專注福祿克測試儀銷售與技術(shù)

6A類綜合布線產(chǎn)品是指用于傳輸萬兆以太網(wǎng)的物理層介質(zhì)之一，它使用銅作為基本的傳輸介質(zhì)。由于材料的限制，6A類綜合布線系統(tǒng)的物理帶寬定義為500MHz，遠遠低于萬兆光纖的帶寬值。但是，由于光纖接口設(shè)備昂貴，使雙絞線傳輸技術(shù)仍然走俏，這也許就是在數(shù)年前推出萬兆光纖技術(shù)后，仍然必須研發(fā)萬兆銅纜的原因。在本文中，將從技術(shù)角度分析6A類屏蔽雙絞線相對于6A類非屏蔽雙絞線的價值。由于本文是筆者在去年所寫的《6A類屏蔽布線系統(tǒng)》一文的繼續(xù)，因此其中部分文字來源于原文。

在6A類雙絞線中，仍然延續(xù)著各自過去的習(xí)慣，擁有著屏蔽和非屏蔽這兩大類產(chǎn)品。其中屏蔽6A類技術(shù)來自于7類布線系統(tǒng)，只有非屏蔽6A類產(chǎn)品是在IEEE組織開始研究萬兆銅纜以太網(wǎng)時逐步研發(fā)的。

自貝爾實驗室在二十多年前推出綜合布線系統(tǒng)以來，非屏蔽布線產(chǎn)品從當時的10MHz等級的3類布線系統(tǒng)，突破了30MHz的理論界限，逐步出現(xiàn)了4類、5類、超5類、6類乃至現(xiàn)在的6A類非屏蔽布線產(chǎn)品，從技術(shù)上看，這是人類對電磁場理論的理解越來越深入的又一表征，是值得祝賀的。不過，從應(yīng)用上看，6A類非屏蔽技術(shù)還并不足以取代6A類屏蔽布線產(chǎn)品。

屏蔽6A類布線產(chǎn)品源自7類布線系統(tǒng)，經(jīng)過十多年的不斷完善，現(xiàn)在的7類布線產(chǎn)品已經(jīng)遍及600MHz～1500MHz中的各個系列，因此在7類屏蔽布線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上形成6A類布線產(chǎn)品就變成了輕而易舉的事情。

對于德特威勒公司而言，屏蔽布線系統(tǒng)是它的強項之一，因此它在完善其產(chǎn)品系列的時候，所選擇的是6A類屏蔽布線產(chǎn)品。

6A類布線產(chǎn)品的傳輸性能受到IEEE、TIA、ISO/IEC等標準化組織的制約，物理傳輸帶寬已經(jīng)設(shè)定在500MHz。因此，所分析的問題是怎樣以最理想的方式去完善傳輸性能，而其中眾說紛紜的問題是電磁性能。

與金屬管道之間的電磁耦合造成有用信號的衰減，傳輸理論中，計算機的網(wǎng)絡(luò)接口必須有一定幅度的信號方能正確檢測，而且信噪比的定義也說明在同等干擾的情況下，信號幅度越小信噪比越差。因此，信號衰減一直是綜合布線系統(tǒng)的重要指標。

“魔鬼頻段”根據(jù)電磁場原理，當金屬電線管內(nèi)穿入了雙絞線時，雙絞線的芯線與電線管的管壁之間必然會產(chǎn)生分布電容C，這個分布電容的作用與屏蔽雙絞線的屏蔽層與芯線之間的分布電容一樣，都會造成部分信號被泄漏到大地去，造成信號的衰減等關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)生變化。

