２０１６年第３期 电线电缆 ２０１６年６月 Ｎｏ．３ ２０１６ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ Ｊｕｎ．，２０１６ 线对屏蔽对传输性能的影响 肖 飚 （成都普天电缆股份有限公司，四川成都６１１７３１） 摘要：首先从理论角度定性地分析了高频对称电缆线对屏蔽对传输性能的影响，然后以典型的实例进行数值 计算得出了与理论分析一致的结论。 关键词：线对屏蔽；传输性能；数值计算；固有衰减；特性阻抗 中图分类号：ＴＭ２４８．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－６９０１（２０１６）０３－０００４－０７ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｐａｉｒ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＸＩＡ０ Ｂｉａｏ （Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｐｕｔｉａｎ ＴｅｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃａｂｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１ １７３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｔｈｅｏｒｙ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＨＦ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｐａｉｒ’ｓ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ’Ｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌ－ ｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｐａｉｒ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｎａｔｕｒａｌ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ０ 引 言 深入的探讨。 随着数字通信的飞速发展，人们对通信传输介 １屏蔽线对结构 质的传输带宽要求也越来越高。近年来，尽管光纤 目前，屏蔽型高频对称电缆线对结构多为对绞 入户已步入商业化应用阶段，但由于光电转换成本 结构，当通信频率达到ＧＨｚ以上时，采用屏蔽型平 目前仍然偏高，导致高频对称通信电缆仍在大量使 行线对更容易保证线对的结构回波损耗指标合格。 用。众所周知，随着频率的升高，电缆对外界的干扰 线对的屏蔽结构通常有以下四种： 就越敏感，同时电缆本身对周边其它系统的干扰也 （１）线对外包覆一至两层金属塑料复合箔，为 越强。为了减少相互间的干扰，通信带宽在 了保持电气上的连通性，通常还会伴随一根排流线； ３００ ＭＨｚ以上的电缆，人们通常会采用屏蔽线对结 （２）线对外包覆一层单面或双面金属塑料复合 构。