8.2.3 Кабель "скручена пара"

Кабель "скручена пара" є зараз найпоширенішим середовищем

передавання у локальних комп’ютерних мережах завдяки своїй відносно

невеликій вартості та високим електричним характеристикам.

Конструктивно кабель "скручена пара" складається з чотирьох пар

мідних ізольованих провідників скручених між собою по довжині. В кожній

парі провідники також скручені між собою. Цим досягається незалежність

сигналів (навіть малої амплітуди), що передаються кабелем, від впливу

зовнішніх електромагнітних завад. Така незалежність дозволяє передавати

сигнали без проміжного підсилення на відносно велику відстань (до 2 км) з

достатньо великою швидкістю (до 1 Гбіт/с).

В залежності від конструкції кабелі поділяють на:

неекрановані (UTP - Unshielded Twisted Pair);

фольговані (FTP - Folded Twisted Pair);

екрановані (STP - Shielded Twisted Pair).

Механічна міцність кабелю дуже низька із-за необхідності під час

монтажу та експлуатації забезпечувати збереження геометрії розташування

провідників всередині кабелю. Порушення цієї геометрії призводить до

погіршення його електричних характеристик. З цієї причини кабель "кручена

пара" повинен прокладатись виключно у спеціальних коробах з дотриманням

усіх необхідних технологічних вимог.

Фізичний опис.

Кабелі “скручена пара” є найбільш поширеним передавальним середовищем для аналогових та цифрових даних.

Скручена пара складається з двох ізольованих провідників, розташованих один відносно одного у вигляді правильних спіралей за певним взірцем. В телефонії застосовують кабелі з мідними або сталевими провідниками з мідним покриттям; мідь забезпечує провідність, а сталь - міцність. Пара провідників діє як окреме комунікаційне сполучення. Звичайно декілька таких пар розміщені разом в кабелі і отчені захисною оболонкою. Для великих відстаней кабелі можуть містити сотні пар. Скручування індивідуальних пар мінімізує електромагнітну інтерференцію між ними. Змінюючи довжину скруток у сусідніх парах, можна змінімізувати здатність до завад (інтерференції) між парами в одній кабельній оболонці. Товщина провідників у парі звичайно лежить в межах від 0.4 мм до 0.91 мм. Кабелі типу "скручена пара" дуже поширені, зокрема в телефонії. Однак з часом сигнали стають все складнішими і швидкість їх передавання зросла від 1200 б/с до понад 100 Мб/с. Багато джерел завад можуть спотворити ці сигнали. Коаксіальні кабелі та оптоволоконні кабелі були опрацьовані для широкосмугових застосувань і підтримують новітні технології, однак і кабелі типу "скручена пара" можуть передавати сигнали з великою швидкістю.

Відомі два основні види кабелів типу "скручена пара" - неекранований (Unshielded Twisted Pair - UTP) і екранований (Shielded Twisted Pair - STP). Ці кабелі, особливо UTP, звичайно дешевші від коаксіальних кабелів. Іншою їх перевагою є те, що вони часто застосовуються в новітніх будинках також для сучасих телефонних систем. Число пар провідників у кабелях UTP такого призначення може лежати в межах від 2 до 100. UTP з чотирьома парами провідників може використовуватися як для телефонних, так і для комп’ютерних систем. Кабелі UTP наявні в п’ятьох Категоріях, від 1 до 5, які мають різні характеристики. З’єднувачі для кабелів UTP позначають RJ-45. В загальному порівняння кабелів UTP з іншими типами кабелів приводить до висновку, що вони простіші з точки зору додавання нових комп’ютерів до мережі, їх переміщення, знаходження і корекції проблем з кабелями, обслуговування комп’ютерів.

