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什么是双绞线？双绞线(tp:twisted pairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质，由两根相互绝缘的铜导线按照一定的规格互相缠绕在一起而成的网络传输介质。双绞线主要是用来传输模拟信号的，但同样适用于数字信号的传输。双绞线的原理是：如果外界电磁信号在两条导线上产生的干扰大小相等而相位相反，那么这个干扰信号就会相互抵消。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆(也称双扭线电缆)内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,扭绞长度在38.1cm至14cm 内,按逆时针方向扭绞,相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制,但价格较为低廉。目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线(utp:unshilded twisted pair)和屏蔽双绞线(stp:shielded twisted pair)。
虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的,但同样适用于数字信号的传输,特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间,信号的衰减比较大,并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择和安装双绞线,就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。当距离很短,并且采用特殊的电子传输技术时,传输率可达100mbps～155mbps。由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射,信息很容易被窃听,因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹,以减小幅射,但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高,安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆,它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率,100米内可达到 155mbps。
目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR）和屏蔽双绞线（STP=SHIELDED TWISTED PAIR）。屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射，屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：
（1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；
（2）重量轻，易弯曲，易安装；
（3）将串扰减至最小或加以消除；
（4）具有阻燃性；
（5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。
在这两大类中又分100欧姆电缆，双体电缆，大对数电缆，150欧姆屏蔽电缆等。
双绞线具体分类如下图：图中AWG表示美国线缆规格。
另外,非屏蔽双绞线电缆具有以下优点:
(1)无屏蔽外套,直径小,节省所占用的空间;
(2)重量轻、易弯曲、易安装;
(3)将串扰减至最小或加以消除;
(4)具有阻燃性;
(5)具有独立性和灵活性,适用于结构化综合布线。
规格型号
eia/tia为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种型号如下：
1、第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。
2、第二类：传输频率为1mhz，用于语音传输和最高传输速率4mbps的数据传输，常见于使用4mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。
3、第三类:指目前在ansi和eia/tia568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16mhz,用于语音传输及最高传输速率为10mbps的数据传输，主要用于10base-t。
4、第四类:该类电缆的传输频率为20mhz,用于语音传输和最高传输速率16mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-t/100base-t。
5、第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100mhz,用于语音传输和最高传输速率为100mbps的数据传输，主要用于100base-t和10base-t网络，这是最常用的以太网电缆。
双绞线分为屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线两大类。在这两大类中又分100欧姆电缆、双体电缆、大对数电缆、150欧姆屏蔽电缆。具体型号有多种,如图1所示。图中awg表示美国线缆规格。
性能指标
对于双绞线,用户最关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。
(1)衰减
衰减(attenuation)是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加。衰减用"db"作单位,表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。由于衰减随频率而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。
(2)近端串扰
串扰分近端串扰和远端串扰(fext),测试仪主要是测量next,由于存在线路损耗,因此fext的量值的影响较小。近端串扰(next)损耗是测量一条utp链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于utp链路,next是一个关键的性能指标,也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加,其测量难度将加大。