以16mm金屬電線管為例。由于6A類非屏蔽雙絞線的外徑可達9mm，在一根16mm的電線管內(nèi)只能擺放1根雙絞線。當雙絞線穿入電線管后，雙絞線的四周都是金屬，也就是說，它與四周的電線管之間都存在著分布電容，而由此所產(chǎn)生的容抗Z=1/(2πfc)，當頻率f高達500MHz時，可以想象容抗不到6類非屏蔽雙絞線的一半（頻率升高一倍、外徑增加），也就是說在金屬電線管上的感應(yīng)電流遠大于6類非屏蔽雙絞線。這就是傳輸過程中信號的衰減的一種原因。由此可見，當6A類非屏蔽雙絞線在遇到金屬電線管之類的大面積金屬物體時，由于耦合電容的作用，會有大量的信號“逃”離，造成局部的強信號衰減。

在綜合布線的性能測試中，專門為平行的兩根雙絞線內(nèi)同色線對之間的電磁干擾提出了ANEXT指標（福祿克DTX-1800和DSX-5000可以測試這項參數(shù)），這說明在兩根雙絞線之間必然存在由于分布電容而產(chǎn)生的電磁耦合，這時同色線對之間的最近距離為兩個護套的總厚度+兩個絕緣體的總厚度。由此，當在雙絞線旁邊就是一塊大面積的金屬物體（如金屬電線管）時，也必然存在因分布電容而引起的電磁耦合。

對于6A類屏蔽雙絞線而言，在護套內(nèi)鋪設(shè)了鋁箔或銅網(wǎng)屏蔽層，當屏蔽層接地后，按照電磁理論，護套外的金屬電線管不會再與芯線之間產(chǎn)生耦合電容。這時，護套內(nèi)的屏蔽層與芯線之間仍然因電容耦合造成信號逃離，而大面積的金屬物體不會再次造成信號衰減。從以上的定性分析可見：6A類屏蔽雙絞線的信號衰減是雙絞線長度的函數(shù)，與外界是否存在金屬物體無關(guān)；6A類非屏蔽雙絞線的信號衰減則與外界是否存在金屬物體有關(guān)。在這樣的情況下，6A類屏蔽雙絞線在設(shè)計時必然已經(jīng)考慮了屏蔽層所造成的信號衰減因素，6A類非屏蔽雙絞線只有在設(shè)計時考慮外界大面積金屬物體所產(chǎn)生的衰減因素時，才能確保在任何工程環(huán)境下都能保證其性能指標仍然合格。即：6A類屏蔽雙絞線在金屬環(huán)境中的穩(wěn)定性優(yōu)于6A類非屏蔽雙絞線。

在雙絞線的設(shè)計中，對抗信號衰減的主要手段是增加銅芯線的直徑，使直流阻抗和交流阻抗下降。這就是為什么在5類和超5類屏蔽雙絞線中銅芯線的直徑超過非屏蔽雙絞線的芯線直徑的原因之一。

根據(jù)現(xiàn)在所掌握的數(shù)據(jù)，6A類屏蔽雙絞線的線徑為AWG23（實際值為0.57mm，AWG23線規(guī)所定義的線徑為0.573-0.62mm），而6A類非屏蔽雙絞線的線徑達到AWG22（即0.644-0.723mm），其原因就在于要補償信號衰減所造成的損失。

與金屬管道之間的電磁耦合造成特性阻抗和回波損耗的波動

特性阻抗和回波損耗（RL）是綜合布線系統(tǒng)中的另兩個重要指標，在上世紀九十年代，特性阻抗是必須檢測的指標；而現(xiàn)在，回波損耗是必測指標。盡管這兩個參數(shù)的定義不一樣，但他們都能從各自的角度說明信號在雙絞線中傳遞的品質(zhì)。

在電子學(xué)中，特性阻抗匹配是保證信噪比最佳的手段之一。在雙絞線中，如果能夠把剛出廠的雙絞線“切割”成一段段的長度，那么可以看出每一段的特性阻抗都有差異，其原因在于制造工藝和材料特性的有規(guī)則波動和無規(guī)則波動。由于每一段的信噪比都不同，因此特性阻抗會在一個很小的范圍內(nèi)波動，這一現(xiàn)象可以在性能測試的波形中看出。在工程中，在模塊與雙絞線的端接處，在彎角處，在雙絞線被打圈處等等地方（金屬電線管所傳輸?shù)奶匦宰杩雇蛔兒突夭ǚ瓷湟灿锌赡艽嬖冢?，特性阻抗都會發(fā)生變化，造成阻抗不匹配，而整根雙絞線累加的結(jié)果就是鏈路的特性阻抗值。