在线对屏蔽型电缆的设计与制造过程中，我们 箔，然后编织一层非磁性材质的金属丝编织层； 还发现线对加上屏蔽后其传输性能与非屏蔽线对相 （３）线对外编织一层金属丝。采用此种结构 比，也发生了很大的变化。文献［１］中虽然给出了 时，如果传输频率高于１０ ＭＨｚ，通常其编织密度要 高频对称电缆的有效电阻、电感、电容、绝缘电导和 求达到９５％以上； 屏蔽衰减的计算方法，但总体来讲其误差较大。文 （４）对于一些工作于强电磁场下的电缆，在第 献［２］中给出了屏蔽线对有效电阻计算的修正算 （２）种结构外包覆一层绝缘后再用钢丝编织或钢带 法，使得电缆衰减的计算误差有所减小。在实际的 包覆屏蔽。 生产中，还发现线对屏蔽层材料和厚度不仅影响其 线对的串音衰减，同时在较低频段时，还会明显地影 ２对绞线对屏蔽对传输性能的影响 响线对的固有衰减，文献［２］中的修正公式无法解 ２．１屏蔽对线对串音的影响 释屏蔽厚度和材质均会影响线对低频衰减的事实。 ２．１．１ 电磁屏蔽的作用原理 为了弄清这些问题，我们有必要对线对屏蔽进行较 电磁屏蔽的作用原理可以有两种解释 Ｊ。这 两种解释互不相同，但实质上是一样的。 收稿日期：２０１５－０５—１２ 第一种解释：在一次场的作用下，屏蔽表面因受 作者简介：肖飚（１９７１一），男，高级工程师． 感应而产生电荷，其壁内产生电流和磁极化。这些 作者地址：四川成都市高新西区新航路１８号［６１１７３１］ 电荷、电流和极化产生二次场。二次场与一次场叠 ２０１６年第３期 Ｎｏ．３ ２０１６ 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２０１６年６月 Ｊｕｎ．，２０１６ 加形成合成场。在空间防护区的合成场必弱于一 次场。 ÷ｆⅣ＋专ｌ二、 』Ｖ， ｔｈ Ｉ （３） 第二种解释：屏蔽反射并引导场源所产生的电 磁能流使它不进人空间防护区。 ２．１．２屏蔽系数与屏蔽衰减的定义 式中：ｋ为屏蔽层金属的涡流系数（ｋ＝＾／／ ，∞为 信号的角频率， 和 分别为屏蔽层金属的磁导率 和电导率）；ｔ为屏蔽层金属厚度；Ｎ为介质波阻抗 Ｚ 屏蔽系数的定义为： ｜ｓ＝象或ｓ＝ Ｅｓ （１） 抗ｚ。＝ｊｔａｐ，ｏｒ；，屏蔽金属波阻抗ｚ ＝ 与屏蔽金属波阻抗之比，即Ｊ７、ｒ＝ ，其中介质波阻 正ｍ ｎ 。 通常我们将式（３）中第一项称为屏蔽吸收衰减 式中：风、 和 、Ｅ。分别为不存在屏蔽时空间防护 区的磁场强度和电磁强度，以及存在屏蔽时该区的 它是由电磁场辐射到屏蔽层上激发的涡流产生 磁场强度和电场强度。它是一个复数，其角度表示 电磁波经过屏蔽后的相移。屏蔽系数的模在０～１ 之间，其值越小表示屏蔽效果越好。 在实际的工程应用中，人们常常使用屏蔽衰减 来描述屏蔽效果的好坏。 屏蔽衰减的定义为： Ａ。＝２０１ｇＩ ｌ／１ｌ或Ａ ＝２０１ｇｌ 。Ｉ ｌ 。ＩＩ（ｄ Ｂ）（２） 可以看出，对屏蔽线对电缆来讲，我们希望线对 间的电磁干扰尽可能小，除了通过合理的绞合节距 配合，利用交叉效应来削弱线对间的干扰外，更多的 是希望通过良好的线对屏蔽来进一步削弱线对间的 干扰，也就是要求屏蔽系数尽可能小或屏蔽衰减尽 可能大。 ２．１．