《综合布线技术与实训》-第4章

第4章综合布线工程常用材料,通过对第1章计算机网络基础的学习可以知道：如果一台计算机想要将信号传输给另一台计算机则需要传输介质的支持。而传输介质可以是电缆、光纤等有线介质，也可以是像空间这样的无线介质。综合布线工程常用的材料，主要就是传输介质和连接硬件两大类。目前，综合布线工程常用的传输介质的组成材料大体上可以分为两大类：电缆、光纤。这一章就来简单了解这些在综合布线工程常用的材料。为了更好地理解本章的内容，下面给出几个专有名词的直观理解：带宽（Bandwidth）是各种材料特有的频率特性，即其允许通过的信号的频率范围。在所有其他特性保持不变时，信号的带宽越宽，则可以达到的数据速率越高。阻抗（impedance）可以简单地理解为对信号的阻挡，作用好比电阻。串扰（Crosstalk）分为近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）。,4.1电缆,电缆通常是由铜线（或铝线）这样的金属材质为导体而制造出来的外表包裹着绝缘材料的用于传输电信号的传输介质。全国电气规程（NEC）对电缆的定义是：电缆是由两根或两根以上的绝缘导线集中装配在一起组成的线缆。它通常可分为同轴电缆（CoaxialCable）和双绞电缆（TwistedPair，简写为TP）两类，它们的应用场合、传输性能以及价格上都有比较大的差异，在下面的各章节中一一介绍。根据传输频带的不同，同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种基本类型。而按照电缆直径的大小又可把同轴电缆分为粗同轴电缆和细同轴电缆。而双绞电缆则可分为非屏蔽双绞电缆（UnshieldedTwistedPair，UTP）和屏蔽双绞电缆（ShieldedTwistedPair，STP）。,4.1.1同轴电缆同轴电缆是传统的网络传输介质，它是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，并且能进行高速率的传输。并且，由于绝缘层外面还有一层导电金属层用于屏蔽电磁干扰和防止辐射，使得同轴电缆的屏蔽性能比较好，抗干扰能力也比较强，为此，同轴电缆通常多被用于基带传输。同轴电缆的实物图如图4-1和图4-2所示。同轴电缆的结构图和同轴电缆的剖面示意图分别如图4-3和图4-4所示。根据传输频带的不同，同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种基本类型。下面就这两种类型作如下简单说明。,图4-1未端接的同轴电缆,图4-2已端接好的同轴电缆,基带同轴电缆：用于数字传输，使用特殊的50的电缆。由于多用于基带传输，因此得名基带同轴电缆。如：RG-8、RG-58等。宽带同轴电缆：用于模拟传输，使用特殊的75的电缆。可定义为使用有限电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统。如RG-59。至于粗同轴电缆与细同轴电缆，下面也作下简单说明。粗同轴电缆的连接需要注意以下几个方面：（1）粗同轴电缆必须与外部收发器相连。（2）收发器与网卡之间必须用AUI电缆相连。（3）网卡必须有AUI接口（15针D型接口）：每段最长500m，最多可容纳100个用户，最多可接4个中继器，可达最长距离2500m，而收发器之间的距离最小为2.5m，收发器电缆最大长度应为50m。细同轴电缆的连接需要注意的是：（1）将细同轴电缆切断，两头与BNC卡相连，两端要装上50的终端电阻。（2）细同轴电缆使用T型头，T型头之间最小距离是0.5m。（3）细同轴电缆网络每段干线长度最大为185m，每段干线最多可接入用户为30个，若采用4个中继器连接5个网段，网络最大距离可达925m。,4.1.2双绞电缆目前，双绞电缆按其外部包编的是金属层还是塑根外皮，可分为非屏蔽双绞电缆（UnshieldedTwistedPair，UTP）和屏蔽双绞电缆（ShieldedTwistedPair，STP）。