スクリーン付きおよびシールド付きケーブリング

スクリーン付きおよびシールド付きツイストペア銅ケーブル配線は、かなり以前から存在しています。1980年代のグローバル標準として、スクリーン付き（F/UTPおよびU/FTP）および完全シールド付き（S/FTP）ケーブルのさまざまな種類が一部の市場で主流を維持し続けていますが、他の多くの市場ではUTPケーブルに移行しました。

しかし、最近では2.5/5GBASE-Tおよび10GBASE-Tネットワーク機器の採用が増加し、10BASE-T1Lシングルペアイーサネット（SPE）プロトコルが批准されたことで、スクリーン付きおよびシールド付きシステムの商業的実行可能性が再確立され、これまでUTP中心だった市場でこれらのシステムの採用が促進されています。

この競争の激しい環境において、多くの混乱を招き、しばしば矛盾するメッセージが市場に出回り、ケーブル配線の専門家もエンドユーザーも同様に課題に直面しています。この白書では、スクリーン付きおよびシールド付きケーブル配線に関する最も一般的な質問、問題、および誤解に対処します。

シールドの導入と歴史

1980年代、LANケーブル配線が商業ビルスペースに登場し始めた最初のコンピューターネットワークをサポートするために登場しました。これらの最初のネットワークは通常、1985年にIEEE 802.5として標準化されたIBMトークンリング伝送によってサポートされていました。トークンリングネットワーク用のケーブル配線は、ユニークな両性コネクタに接続された「IBMタイプ1」ケーブルで構成されていました。IBMタイプ1ケーブルは、2本のゆるく撚られた、ホイルシールド付きの150オーム対線が全体的なブレイドに囲まれています（つまり、2対S/FTP）。これは
図1に示されています。

図1： IBM タイプ1ケーブル

このメディアは、第一世代のLANトポロジーをサポートするための最適な選択肢でした。いくつかの理由があります。その設計は、ツイストペア伝送プロトコルの距離を最大化する能力（トークンリングは最大100メートルの距離をサポート）と、コスト効率の高いトランシーバーを使用したデータレートを活用しました。さらに、ホイルとブレイドにより、初期世代のツイストペア設計と製造能力ではまだ実現できなかったレベルにクロストークと電磁適合性（EMC）性能が向上しました。

1990年までに、LAN業界の専門家たちは、スイッチドイーサネットがトークンリングに比べて提供する性能と信頼性を認識し始めていました。同時に、ツイストペアの設計と製造能力が向上し、内部クロストーク分離のための個別のホイルが不要になり、10BASE-Tおよび100BASE-Tの動作帯域で外部ノイズ源に対する免疫を提供するための全体的なシールドも必要なくなりました。1990年の10BASE-Tアプリケーションの発行と、1991年の最初のANSI/EIA/TIA-568汎用ケーブル配線規格の発行、そしてUTPケーブル配線に関連する低コストと相まって、UTPケーブル配線がその時点での新しいLANネットワーク設計の選択メディアとして確立されました。

イーサネットアプリケーション技術が10 Gb/s、25 Gb/s、40 Gb/sの伝送速度をサポートするように進化するにつれて、スクリーン付きおよび完全シールド付きツイストペアケーブル配線システムの仕様が顕著に再興しました。この白書では、スクリーンとシールドの実用的な利点と、高帯域幅伝送をサポートすることを目的とした従来のUTPケーブル配線設計の性能をどのように向上させることができるかについて説明します。また、スクリーンとシールドの動作に関する一般的な神話や誤解も解消します。

バランス伝送

データ伝送用のバランスツイストペアケーブル配線を指定することの利点は、建物環境に存在する信号の種類を調べることで明確に示されます。電気信号は、コモンモードまたは差動（つまり、「バランス」）モードのいずれかで伝播できます。コモンモードは、2つの導体間で電圧が同相で伝播し、グラウンドを基準とする信号方式を指します。コモンモード伝送の例には、DC回路、建物の電源、ケーブルTV、HVAC回路、セキュリティデバイスなどがあります。モーター、トランスフォーマー、蛍光灯、RFソースなどの妨害要因から誘導される電磁ノイズもコモンモードで伝播します。建物環境内のほぼすべての信号と妨害要因の種類はコモンモードで伝播しますが、注目すべき例外が1つあります：ツイストペアケーブル配線は、バランスまたは差動モード伝送に最適化されています。差動モード伝送とは、等しい大きさを持ち、180°位相がずれた2つの信号がツイストペアの2つの導体上を伝播することを指します。バランス回路では、2つの信号が互いに参照され、1つの信号がグラウンドを参照するのではありません。バランス回路にはグラウンド接続がなく、その結果、これらの種類の回路は本質的にほとんどのコモンモードノイズ妨害要因からの干渉に対して耐性があります。

