数字通信电缆屏蔽技术的应用与原理

彭波

摘要：随着屏蔽数字电缆的电磁应用环境越来越恶劣，对其屏蔽性能的要求也将日益提高。正确理解数字通信电缆屏蔽技术的概念，掌握其测试原理，分析测试结果的合理性、正确性，是屏蔽电缆设计人员应该具备的能力，是屏蔽电缆成功设计必备条件之一。

关键词：通信电缆；屏蔽技术；传输；频率

中图分类号： TM248 文献标识码： A 文章编号：

随着多业务传输平台技术(MSTP)逐步成熟并在城域网中得到推广，我国的“三网合一”通信网络的建设已提上日程。目前数字通信网络技术可概括为两类：移动通信技术和永久链路通信网络技术。在光纤端口不能与终端设备实现连接的前提下，通信电缆将承担着支持上述通信技术的综合业务。采用屏蔽技术的数字通信电缆凭借对电磁场的优化，可以支持0—65GHz频段的通信，使通信电缆在“光进铜退”的时代背景下依然应用于大容量、高频率、高速率的下一代通信网络。

一、屏蔽技术及应用原理

屏蔽可有效地抵制以场的形式造成的干扰。屏蔽的原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用，而这些作用是与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感生的电荷、电流和极化现象密切相关。

按屏蔽的作用原理，电缆屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽等三种形式。静电屏蔽的作用是使电场终止于屏蔽的金属表面，并将电荷送人大地；静磁屏蔽的作用是使磁场限于屏蔽体内；电磁屏蔽的作用原理是电磁波在屏蔽体表面上的反射现象，以及屏蔽金属厚度内高频能量的衰减。

二、各种屏蔽结构的优缺点

(1) 单层铜丝编织。采用这种结构的电缆柔软性好，但抗干扰能力较差，生产效率低，用铜量高，导致成本也高。

(2) 铝塑复合薄膜和单层铜丝编织。其优点是电缆抗干扰能力强，柔软性好；但缺点是编织速度慢、生产效率低用铜量高，成本高，而且电缆单位长度的重量重，不利于安装施工。

(3) 一层铝塑复合薄膜和一根排流铜导线。其优点是电缆轻，柔软，安装方便。但屏蔽性能还不太理想，尤其随着时间推移或其他原因，由于排流导线与铝层接触电阻变化或铝塑复合薄膜定型不理想，往往会引起屏蔽效能的下降。故长期使用可靠性差。

(4) 单层铝塑复合薄膜和稀疏编织铜编织层。相对于上述第2种结构(编织密度高编织层)而言，其优点是生产率可成倍提高，生产成本可大幅度下降，生产过程易控制，具有较好的屏蔽效能(相对于第1、第3种结构)。

三、分析影响屏蔽电缆的选择和应用的各种因素

（一）频率范围

频率范围是设计电缆屏蔽时首先考虑的参数。频率范围关系到电缆及其连接器采用高频屏蔽还是低频屏蔽。在音频系统中，在50～60Hz频段需要对用电设备屏蔽。对于射频或静电放电，则在几十兆甚至更高的频率范围内都要求设计良好的屏蔽系统。

（二）电路阻抗

低阻抗工作电路意味着存在大电流，而大电流本身会产生较强的磁场(电感较高)；高阻抗工作电路意味着存在小电流，小电流本身会产生较强的电场(电容较高)。电路阻抗是选用屏蔽材料的另一个主要因素。

（三）电缆长度

电缆工作时最高传输频率的波长称为电缆传输波长。若在最高频率阶段，电缆的长度少于传输波长的二十分之一时采用低频屏蔽，但是若电缆长度大十传输波长的二十分之一，就需要采用高频屏蔽。可见，电缆在什么样的环境中以及如何接地都要受到电缆长度的影响。

四、数字通信电缆屏蔽技术的应用

（一）网状编织屏蔽

网状编织屏蔽在保持良好的柔韧性和抗挠寿命的同时，提供了超群的结构整体性。这种屏蔽对于降低低频电磁干扰是理想的选择。比起箔层屏蔽来说，网状编织屏蔽降低了环路阻抗。网状编织屏蔽在音频以及低频范围(0．03～10MHz)非常有效。通常，网状编织屏蔽覆盖越密，屏蔽效果就越好。

（二）组合屏蔽

组合屏蔽就是指采用多种屏蔽材料和屏蔽工艺的多层屏蔽。它们能够在整个频段实现最完善的屏蔽效果。箔层／网状编织屏蔽结合了箔层屏蔽磁场全覆盖与网状屏蔽整体性好、阻抗低等优点。组合屏蔽还有各种材料的箔层／网状／箔层、网状／网状或网状／螺旋等结构。

（三）接地保护

线路接地防护的目的是将过电压、电流的能量旁路入地，达到保护设备的效果。因此防护成功与否，还要看泻流是否有效，而泻流的成败，除了对防护器件的要求外，还要看接地系统的能力，所以接地也是电磁防护的重要内容。

为了提供能够长期保持低阻抗对地排流，地下部分接地体的设置应当考虑以下因素：土壤条件、接地体与土壤的接触面、接地信号的特性、接地体的长期效果。对于地上部分，应当考虑所设计的接地系统是固定的、连续的；所设计的载流量，应当满足所可能遭受的任何电流量；所设计的阻抗数值，应将地面上的建筑物或设备的电位，限定在规定的范围内。

（四）低频磁场

高导磁材料具有低磁阻，对磁通起着分路的作用，使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。当干扰电磁波的频率较低时，可采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体外部，防止扩散到屏蔽内的空间。数据电缆屏蔽主要针对外来电磁干扰。当频率低于10 MHz时，几乎任何屏蔽编织网都能发挥很好的屏蔽作用。当频率高于10MHz时，就要选用转移阻抗低的屏蔽，且屏蔽覆盖要在95％以上，以减少电磁泄漏。

五、结论与反思

随着屏蔽数字电缆的应用环境越来越恶劣，对其屏蔽性能的要求也将日益提高。数字通信电缆屏蔽技术，越来越受到人们的重视。正确理解数字通信电缆屏蔽技术的概念，掌握其测试原理，分析测试结果的合理性、正确性，是屏蔽电缆设计人员应该具备的能力，也是屏蔽电缆成功设计必备条件之一。本文认真总结数字通信电缆屏蔽的工艺、技术原理和屏蔽网络的接地方法，期待今后电缆研发与下一代通信网络技术相互支持，早日建成我国的信息高速公路。

参考文献：

[3] 徐梁，数字通信电缆屏蔽技术的应用及其原理[J]，电线电缆，2012年9月.

[3] 沈泓，城区220 kV输电线路电磁兼容设计初探[J]，浙江电力，2011年10月.

[3] 王惠兵，六类布线系统中屏蔽电缆工艺及制造技术[J]，通信技术，2012年3月.