回波損耗是指信號在向前傳輸時，由于遇到障礙物，使其中的一部分信號折回來，向反方向傳輸，造成向前傳輸?shù)男盘柲芰肯陆?。這與聲波、紅外線、光波在遇到障礙時出現(xiàn)的折射和發(fā)射現(xiàn)象十分相近。當然，雙絞線中的回波也會象聲波一樣在各個障礙之間反復(fù)的回蕩。根據(jù)波的傳輸原理，在傳輸路徑中，在兩種介質(zhì)（對于聲波和光波而言，可以想象是在磚墻與空氣之間）的交界面上，會形成很強的回波發(fā)射。在雙絞線中，特性阻抗發(fā)生變化的地方就是電波出現(xiàn)回波的地方。對于雙絞線而言，最理想的狀態(tài)是整根雙絞線連續(xù)、無傷痕、無突變（包括彎曲、端接變形等等），這樣才能保證特性阻抗和回波損耗的指標處于良好的狀態(tài)。

在特性阻抗的計算公式中，特性阻抗，其中L為銅芯線的電感值，C為鏈路中的分布電容之和。當6A類非屏蔽雙絞線穿入金屬電線管的部分，由于增加了銅芯線與金屬電線管之間的分布電容，必然造成特性阻抗波動，也造成信號在電線管中的各個端面處形成回波損耗。要想減少特性阻抗波動所造成的危害，只能假設(shè)銅芯線與大面積金屬物體（如：金屬電線管）之間的分布電容<<總的分布電容。在布線工程中，因為可能會出現(xiàn)整根雙絞線全部穿管的可能性，這一點就意味著其它的分布電容要大，而且電感量也要大。電感量大要求銅芯線直徑大，其它分布電容大要求芯線之間的間距小。這樣一來，就相當于把屏蔽雙絞線的技術(shù)用于非屏蔽雙絞線！而且更為麻煩的是，工程中是千變?nèi)f化的，非屏蔽雙絞線并不一定全部穿管，也可能在各種類型的金屬橋架中，或干脆是平躺在地面上，這時就只能保證特性阻抗在工程測試時處于合格的范圍之內(nèi)。

對于6A類屏蔽雙絞線而言，屏蔽層切斷了銅芯線與外界金屬物體之間的分布電容和電磁耦合，因此屏蔽雙絞線不會因外界材料的變化而改變特性阻抗，由此可以保證特性阻抗和回波反射性能仍然保持在理想狀態(tài)。當然在遇到彎角、打圈或端接時，屏蔽雙絞線同樣也會出現(xiàn)特性阻抗突變及回波反射現(xiàn)象。

在新的標準中，允許6A類非屏蔽雙絞線的外直徑（纜徑）可以達到9mm。由于雙絞線的外徑?jīng)Q定了橋架、電線管、底盒等支撐材料的尺寸，在6A類屏蔽雙絞線的外徑只有7.4mm時，所需的支撐材料明顯發(fā)生了數(shù)量上的變化。例如，根據(jù)設(shè)計規(guī)范（民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范，JGJ/T16-92，新版本尚未執(zhí)行，姑且用之），當電線管中穿2根雙絞線時，纜徑為2根雙絞線直徑之和的1.35倍，即電線管的內(nèi)徑要求為24.3mm，這時如果采用標稱直徑為25mm的電線管，那么對電線管的種類就提出了要求，因為許多類別電線管的內(nèi)徑小于標稱直徑。當使用6A類屏蔽雙絞線時，德特威勒的纜徑僅為7.4mm（6類非屏蔽雙絞線的纜徑通常為6.2～6.6mm）。通過計算可知，穿一根管中穿2根雙絞線時，電線管的內(nèi)徑僅要求為20.8mm，因此對于標稱直徑為25mm的電線管而言，十分富裕。

