Витая пара в современных сетях
Мы, специалисты «Мальтима Телеком», продолжаем публиковать справочные материалы по телеком-оборудованию и комплектующим в помощь специалистам. На этот раз речь пойдёт о витой паре, поставками которой мы в том числе занимаемся. Этот товар проходит входной контроль в России: часть партии тестируется тремя разными сертифицирующими тестерами, которые показывают всю картину по кабелю. Если хотя бы один тестер выявляет несоответствие, кабель в продажу не запускается.
При построении структурированных кабельных сетей особое значение имеет физическая среда передачи сигнала, роль которой обычно выполняет витая пара. В простейшем случае она представляет собой одну или несколько пар изолированных медных проводников, скрученных между собой и покрытых общей оболочкой. Сами медные проводники в таких проводах могут быть как одножильными (solid), так и многожильными (patch). Если первые обычно применяются для прокладки в коробах и стенах (обладают меньшим затуханием сигнала, удобны для врезания розеток), то вторые лучше подходят для подключения конечного оборудования к розеткам (имеют большую стойкость к многократным изгибаниям).
Для удобства использования отдельные витые пары объединяют в кабели, содержащие 2, 4, 8 и более пар. Самыми распространенными в настоящее время являются кабели, состоящие из 4 витых пар. Несмотря на общий принцип устройства, такие кабели обладают различными свойствами, основным среди которых является полоса пропускаемых частот, которая напрямую зависит от устойчивости к внешним и взаимных помехам. Именно по этому параметру кабели с витыми парами принято разделять на категории в соответствии с международным стандартом ISO 11801. Рассмотрим эти категории подробнее.
К категориям 1 и 2 принято относить устаревшие кабели с одной или двумя парами проводов, пригодные для голосовой и модемной связи, а также передачи цифрового сигнала с пропускной способностью до 4 Мбит/с.
Кабели категории 3 имеют полосу пропускаемых частот 16 МГц и пригодны для построения локальных сетей с пропускной способностью до 100 Мбит/с по спецификации 100BASE-T4. В настоящее время кабели этой категории применяются в основном для организации голосовой телефонной связи.
Полоса пропускаемых частот кабелей 4 категории составляет 20 МГц. Они также применялись для построения сетей 100BASE-T4, но в настоящее время практически не используются.
О кабелях 5 (5e) категории слышали, наверное, все. Пригодные для организации телефонной связи и передачи видеосигнала, они все же получили наибольшее распространение как основа для создания локальных компьютерных сетей 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T благодаря полосе пропускаемых частот равной 100 МГц.
Более современными является кабель 6 категории. Его полоса пропускаемых частот составляет 250 МГц, что позволяет организовать передачу данных со скоростью 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Впрочем, ориентироваться на последний параметр не стоит. Специалисты-практики отмечают, что достижение устойчивой работоспособности канала на дистанции свыше 50 метров труднодостижимо. Гораздо более реалистичным является показатель 30-35 м.
Существует также подкатегория данного кабеля, известная как 6А. В целях борьбы с помехами и увеличения полосы пропускаемых частот до 500 МГц эти кабели оснащены либо общим экраном из фольги (F/UTP), либо экранами вокруг каждой из четырех витых пар (U/FTP). Благодаря повышенной до 500 МГц полосе пропускаемых частот, передачу данных со скоростью 10 Гбит/с можно осуществлять на расстояние до 100 м (предельное теоретическое значение).
Самой «молодой» утвержденной Международной организацией по стандартизации (ISO) категорией кабелей является седьмая. Предназначенные для наиболее требовательных к физической среде передачи сигнала СКС, кабели этой категории обеспечивают полосу пропускаемых частот 600 МГц (1000 МГц для категории 7А), а скорость передачи данных — до 40 Гбит/с (для категории 7А). От кабелей шестой категории их отличает наличие как экрана вокруг каждой витой пары, так и общего экрана для всех 4 пар (F/FTP или S/FTP в зависимости от технологии изготовления внешнего экрана — оплетка или фольга соответственно).
Экранирование витых пар используется как для снижения внешних электромагнитных помех (общий экран), так и для минимизации взаимных наводок между витыми парами (индивидуальные экраны). Судить о конструкции конкретного кабеля можно по его маркировке. Так буква F означает наличие экрана из сплошного полотна фольги, а буква S — наличие экранирующей оплетки. Буква U говорит об отсутствии экрана. При этом первая часть маркировки содержит информацию об общем экране, а вторая — об индивидуальных. Таким образом, например, маркировка SF/FTP означает, что в данном кабеле каждая пара экранирована фольгой, а также имеется двойной внешний экран из фольги и оплетки. В свою очередь маркировка UTP свидетельствует об отсутствии какой-либо защиты от наводок помимо самого скручивания проводов в пары с переменным шагом.