next并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变,电缆越长,其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减,对其它线对的串扰也相对变小。实验证明,只有在40米内测量得到的next是较真实的。如果另一端是远于40米的信息插座,那么它会产生一定程度的串扰,但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此,最好在两个端点都进行next测量。现在的测试仪都配有相应设备,使得在链路一端就能测量出两端的 next值。
(3)直流电阻
tsb67无此参数。直流环路电阻会消耗一部分信号,并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和,11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2欧姆。每对间的差异不能太大(小于0.1欧姆),否则表示接触不良,必须检查连接点。
(4)特性阻抗
与环路直流电阻不同,特性阻抗包括电阻及频率为1～100mhz的电感阻抗及电容阻抗,它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗,而双绞线电缆则有100欧姆
、120欧姆及150欧姆几种。
(5)衰减串扰比(acr)
在某些频率范围,串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。acr有时也以信噪比（snr :signal-noice ratio)表示,它由最差的衰减量与next量值的差值计算。acr值较大,表示抗干扰的能力更强。一般系统要求至少大于10分贝。
(6)电缆特性
通信信道的品质是由它的电缆特性描述的。snr是在考虑到干扰信号的情况下,对数据信号强度的一个度量。如果snr过低,将导致数据信号在被接收时,接收器不能分辨数据信号和噪音信号,最终引起数据错误。因此,为了将数据错误限制在一定范围内,必须定义一个最小的可接收的snr。
测试数据
100欧姆4对非屏蔽双绞线有3类线、4类线、5类线和超5类线之分。主要的性能指标为衰减、分布电容、直流电阻、直流电阻偏差值、阻抗特性、返回损耗、近端串扰。
双绞线的标准测试数据
(a)
类型 率减(单位db)分布电容
(以1khz计量) 直流电阻
20ºc测量校正值直流电阻偏差值
20º时测量校正值
3类<2.320sqrt(f) + 0.238(f)<330pf/100米 <9.38欧姆/100米 5%
4类<2.050sqrt(f) + 0.1(f)<330pf/100米同上5%
5类<1.9267sqrt(f) + 0.075(f) <330pf/100米同上5%
(b)
类型 阻抗特性
1mhz至最高的参考频率值 返回损耗
测量长度>100米 近端串扰
测量长度>100米
3类100欧姆 + 15%12db43db
4类同上12db58db
5类同上23db64db
常用的双绞线电缆
综合布线中最常用的双绞线电缆有以下几种:
1、5类4对非屏蔽双绞线
它是美国线缆规格为24的实芯裸铜导体,以氟化乙烯做绝缘材料,传输频率达100mhz。导线组成如表4所示,物理结构如图2所示。
导线色彩编码
线对 色彩码
1白/蓝//蓝
2白/橙//橙
3白/绿//绿
4白/棕//棕
2、5类4对24awg100欧姆屏蔽电缆
它是美国线规为24的裸铜导体,以氟化乙烯做绝缘材料,内有一24awg tpg漏电线。传输频率达100mhz,导线组成如表6所示,物理结构如图3所示,电气特性如表7所示。表6中屏蔽项"0.002[0.051]铝/聚酯带最小交叠@20℃及一根24awg
tpc漏电线"的含义是:
·屏蔽层厚度为0.002厘米或0.051英寸。
3、5类4对26awg屏蔽软线
它由4对线和一根26awg tpc漏电线组成,传输频率达100mhz。导
4. 5类4对24awg非屏蔽软线
它由4对线组成,用于高速数据传输,适合于扩展传输距离,应用于互连或跳接线。传输速率达100mhz。
六、超5类布线系统
超5类布线系统是一个非屏蔽双绞线(utp)布线系统,通过对它的"链接"和"信道"性能的测试表明,它超过tia/eia568的5类线要求。与普通的5类utp比较,其衰减更小,串扰更少,同时具有更高的衰减与串扰的比值(acr)和信噪比(srl)、更小的时延误差,性能得到了提高。它具有四大优点:
(1)提供了坚实的网络基础,可以方便转移、更新网络技术。
(2)能够满足大多数应用的要求,并且满足低偏差和低串扰总和的要求。
(3)被认为是为将来网络应用提供的解决方案。
(4)充足的性能余量,给安装和测试带来方便。
与5类线缆相比,超5类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比四个主要指标上都有较大的改进。近端串扰(next)是评估性能的最重要的标准。一个高速的lan在传送和接收数据时是同步的。next是当传送与接收同时进行时所产生的干扰信号。next的单位是db,它表示传送信号与串扰信号之间的比值。
在普通应用中,衡量next的标准方法是用一对线进行传送,另一对线用于接收,如10baset和tokenring,甚至100baset 和155mbps atm。但是,有时候也可以使用另外两对线,并接到另一工作站,这样可以加快lan的速度,如622mbps atm和1000base-t,不只用一对(可能用全部的4对线)来传送和接收。在一根线缆中使用多对线进行传送会增加这根线缆的串扰。现在的四对5类双绞线没有考虑这种情况。串扰总和( power sum next)是从多个传输端产生next的和。如果一个布线系统能够满足5类线在powersum下的next要求,那么就能处理从应用共享到高速lan应用的任何问题。超5类布线系统的next只有5类线要求的1/8。
信噪比(structural return loss)是衡量线缆阻抗一致性的标准,阻抗的变化引起反射。一部分信号的能量被反射到发送端,形成噪声。srl是测量能量变化的标准,由于线缆结构变化而导致阻抗变化,使得信号的能量发生变化。反射的能量越少,意味着传输信号越完整,在线缆上的噪声越小。比起普通5类双绞线,超5类系统在100mhz的频率下运行时,为用户提供8db近端串扰的余量,用户的设备受到的干扰只有普通5类线系统的1/4,使系统具有更强的独立性和可靠性。