對于橋架而言，6A類非屏蔽雙絞線的9mm外徑相比6A類屏蔽雙絞線的7.4mm外徑，使橋架的內(nèi)部空間必須增加48%。應(yīng)該說明的是，在中國的建筑電氣設(shè)計規(guī)范和綜合布線驗收規(guī)范中，還不允許雙絞線直接采用吊掛方式。

只要是雙絞線，必然會存在電磁干擾。在6A類雙絞線中，除了線對之間的干擾（如：NEXT）外，線間干擾（ANEXT）也浮出水面。對于ANEXT干擾，各個廠商采用了各種各樣的解決方案，目的是將干擾值降低到允許的限值以下。在德特威勒看來，這些電磁干擾發(fā)自雙絞線，收自雙絞線，因此最理想的方式是徹底切斷其中的耦合和輻射，而不是僅僅考慮將干擾降低。

事實上，屏蔽是最為理想的抗電磁干擾手段，它將電磁輻射完全切斷，而線對之間的電場耦合也變成了線對與屏蔽層之間的耦合，使線對之間失去了直接耦合的可能。為了達到理想的屏蔽效果，德特威勒采用的6A類屏蔽雙絞線為S/FTP雙絞線，即每個線對都有鋁箔屏蔽層，而在護套內(nèi)又裹了一層銅絲網(wǎng)，利用銅、鋁兩種材料、絲網(wǎng)、金屬箔兩種結(jié)構(gòu)組合形成了極強的抗電磁干擾效果，使線對之間的電磁干擾（NEXT等）和線間電磁干擾（ANEXT）都得到了有效的抑制。這一點在線對屏蔽雙絞線的測試報告中得到了數(shù)據(jù)證明。

與“雜草是生長在不該生長的植物”這一定義一樣，電磁干擾是出現(xiàn)在不該出現(xiàn)的地方的電磁波。為此，對于雙絞線而言，就引出電磁干擾和電磁輻射這些電磁兼容性方面的問題。電磁兼容性是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中必然會出現(xiàn)的天敵。對于綜合布線系統(tǒng)而言，面對的電磁兼容性至少包括方面：線對之間的電磁干擾（以NEXT為代表）；線間同色線對之間的電磁干擾（ANEXT）；外部電磁干擾源的干擾電磁輻射而引發(fā)的信息泄漏和信號衰減。另外，在雙絞線線對與外部金屬材料（特別是鐵磁材料，如：鐵、鋼等等）之間還存在著因電磁耦合而出現(xiàn)的不確定性電磁衰減。這些問題，在屏蔽雙絞線中，特別是在S/FTP這樣既存在每個線對的屏蔽，又有總的屏蔽，而且是銅/鋁雙重、致密性的金屬箔/柔軟的金屬網(wǎng)混合使用這樣的雙重屏蔽雙絞線中，這些問題一一得到了解決，而且這種解決并非是僅僅讓指標符合標準，而是從理論上加以解決。因此6A類屏蔽雙絞線可以從理論上解決IEEE組織所提出的ANEXT問題。

雙絞線生產(chǎn)技術(shù)的成熟性決定了廢品率的高低，而廢品率則影響產(chǎn)品的銷售價格。在雙絞線的生產(chǎn)領(lǐng)域，至今仍然存在著生產(chǎn)技術(shù)的成熟性問題。例如，超5類雙絞線的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)完全成熟，各個廠商都能夠生產(chǎn)，由此出現(xiàn)了大量的假冒產(chǎn)品；六類非屏蔽雙絞線提高了生產(chǎn)的臺階；而6類屏蔽雙絞線至今仍然是許多廠商生產(chǎn)中的難點。當然，這不是指生產(chǎn)不出樣線，而是指廢品率難以降下來。同樣，在6A類雙絞線的生產(chǎn)技術(shù)中，也存在著成熟性問題，對于一個研發(fā)周期就需要一年的雙絞線，要想穩(wěn)定生產(chǎn)必須要有足夠的生產(chǎn)批次方能實現(xiàn)。