理論上、完全にバランスの取れたツイストペアの各導体には、同相ノイズが等しく結合します。差動モードトランシーバーは、ツイストペアの2つの信号のピーク間振幅の差を検出し、減算操作を行います。完全にバランスの取れたケーブリングシステムでは、誘導された同相信号は2つの等しい電圧として現れ、トランシーバーによって単純に相殺されるため、完全なノイズ耐性が得られます。

しかし、現実世界では、ツイストペアケーブルは完全にバランスが取れているわけではなく、アプリケーション開発者やシステム仕様作成者はその限界を理解する必要があります。TIAとISO/IEC委員会は、より高グレード（カテゴリー6以上）の構造化ケーブリングの規格において、TCL（横方向変換損失）、TCTL（横方向変換伝達損失）、ELTCTL（等レベル横方向変換伝達損失）などのバランスパラメータの指定に細心の注意を払っています。これらのパラメータの性能限界を調べ、様々なイーサネットアプリケーションで要求されるノイズ分離耐性に近づき始める時期を注目することで、バランスによる同相ノイズ耐性の受容可能なレベルで定義される実用的な動作帯域幅が約30 MHzであることが明らかになります。

これは100BASE-TやGigabit Ethernetなどのアプリケーションにとっては十分すぎるノイズ耐性を提供しますが、シャノン容量モデリングによると、この水準は10GBASE-Tの最小ノイズ耐性要件に対して余裕がないことが示されています。幸いなことに、シールドの使用によりノイズ耐性が大幅に向上し、利用可能なシャノン容量が2倍になり、将来のアプリケーションのための実用的な動作帯域幅が大幅に増加します。

30 MHz以上でのツイストペア信号バランスの劣化の影響の1つにモード変換があります。これは、差動モード信号が同相信号に変換されたり、その逆が起こる現象です。この変換は環境からのノイズ耐性に悪影響を与えたり、ペア間やバランスケーブル間のクロストークに寄与したりするため、可能な限り最小限に抑える必要があります。シールドは環境からツイストペアに結合するノイズを制限することで、モード変換の可能性を減少させることができます。

ノイズ干渉の基本

すべてのアプリケーションは、割り当てられたビットエラーレート（BER）レベル内で送信するために、正の信号対ノイズ比（SNR）マージンを必要とします。これは、送信されるデータ信号が、伝送線路（すなわち構造化ケーブリング）に結合されるすべての組み合わせたノイズ妨害よりも大きな振幅でなければならないことを意味します。図2に示すように、ノイズは以下の3つの方法のいずれか、またはすべてによってツイストペアケーブリングに結合される可能性があります：

1. 差動ノイズ（Vd）： 隣接するツイストペアまたはバランスケーブルから誘導されるノイズ。

2. 環境ノイズ（Ve）： 外部電磁界によって誘導されるノイズ。

3. グラウンドループノイズ（Vg）： 導体端間の電位差によって誘導されるノイズ。

異なるアプリケーションは、その能力に応じて、これらのノイズ源からの干渉に対する感度が異なります。例えば、10GBASE-Tアプリケーションは、そのデジタル信号処理（DSP）能力が各チャネル内の内部ペア間クロストークを電子的にキャンセルするため、エイリアンクロストーク（差動モードケーブル間結合）に非常に敏感であることが一般的に認識されています。ペア間クロストークとは異なり、エイリアンクロストークはDSPによってキャンセルできません。逆に、エイリアンクロストークの大きさはペア間クロストークの大きさと比較して非常に小さいため、エイリアンクロストークの存在は、部分的またはクロストークキャンセリングアルゴリズムを全く使用しない100BASE-TやGigabit Ethernetなどの他のアプリケーションのパフォーマンスにはほとんど影響を与えません。

