双绞线详解

双绞线的设计

双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成，“双绞线”的名字也是由此而来。
实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。
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，但日常生活中一般把“双绞线电缆”直接称为“双绞线”。
多对双绞线包装在一起时，通常对各对双绞线进行颜色编码。
模拟、数字和以太网等不同用途需要多对不同双绞线。
最早双绞线只有2芯，用于电话数据传输，现在已经淘汰，目前主流的双绞线都是4对8芯。

双绞线内部介质也是铜线，内部传输为电信号，根据电磁原理，变化的电流会产生磁场。所以，缠绕设计就是利用了电磁感应相互抵销的原理———两两抵消磁场，降低信号干扰。
四对不同颜色的绝缘铜导线按照一定密度互相缠绕，每对相同颜色的线传递着来回两方向的电脉冲，一部分噪声信号沿一个方向传输（发送），而另一部分则沿反方向传输（接收），每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消。
这样就可以屏蔽频率小于30Mhz的电磁干扰。
与单根导线或非双绞水平排列的线对相比，双绞线减少了线对间的电磁辐射和相邻线对间的串扰，并有效抑制了来自外部的电磁干扰。

双绞线的分类

按照有无屏蔽层分类

根据有无屏蔽层，双绞线分为非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）与屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）。

非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted Pair，缩写UTP）是一种数据传输线，由四对不同颜色的传输线所组成，广泛用于以太网和电话线中。

UTP具有以下优点：

• 无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低
• 重量轻，易弯曲，易安装，不需要接地
• 将串扰减至最小或加以消除
• 具有阻燃性
• 具有独立性和灵活性

随着UTP带宽的提高以匹配电视信号的基带，除了以太网连接和电话系统，UTP现在也被应用于安全摄像头等视频应用中。
因此，在综合布线系统中，UTP得到广泛应用。

屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。
前面说过，缠绕设计可以屏蔽频率小于30Mhz的电磁干扰，而对于高于30Mhz的电磁干扰，通常考虑采用屏蔽的方式来进行防护，因此就有了屏蔽双绞线。
与UTP的不同在于，STP内部配备有铝箔、金属编织网屏蔽层，可使线缆传输信号免受干扰，从而实现更快的数据传输。STP的工作原理是将干扰信号吸引到屏蔽层，然后引入接地线缆中。
根据不同的屏蔽层，STP又可分为铝箔屏蔽线缆（FTP——Foiled Twisted Pair ）和双屏蔽线缆（SFTP——Shielded/Foil Twisted Pair）两种类型。
FTP采用整体屏蔽的方式，其双绞线被铝箔屏蔽层包裹，以保护线缆免受电磁干扰和串扰。

SFTP采用双屏蔽双绞线，在FTP铝箔屏蔽层基础上再包裹一层金属编织网屏蔽层，金属编织网的材质通常为镀锡铜。在铝箔屏蔽层与金属编织网屏蔽层的双重加持下，SFTP线缆的抗干扰能力更强，同时有效减少了内部信号的衰减，是屏蔽性能级别最高的线缆。

需要注意的是，屏蔽只在整个电缆装有屏蔽装置，并且两端都正确接地时才起作用，所以要求整个系统是屏蔽器件，包括电缆、信息点、水晶头和配线架等，同时建筑物需要有良好的接地系统。
屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。
在正常良好接地情况下，屏蔽系统抵制外界耦合噪音的能力是非屏蔽系统的100-1000倍，即使在屏蔽层没有接地或接地不良的情况下，屏蔽布线系统抵御能力仍然可为非屏蔽布线系统的10倍以上。
但是在实际施工时，很难全部完美接地，从而使屏蔽层本身成为最大的干扰源，有时性能甚至不如非屏蔽双绞线。