３屏蔽效能的理论分析 为了定量分析屏蔽衰减与材料、结构和频率间 的关系，１９４３年Ｓｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆ首次用传输线理论分析 平面波在空间的传播，进而将其用于分析屏蔽体对 平面波的屏蔽效果后，传输线理论已成为分析屏蔽 体屏蔽效能的有效手段。该理论将屏蔽壳体比作传 输线，并认为辐射场通过屏蔽时，在其表面反射一部 分，另一部分在屏蔽金属内传输，经过吸收后衰减。 在这个过程中，反射衰减相当于电缆传输过程中由 于波阻抗失配引起的反射衰减，屏蔽吸收衰减相当 于电缆传输过程中的固有衰减。需指出的是，电缆 在传输过程中电磁能量传输方向与导线的传输方向 一致，而电磁能在屏蔽体中能量传输方向与导线传 输方向相垂直，通过介质一屏蔽体一介质的方向辐 射出去。因此，电磁能除了在屏蔽体内要产生衰减 外，在介质至屏蔽和屏蔽体至介质这两个边界上均 将出现很大的反射衰减。 对于屏蔽线对来讲，不考虑屏蔽体中纵向电流 产生的反向磁场的影响及ｋｒ ＞５时（ｒ 为屏蔽层内 半径），单层圆柱屏蔽的屏蔽衰减可描述为 ］： Ａ。：２０ｌｏｇ ｆ ｃｈ￣ｋｔ Ｉ＋２０ｌｏｇ Ｉ ｌ＋ 热效应所引起的，其值与屏蔽体的涡流系数和屏蔽 厚度有关。通常强磁性屏蔽体的涡流系数远大于非 磁性屏蔽体，故强磁性屏蔽体的吸收衰减比非磁性 材料好，对强磁性材料屏蔽来讲，增加屏蔽体厚度会 引起屏蔽衰减的剧烈增加。吸收衰减与频率或屏蔽 厚度ｔ的关系曲线如图１所示。 图１屏蔽吸收衰减与频率或屏蔽厚度ｔ的关系 式（３）中第二项称为反射衰减Ａ ，其包含了电 磁场从介质进入屏蔽层时发生的反射衰减，其值与 介质和屏蔽金属的波阻抗比值有关。另还包含电磁 场进人屏蔽体后发生的多次交互反射衰减，其值与 介质和屏蔽金属的波阻抗比值、屏蔽厚度有关。反 射衰减值随着涡流系数和屏蔽厚度的改变作波动变 化，如图２所示。当频率或厚度进一步增加时，其值 将趋向于： ｌ １， １、Ｉ Ａｓ２＝２０ｌｏｇ ｌ １＋寺（Ⅳ＋ ｌ Ｉ （４） 图２屏蔽反射衰减与频率或屏蔽厚度间的关系 从反射衰减项来看，由于在高频范围内介质的 波阻抗远大于金属的波阻抗，用非磁性材料（如铜、 铝等）屏蔽时的Ⅳ值远大于强磁性材料（如钢）屏蔽 时的Ⅳ值，故非磁性材料的反射衰减远大于强磁性 ·５· ２０１６年第３期 Ｎｏ．３ ２０１６ 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２０１６年６月 Ｊｕｎ．，２０１６ 低点ｃ对应的厚度约为０．１２ ｍｍ。 （３）屏蔽衰减与频率的关系 表３为屏蔽层铝基厚度０．０３８ ｍｍ时，Ａ点的屏 表５单层屏蔽与双层屏蔽时的屏蔽衰减计算结果 单层 单层 双层 ∥ＭＨｚ 铜箔 铝箔 铝箔 铝一铜双层 铜一铝双层 铝一钢 钢一铝 蔽衰减与频率间的关系，对应的关系如图５所示。 表３屏蔽衰减随频率变化关系 ｆ／ＭＨｚ 屏蔽衰减 ／ｄＢ ∥ＭＨｚ 屏蔽衰减／ ｄＢ ｆ／ＭＨｚ 屏蔽衰减／ ｄＢ １．５ ４４．４ ８．Ｏ ３８．９ ６４．０ ８０．７ ２．Ｏ ５５．４ １０．Ｏ ３９．０ １２８．０ ７９．７ ２．５ ４４．６ １４．０ ４０．８ ２５６ ９８．５ ３．Ｏ ４１．８ １６．Ｏ ４１．７ ５ｌ２ １１５．３ ４．Ｏ ３９．７ ３２．Ｏ ５Ｏ．５ ６ｏ０ １２２．７ ∞ 楚 挺 畦 图５屏蔽层铝基为０．０３８ ｍｍ时，Ａ点屏蔽 衰减随频率变化关系图 （４）屏蔽衰减与屏蔽材料的关系 表４为屏蔽层金属厚０．