図2： LANノイズ源

電磁適合性（EMC）は、外部ソースからの干渉に対するシステムの感受性（耐性）と外部を乱す可能性（放射）の両方を記述し、システムが他の電子/電気デバイスと共存する能力の重要な指標です。ノイズ耐性と放射性能は相互的であり、つまり、ケーブリングシステムが干渉に対する耐性を維持する能力は、システムが放射する可能性に比例します。興味深いことに、耐性の考慮に不必要に多くの重点が置かれていますが、構造化ケーブリングシステムが通信環境内の他の機器やシステムに放射したり干渉したりしないことは理解された事実です！

ディファレンシャルノイズの妨害要因：エイリアンクロストークと内部ペア間クロストークは、適切なケーブリングシステム設計によって最小限に抑える必要があるディファレンシャルモードノイズの妨害要因の例です。ディファレンシャルモードソースからの干渉への感受性はシステムのバランスに依存し、互いに干渉している導体を分離または隔離することで改善できます。バランスが改善されたケーブリング（カテゴリー6以上）は、内部クロストークとエイリアンクロストークの性能が向上します。完全にバランスの取れたケーブルは存在しないため、導体を分離するための誘電体材料の使用や、導体を隔離するための金属箔の使用などの戦略が、クロストーク性能をさらに向上させるために使用されます。例えば、カテゴリー6A F/UTPケーブリングは、全体的な箔構造によりエイリアンクロストークの結合をほぼゼロに抑えるため、カテゴリー6A UTPケーブリングよりも大幅に優れたエイリアンクロストーク性能を持つことが証明されています。カテゴリー7A S/FTPは、個別の箔シールドツイストペア構造により、ペア間およびエイリアンクロストークの結合をほぼゼロに抑えるため、あらゆるカテゴリー6Aケーブリング設計よりも大幅に優れたペア間およびエイリアンクロストーク性能を持つことが証明されています。これらの優れたクロストークレベルは、適合するバランス性能のみでは達成できません。

環境ノイズの妨害要因：環境ノイズは、誘導結合によって生成される磁界（H）（A/mで表される）と容量結合によって生成される電界（E）（V/mで表される）から構成される電磁ノイズです。磁界結合は低周波（50Hzまたは60Hz）で発生しますが、ケーブリングシステムのバランスは十分に免疫性を確保できるため、すべてのタイプのバランスケーブリングでその影響を無視できます。しかし、電界は周波数に応じてバランスケーブルにコモンモード電圧を生成する可能性があります。誘導される電圧の大きさは、ケーブリングシステムがループアンテナと同様に干渉を受けやすいと仮定してモデル化できます[1]。分析を容易にするため、式（1）は、様々な干渉ノイズ源の帯域幅の影響や、ツイストペアとグラウンドプレーンの距離関係を評価するのに適した簡略化されたループアンテナモデルを表しています。電界の入射角を特に含む、より詳細なモデルが実際の結合ノイズ電圧を正確に計算するために必要であることに注意してください。

ここで：
λ = 干渉ノイズ源の波長

A = ケーブリング導体の乱された長さ（l）がグラウンドプレーンから平均高さ（h）で吊られているループの面積

E = 干渉源の電界強度

干渉源の波長λは、60Hz信号の5,000kmから100MHz以上の帯域のRF信号の1m未満まで、幅広く変化します。電界強度密度は妨害要因によって異なり、源からの距離に依存し、通常、源から0.3mの距離でヌルレベルまで減少します。この式は、60Hz信号では電界妨害がmVの1000分の1の範囲でしか測定できないのに対し、MHz範囲で動作する源ではかなり大きな電界妨害を生成できることを示しています。参考までに、3V/mは軽工業/商業環境に存在する平均的な電界の妥当な近似値とされ、10V/mは工業環境に存在する平均的な電界の妥当な近似値とされています。

図3： コモンモード電流

電界によって結合される電圧の大きさに影響を与える唯一の変数は、ケーブリングの乱された長さ（l）とグラウンドプレーンからの平均高さ（h）を掛け合わせて計算されるループ面積Aです。図3の断面図は、電界によって生成されるコモンモード電流を示しています。これらの電流が、ケーブリングの最外層の導電要素（つまり、UTP環境では導体自体、スクリーン/完全シールド環境では全体的なスクリーン/シールド）に望ましくない信号を誘導します。明らかになるのは、グラウンドプレーンまでの距離（h）によって決定されるコモンモードインピーダンスが、UTP環境ではあまりよく制御されていないということです。このインピーダンスは、金属製レースウェイからの距離、ペアを囲む金属構造、非金属製レースウェイの使用、終端位置などの要因に依存します。逆に、このコモンモードインピーダンスは、UTPケーブリングよりも電界妨害からの免疫保護となります！