STP具有以下优点：

• STP的屏蔽性能可有效抗干扰抗串扰
• 可支持更高速率的数据信号传输
• 传输数据安全性更

STP主要应用场景：

• 半工业环境和工业环境应采用屏蔽布线系统
• 工矿企业宜采用屏蔽布线系统
• 传输带宽大于500MHz时，或需支持2.5G/5G、10GBASE-T等应用时
• 在涉及到视频源、音源时应优先考虑屏蔽布线
• 在涉密信息传输中可以考虑采用屏蔽布线
• 环境干扰源情况复杂时宜采用屏蔽布线
• 弱电专网中某些子系统可以考虑采用屏蔽布线
• 数据中心的水平子系统可以考虑采用屏蔽布线系统
• 医疗建筑宜在关键部位采用屏蔽布线

按照频率和信噪比进行分类

1. 一类线（CAT1）
   线缆最高频率带宽是750kHZ，用于报警系统，或只适用于语音传输（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. 二类线（CAT2）
   线缆最高频率带宽是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. 三类线（CAT3）
   指在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，最高传输速率为10Mbps（10Mbit/s），主要应用于语音、10Mbit/s以太网（10BASE-T）和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，采用RJ形式的连接器，已淡出市场。

4. 四类线（CAT4）
   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（指的是16Mbit/s令牌环）的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10BASE-T/100BASE-T。最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。

5. 五类线（CAT5）
   该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输。
   五类线主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。
   五类线是随着100Mbps快速以太网诞生的，但随着网络技术的发展，基于五类线的物理层传输协议1000Base-T使得五类线也具备了千兆以太网（1,000,000,000 bit/s）的传输能力，这种技术在保留原有线缆的情况下，实现了百兆至千兆的平滑过渡。
   因此五类线在两端设备自动协商后，可以100MHz的工作频率在10BASE-T, 100BASE-TX（快速以太网），和1000BASE-T（千兆以太网）等技术下承担不同速率的以太网的传输介质。
   为保证传输质量，五类线的传输距离一般在100米以内。
   以太网在使用双绞线作为传输介质时只需要2对（4芯）线就可以完成信号的发送和接收。
   在使用双绞线作为传输介质的快速以太网中存在着三个标准：100Base-TX、100Base-T2和100Base-T4。其中：100Base-T4标准要求使用全部的4对线进行信号传输，另外两个标准只要求2对线。
   而在快速以太网中最普及的是100Base-TX标准。美国线缆标准（AWG）中对3类、4类、五类和超五类双绞线都定义为4对，在千兆位以太网中更是要求使用全部的4对（8芯）线进行通信。所以，标准五类线缆中应该有4对线。
   在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。

6. 超五类线（CAT5e）
   传输频率为100MHz，主要用于百兆或千兆位以太网（千兆比较勉强，标准的线才能达到）。具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR)和信噪比、更小的时延误差，性能得到很大提高。实际项目中，超五类线虽然也能传千兆，但只建议短距离传千兆使用，长距离传输千兆可能会出现不稳定的情况，这也是项目中常出现的故障，而又容易忽略的问题。

7. 六类线（CAT6）
   传输频率为250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）有较大的余量。
   六类线缆提供2倍于超五类的带宽，最适用于传输速率高于1Gbps的应用，主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。
   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。
   六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。
   六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。
   

8. 超六类或6A（CAT6A）
   传输频率为500MHz，最大传输速度为10Gbps，标准外径6mm，主要应用于千兆位网络中。
   Belden IBDN研制了目标在40℃以上仍可正常运行的高性能布线系统，并在1999年底正式推出IBDN 4800LX系统，其最终的指标达到300MHz带宽，可在50℃时依然达到6类标准规定的20℃的性能指标。
   为了区别于普通六类布线系统，这种带宽性能远超六类的布线称为超六类。
   超六类线是六类线的改进版，同样是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆，在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。
   大部分的超六类布线与同品牌的六类布线使用相同的模块和跳线，因此它们主要的区别在线缆上。
   IBDN的超六类线缆4800LX从一开始的目标就定在较高温度下正常运行，因此其线缆构造特点之一就是大线径，传输导体的直径从普通六类的0.5mm(24AWG)增加到0.6mm(23AWG)。
   也有某些厂家在开始的超六类线缆采用了24AWG而尽力改善NEXT的方法，但到2002年的改进线缆中将其线径加到23AWG。
   另一特点是在4个双绞线对间加了十字形的线对分隔条。没有十字分隔，线缆中的一对线可能会陷于另一对线两根导线间的缝隙中，线对间的间距减小而加重串扰问题。
   分隔条同时与线缆的外皮一起将4对导线紧紧地固定在其设计的位置，并可减缓线缆弯折而带来的线对松散，进而减少安装时性能的降低。
   4800LX是首个采用十字分隔条的超六类线缆，后来的线缆群起仿效而采用类似的技术。
   

