简述双层屏蔽的意义

出处:美国艾柏森公司 技术部经理 肖建波 发布于:2011-08-30 13:13:54

 

  科学技术飞速发展,电器化设备不断增加,无论是家庭还是办公,我们都离不开这些电器,然而电磁辐射也同时诞生,成为危害我们身体健康的头号杀手,在电磁场作用下,经受一定强度和一定时间的暴露,作业人员以及高场强作用范围内的其他人员会产生不适反应。射频辐射对机体的主要作用,是引起神经衰弱症候群和反映在心血管系统的植物神经功能失调。主要症状为神经衰弱症候群,比如普遍感到头痛、头晕、周身不适、疲倦无力、失眠多梦、记忆力减退、口干舌燥;部分人员则发生嗜睡、发热多汗、麻木、胸闷、心悸等症状;女性人员有月经周期紊乱现象发生。据有关报道,目前部分国家已研制出能在一公里之外接收还原计算机电磁辐射信息的设备,这种信息泄露的途径使敌对者能及时、准确、广泛、连续而且隐蔽地获取情报。

  计算机电磁辐射泄密问题也引起了各个国家的高度重视,要防止这些信息在空中传播,必须采取防护和抑制电磁辐射泄密的专门技术措施,这方面的技术措施有: Tempest技术、干扰技术和屏蔽技术。

  计算机信息泄漏安全防护技术,又称TEMPEST技术,是取瞬态电磁辐射标准英文Transient Electromagnetic Pulse Emanation Standard的缩写;TEMPEST早起源于美国国家安全局的一项绝密计划,它是控制电子设备泄密发射的代号。该项计划主要包括:电子设备中信息泄漏(电磁、声)信号的检测;信息泄露的抑制。 TEMPEST技术研究的主要内容包括:技术标准及规范研究;测试方法及测试仪器设备研究;防护及制造技术研究;服务、咨询及管理方法研究。TEMPEST技术采用的主要措施包括:滤波、屏蔽、干扰、接地、隔离等措施,而且这些措施也可以结合起来使用。TEMPEST技术已历经三代:代,从1950年至1982年,以包容式TEMPEST计算机为代表;第二代,从1982年至1997年,以红黑分离式TEMPEST计算机为代表;第三代,从1997年开始,则是以SOFT-TEMPEST技术为代表。

  电磁屏蔽是指利用导电材料或铁磁材料制成的部件对大容量汽轮发电机定子铁心端部进行屏蔽,以降低由定子绕组端部漏磁在结构件中引起的附加损耗与局部发热的措施。在通信方面屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

  屏蔽体的有效性是用屏蔽效能来度量的,屏蔽效能(SE)的定义是:在电磁场中同一地点无屏蔽时的电磁场强度与加屏蔽体后的电磁场强度之比,它表明了屏蔽体对电磁波的衰减程度。常用分贝数(dB)表示。

  SE=A+R+B

  式中:A为吸收损耗;

  R为反射损耗;

  B为多次反射损耗。

  由以上公式不难发现,屏蔽材料直接影响屏蔽效能。实验表明:频率超过5MHz的电磁波只能透过38μm厚的铝箔。如果屏蔽层的厚度超过38μm,就如美国Albertson的F2TP电缆为双层铝箔屏蔽线缆(如图1所示,其中铝箔1厚度为25U 铝面朝外,铝箔2厚度为50U 铝面朝内,地线1/0.50TC),高达75U的屏蔽厚度,使电缆几乎达到全频段抗电磁干扰的能力。

  综合布线系统是计算机网络的基础,其性能直接关系到系统的可靠性、安全性、可扩展性以及数据处理能力等。

  综合布线系统是应用在商业楼宇、住宅楼工厂车间等,其存内部在配电箱和配电网产生的高频干扰、大功率电动机电火花产生的谐波干扰、荧光灯管、电子启动器、电源开关、电话网的振铃电流、信息处理设备产生的周期性脉冲以及家用电器等均会产生干扰源,如下表所示。

  综合布线系统就是为了顺应发展需求而特别设计的一套布线系统。对于现代化的大楼来说,就如体内的神经,它采用了一系列高质量的标准材料,以模块化的组合方式,把语音、数据、图像和部分控制信号系统用统一的传输媒介进行综合,经过统一的规划设计,综合在一套标准的布线系统中,将现代建筑的三大子系统有机地连接起来,为现代建筑的系统集成提供了物理介质。可以说结构化布线系统的成功与否直接关系到现代化的大楼的成败,选择一套高品质的综合布线系统是至关重要的。现代科技的进步使计算机及网络技术飞速发展,提供越来越强大的计算机处理能力和网络通信能力。计算机及网络通信技术的应用大大提高了现代企业的生产管理效率,降低运作成本,并使得现代企业能更快速有效地获取市场信息,及时决策反应,提供更快捷更满意的客户服务,在竞争中保持。计算机及网络通信技术的应用已经成为企业成功的一个关键因素。

