Все, что нужно знать о кабеле витая пара применяемом при строительстве различных сетей связи.
Витая пара получила свое название из-за конструктивных особенностей. Две изолированные друг от друга медные жилы, скрученные между собой особым образом, образуют витую пару. В простейшем 2х парном кабеле, используемом в сетях Ethernet 100Base-T, две жилы работают на передачу данных и две на прием. В настоящее время большее применение для Ethernet 100/1000Base-T находит кабель состоящий уже из 4-х пар. Это очень удобно при строительстве сетей домашнего интернета. Такой кабель позволяет существенно экономить используя один кабель на двух абонентов. Такая экономия общепринята и не несет в себе никаких ухудшений, кроме предрассудков.
Самое широкое применение витая пара нашла в сетях Ethernet. По спецификациям IEEE сети Ethernet подразделяют по скорости передачи данных: 10Base-T (10 Мбит/с), 100Base-T/TX (100 Мбит/c) и 1000Base-T (1Гбит/c). Для специфичных конструкционных решений в области строительства сети, так же находит применение и многопарный тип кабеля.
Как правильно выбрать витую пару? На какие конструктивные отличия нужно обратить внимание при строительстве собственной сети Ethernet?
Витая пара состоит из проводника и внешней оболочки. Возможны конструктивные дополнения, такие как, экранирование и наличие подвесного элемента.
1. Проводники в витой паре, обычно, изготовлены из:
-
Меди
-
Омедненного алюминия (copper covered aluminum, CCA)
Самыми лучшими характеристиками обладает медь из-за высокой проводимости и хороших механических свойств. Однако, из-за постоянного роста цен на невозобновляемые природные ресурсы планеты применение кабеля из меди, в современных сетях, стало экономически неэффективно.
Поэтому, для высокочастотных кабелей типа UTP где высокочастотный ток вытесняется в тонкий слой поверхности проводника, вследствии скин-эффекта, применяют омедненный алюминий. Кабель при этом не теряет свои проводниковые свойства, но становится значительно дешевле. Естественно, механические характеристики меди находятся на более высоком уровне, и если кабель в период эксплуатации будет подвергаться многократным механическим воздействиям, за это придется заплатить.
Наша компания, «СкладКабель», гарантирует стабильные характеристики своих кабелей марки CCA. Проводит постоянные тестирования поступающей продукции.
Цены на медь растут из года в год, а спрос на этот ресурс не падает. Что же делать производителю в такой ситуации? Естественно, что в первую очередь приходит в голову, это – сэкономить на меди. Но как?
Первый способ – это не соблюдать стандарты на сечение проводника, а второй – это сэкономить, собственно, на количестве и качестве меди.
Так, некоторые компании изобрели следующий маркетинговый ход – производить кабель с сечением, которое находится между стандартными типоразмерами AWG. Например не 24 AWG, а 26 AWG. Такие сечения тяжело сравнивать, они как правило «чуть-чуть» меньше стандартных. Менеджеры по продажам убеждают в том, что это 24 AWG или «почти» 24 AWG, и тому подобное. Но правда в том, что витая пара используется с разъемами RJ-45. При использовании витой пары меньшего диаметра, чем 24AWG, разъем может соскочить с кабеля в любой момент. Нельзя экономить на толщине. Это очень важно для отличной коммутации с оборудованием и идеальной работы с обжимным инструментом. Качественная витая пара, прежде всего, должна соответствовать стандарту AWG 24.
AWG (American Wire Gauge), это – общепринятый калибр проводов. Проволоку изготавливают волочением, т.е. под давлением заготовка круглого или фасонного профиля протягивается через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки. В результате поперечные размеры изделия уменьшаются, а длина увеличивается. Номер (калибр), обозначает количество проходов через уменьшающиеся отверстия, прежде чем получится нужный диаметр. Например, толстая (больше 8 мм) проволока AWG «0″ только после 24 протягиваний превращается в AWG «24″ диаметром 0,5106 мм.
Некоторые недобросовестные производители осознав, что основным критерием выбора кабеля в мире является цена, стали использовать вместо меди различные подозрительные сплавы, содержание меди в которых очень мало, а качество ее сомнительно.
Помимо калибра, кабель подразделяется на категории, которые определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории, обычно, сложнее в производстве. Так, каждая пара кабеля категории 5, имеет больше витков на единицу длины, чем кабель категории 3. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт) и в международном стандарте ISO 11801. Для построения компьютерных сетей Ethernet 10/100/1000Base-T, в основном, используется 2х и 4х парка соответствующая категории 5е. При использовании 2 пар, скорость передачи данных до 100 Мбит/с, и до 1000 Мбит/с, при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым. Его преимущество в более низкой себестоимости и меньшей толщине оболочки.
Как проверить витую пару? Во-первых, измерить сечение жилы микрометром на соответствие AWG 24, во-вторых, визуально проверить провод на наличие слоя меди (обмедненный), толщину этого слоя, либо на однородность среза (медь). И третье, произвести тестирование характеристик кабеля.