ツイストペアケーブルの電界障害に対する全体的な感受性は、ケーブリングのバランス性能とスクリーンまたはシールドの存在の両方に依存することを覚えておくことが重要です。スクリーン付き/完全シールド付きケーブリング環境では、スクリーンやシールドがグラウンドプレーンとして機能するため、(h)の値は明確に定義され制御されています。UTPケーブリングの場合、(h)の平均的な近似値は0.1から1メートルの範囲ですが、スクリーン付きおよび完全シールド付きケーブリングでは、大幅に制約されています（つまり、0.001m未満）。これは、スクリーン付きおよび完全シールド付きケーブリングが理論的にUTPの100〜1,000倍のバランス性能を提供することを意味します。バランスの取れた（つまり、カテゴリー6A以上の）ケーブルは、30 MHzまでの電磁干渉に対して耐性があるはずです。より高い周波数での電磁干渉を避けるためには、シールドまたはスクリーンの存在が必要であり、これは次世代アプリケーションにとって特に重要な考慮事項です。例えば、DSP技術を使用する新興アプリケーションが100 MHzで最小20 dBのSNRを必要とすると想定するのは妥当です。100 MHzでのバランスのみによる最小分離も20 dBであるため、このアプリケーションが十分なノイズ耐性のヘッドルームを持って動作することを保証するには、スクリーンまたはシールドの追加が必要です。

グラウンドループ

グラウンドループは、複数のグラウンド接続があり、これらのグラウンド接続でのコモンモード電圧電位の差がケーブリングにノイズを導入（生成）する場合に発生します（図4参照）。グラウンドループからのコモンモードノイズがスクリーンとシールドにのみ現れるという誤解がありますが、このノイズは通常ツイストペアにも現れます。グラウンドループによって生成される電圧の波形が建物のAC電源のプロファイルに直接関連しているという点が重要です。米国では、主要なノイズ周波数は60 Hzとその関連する高調波であり、しばしばAC「ハム」と呼ばれます。世界の他の地域では、主要なノイズ周波数は50 Hzとその関連する高調波です。

各ツイストペアはNICとネットワーク機器の両端でバラントランスフォーマーとコモンモードノイズ除去回路に接続されているため、巻数比とコモンモードグラウンドインピーダンスの違いによりコモンモードノイズが発生する可能性があります。ツイストペアに誘導されるノイズの大きさは、機器内のコモンモード終端、チョーク、フィルターの使用によって減少させることはできますが、完全に除去することはできません。

スクリーン/シールドに誘導されるグラウンドループは、通常、通信接地バスバー（TGB）でのグラウンド接続と、ケーブリングのワークエリア端でのネットワーク機器シャーシを通じて提供される建物のグラウンド接続との間の電位差によって発生します。機器メーカーがシールド付きRJ45ジャックから機器シャーシを通じて低インピーダンスの建物グラウンドパスを提供することは義務ではないことに注意してください。シャーシが保護RC回路で建物のグラウンドから絶縁されている場合もあれば、シールド付きRJ45ジャックがシャーシグラウンドから完全に絶縁されている場合もあります。

図4： グラウンドループの導入

TIAとISOの規格では、過剰なグラウンドループが発生する閾値を、ケーブリングのワークエリア端でのシールドで測定された電圧と、ワークステーションに電力を供給するために使用される電気コンセントのグラウンドワイヤーで測定された電圧との間の電位差が1.0 Vrmsを超える場合と定義しています。この電位差は、適切なネットワーク機器の動作を確保するためにフィールドで測定され修正されるべきですが、米国のような慎重に設計され指定された建物および接地システムを持つ国では、1.0 Vrmsを超える値はほとんど見られません。さらに、グラウンドループによって誘導されるコモンモード電圧は低周波（つまり、50 Hzまたは60 Hzとその高調波）であるため、ケーブリングプラント自体のバランス性能は、実際の電圧の大きさに関係なく、耐性を確保するのに十分です。