6A類非屏蔽雙絞線是專門為萬兆以太網(wǎng)而開發(fā)的，至今只有2～3年的生產(chǎn)經(jīng)驗；類屏蔽雙絞線脫6A胎于7類雙絞線技術(shù)，生產(chǎn)經(jīng)驗已達10年以上。對于德特威勒這樣的能夠生產(chǎn)物理帶寬達到千兆赫茲以上的屏蔽雙絞線的廠商，要想生產(chǎn)500MHz的6A屏蔽雙絞線，自然是得心應(yīng)手，只要將成熟的技術(shù)移植過來就行了。

記得在1997年筆者在上海第一次鋪設(shè)7類雙絞線時，聽說它最好要埋地1米方能完全排除周圍環(huán)境的影響時，感到十分困難。而現(xiàn)在，隨著對屏蔽技術(shù)的理解，埋地1米已經(jīng)成為過去的神話。

與雙絞線護套內(nèi)各線對之間存在分布電容、有電磁干擾一樣，雙絞線與外界的金屬物體（特別是鐵、鋼等鐵磁性物體）之間也存在附加的電磁耦合、也會將信號通過耦合方式傳遞到周邊的金屬物體上，造成自身信號的衰減，而且這個衰減隨著傳輸帶寬的增加也會增加（它與信號的頻率F呈正比）。屏蔽布線系統(tǒng)的優(yōu)點之一是：芯線的傳輸性能不受周圍環(huán)境的影響，因為屏蔽層起到了阻隔的作用，它使芯線僅與屏蔽層發(fā)生電磁耦合，而屏蔽層與外界金屬物體之間的分布電容對芯線而言毫無關(guān)系。這樣，6A類屏蔽雙絞線在安裝時僅需安裝綜合布線系統(tǒng)的驗收標準（國標）進行安裝即可，不必考慮周邊大的金屬物體是否會對雙絞線產(chǎn)生影響的問題。

價格優(yōu)勢一直是非屏蔽雙絞線優(yōu)于屏蔽雙絞線的基本原因。然而，對于6A類雙絞線而言，這一優(yōu)勢明顯下降，理由如下：線徑增加6A類非屏蔽雙絞線的線徑通常為AWG22，6A類屏蔽雙絞線的線徑可以達到AWG23。以對等比較方式計算，AWG23的最小線徑為0.573mm，AWG22的最小線徑為0.644mm，兩者所產(chǎn)生的用銅量差異為==1.263，即用銅量增加了26.3%。對應(yīng)的絕緣層和護套層材料也必然同步增加。相對于6類非屏蔽雙絞線（帶十字骨架）與6類屏蔽雙絞線（四對芯線分別屏蔽）之間的價格差異52.9%而言，這一差距已明顯縮?。▋H相差21.1%，未算入專用十字骨架或麻線的造價）?？梢韵胂螅绻捎?類鋁箔總屏蔽雙絞線（帶十字骨架），這一差距將會更小。

電纜外徑增加造成橋架造價上升

對于橋架而言，6A類非屏蔽雙絞線的9mm外徑相比6A類屏蔽雙絞線的7.4mm外徑，使橋架的內(nèi)部空間必須增加48%。盡管金屬橋架的造價遠不如非屏蔽雙絞線的造價高，但從完整的系統(tǒng)看，它仍然是降低6A類非屏蔽雙絞線造價優(yōu)勢的因素之一。這里需要說明的是，所有這些比較的前提是同一個品牌、同一套生產(chǎn)設(shè)備、同一批生產(chǎn)工人和同一類原材料。不同廠商之間的產(chǎn)品沒有可比性。

最后，有必要提出一個事實：在各大網(wǎng)絡(luò)廠商的RJ45型網(wǎng)絡(luò)交換機中，其RJ45插座都是銀白色的屏蔽插座。只有家用級的網(wǎng)絡(luò)交換機上還可以看見黑色的非屏蔽插座。