Практический интерес имеют следующие параметры кабеля:
· затухание;
· переходное затухание (NEXT);
· волновое сопротивление;
· сопротивление постоянному току;
В кабелях UTP, категории 5 и выше, проводники в парах свиваются с различным шагом. Качество скрутки, точность ее изготовления, а так же, однородность диэлектрика – напрямую связаны с помехозащищенностью витой пары. Подавление помех в витой паре основано на том, что падающая электромагнитная волна помехи наводит в проводах витой пары синфазные напряжения, которые должны быть равны на протяжении всей длинны кабеля. Помеха наводит строго одинаковые сигналы на проводники витой пары в любой момент времени. При поступлении равных напряжений на входы дифференциального усилителя выходное напряжение Uвых будет равно нулю. Это означает, что десятки вольт синфазной помехи превратятся в доли процента аддитивной помехи милливольтного полезного сигнала.
Но, даже самый лучший дифференциальный приемник ничего не сможет поделать с несимметричной кабельной системой изготовленной с нарушением норм. Усилия приемника по подавлению синфазного сигнала окажутся бесполезными поскольку на его входы изначально придут сигналы помехи в разных фазах.
Не менее вредны отклонения волнового сопротивления витой пары от заданного по причине неточности изготовления и неоднородности диэлектрических характеристик. Если волновое сопротивление витой пары отклоняется от стандартного в линии появляются стоячие волны, а в ее комплексном сопротивлении – реактивная составляющая (емкостная или индуктивная) в зависимости от физической длинны кабеля. Любая емкость или индуктивность приводит к искажению формы сигнала и к изменению фронтов, а пологие фронты являются источником ложных срабатываний приемников. Отсюда, как следствие, возникновения ошибок при передачи данных.
Следовательно, не стоит ждать рекордной помехозащищенности, отсутствия ошибок, больших расстояний и высоких скоростей передачи данных от кабеля изготовленного непроверенным производителем.
2. Внешняя оболочка.
От внешних физических воздействий витую пару предохраняет внешняя оболочка. Она, так же, придает кабелю внешний вид и обеспечивает устойчивость к горению. Наличие и качество внешней оболочки и внутренняя изоляция кабеля определяет электрические и механические характеристики кабеля, их стабильность на протяжении срока службы и характер деградации характеристик в процессе старения.
Внешняя оболочка имеет толщину 0.5 – 0.9 мм, в зависимости от категории кабеля, и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза сделанного отрезным инструментом.
ПВХ (PVC) или поливинилхлорид, является наиболее традиционным изоляционным материалом. ПВХ – это эластичный, достаточно прочный и негорючий диэлектрик, который, по причине невысокой водостойкости используется для внутренней прокладки. Температурный диапазон от -20°C до +60°С.
Еще один изоляционный материал – Полиэтилен ( ПЕ, PE) обладает целой комбинацией выдающихся качеств. Во первых, он прочный и достаточно жесткий, хорошо защищает от влаги, подходит для наружной прокладки, имеет широкий рабочий диапазон температур (от -60°С до +80 °С), и все это – по очень приемлемой цене. Но, к сожалению, полиэтилен очень хорошо горит.
Существует, так же, хлорированный полиэтилен (ХПЭ, CPE) , который обладает высокой химической стойкостью, к тому же не горит. Хлорированный полиэтилен имеет рабочие температуры от -35°C до +90°С.
Существует, так же, множество других изоляционных материалов не получивших массового распространения по тем или иным причинам, такие, как например, безгалогенные негорючие компаунды ( LSNH, LSZH, LSOH, FRNC). Галогены – чрезвычайно ядовитые, летучие и химически активные вещества, вступающие в реакцию практически со всеми простыми веществами. Галогены интенсивно выделяющиеся при горении полимеров являются основной причиной тяжелых отравлений при пожарах. Существуют международные нормы ограничивающие применение галогеносодержащих материалов в жилых и офисных помещениях.
3. Экранирование.
Это средство защиты витой пары от внешних помех электрического свойства. Наличие «экрана» увеличивает стоимость изделия, но необходимо, если кабель располагается вблизи источника высокочастотных помех, высоковольтных проводов и т.д.
По виду экранирования витая пара подразделяется на:
- неэкранированную (англ. UTP — Unshielded twisted pair) — без защитного экрана;
- экранированную (англ. STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
- фольгированную (англ. FTP или F/UTP — Foiled twisted pair) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
- фольгированно-экранированную (англ. S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки, и каждая пара в фольгированной оплетке;
Для внешней, уличной прокладки, используется кабель с несущим силовым элементом. Трос или проволока, используемые в качестве силового элемента, предохраняют витую пару от внешних механических воздействий. С появлением на рынке оптоволоконного кабеля соизмеримого по стоимости с «усиленной» витой парой, область применения последней значительно сузилась. Ведь оптическое волокно легче, а объемы и скорость передачи информации по ней значительно выше.