  屏蔽线缆的选择在整个屏蔽综合布线系统中显得非常重要,这不仅仅是由于数据信号大部分时间都在线缆上传导,更是因为屏蔽线缆做为水平子系统,连接工作终端与配设备间的通道,跨越楼宇内部很多区域和其它有源设备,其产生的影响更大。

  市场上铝箔屏蔽线缆有很多,常规屏蔽线缆铝箔包裹芯线的方式都是斜包方式,即铝箔按一定的斜角缠绕在芯线上。而芯线在高速总绞的过程中,会有一定的晃动,而且屏蔽线缆在施工时,由于铝箔带在拖放的时候,也会有时慢时快的现象出现,特别在转角外,很容易就会使包层产生翘角,这种现象无论是铝箔带左包或右包,或者双层铝箔左右同时包,都会发生。并且当包层的重叠率不够时,其翘角就会形成一个电磁泄露点,导致屏蔽效果大打折扣。如下图所示:

  Albertsons双层铝箔屏蔽,内层铝箔使用25U软铝箔斜包,外层铝箔使用50U厚铝箔直包方式,有效解决翘角问题,并且直包重叠率超过周长的15%,大大增加屏蔽效果,做到真正意义上的屏蔽线缆,保证用户的信号传输不受干扰或外泄。

  另外,如果屏蔽体不完整,将导致电磁场泄漏。特别是电磁场屏蔽,它利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场干扰。如果屏蔽体不完整,涡流的效果降低,即屏蔽的效果大打折扣。

  屏蔽电缆的屏蔽层由两层导电面相对的铝箔组成,双层导电层相对的屏蔽结构不仅改善了电缆的屏蔽性能,也防止由于施工安装过程中的意外导致屏蔽层不完整,同时安装方便。F2TP电缆采用了双层斜包+直包的铝箔屏蔽结构:即在电缆4芯绞线的外面斜包一层25μm厚的铝箔,铝面朝外;再直包一层50μm厚的铝箔,铝面朝内。这样既可以避免电缆弯曲或受热时屏蔽层出现微小的缝隙,又提高了屏蔽效果,同时使接地更加方便、可靠。

  从EMC (电磁兼容)的方面考虑,电缆的屏蔽层必须与大面积的金属表面环绕接触,即所谓的360℃接地。双层屏蔽由两层相对的铝箔包裹着4对导体的构成,它的屏蔽原理不同于UTP双绞的平衡抵消原理,而是利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应(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)有效地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。

  在电缆端接时可以非常容易地将电缆外护套和外面一层屏蔽层去掉露出里面一层屏蔽层导体层向外。

  正因为双层铝箔结构大大简化了屏蔽电缆的连接节省了安装时间使双层铝箔FTP电缆的安装同UTP电缆的安装一样简单。Grounding .在双层铝箔屏蔽系统中只需将里面一层屏蔽层卡(耐克森产品Clip-onTM)卡在电缆导线架上即可以保证屏蔽电缆在配线架和信息插座都实现360℃环绕接地不会产生所谓的"天线效应".Clip-onTM电缆导线架与模块化配线盘集成在一起,为了达到整个链路内的连续屏蔽给连接件加上EMC外壳并配有专门的电缆导线架。 对于10MHz以上的电磁波利用屏蔽层的反射吸收及趋肤效应的机理来抵消电磁干扰及电磁辐射频率越高屏蔽层的效果越明显。对于低频小于5MHz 电磁波则利用双绞线的平衡特性抵消。这种双层铝箔屏蔽电缆的特点有两个方面:卓越的屏蔽性能限度地方便用户安装。

  综上所术,人类经济的发展对信息技术的依赖越大,对计算机网络的保密性,安全性要求就越高。并且随着精密仪器设备的不断推广和应用,对其工作环境提出了新的、特定的要求。全面了解电磁辐射的来源和传播途径,采取有效预防措施,改善精密仪器设备的运行环境,是使其稳定工作的先决条件。

  由屏蔽的电缆和屏蔽的元器件所组成的屏蔽结构化布线系统将是选择。

  美国Albertson以其强大的技术实力和严格产品要求,为用户提供安全的、可靠性的、稳定的综合布线系统。

 


  

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