Надо отметить, что различия между кабелями даже одной категории могут быть весьма значительными. Так самым «ходовым» является простой кабель, предназначенный для внутренних работ. Он обычно окрашен в серый цвет. Черный цвет свидетельствует о том, что кабель предназначен для внешних (уличных) работ и имеет дополнительную защиту в виде внешней оболочки из гидрофобного полиэтилена. Пустоты между витыми парами иногда заполняются гидрофобным гелем, а сам кабель может иметь внешнее бронирование из стальной проволоки или ленты. Наконец, если внешняя оболочка кабеля окрашена в оранжевый цвет, это говорит о его соответствии требованиям пожарной безопасности. Такой кабель выделяет при горении меньше дыма и отравляющих веществ, а кроме того, в случае пожара, не станет каналом дальнейшего распространения огня.
Многообразие номенклатуры кабелей с витыми парами объясняется широтой сфер применения. В связи с этим, конкретные модели могут включать в себя дополнительные функциональные элементы. Так уличные кабели, предназначенные для подвески на опорах, снабжены внешним стальным тросом, препятствующим деформации изделия под собственным весом. Силовые элементы, придающие кабелю большую прочность, могут размещаться и внутри, вблизи центральной оси. Для кабелей, предназначенных для внутренних работ, характерно наличие специального шнура из капронового волокна — рипкорда. Потянув за него, можно разрезать внешнюю оболочку кабеля, не повредив изоляцию витых пар. Некоторые модели с общим экраном помимо витых пар содержат в себе неизолированный дренажный провод, задачей которого является сохранение электрического контакта между частями экрана в случае его повреждения при слишком сильном сгибании. Этот список можно продолжать, но закончить стоит на том, что, какая бы задача не стояла перед проектировщиком СКС, всегда найдется именно та витая пара, которая подойдет наилучшим образом.
Источник
Зачем кабелю экранирование и как добиться максимума эффективности?
04 февраля 2021 09:38
Экранированная витая пара выгодно отличается от неэкранированного кабеля (а это витая пара UTP) тем, что защищает сигнал от помех. Такой кабель отведет электромагнитное излучение, радиочастотные помехи, которые мешают сигналу. Экранированные провода обязательны для сетей, проложенных рядом с помехообразующими источниками.
В статье рассказываем о видах и ключевых особенностях экранированных кабелей. Читайте, чтобы разобраться в нюансах.
Особенности экранированной витой пары
Когда требуется защитить сигнал от помех, которые поступают извне, весь сердечник витой пары оборачивают экраном. А вот для защиты от внутренних помех, которые появляются между парами проводниками кабеля, экраном окружают каждую пару.
Наружное экранирование бывает:
- Одинарным — изготавливается из алюмополимерной пленки. Такое экранирование часто обозначается буквой F (Foiled). Называется такая витая пара — FTP. Также бывает одинарное экранирование в виде оплетки из медной проволоки. Обозначается такой вариант буквой S (Shielded).
- Двойным — выполнено из фольги и оплетки, представленной медной луженой проволокой. Этот тип экранирования обозначается как SF (Shielded, Foiled).
Конструкции защитных экранов отличаются друг от друга. Так, если экранирование представлено фольгированной пленкой, то она размещается алюминиевой стороной к сердечнику. Здесь же прокладывают специальный дренаж — проводник, который не дает экрану порваться во время монтажа кабеля. А вот если экранирование двойное — из фольги и оплетки, то алюминиевая сторона соприкасается с медной сеткой.
Также следует отметить, что фольгированное экранирование может быть выполнено продольным швом (иногда его герметизируют посредством склейки) или нахлестом.
О проволочной оплетке же нужно знать то, что ее плотность влияет на экранирующие свойства, которые отличаются от фольгированного экрана частотными характеристиками. Поэтому эффективное решение — использовать оплетку вместе с фольгой.
Важна и толщина фольги. Если она слишком толстая, то и провод станет толще и грубее, а еще менее гибким. Но и очень тонкая фольга — это плохо, ведь прочность экрана снижается.
Примечание: при оптимизации защитного экранирования производители используют фольгу толщиной 20-100 мкм.
Наложенный на витую пару защитный экран снижает волновое сопротивление кабеля — импеданс. Из-за этого диэлектрическую изоляцию проводов делают:
- пористой,
- сплошной, но более толстой.
Это необходимо, чтобы довести сопротивление до 100 Ом. Это стандартный показатель для компьютерной проводки.
Понятно, что и наличие фольги/сетки, и утолщение изоляции, ведут к увеличению диаметра витого кабеля. А это нежелательно, поскольку ограничивает количество проводов, которые можно проложить в кабельном канале например. Чтобы сделать кабель с пористой изоляцией, требуется специализированное и дорогое оборудование. Это приводит к увеличению стоимости производства. К тому же пористая изоляция не обладает устойчивостью к деформациям. По этой причине этот вариант используется реже, чем утолщение.