スクリーンとシールドの設計

シールディングは、他のケーブリング設計戦略では匹敵できない、大幅に改善されたペア間クロストーク性能、エイリアンクロストーク性能、およびノイズ耐性の利点を提供します。カテゴリー6Aおよびそれ以下のF/UTPケーブルは、図5に示すように、4つのツイストペアを囲む全体的なフォイルで構成されています。カテゴリー7およびそれ以上のS/FTPケーブルは、図6に示すように、個別にフォイルシールドされた4つのペアを囲む全体的な編組で構成されています。オプションのドレインワイヤーが時々提供されます。

シールド材料は、入射波を反射する能力、吸収特性、そして低インピーダンスの信号経路を提供する能力により、電界妨害に対する免疫性を最大化する能力によって選択されます。一般的に、より導電性の高いシールド材料は、より多くの入射信号を反射します。固体アルミニウム箔は、高周波（つまり100 MHz以上）の漏れに対して100%のカバレッジを提供し、適切に接地された場合には低い電気抵抗を持つため、通信ケーブルに好ましいシールド媒体です。箔シールドの厚さは、干渉ノイズ電流のスキン効果の影響を受けます。スキン効果とは、周波数が上がるにつれてノイズ電流の侵入深さが減少する現象です。典型的な箔の厚さは1.5ミル（0.038mm）から2.0ミル（0.051mm）で、30 MHzの信号の最大侵入深さに合わせています。この設計アプローチにより、より高い周波数の信号が箔シールドを通過できないことが保証されます。より低い周波数の信号は、ツイストペアの優れたバランス性能により干渉しません。編組線やドレイン線は、ケーブルアセンブリに強度を加え、ケーブリングシステムが適切に接地されている場合、シールドの端から端までの電気抵抗をさらに低下させます。

図5： F/UTP構造

図6： S/FTP構造

接地とケーブリングシステム

ANSI/TIA-607-Dは、サービス機器（電源）接地に起源を持ち、建物全体に広がる建物の通信接地および結合インフラストラクチャを定義しています。このインフラストラクチャがUTPとスクリーン/フルシールドケーブリングシステムの両方に適用されることを認識することが重要です。標準は以下を義務付けています：

1. 通信主結合バスバー（PBB）は建物のサービス機器（電源）接地に結合されています。通信接地および結合システムの各コンポーネントの実際の方法、材料、適切な仕様は、システムとネットワークのサイズ、容量、および地域の法規に応じて異なります。

2. 使用される場合、通信二次結合バスバー（SBB）は通信結合バックボーン（TBB）を介してPBBに結合されます。

3. すべてのラックと金属製経路はPBBに接続されます。

4. ケーブル設備および通信機器は、機器ラックまたは隣接する金属経路に接地されています。標準に記載されている必要な建物のACまたはDC電源接地経路に加えて、IT機器に検証可能な補助的および特定の接地経路を提供することを意図しています。

TIAおよびISO規格は、スクリーン付きおよびシールド付きケーブルシステムの接地に関して1つの追加ステップを提供しています。具体的には、ケーブルシールドは、ケーブルがラックで終端される場所でPBBまたはSBBに結合されなければなりません。この要件は、グラウンドループの出現を最小限に抑えるための最適な構成である1つの接地接続をサポートすることを意図していますが、ケーブルに沿って複数の接地接続が存在する可能性があることを認識しています。ANSI/TIA-607-Dで指定された接地と結合の推奨事項が開発された際に、機器を通じて作業エリアで接地が発生する可能性が考慮されたため、エンドユーザーのPCやデバイスでスクリーン/シールドシステムの接地を特に避ける必要はありません。

接地接続とスクリーン/シールド接続の違いに注意することが重要です。接地接続はスクリーン/シールド付きケーブルシステムをPBBまたはSBBに結合しますが、スクリーン/シールド接続はケーブルの全長にわたってスクリーン/シールド付き通信コネクタを通じてケーブルスクリーン/シールドの電気的継続性を維持します。スクリーンまたはシールドの機能の一部は、シールド材に誘導されるノイズ電流のための低インピーダンス接地経路を提供することです。ケーブルおよび接続ハードウェアの伝達インピーダンスおよび結合減衰のパラメータに関するTIAおよびISO仕様への準拠により、ケーブルシステム内のすべてのスクリーン/シールド接続点を通じて低インピーダンス経路が維持されることが保証されます。エイリアンクロストークとノイズ耐性の最適なパフォーマンスを得るには、エンドツーエンドのケーブルシステム全体でシールドの連続性を維持する必要があります。スクリーン/シールド付きケーブルシステムでUTPパッチコードを使用することは推奨されません。