屏蔽双绞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电缆困难。对于屏蔽电缆根据防护的要求，可分为F/UTP（电缆金属箔屏蔽）、U/FTP（线对金属箔屏蔽）、SF/UTP（电缆金属编织网加金属箔屏蔽）、S/FTP（电缆金属箔编织网屏蔽加上线对金属箔屏蔽）几种结构。不同的屏蔽电缆会产生不同的屏蔽效果。目前国内工程中使用最多的屏蔽线是F/UTP（电缆金属箔屏蔽）。下面通过实物图来认识一下UTP和FTP，如图4-5和图4-6所示。请读者仔细观察比较下UTP和STP的异同。,下面给出一些三类、五类、超五类及六类双绞电缆的实物图及其简介。三类2对非屏蔽双绞线，如图4-7所示。三类25对非屏蔽双绞线，如图4-8所示。三类50对非屏蔽双绞线，如图4-9所示。三类100对非屏蔽双绞线，如图4-10所示。五类4对非屏蔽双绞线，如图4-11所示。五类4对屏蔽室外双绞线，如图4-12所示。五类4对屏蔽双绞线，如图4-13所示。五类4对室外阻水非屏蔽双绞线，如图4-14所示。,图4-5UTP实物,图4-6FTP实物图,图4-7三类2对非屏蔽双绞线,图4-8三类25对非屏蔽双绞线,图4-9三类50对非屏蔽双绞线,图4-10三类100对非屏蔽双绞线,五类25对非屏蔽双绞线，如图4-15所示。五类25对室外阻水非屏蔽双绞线，如图4-16所示。,图4-11五类4对非屏蔽双绞线,图4-12五类4对屏蔽室外双绞线,图4-13五类4对屏蔽双绞线,图4-14五类4对室外阻水非屏蔽双绞线,图4-15五类25对非屏蔽双绞线,图4-16五类25对室外阻水非屏蔽双绞线,超五类4对多股非屏蔽双绞线，如图4-17所示。超五类4对非屏蔽双绞线，如图4-18所示。六类4对非屏蔽双绞线，如图4-19所示。,图4-17超五类4对多股非屏蔽双绞线,图4-18超五类4对非屏蔽双绞线,图4-19六类4对非屏蔽双绞线,4.1.3常用双绞电缆综合布线常用的双绞电缆通常分为100和150两种。下面就来具体介绍在综合布线中最常用的几种双绞电缆。1.5类4对非屏蔽双绞线（100）5类4对非屏蔽双绞电缆的实物图如图4-20所示。5类4对非屏蔽双绞电缆的物理结构剖面图如图4-21所示。注：图4-21中直径A：0.036in（即0.914mm），直径B：0.20in（即5.08mm）。5类4对非屏蔽双绞线的线对颜色编码组成如表4-1所示,图4-205类4对非屏蔽双绞电缆,图4-215类4对非屏蔽双绞电缆物理结构剖面图,表4-1线对颜色编码,5类4对非屏蔽双绞线的电气特性如表4-2所示。,表4-25类4对非屏蔽双绞线的电气特性,2.5类4对24AWG100屏蔽双绞线下面给出5类4对24AWG100屏蔽双绞电缆的实物图及其物理结构剖面图分别如图4-22和图4-23所示。5类4对24AWG100屏蔽双绞电缆的线对颜色编码组成如表4-3所示。,表4-3线对颜色编码,图4-2224AWG100屏蔽双绞电缆,图4-2324AWG100屏蔽双绞电缆物理结构剖面图,5类4对24AWG100屏蔽双绞电缆的电气特性如表4-4所示。,表4-45类4对24AWG100屏蔽双绞线的电气特性,3.5类4对24AWG非屏蔽双绞电缆软线顾名思义，它是由4对线组成的，常用于高速数据传输，并且适用于扩展的传输距离，所以常应用于互连或跳接线。它的传输频率可达100MHz。下面给出它的物理结构剖面图如图4-24所示。注：图4-24中直径A：0.038in（即0.96mm），直径B：0.210in（即5.33mm）。5类4对24AWG非屏蔽双绞软线的线对颜色编码组成如表4-5所示。,表4-5线对颜色编码,图4-245类4对24AWG非屏蔽双绞电缆软线物理结构剖面图,5类4对24AWG非屏蔽双绞电缆软线的电气特性如表4-6所示。,表4-65类4对24AWG非屏蔽双绞电缆软线的电气特性,图4-255类4对26AWG屏蔽双绞电缆软线物理结构剖面图,表4-7线对颜色编码,4.5类4对26AWG屏蔽双绞电缆软线它由4对线以及一根26AWGTPC漏电线构成，它的传输频率也可达100MHz。