Деякі кабелі типу "скручена пара" мають металеві екрани для зменшення здатності до сприйняття електромагнітних завад (Electromagnetic Interference - EMI). Електромагнітні завади можуть бути викликані різними джерелами, такими як електромотори, лінії електропередачі, потужними радіосигналами і створюють шуми в кабелі. Кабелі STP містять провідники, що переносять сигнали, всередині провідного екрану. На перший погляд здається, що ці провідники фізично відділені від джерел завад, однак насправді це не так. Подібно до інших провідників, екран діє як антена, перетворюючи електромагнітне поле завад в струм, який тече по екрані, коли він правильно заземлений. Цей струм у свою чергу викликає синфазні та протифазні струми у провідниках скрученої пари. Доки ці два струми симетричні, вони компенсують один одного і не викликають шумів у приймачі. Однак будь-яка неоднорідність в екрані або інша асиметрія між струмом в екрані та струмами в скручених провідниках викликає появу завад (шумів). Кабелі STP ефективні при запобіганні випромінюванню та блокуванні інтерференції тільки доти, доки сполучення екрановане від одного кінця до іншого і правильно заземлене. Кожна компонента системи з екранованим кабелем повинна бути також повністю екранована. Кабелі STP більш широко застосовуються до мереж Token Ring.

Кабелі STP мають також недоліки; наприклад, їх загасання зростає на високих частотах і їх баланс (або повздовжні втрати перетворення - longitudinal conversion loss) зменшується, якщо вплив екрану не компенсується, що приводить до перехресних зв'язків та шумів. Ефективність екранування залежить від матеріалу екрану, його товщини, типу поля електромагнітної завади, його частоти, відстані від джерела шуму до екрану, будь-яких неоднорідностей екрану та структури заземлення. У загальному випадку не можна гарантувати, що сам екран не містить дефектів.

Деякі кабелі STP мають товстий плетений екран. Ці кабелі важчі, товстіші і твердіші від їх відповідників - кабелів UTP. Окремі кабелі STP використовують відносно товсту оболонку понад зовнішнім фольговим екраном. Ці кабелі називають screened twisted pair (ScTP) або foil twisted pair (FTP), вони тонші та дешевші від кабелів з товстим плетеним екраном. Однак вони не простіші при укладанні, бо необхідно жорстко контролювати дотримання вимог щодо мінімального радіусу згину та максимального зусилля натягу; інакше екран може обірватися.

З другого боку, кабелі UTP не базуються на фізичному екрануванні для запобігання інтерференції, а тільки на техніці балансування та фільтрації за допомогою фільтрів та симетризаторів. Завади однаково індукуються в двох провідниках і компенсуються в приймачі. Для правильно спроектованих та виготовлених кабелів ця техніка простіша в обслуговуванні, ніж дотримання нерозривності екрану і заземлення для кабелів STP.

Техніка кабелів UTP розвивалася протягом років і тепер наявні їх різні варіанти для різноманітних потреб. Все ще наявні базові телефонні кабелі. Багаторічні вдосконалення, такі як варіанти скруток або індивідуальні оболонки провідників чи зовнішніх оболонок, привели до опрацювання кабелів UTP Категорії 3 (для ширини смуги до 16 Мгц), Категорії 4 (для ширини смуги до 20 Мгц) і Категорії 5 (для ширини смуги 100 Мгц і більше) відповідно до стандарту EIA/TIA 568. Оскільки кабелі UTP є легкі, тонкі і гнучкі, а також надійні, недорогі і придатні до різносторонніх застосувань, то мільйони вузлів оснащені кабелями UTP, у тому числі для високошвидкісних застосувань. Кабелі UTP можуть використовуватися як частина структурованої кабельної системи.

Кабелі UTP звичайно укладають з дотриманням топології зірки, оскільки з цим пов’язані переваги при пошуку несправностей. Хоч більшість технологій потребують тільки двох пар (4 провідники), але різні типи мереж застосовують різні пари. Телефонія потребує одну пару для однієї телефонної лінії. Якщо укладена 4-парна кабельна система, то вона може підтримувати будь-яку прийнятну комбінацію без необхідності внесення змін у сполучення (встановлення нових з’єднувачів) при зміні типу мережі.