建物のエンドユーザーがスクリーンおよびシールド付きケーブルシステムが適切にPBBまたはSBBに接地されていることを確認するための検証を行うことが提案されています。推奨される検査計画は次のとおりです：

1. すべての機器ラック/キャビネット/金属経路が6 AWG導体を使用してPBBまたはSBBに結合されていることを目視で確認します。

2. すべてのスクリーン/シールド付きパッチパネルが、製造業者の指示で指定されていない場合、最小12 AWG導体を使用してPBBまたはSBBに結合されていることを目視で確認します。

3. 各パネルおよびラック/キャビネットの接地接続が、パネル/ラックの結合点とPBBまたはSBBの間で<1 Ω未満のDC抵抗測定値を示すことを確認するためにDC抵抗テストを実施します。（注：一部の地域/地方の規格では、この場所での最大DC抵抗を<5 Ωと規定しています。） 4. 目視検査、DCテスト結果、およびその他の適用可能な銅/光ファイバーテスト結果をすべて文書化します。

アンテナの神話

スクリーンやシールドが長い金属であるため、アンテナとして機能するという一般的な誤解があります。環境中の信号を「引き寄せる」、あるいはツイストペアに現れる信号を放射するのではないかという懸念です。実際には、スクリーンやシールド、そしてUTPケーブル内の銅のバランスツイストペアは、ある程度アンテナとして機能します。違いは、簡略化されたループアンテナモデルが示すように、スクリーンやシールドに結合するノイズの大きさが、同じ環境下の非シールドツイストペアに結合するノイズよりも実際に100〜1,000倍小さいということです。これは、スクリーン/シールドによって提供される接地面に対する内部ペアの明確に定義され制御されたコモンモードインピーダンスによるものです。以下は、バランスツイストペアケーブルのノイズ耐性性能に影響を与える可能性がある2種類の信号妨害要因の分析です：30 MHz以下のものと30 MHz以上のものです。

図7： UTP対F/UTPの感受性

30 MHz以下の周波数では、環境からのノイズ電流がスクリーン/シールドを透過してツイストペアに影響を与える可能性があります。しかし、簡略化されたループアンテナモデルは、これらの信号の大きさが実質的に小さく（そしてアルミニウム箔の吸収損失によってほとんど減衰している）ことを示しており、同じ環境下の非シールドツイストペアが実際にはるかに高い電界強度にさらされていることを意味します。良いニュースは、ケーブル自体のバランス性能が30 MHzまで十分であり、スクリーン/シールドの有無にかかわらず、これらのノイズ源からの妨害に対する最小限の感受性を確保していることです。

30 MHz以上の周波数では、環境からのノイズ電流はスキン効果によりスクリーン/シールドを透過できず、内部のツイストペアは干渉から完全に免疫があります。残念ながら、これらの高い周波数では、UTPケーブルのノイズ耐性を確保するにはバランス性能だけでは十分ではありません。これは、DSP技術を採用するアプリケーションが要求するSNRレベルを維持するケーブリングシステムの能力に悪影響を与える可能性があります。

ケーブルがアンテナとして機能する可能性は、2本のバランスケーブルを直列に配置し、1本のケーブルに周波数掃引範囲にわたって信号を注入して送信アンテナをエミュレートし、隣接するケーブルで干渉を測定して受信アンテナをエミュレートすることで実験的に検証できます[2]。経験則として：ノイズ源の周波数が高いほど、干渉の可能性が大きくなります。図7に示すように、2本のUTPケーブル間の結合（黒で表示）は、適切に接地された2本のF/UTPケーブル間の相互作用（青で表示）よりも最低40 dB悪化しています。40 dBのマージンは電圧結合が100倍少ないことに相当し、モデル予測を確認しています。明らかに、UTPケーブルはF/UTPケーブルよりも実質的に多く放射および受信（つまり、アンテナのように振る舞う）しています！