下面给出它的物理结构剖面图如图4-25所示。5类4对26AWG屏蔽双绞电缆软线的线对颜色编码组成如表4-7所示。5类4对26AWG屏蔽双绞电缆软线的电气特性如表4-8所示。,表4-85类25对24AWG屏蔽双绞电缆软线的电气特性,5.5类25对24AWG非屏蔽双绞电缆软线它的物理结构剖面图也应与5类4对24AWG非屏蔽双绞电缆软线的物理结构剖面图（图4-24）类似，其线对颜色编码组成及其电气特性分别如表4-9和表4-10所示。,表4-9线对颜色编码,表4-105类25对24AWG非屏蔽双绞电缆软线的电气特性,表4-11TIA/EIA568A定义的超5类UTP部分电气性能指标,6.超5类双绞电缆它具有以下4个优点：（1）提供了比较坚实的网络基础，使迁移和更新网络技术变得更加方便。（2）它能够满足大多数应用的要求，并且还满足低串扰总和的要求。（3）它为将来网络的高速传输提供了解决方案。（4）它有充足的性能余量，使得安装和测试更加方便。TIA/EIA568A定义的超5类UTP部分电气性能指标如表4-11所示。7.6类双绞电缆6类非屏蔽双绞线的各项参数都有大幅提高，带宽也扩展至250MHz或更高。六类双绞线在外形上和结构上与五类或超五类双绞线都有一定的差别，不仅增加了绝缘的十字骨架，将双绞线的四对线分别置于十字骨架的四个凹槽内，而且电缆的直径也更粗。TIA/EIA568B定义的6类UTP部分电气性能指标如表4-12所示。8.7类双绞电缆,表4-12TIA/EIA568B定义的6类UTP部分电气性能指标,4.2光纤,4.2.1光纤的初步认识光纤是利用几何光学上的全反射原理制作而成的，其传输性能同样和全反射原理密切相关。光纤的实物图及其结构示意图分别如图4-26和图4-27所示。从图4-26以及图4-27可以看出，光纤并没有像电缆导线那样的缆线结构，每束光纤是不需要相互绞和就可以传输信号的。并且，光纤并不需要像铜线那样要利用相互绞和来防止电磁干扰，它本身是以光脉冲的形式传输信号的，根本不受电磁的干扰。,图4-26光纤实物图,图4-27光纤的结构示意图,4.2.2光纤的分类按照信号在光纤中传输模式的多少，光纤可以分为单模光纤（SingleModeFiber，SMF）和多模光纤（MultiModeFiber，MMF）两种。现实生活中，多模光纤要比单模光纤应用得频繁。这是因为：（1）一般来说，多模光纤的价钱要比单模光纤来的便宜；（2）并且如果对传输距离或传送数据的速率要求不那么严格的话，多模光纤在大多情况下都可以表现得很好。（3）单模光纤虽然成本高，但是具有散射小的特点，可以应用在长距离传输或者需要高速数据速率的场合，也就是说有些应用是需要单模光纤的。另外，按照折射率分布的情况，光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤两种。,4.2.3光纤传输光纤传输系统一般是由许多不同的有源和无源部件组成。它是以光波为载体、以光导纤维（光纤）为传输媒质的传输方式方法，其中起主导作用的是光源、光纤、光发送机以及光接收机，这也就是光纤传输系统的基本构成，如图4-28所示。下面就光纤传输系统的基本构成作如下简单说明：（1）光源：顾名思义，光源就是指光源产生的根源。（2）光纤：前面已经介绍得比较详细，光纤是传输光波的介质。（3）光发送机：光发送机负责产生光束，并将电端机输出的电信号转变成适合光纤传输的光信号，然后再把光信号导入光纤。（4）光接收机：光接收机负责的是接收从光纤输线路上传输过来对端的已调光信号，并将它们转变成电信号，经解码后送至电端机再作相应处理。（5）光纤传输系统还有几个主要优点，这其中包括：,图4-28光纤传输系统的基本构成简单示意图,它的传输频带宽、传输容量也大，在短距离传输时可达几千兆的传输速度。光纤的制造资源丰富。其抗电磁干扰能力强，而且由于光缆传输的是光束，而光束不受外界电磁干扰与影响，本身也不向外辐射信号，因此它不仅适用于长距离的信息传输，同时还适用于要求高度安全的场合。