０３８ ｍｍ时，不同材质 下Ａ点的屏蔽衰减计算结果。 表４屏蔽衰减与屏蔽材料间的关系 ｆ／ＭＨｚ 银箔 铜箔 铝箔 钢管① ＇ Ｏ．１ ７ ６ ４ ｌ１ ０．５ ２７ ２６ １９ ２３ １ ４８ ４５ ３１ ２６ １０ ４２ ４１ ３９ ４４ ①假定钢的相对磁导率 为１５０，电阻率０．１３９ ｎ·ｍｍ ／ｍ，不考 虑磁饱和情况。 对于银、铜、铝金属而言，其相对磁导率均为１， 但银的电导率最大，铜次之，铝最小，电导率大的屏 蔽衰减大。对于强磁性的钢管而言，由于其吸收衰 减较大，高频下钢管屏蔽衰减优于银、铜、铝屏蔽 衰减。 （５）屏蔽衰减与屏蔽层数间的关系 表５为单层屏蔽（金属厚度０．０３８ ｍｍ）与双层 屏蔽（假定每层金属厚度０．０１９ ｍｍ，两层金属箔间 为０．０３ ｍｍ厚度的ＰＥＴ薄膜）时的屏蔽衰减计 算值。 １ ４５ ３１ ３６ ５４ ５３ ２８ ２９ １Ｏ ４１ ３９ ３９ ４２ ４２ ６４ ６５ １００ ８７ ７６ ８２ ９ｌ ９０ １Ｏ０ ｌ３３ 注：表中双层金属箔中，名称在前者表不在线对屏蔽的内侧，在 后者表示在屏蔽层的外侧。 从表５可看出，双层屏蔽的效果明显优于单层 屏蔽效果。因为双层屏蔽时，电磁场在屏蔽体内有 更多次反射，导致反射衰减增大，最终导致总的屏蔽 衰减增大。另外，当两种不同材料组合屏蔽时，材料 的迭放顺序对屏蔽衰减有一定影响，尤其是与强磁 性材料组合时，强磁材料放于干扰源一侧效果更好， 其原因主要在于强磁性材料越靠近场源，其吸收衰 减效果越明显。在低频或屏蔽厚度很小时，屏蔽衰 减以反射衰减为主，因钢的反射衰减较铝差，故铝一 钢或钢一铝的屏蔽效果劣于铝一铝屏蔽，但随着频 率的升高，钢层吸收衰减快速升高，导致高频下含有 强磁材料的组合屏蔽优于非磁性材料组合屏蔽。 （６）屏蔽衰减与屏蔽半径的关系 表６为铝箔屏蔽（铝基厚０．０３８ ｍｍ）时，Ａ点的 屏蔽衰减与屏蔽内径问的关系。 表６屏蔽衰减与屏蔽内径间的关系 屏蔽内径／ｍｍ １．３５ １．４０ １．４５ １．５０ 屏蔽衰减／ｄＢ ３９．１ ３９．８ ４０．２ ４０．６ 从表６可知，随着屏蔽内径的增加，空间同一点 的屏蔽衰减会增加。这与理论分析结论一致。 ２．２线对屏蔽对阻抗和固有衰减的影响 从结构上讲，线对屏蔽虽不属于对称回路的组 成部分，但其会通过吸收或反射线对产生的电磁场 能量，最终将“影响”线对一次参数值的大小。为了 说明问题，现仍以２．１．４节所述的线对为例进行 计算。 ２．２．１ 孤立线对的阻抗和固有衰减 由绝缘线芯构成的非屏蔽孤立对绞线对，其工 作电容计算结果为２５．７ ｐＦ／ｍ，总的绝缘等效介质 损耗角正切值为８．０×１０～。孤立线对的阻抗及衰 减计算结果如表７所示。 ２．２．２屏蔽线对的阻抗和固有衰减 当线对施加屏蔽后，线对工作电容计算值为 ４０．５ ｐＦ／ｍ，总的绝缘等效介质损耗角正切值为 ８．１×１０～。表８、表９和表１０分别为线对采用铝 箔、铜箔和钢管屏蔽时的线对阻抗、固有衰减计算结 ２０１６年第３期 Ｎｏ．３ ２０１６ 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２０１６年６月 Ｊｕｎ．，２０１６ 果与电缆标准 的对比。 表７孤立线对的阻抗及固有衰减 ｆ／ＮＨｚ 肜（ｎ·ｍ一 ） （ Ｈ·ｍ一 ） ｚ， 衰减／（ｄＢ·１００ｍ ） １ ０．