化綜合布線。

二、規格型號

EIA/TIA為雙絞線電纜定義了五種不同質量的型號。計算機網絡綜合布線使用第三、四、五類。這五種型號如下：

1、第一類：主要用于傳輸語音（一類標準主要用于八十年代初之前的電話線纜），不用于數據傳輸。
2、第二類：傳輸頻率為1MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數據傳輸，常見于使用4Mbps規范令牌傳遞協議的舊的令牌網。
3、第三類:指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜。該電纜的傳輸頻率為16MHz,用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸，主要用于10base-T。
4、第四類:該類電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數據傳輸，主要用于基于令牌的局域網和10base-T/100base-T。
5、第五類:該類電纜增加了繞線密度,外套一種高質量的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數據傳輸，主要用于100base-T和10base-T網絡，這是最常用的以太網電纜。

雙絞線分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩大類。在這兩大類中又分100歐姆電纜、雙體電纜、大對數電纜、150歐姆屏蔽電纜。具體型號有多種,如圖1所示。圖中AWG表示美國線纜規格。

 

三、性能指標

對于雙絞線,用戶最關心的是表征其性能的幾個指標。這些指標包括衰減、近端串擾、阻抗特性、分布電容、直流電阻等。

(1)衰減
   衰減(Attenuation)是沿鏈路的信號損失度量。衰減與線纜的長度有關系,隨著長度的增加,信號衰減也隨之增加。衰減用"db"作單位,表示源傳送端信號到接收端信號強度的比率。由于衰減隨頻率而變化,因此,應測量在應用范圍內的全部頻率上的衰減。
(2)近端串擾
   串擾分近端串擾和遠端串擾(FEXT),測試儀主要是測量NEXT,由于存在線路損耗,因此FEXT的量值的影響較小。近端串擾(NEXT)損耗是測量一條UTP鏈路中從一對線到另一對線的信號耦合。對于UTP鏈路,NEXT是一個關鍵的性能指標,也是最難精確測量的一個指標。隨著信號頻率的增加,其測量難度將加大。
   NEXT并不表示在近端點所產生的串擾值,它只是表示在近端點所測量到的串擾值。這個量值會隨電纜長度不同而變,電纜越長,其值變得越小。同時發送端的信號也會衰減,對其它線對的串擾也相對變小。實驗證明,只有在40米內測量得到的NEXT是較真實的。如果另一端是遠于40米的信息插座,那么它會產生一定程度的串擾,但測試儀可能無法測量到這個串擾值。因此,最好在兩個端點都進行NEXT測量。現在的測試儀都配有相應設備,使得在鏈路一端就能測量出兩端的NEXT值。NEXT測試的結果參照表1和表2。

表1 各種連接為最大長度時各種頻率下的衰減極限

表2 特定頻率下的NEXT衰減極限

   以上兩個指標是TSB67測試的主要內容,但某些型號的測試儀還可以給出直流電阻、特性阻抗、衰減串擾比等指標。
(3)直流電阻
   TSB67無此參數。直流環路電阻會消耗一部分信號,并將其轉變成熱量。它是指一對導線電阻的和,11801規格的雙絞線的直流電阻不得大于19.2歐姆。每對間的差異不能太大(小于 0.1歐姆),否則表示接觸不良,必須檢查連接點。
(4)特性阻抗
   與環路直流電阻不同,特性阻抗包括電阻及頻率為1～100MHz的電感阻抗及電容阻抗,它與一對電線之間的距離及絕緣體的電氣性能有關。各種電纜有不同的特性阻抗,而雙絞線電纜則有100歐姆 、120歐姆及150歐姆幾種。
(5)衰減串擾比(ACR)
   在某些頻率范圍,串擾與衰減量的比例關系是反映電纜性能的另一個重要參數。ACR有時也以信噪比(SNR :Signal-Noice ratio)表示,它由最差的衰減量與NEXT量值的差值計算。ACR值較大,表示抗干擾的能力更強。一般系統要求至少大于10分貝。
(6)電纜特性
   通信信道的品質是由它的電纜特性描述的。SNR是在考慮到干擾信號的情況下,對數據信號強度的一個度量。如果SNR過低,將導致數據信號在被接收時,接收器不能分辨數據信號和噪音信號,最終引起數據錯誤。因此,為了將數據錯誤限制在一定范圍內,必須定義一個最小的可接收的SNR。

四、測試數據

100歐姆4對非屏蔽雙絞線有3類線、4類線、5類線和超5類線之分。主要的性能指標為衰減、分布電容、直流電阻、直流電阻偏差值、阻抗特性、返回損耗、近端串擾。標準測試數據如表1所示。