9. 七类线（CAT7）
   传输频率为600MHz，最大传输速度为10Gbps，单线标准外径8mm，多芯线标准外径6mm 。
   ISO/IEC 11801 7类/F级标准中最新的一种双绞线，它主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。
   但它不再是一种非屏蔽双绞线了，而是一种屏蔽双绞线，因此它可以提供至少500MHZ的综合衰减对串扰比和600MHZ的整体带宽，是六类线和超六类线的2倍以上，传输速率可达10Gbps。
   在七类线缆中，每一对线都有一个屏蔽层，四对线合在一起还有一个公共大屏蔽层。从物理结构上来看，额外的屏蔽层使得七类线有一个较大的线径。
   还有一个重要的区别在于其连接硬件的能力，七类系统的参数要求连接头在600MHZ时所有的线对提供至少60DB的综合近端串扰。而超五类系统只要求在100MHZ提供43DB，六类在250MHZ的数值为46DB。
   

10. 八类线（CAT7）
    跟七类网线一样的是双层屏蔽（SFTP），它拥有两个导线对，2000MHz的超高宽屏，传输速率高达40Gb/s，但它最大传输距离仅有30m，故一般用于短距离数据中心的服务器、交换机、配线架以及其他设备的连接。
    虽然八类线传输距离短，但传输速率和频率带宽是远远超过其他类的。
    主要用在网络设备互联的跳线。
    

类型数字越大、版本越新，技术越先进、带宽也越宽，当然价格也越贵。
这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的，如果是标准类型则按CATx方式标注，如常用的五类线和六类线，则在线的外皮上标注为CAT 5、CAT 6。而如果是改进版，就按xe方式标注，如超五类线就标注为5e（字母是小写，而不是大写）。
无论是哪一种线，衰减都随频率的升高而增大。在设计布线时，要考虑到受到衰减的信号还应当有足够大的振幅，以便在有噪声干扰的条件下能够在接收端正确地被检测出来。双绞线能够传送多高速率（Mb/s）的数据还与数字信号的编码方法有很大的关系。

相关附件

附1：各类网线参数对比

附2：AWG

以太网和xDSL接入网设计中，经常会碰到诸如24AWG、26AWG等等表示电缆直径的方法。
AWG(American Wire Gauge)是美制电线标准的简称，AWG值是导线厚度（以英寸计）的函数。
AWG是一种区分导线直径的标准，又被称为 Brown & Sharpe线规。这种标准化线规系统于1857年起在美国开始使用。
该标准只适用于铜导体，对于铝等其他导体则不适用。
AWG前面的数值（如24AWG、26AWG）表示导线形成最后直径前所要经过的孔的数量，数值越大，导线经过孔的等级越高，导线的直径也就越小；数值越小，说明线缆的直径越大。
规格越高的网线，使用的材质越好，线缆越粗，屏蔽层等附加组件越高，造价越高，施工难度越大。

附3：网线测试

无论是安装新的线缆或者为现有的线缆故障排除，以太网网线测试在这些过程中都占有非常重要的角色。常见的数据通信布线网络测试包括长度、布线图、衰减、NEXT、直流环路电阻和回波损耗。
随着网络的发展，布线基础设施的要求也要随之提高才能支持网络。新的网络布线标准不断出台，为布线专业人员提供了安装、测试、故障诊断及认证铜缆和光纤网络的指导原则。无论是要部署 100BASE-TX、100BASE-TX 还是 1000BASE-T 中的任何技术，都必须满足特定的要求并避免可能发生的问题。随着 10GBASE-T 的推出，与以太网布线和网线测试的最新发展保持并驾齐驱就变得更为重要。
网线测试确保已安装的布线可以达到预期的传输能力，以支持用户所需的数据通信。