３７ Ｏ．６９ １６３ １．０ ４ Ｏ．７１ Ｏ．６６ １６０ １．９ １０ １．１Ｏ ０．６５ １５９ ３．０ ２０ １．５４ ０．６４ １５８ ４．２ ３１．２５ １．９２ ０．６４ ｌ５８ ５．３ ６２．５ ２．７０ ０．６４ １５８ ７ｌ．５ ｌ００ ３．４１ ０．６４ １５８ ９．４ ｌ２５ ３．８１ ０．６４ １５８ ｌ０．６ ２０ｏ ４．８２ ０．６４ ｌ５７ １３．４ ２５０ ５．３８ ０．６４ １５７ １５．０ ３ｏｏ ５．８９ ０．６４ １５７ ｌ６．４ ６ｏｏ ８．３３ ０．６４ １５７ ２３．３ 表８铝箔屏蔽线对阻抗和固有衰减 有效电阻Ｒ 电感上 特性阻抗ｚ 衰减 ｛ ／（ｎ·ｍ ） ／（¨Ｈ·ｍ ） ／Ｑ ／（ｄＢ·１００ ｍ。’） ／ＭＨｚ 数值１ 数值２ 数值１ 数值２ 数值１ 数值２ 数值１ 数值２ 标准 ｌ ０．５３ Ｏ．９０ ０．４９ ０．５４ １０８ １１４ ２．１ ３．４ ２．Ｏ ４ Ｏ．８５ １．４３ ０．４６ ０．４７ １０５ ｌｏ６ ３．５ ５．９ ３．７ １０ １．２６ １．８２ ０．４５ ０．４５ １０４ ｌ０４ ５．３ ７．６’ ５．９ ２０ １．７９ ２．２３ ０．４５ ０．４５ ｌ０４ １０３ ７．５ ９．４ ８．３ ３１．２５ ２．２５ ２．５８ ０．４５ ０．４４ １０３ １０３ ９．５ １Ｏ．９ １Ｏ．４ ６２．５ ３．１８ ３．３３ ０．４４ Ｏ．４４ １０３ １０３ １３．４ １４．１ １４．９ ｌ０ｏ ４．０１ ４．０３ Ｏ．４４ ０．４４ １０３ １０３ ｌ７．Ｏ ｌ７．１ １９．Ｏ １２５ ４．４８ ４．４８ Ｏ，４４ ０．４４ １０３ ｌＯ３ ｌ９．Ｏ １９．０ ２１．４ ２０ｏ ５．６６ ５．６６ ０．４４ Ｏ．４４ １０２ １０２ ２４．１ ２４．１ ２７．５ ２５０ ６．３３ ６．３３ Ｏ．４４ ０．４４ １Ｏ２ １０２ ２６．９ ２６．９ ３１．０ ３ｏｏ ６．９３ ６．９３ ０．４４ ０．４４ １Ｏ２ １０２ ２９．５ ２９．５ ３４．２ ６０ｏ ９．８２ ９．８２ Ｏ．４４ Ｏ．４４ １０２ １０２ ４１．９ ４１．９ ５Ｏ．１ 注：１．数值１、数值２分别为铝基厚度为ｏ．０３８ ｍｍ、０．Ｏ０９／ｎｎｌ时 的计算值。 ２．带 号的数值表示其值已超出线缆标准的规定值。 从表８～表１０可看出： （１）铜、铝箔屏蔽时，线对的阻抗和衰减均会受 屏蔽厚度的影响。低频下，屏蔽层薄时，其线对的阻 抗和衰减会大一些。随着频率的升高，不同屏蔽厚 度的线对，其阻抗和衰减指标分别趋向一致。其它 条件相同时，导电率较小的铜箔屏蔽，其对阻抗和固 有衰减的不利影响比铝箔要轻。 （２）钢屏蔽时，其对线对的阻抗和衰减的影响 比铜箔或铝箔大很多，其中对衰减的影响尤为严重。 这也说明磁性材料虽然能获得较好的屏蔽衰减效 果，但其对线对阻抗和衰减的影响也很大，这就是磁 性材料不宜用于高频线对内层屏蔽的原因。 表９铜箔屏蔽线对阻抗和固有衰减 有效电阻Ｒ 电感Ｌ 特性阻抗ｚ 衰减ｎ ｜ ／（ｎ·ｍ ） ／（ Ｈ·ｍ一 ） ／ｎ ／（ｄＢ·１００ ｍ ） ／ＭＨｚ 数值１ 数值２ 数值１ 数值２ 数值１ 数值２ 数值１ 数值２ 标准 １ ０．４７ ０．７８ ０．４９ ０．５ｌ ｔ０８ １１１ １．