Источник
Защита кабеля «витая пара» от помех. Зачем нужно экранирование?
Существует две стадии (способа) защиты кабеля «витая пара» от помех, а именно:
а) симметрирование и подбор шагов скрутки;
б) экранирование (внешнее, внутреннее).
На первый взгляд, ответ на вопрос в названии статьи очевиден – экранирование нужно для защиты кабеля от помех. Однако помехи ведь бывают как внешними, так и внутренними, излучаемыми самим кабелем. Кроме того, а какие, кроме экранирования, есть приемы защиты кабеля от помех? Как наличие экрана влияет на параметры самого кабеля? Рассмотрим некоторые из данных вопросов.
Существует две стадии (способа) защиты кабеля «витая пара» от помех, а именно:
- а) симметрирование и подбор шагов скрутки;
- б) экранирование (внешнее, внутреннее).
Экранированные кабели более дорогие и сложные, поэтому применяются тогда, когда неэкранированные не обеспечивают нужного уровня защиты от помех.
А. Симметрирование и подбор шагов скрутки
Благодаря тому, что провода, составляющие витую пару, при скрутке меняются местами, достигается баланс возбуждения помехи (симметричные условия). Если бы пара была идеально симметричной, то помехи бы взаимоуничтожались. На практике не бывает такого идеального баланса, и в результате некая помеха все равно остается. Это же касается и помехи, излученной витой парой наружу: чем лучше баланс витой пары, тем она меньше излучает в окружающую среду.
Но это касается однопарного кабеля. В многопарном кабеле присутствует еще и влияние пар друг на друга. При этом, если бы пары были скручены с одинаковым шагом, то это было примерно то же самое, что их не скручивать совсем. Пары в многопарном кабеле должны скручиваться с разным шагом, расчет и окончательный подбор которого делаются экспериментально, то есть являются достаточно сложной задачей.
Что же требуется для того, чтобы достичь максимальной симметрии (баланса) витой пары? А это достигается путем:
- прецизионного изготовления входящих в пару проводов, достижения их идентичности;
- скрутки проводов, входящих в пару, с шагом, точным и равномерным по длине;
- математически вычисленного и максимально соблюденного соотношения шагов скрутки всех пар.
Прецизионное изготовление входящих в пару проводов. На стабильность шага скрутки (элементарная ячейка) пары оказывает влияние та точность, с которой были выполнены входящие в пару провода. Поскольку размеры провода по длине (главным образом – диаметр изоляции) изменяются, то изменяются на эту мизерную величину и размеры элементарной ячейки. А уже в связи с большим количеством таких ячеек и суммарная помеха будет весьма значительной. Во избежание этого при изготовлении провода необходимо точное выдерживание диаметра и экцентриситета изоляции провода, ее диэлектрических характеристик.
Точный и равномерный по длине шаг скрутки проводов. При нестабильном шаге скрутки происходит разброс размеров ячейки по длине. При большом числе и нестабильности шагов скрутки отрицательный эффект весьма значительный. В связи с этим необходимо применять метод скрутки проводов, дающий наибольшую точность шага скрутки.
Оптимальное соотношение шагов скрутки пар в многопарном кабеле. В многопарном кабеле помимо влияния шага скрутки проводов одной пары между собой значение имеет и соотношение шагов скрутки соседних пар. Несмотря на все разработки и исследования в данной области, на практике выдержать точное, рассчитанное математически соотношение шагов скрутки в многопарном кабеле невозможно. Это обусловлено рядом причин: отсутствием такого оборудования, неточным соответствием реальных размеров проводов и пар размерам, заложенным в расчет, и др. Поэтому подбор шага скрутки происходит опытным путем с помощью большого количества образцов кабеля. А в результате шаги скрутки пар у различных производителей разные.
Б. Экранирование
Как уже было указано ранее, при недостаточности указанных мер для устранения помех применяется такой способ, как экранирование кабеля и (или) отдельных его пар.
Для защиты от внешних помех применяется экранирование сердечника кабеля в целом (его окружают экраном). Однако для защиты от внутренних помех, возникающих между парами, требуется уже окружить экраном каждую пару (заэкранировать).
Решением сразу двух задач (защита как от внешних, так и от внутренних помех) является экранирование каждой пары в отдельности, а потом наложение также общего экрана. В обозначении кабеля присутствует указание на наличие определенного экранирования.
Итак, что же в обозначении кабеля «витая пара» обозначает наличие (отсутствие) экранирования. Это весьма неоднозначный вопрос, так как компании-производители для одинаковых конструкций используют разные аббревиатуры.
Приведем одну более или менее стройную структуру:
