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屏蔽双绞线的作用

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屏蔽双绞线的作用

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22

2021-04-06 08:35:54

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        所见过的通信都是使用屏蔽双绞线的,例如PROFIBUS使用屏蔽双绞线,西门子的工业以太网使用工业双绞线。为什么使用双绞线?屏蔽线应该怎样接地?双端接地是否为了等电位?这些问题可能一直困扰着许多工程师,今天我们就谈一下屏蔽双绞线的作用。

        干扰主要分电场干扰和磁场干扰,所以通信电缆首先需要屏蔽电场和磁场的干扰,其次还需要考虑,大部分使用屏蔽双绞线的通信信号都是高频的,需要过滤高频的干扰信号(有用信号是高频的,对高频的干扰是敏感的)。

        为什么使用双绞线?

第一:双绞线减少了信号回路的面积,也就是缩减了感应回路的面积,减少了天线效应,抑制磁场干扰。

第二:通过双绞线,磁通产生的感应电压在局部因极性相反而相互抵消,如图1所示。

  所以使用双绞线起到了自屏蔽作用,主要针对的是磁场干扰。

  屏蔽线是单端接地还是双端接?下面进行简单分析,首先可以参考图2。

        图2中的干扰源是Uq,通过分布电容Ck耦合到平行布线电缆的屏蔽层上的A点,然后又通过屏蔽层与通信电缆的分布电容C耦合到电缆上的a点,Ce是屏蔽电缆与地间的分布电容,最后耦合到a点的干扰电压为:

Ua=Uq*Ck/(Ck+Ce)(注:前提是有一定的频率)

        图2的示例是没有接地,所以屏蔽层不接地是没有效果的,将A点接地,耦合到A点的电压为0,就不能再耦合到通信电缆的a点,所以在理想情况下单端接地就可以了。参考图3。

        如果干扰源的频率升高,例如大于20kHz时或电缆长度大于λ/20时,接地电阻和屏蔽层的阻抗应该考虑的是感抗,电阻可以忽略不计了,这样总的接地阻抗变大。这时A点的电压又随着干扰频率的升高而增加了,所以在高频时应该双端或者多端接地,或者尽量多接地(但是多数现场不方便),参考图4.

        双端接地是为了屏蔽高频干扰,而通信信号大部分是高频信号,对高频干扰信号敏感,所以大部分通信电缆都是双端接地的(有的信号对高频和低频信号都敏感),同样,对于高频磁场干扰,也是通过屏蔽层形成电流回路,形成反向磁场,与干扰磁场相互抵消,这里不再介绍了。所以不接地是无效的!是否需要等电位,答案也是确定的,否则地环流会影响屏蔽效果,所以在双端接地前必须进行等电位的绑定,不能使用屏蔽层作为等电位绑定导线。


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