９ ３．１‘ ２．Ｏ ４ ０．７９ １．１７ ０．４６ ０．４６ １０５ １０５ ３．３ ４．８ ３．７ １０ １．２２ １．５４ ０．４５ ０．４５ ｌｏ４ １ｏ４ ５．１ ６．４ ５．９ ２０ １．７３ １．９５ ０．４５ ０．４５ １０３ １０３ ７．３ ８．２ ８＿３ ３１．２５ ２．１６ ２．３１ ０．４５ Ｏ．４４ １Ｏ３ １０３ ９．１ ９．７ １０．４ ６２．５ ３．０４ ３．０７ ０．４４ ０．４４ １０３ １０３ １２．９ ｌ３．０ １４，９ １００ ３．８４ ３．８Ｏ ０．４４ ０．４４ １０３ １０３ ｌ６．３ １６．１ １９．Ｏ １２５ ４．２９ ４．２３ ０．４４ ０．４４ １０３ １０３ ｌ８．２ １７．９ ２１．４ ２ｏｏ ５．４３ ５．３６ Ｏ．４４ Ｏ．４４ １０２ １０２ ２３．１ ２２．８ ２７．５ ２５０ ６．０７ ６．０２ Ｏ．４４ ０．４４ １０２ １０２ ２５．８ ２５．６ ３１．Ｏ ３ｏ０ ６．６４ ６．６２ ０．４４ ０．４４ １０２ １０２ ２８．３ ２８．２ ３４．２ ６０ｏ ９．４１ ９．４０ ０．４４ Ｏ．４４ １０２ １０２ ４０．２ ４０．１ ５Ｏ．１ 注：１．数值１、数值２分别为铜基厚度为０．０３８ ｎｕｌｌ、０．ＯＯ９ ｍｍ时 的计算值。 ２．带 号的数值表示其值已超出线缆标准的规定值。 表１０钢管屏蔽线对的阻抗和固有衰减 ｆ／ＮＨｚ 有效电阻Ｒ／ （电感Ｌ／ 特性阻抗ｚ／ 衰减 Ｑ·ｍＩ１） （ Ｈ·ｍ一。） ｎ （ｄＢ·１００ ｍ一。） １ ０．８４ Ｏ．７１ ｌ３Ｏ ２．８ ４ ２．５２ ０．６ｌ １２１ ９．１ １０ ５．０４ Ｏ．５６ １１６ １８．９ ２０ ７．７５ Ｏ．５０ １ｌ２ ３１ ８ 注：假定钢的相对磁导率 为１５０，电阻率０．１３９ Ｑ·ｍｍ ／ｍ，钢 管厚度０．０３８ ｒａｉｎ，不考虑磁饱和情况。 ２．２．３屏蔽对线对阻抗和固有衰减影响的机理 线对产生的电磁场传输到屏蔽之后，会在屏蔽 中激发涡流，其方向和分布如图６所示。 图６屏蔽上的涡流大小分布及方向示意图 涡流沿屏蔽闭合流动，在屏蔽的一个面（ ＝ ０。）为一个相同的方向，在屏蔽的另一个面（西＝ １８０。）为另一个相反的方向，在这些点上涡流具有最 大的密度，当西＝９０。和（ｂ＝２７０。时涡流等于０。屏 蔽中涡流的方向同邻近导线中的电流方向相反。其 结果犹如建立了两个具有不同方向电流的回路（基 本回路与涡流回路），并相应产生了不同方向的磁 ２０１６年第３期 Ｎｏ．３ ２０１６ 电线电缆 Ｅｌｅｅｔｒｉｅ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２０１６年６月 Ｊｕｎ．，２０１６ 场（基本磁场与反作用磁场），如图７所示。这种作 用会使回路的合成磁场减弱，最终导致回路的电感 减小，同时也会使回路的有效电阻（无屏蔽对称孤 立回路中 有效电阻＝ 直流＋尺集肤＋Ｒ邻近）中的 邻近分 影响就十分有限了。在高频对称电缆屏蔽中，当屏 蔽小于２．６倍涡流理论透入深度时，涡流的大小受 屏蔽层厚度的影响较大，此时随着屏蔽层厚度的减 小，其涡流也下降较快，涡流的下降会导致磁场的反 作用场强下降而最终导致Ｒ邻近较大而影响线对回 量减弱，使对称回路的Ｒ有效申明有减小的趋势。