其线路损耗低，衰减较小，在较长距离和范围内信号基本上是一个常数。从而使传输距离可以较远。关于光纤和双绞电缆的衰减与频率的关系比较图，如图4-29所示。它的线的直径很细，质量较小；它的抗化学腐蚀能力强。一般来说，选择光纤原则主要有两个：其一就是传输距离和容量。如图4-30所示。它很好地说明了这个原则。其二就是选择光纤时考虑能否得到所选波长的光器件和光纤等元器件，使得其在质量上、价格上以及可靠性等方面都能满足现实要求。,图4-29光纤和双绞电缆的衰减与频率的关系,图4-30光纤工作波长与系统性能的关系,4.2.4常用光缆光缆的结构大体上可分为缆芯（CableCore）和护层（Sheath）两大部分。并且，从光缆的应用环境来划分，可以将光缆分为室内光缆和室外光缆两种。从光芯的数目来划分，又可以把光缆分为单芯光缆、双芯光缆以及多芯光缆。当然，不同的分类方法彼此之间就有很多组合交叉。下面来认识一下室内光缆和室外光缆：（1）室内光缆采用的是增强型缓冲带，它主要被应用于建筑物内干线子系统和水平子系统。它一般可分为单元式光缆和分布式光缆两种，部分室内光缆的实物图及剖面图，如图4-31、图4-32和图4-33所示。,图4-31室内单芯单模光缆及其剖面图,图4-32室内双芯多模光缆及其剖面图,图4-33室内多芯多模光缆及其剖面图,（2）室外光缆则通常采用束状，根据不同的材料，可以划分为铠装型和全绝缘型两种，而根据芯数的话，则有412芯和24144芯不同的种类。部分室外光缆的实物图及剖面图，如图4-34、图4-35、图4-36、图4-37和图4-38所示。,图4-34室外重铠光缆及其剖面图,图4-35室外金属光缆及其剖面图,图4-36中心束管光缆及其剖面图,图4-37室外非金属光缆,图4-38室外铠装光缆,4.2.5吹光纤技术吹光纤技术就是光纤布线里一项很重要的技术。而所谓“吹光纤”，就是指预先在建筑物中铺设特制的管道，一旦在实际中需要用到光纤时，才将光纤通过压缩空气吹入管道中。1.吹光纤技术的历史吹光纤技术经历了以下几个阶段：（1）吹光纤技术是在1982年，由英国电信（BritishTelecom）发明的，但是由于吹制技术等原因的约束，它始终未能得到广泛应用。（2）1987年，英国BICC公司发明了单吹光纤技术。（3）1988年，世界上第一次安装室内吹光纤。（4）1993年，英国BICC公司将整个系统开发完善，并正式命名为吹光纤系统，并正式商用化，不久便在欧洲迅速得到普及。（5）1997年，吹光纤系统才正式进入我国。2.吹光纤技术的组成吹光纤技术是由微管和微管组、吹光纤、附件和安装设备这几部分组成的。其中：（1）微管和微管组。,吹光纤的微管有两种规格，一种是5mm（外径），另一种是8mm（外径）。（2）吹光纤。吹光纤有多模62.5m/125m、多模50m/125m和单模8.3m/125m这三类，其端接程序和性能与传统光纤没有差别。（3）附件。附件包括19in光纤配线架、跳线、墙上及地面光纤出线盒、用于微管间连接的陶瓷接头等。（4）安装设备。目前使用的吹光纤安装设备是通过压缩空气将光纤吹入微管的，其吹制速度可达到40m/min。3.吹光纤技术的特点相比传统光纤，吹光纤技术有以下几个特点：（1）吹光纤技术的特性指标。（2）可以分散投资、降低成本。（3）安装安全、灵活、方便。（4）便于升级换代。（5）可以节省投资，避免不必要的浪费。,4.3技术性能指标,4.3.1电缆要求参照ISO/IEC11801客户建筑电缆通用铺设要求国际标准的规定，建筑物综合布线系统可以分为以下几个子系统：（1）工作区子系统。（2）建筑群子系统。（3）配线（水平）子系统。（4）干线（垂直）子系统。（5）设备间子系统。（6）管理子系统。注：在阅读本节各表时，应注意以下两点在下面的各表中，对衰减和近端串扰损耗的要求只是按若干离散频率给出的。这里的电缆要求是为电缆生产厂商测定电缆而提出的，所以这些电缆测试大多是在20的环境中进行的。,表4-13100和120平衡电缆的机械特性,续表4-13,1.100和120平衡电缆的综合要求如表4-13所示说明了100和120平衡电缆的机械特性要求。如表4-14所示说明了100和120平衡电缆的电气特性要求的异同。表4-14中的电气特性是在20下给出的。随温度变化，其特性可能会降低。一些常用绝缘材料会导致电气特性对温度非线性的依赖关系。因此，当温度在40以上时，可能需要采用特殊绝缘材料的电缆。电缆电气特性的温度系数由生产厂或有关产品标淮规定。,表4-14100和120平衡电缆的电气特性（20）,续表4-14,（1）100平衡电缆的附加要求。它的特性阻抗和最大衰减如表4-15所示。,表4-15100平衡电缆附加电气特性（20）,表4-16100平衡电缆附加电气特性（20）,（2）120平衡电缆的附加要求。它的特性阻抗和最大衰减如表4-16所示。2.150平衡电缆的综合要求在事实上，150平衡电缆的颜色、线对都与100平衡电缆的颜色、线对相同，只是在电气特性、衰减、串扰等方面有所不同。150平衡电缆的机械特性要求如表4-17所示。注：150平衡电缆的某些电气特性会随温度的变化而变化。一些普通的绝缘材料也会使电缆的电气特性随温度呈非线性变化。当温度超过40时，就需要特殊绝缘材料的电缆。,表4-17150平衡电缆的机械特性,续表4-17,150平衡电缆的电气特性要求如表4-18所示。,表4-18150平衡电缆的电气特性,续表4-18,续表4-18,3.平衡电缆附加串扰要求（1）近端串扰总和。（2）混合电缆、多单元电缆以及与组合式信息插座连线的电缆。满足这些要求的电缆同时应满足100双绞电缆和150双绞电缆中相应电缆的传输和色码的要求。对于满足上面所要求的电缆，任何一根平衡电缆组成单元之间的近端串扰损耗至少要比100平衡电缆的一般要求（同类）或150平衡电缆的一般要求所规定的近端损耗高一个数值NEXT，其中：,NEXT6dB十101og（n+1）dB其中，n为电缆中相邻非光纤的平衡电缆组数量。4.平衡软电缆技术要求（1）一般要求。首先，工作区、配线间、设备间用的接插软电缆其电气特性应满足相同类别的100电缆或150电线的要求。再次，100和150双绞软电缆的衰减和直流环路电阻都不宜大于同类别中规定值的150。（2）150接插软线用电缆和设备电缆的附加机械物理性能要求。在表4-19中，详细列出了150接插软线电缆的机械物理性能应满足的要求，除此之外，150接插软线电缆电气特性还应符合附加串扰的要求。,表4-19150软电缆的附加机械性能,4.3.2光缆要求1.多模光缆（1）对光纤的要求：光纤应采用芯/包层直径为62.5m/125m或50m/125m的渐变折射率多模光纤，分别符合IEC793-2的A1b或A1a光纤的规定。（2）对光缆传输性能的要求：光缆内的各条光纤均应满足如表4-20所示的渐变的性能要求。衰减的测量应遵照IEC793-1的规定，同样，模态带宽距离积的测量也应遵照IEC793-1的规定来测量。（3）对物理性能要求：室内和室外光缆的机械要求和环境要求都应遵照IEC794-1和IEC794-2的规定。,表4-20光缆传输性能参数（20）,2.单模光缆（1）对光纤的要求：光纤应符合IEC793-2类型B1和ITU-TG.652。（2）对光缆传输性能的要求：光缆内的各条光纤在波长为13l0nm和1550nm时衰减均应小于1db/km。首先，衰减的测量应遵照IEC793-l的规定来测量；其次，光缆的单模光纤的截止波长，在遵照IEC793-l的规定测量时，宜小于1280nm；最后，零色散波长应在1300nm1324nm之间，并且在波长处色散斜率的最大值不宜大于0.093ps/nm2km。（3）对物理性能要求：室内和室外光缆的机械要求和环境要求都应遵照IEC794-2和IEC794-1的规定。,4.3.3连接硬件要求1.一般要求在阅读下面的各表时，要注意两点：（1）表中，对衰减和近端串扰损耗的要求只是按若干离散频率给出的。至于对某些中间频率的要求可以在