表3 雙絞線的標準測試數據
(a)

(b)

五、常用的雙絞線電纜

綜合布線中最常用的雙絞線電纜有以下幾種:

1、5類4對非屏蔽雙絞線

它是美國線纜規格為24的實芯裸銅導體,以氟化乙烯做絕緣材料,傳輸頻率達100MHz。導線組成如表4所示,物理結構如圖2所示。

表4 導線色彩編碼

圖2 5類4對非屏蔽雙絞線

電氣特性如表5所示。其中,"9.38 歐姆MAX. Per100m @ 20℃"是指在20℃的恒定溫度下,每100米的雙絞線的電阻為9.38 歐姆(下表中類同)。

表5 5類4對非屏蔽雙絞線電氣特性

2、5類4對24AWG100歐姆屏蔽電纜

它是美國線規為24的裸銅導體,以氟化乙烯做絕緣材料,內有一24AWG TPG漏電線。傳輸頻率達100MHz,導線組成如表6所示,物理結構如圖3所示,電氣特性如表7所示。表6中屏蔽項"0.002[0.051]鋁/聚酯帶最小交疊@20℃及一根24AWG TPC漏電線"的含義是:

·屏蔽層厚度為0.002厘米或0.051英寸。
·@20℃代表在20℃恒定溫度下。

表6 導線色彩編碼

表7 5類4對24AWG100歐姆屏蔽電纜電氣特性

3、5類4對26AWG屏蔽軟線

它由4對線和一根26AWG TPC漏電線組成,傳輸頻率達100MHz。導線組成如表8所示,物理結構如圖4所示,電氣特性如表9所示。

表8 導線色彩編碼

 

4. 5類4對24AWG非屏蔽軟線

它由4對線組成,用于高速數據傳輸,適合于擴展傳輸距離,應用于互連或跳接線。傳輸速率達100MHz。導線組成如表9所示,它的物理結構如圖5所示, 電氣特性如表10所示。

表9 導線色彩編碼

 

表10 5類424WAG100對非屏蔽軟線電氣特性

六、超5類布線系統

超5類布線系統是一個非屏蔽雙絞線(UTP)布線系統,通過對它的"鏈接"和"信道"性能的測試表明,它超過TIA/EIA568的5類線要求。與普通的5類UTP比較,其衰減更小,串擾更少,同時具有更高的衰減與串擾的比值(ACR)和信噪比(SRL)、更小的時延誤差,性能得到了提高。它具有四大優點:

(1)提供了堅實的網絡基礎,可以方便轉移、更新網絡技術。
(2)能夠滿足大多數應用的要求,并且滿足低偏差和低串擾總和的要求。
(3)被認為是為將來網絡應用提供的解決方案。
(4)充足的性能余量,給安裝和測試帶來方便。

與5類線纜相比,超5類在近端串擾、串擾總和、衰減和信噪比四個主要指標上都有較大的改進。

近端串擾(NEXT)是評估性能的最重要的標準。一個高速的LAN在傳送和接收數據時是同步的。NEXT是當傳送與接收同時進行時所產生的干擾信號。NEXT的單位是db,它表示傳送信號與串擾信號之間的比值。

在普通應用中,衡量NEXT的標準方法是用一對線進行傳送,另一對線用于接收,如10BASET和TokenRing,甚至100BASET 和155Mbps ATM。但是,有時候也可以使用另外兩對線,并接到另一工作站,這樣可以加快LAN的速度,如622Mbps ATM和1000BASE-T,不只用一對(可能用全部的4對線)來傳送和接收。在一根線纜中使用多對線進行傳送會增加這根線纜的串擾。現在的四對5類雙絞線沒有考慮這種情況。

串擾總和( Power Sum NEXT)是從多個傳輸端產生NEXT的和。如果一個布線系統能夠滿足5類線在Power Sum下的NEXT要求,那么就能處理從應用共享到高速LAN應用的任何問題。超5類布線系統的NEXT只有5類線要求的1/8。

信噪比(Structural Return Loss)是衡量線纜阻抗一致性的標準,阻抗的變化引起反射。一部分信號的能量被反射到發送端,形成噪聲。SRL是測量能量變化的標準,由于線纜結構變化而導致阻抗變化,使得信號的能量發生變化。反射的能量越少,意味著傳輸信號越完整,在線纜上的噪聲越小。

比起普通5類雙絞線,超5類系統在100MHz的頻率下運行時,為用戶提供8db近端串擾的余量,用戶的設備受到的干擾只有普通5類線系統的1/4,使系統具有更強的獨立性和可靠性。

    

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