涡流 的另一个效应是使屏蔽层发热，产生附加能量损耗， 这个能量是从传输回路吸取的，即可当作线对回路 路的固有衰减。另一方面，虽然随着厚度的下降，屏 蔽的吸收衰减也会下降从而导致Ｒ舍下降，但两者数 量变化不同，最终出现在屏蔽层薄时线对回路在低 频下出现固有衰减偏大，甚至出现超标问题。如表 有一附加电阻，这就是我们常说的Ｒ会，其值与传输 的频率、屏蔽直径、导线间的距离以及屏蔽层材料的 电导率、磁导率等有关。因此，对于屏蔽线对来讲， ８、表９所示。对于钢屏蔽层而言，由于其表面涡流 线对回路的有效电阻 有效电阻＝Ｒ直流＋Ｒ集肤＋Ｒ邻近＋ Ｒ金。由于涡流有削弱 邻近的作用，进一步计算表 明，当屏蔽层足够厚、屏蔽内径为线对轮廓直径时， 尺邻近可减小至零。线对回路施加屏蔽后，线对回路 间的工作电容会增加许多，在高频下，线对回路的特 性阻抗ｚ—ＪＵ－ｔ６￣下降不少，而线对回路高频下的 ｐ ，１ 固有衰减 ＋ ｚ，这就是导致线对回路屏 二厶 二 蔽后其固有衰减增大的原因。 ａ）回路场 ◎ 日＋ ０ ｂ）反作用场 ｃ）合成场Ｈ＋／－Ｐ 图７对称屏蔽回路的磁场 又根据电磁理论可知金属屏蔽上激发的涡流密 度为： ＝Ｊｏ ｅ－ｉ （５） １ 式中： 为涡流理论透入深度，６＝—兰； 为屏 ｖ／ｗｆ／ｘｏ＂ 蔽层表面的涡流密度； 为屏蔽层内距离表面 处 的涡流密度。 由此可以看出，涡流大小与屏蔽层的电导率、磁 导率、频率和厚度有关。由于涡流密度与厚度呈负 指数关系，它随着 增大而急剧下降，当屏蔽层厚度 大到一定程度时，再增加屏蔽厚度对反作用场强的 密度比铜、铝均小，故涡流产生的反作用场强也较弱 而最终导致Ｒ邻近和电感较大，另由式（３）可知，其吸 收衰减随着厚度或频率的增大引起Ｒ余快速增大，这 是表１Ｏ中用钢管屏蔽时，线对固有衰减大的原因。 表８、表９中，随着频率的升高，涡流标准透入 深度减小。当屏蔽层的厚度大于１．５倍涡流标准透 入深度时，由涡流产生的反作用磁场强度就相差较 小了，故随着频率的升高，对于同种材料、不同厚度 的屏蔽层来讲，线对回路的电感差异就越来越小，最 后趋向相同。此时屏蔽厚度对线路固有衰减的影响 也主要体现在吸收衰减的差异上。 ２．２．４组合屏蔽对线对衰减的影响 表１ １为双层金属复合箔屏蔽时对线对传输性 能的影响。计算时假定各层金属的厚度均取０．０１９ ｍｍ，两箔间为０．０３ ｍｍ的ＰＥＴ薄膜。 从表１１可以看出，双层金属铝箔或铝．铜箔，在 频率较低时对衰减的影响比总厚度相同的单层铝箔 或铜箔要稍大一点，这是因为组合屏蔽时，电磁场在 屏蔽层交互反射更多，最终因屏蔽层内的吸收衰减 增大，从而引起线对总的固有衰减偏大点。 双金属箔屏蔽时，内侧屏蔽的影响程度要大些。 当内层金属箔较厚或传输频率足够高时（比如金属 箔厚度大于涡流透人深度１．５倍以上），外层金属 的材质对固有衰减的影响基本可忽略。正因如此， 对于高频对称线对而言，采用金属箔屏蔽时，宜将屏 蔽的排流线置于屏蔽外侧（同时金属面朝外），如图 ８所示。这可减小排流线对线对阻抗和衰减的 影响。 ３平行线对屏蔽对传输性能的影响 对于如图９所示的平行线对而言，同样存在上 述相同的现象，其影响程度比对绞结构更剧烈一些。 表１２为绝缘线芯外施加铝基厚度为０．０３８ ｍｍ的 铝箔屏蔽时的计算结果。从计算结果可知，由于屏 蔽等效直径变小，工作电容迅速增加到６０．４ ｐＦ／ｍ。 ．ｑ．