2つ目のアンテナに関する誤解は、スクリーンやシールドに現れるコモンモード信号が、低インピーダンスのグラウンド経路を通じてのみ消散できるという不正確な信念に関連しています。接地されていないスクリーンが「行ったり来たり」し、スクリーン/シールド上で「蓄積される」信号を放射するという懸念があります。実際には、接地されていなくても、スクリーン/シールドはその抵抗、分布シャント容量、直列インダクタンスによって形成されるローパスフィルターのため、高周波信号を大幅に減衰させます。ホイルツイストペアケーブルの両端を接地しない効果も、前述の実験方法で確認できます。図8に示すように、2本のUTPケーブル（黒で示す）間の結合は、2本の非接地F/UTPケーブル（青で示す）間の相互作用よりも少なくとも20 dB悪いままです。20 dBのマージンは電圧結合が10分の1になることに相当することに注意してください。最悪の非接地条件下でさえ、UTPケーブルはF/UTPケーブルよりもアンテナのように振る舞うのです！

図8： UTP対非接地F/UTPの感受性

モデル化された結果と実験結果は、明確にアンテナの誤解を払拭します。スクリーンとシールドは、不適切に接地された場合でも、30 MHz以上では非シールド構造と比較して大幅に改善されたノイズ耐性を提供するという事実があります。

グラウンドループの誤解

グラウンドループがスクリーンおよびシールドケーブリングシステムにのみ現れるという一般的な誤解があります。スクリーン/シールドケーブリングシステムの接地接続間の電位差によるグラウンドループが過度のコモンモード電流を引き起こし、データ伝送に悪影響を与える可能性があるという懸念があります。実際には、スクリーンとシールド、およびUTPケーブルのバランスのとれたツイストペアの両方が、チャネルの端での電位差の影響を受けます。

NICとネットワーク機器におけるトランスフォーマーのコモンモード終端インピーダンスの違いにより、各ツイストペアにコモンモードノイズ電流が自然に誘導されます。スクリーン/シールドシステムを複数の場所で接地することも、スクリーンシールドにコモンモードノイズ電流を誘導する可能性があります。しかし、これらのコモンモードノイズ電流はデータ伝送に影響を与えません。なぜなら、その電圧の大きさに関係なく、その波形は常に建物のAC電源（つまり50 Hzまたは60 Hz）のプロファイルに関連付けられているからです。低周波数におけるケーブルの優れたバランスのため、機器のインピーダンス差から直接ツイストペアに誘導されたコモンモード電流、またはスクリーン/シールドから結合されたコモンモード電流は、差動伝送アルゴリズムの一部としてトランシーバーによって単に相殺されます。

スクリーン/フルシールドケーブリングを使用する理由

スクリーンおよび完全シールドシステムを使用することのパフォーマンス上の利点は数多くあり、以下が含まれます：

1. フルシールド設計におけるペア間クロストークの低減

2. スクリーンおよびフルシールド設計における外来クロストークの低減

3. スクリーンカテゴリ6Aケーブルの直径は一般的に6A UTPケーブルよりも小さく、より大きな経路の充填/利用が可能

4. すべての周波数、特に30 MHz以上でケーブルのバランスが大幅に劣化し始める場合のノイズ耐性の大幅な向上

5. リモート給電（例：Power over EthernetまたはPoE）アプリケーションをサポートする場合や、高温環境で動作する場合の、より制限の少ないバンドリング要件のための優れた放熱性

結論

達成可能なSNRマージンは、ケーブルのバランスとスクリーンおよびシールドによって提供されるコモンモードおよび差動モードのノイズ耐性の組み合わせた特性に依存します。アプリケーションは、適切な信号伝送と最小のBERを確保するために、正のSNRマージンに依存しています。10GBASE-Tの展開により、優れたバランスだけで提供されるノイズ分離が伝送目標をサポートするのにぎりぎり十分であることが明確になりました。F/UTPおよびS/FTPケーブル設計によって提供されるエイリアンクロストークとノイズ耐性の利点は、4ペアおよびシングルペアアプリケーション開発者とシステム仕様作成者の注目を集めました。通信業界が好ましい媒体タイプの指定において一周回ったと言われることがよくあります。実際には、今日のスクリーン付きおよび完全シールド付きケーブルシステムは、過去2世代のLANケーブリングの最高の電気性能特性を融合したものを表しています：低周波干渉から保護するための優れたバランスと、高周波干渉から保護するためのシールディングです。

Rev F 2022年6月