Кабелі на основі кручених пар

Кручені пари проводів використаються в дешевих й сьогодні, мабуть, самих популярних кабелях. Кабель на основі кручених пар являє собою кілька пар скручених попарно ізольованих мідних проводів у єдиній діелектричній (пластиковій) оболонці. Він досить гнучкий і зручний для прокладки. Скручування проводів дозволяє звести до мінімуму індуктивні наведення кабелів один на одного й знизити вплив перехідних процесів.

Звичайно в кабель входить дві  або чотири кручені пари.

Неекрановані кручені пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також від підслуховування, що може здійснюватися з метою, наприклад, промислового шпигунства. Причому перехоплення переданої по мережі інформації можливе як за допомогою контактного методу (наприклад, за допомогою двох голок, уткнутих у кабель), так і за допомогою безконтактного методу, що зводиться до радіоперехоплення випромінюваних кабелем електромагнітних полів. Причому дія перешкод і величина випромінювання збільшується з ростом довжини кабелю. Для усунення цих недоліків застосовується екранування кабелів.

У випадку екранованої кручений пари STP кожна із кручених пар міститься в металеву оплітку-екран для зменшення випромінювань кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних перешкод і зниження взаємного впливу пар проводів одна на одну (crosstalk – перехресні наведення). Для того щоб екран захищав від перешкод, він повинен бути обов’язково заземлений. Природно, екранована кручена пара помітно дорожче, ніж неекранована. Її використання вимагає спеціальних екранованих рознімань. Тому зустрічається вона значно рідше, ніж неекранована кручена пара.

Основні достоїнства неекранованих кручених пар – простота монтажу рознімань на кінцях кабелю, а також ремонту будь-яких ушкоджень у порівнянні з іншими типами кабелю. Всі інші характеристики в них гірше, ніж в інших кабелів. Наприклад, при заданій швидкості передачі загасання сигналу (зменшення його рівня в міру проходження по кабелі) у них більше, ніж у коаксіальних кабелів. Якщо врахувати ще низьку перешкодозахищеність, то зрозуміло, чому лінії зв’язку на основі кручених пар, як правило, досить короткі (звичайно в межах 100 метрів). Зараз кручена пари використається для передачі інформації на швидкостях до 1000 Мбіт/с, хоча технічні проблеми, що виникають при таких швидкостях, украй складні.

Відповідно до стандарту EIA/TIA 568, існують п’ять основних і дві додаткові категорії кабелів на основі неекранованої крученої пари (UTP):

• Кабель категорії 1 – це звичайний телефонний кабель (пари проводів не кручені), по якому можна передавати тільки мову. Цей тип кабелю має великий розкид параметрів (хвильового опору, смуги пропущення, перехресних наведень).
• Кабель категорії 2 – це кабель із кручених пар для передачі даних у смузі частот до 1 Мгц. Кабель не тестується на рівень перехресних наведень. У цей час він використається дуже рідко. Стандарт EIA/TIA 568 не розрізняє кабелі категорій 1 й 2.
• Кабель категорії 3 – це кабель для передачі даних у смузі частот до 16 Мгц, що складається із кручених пар з дев’ятьма витками проводів на метр довжини. Кабель тестується на всі параметри й має хвильовий опір 100 Ом. Це найпростіший тип кабелів, рекомендований стандартом для локальних мереж. Ще недавно він був найпоширенішим, але зараз повсюдно витісняється кабелем категорії 5.
• Кабель категорії 4 – це кабель, що передає дані в смузі частот до 20 Мгц. Використається рідко, тому що не занадто помітно відрізняється від категорії 3. Стандартом рекомендується замість кабелю категорії 3 переходити відразу на кабель категорії 5. Кабель категорії 4 тестується на всі параметри й має хвильовий опір 100 Ом. Кабель був створений для роботи в мережах по стандарту IEEE 802.5.
• Кабель категорії 5 – у цей час самий поширений кабель, розрахований на передачу даних у смузі частот до 100 Мгц. Складається із кручених пар, що мають не менш 27 витків на метр довжини (8 витків на фут). Кабель тестується на всі параметри й має хвильовий опір 100 Ом. Рекомендується застосовувати його в сучасних високошвидкісних мережах типу Fast Ethernet й TPFDDI. Кабель категорії 5 приблизно на 30-50% дорожче, ніж кабель категорії 3.
• Кабель категорії 6 – перспективний тип кабелю для передачі даних у смузі частот до 200 (або 250) Мгц.
• Кабель категорії 7 – перспективний тип кабелю для передачі даних у смузі частот до 600 Мгц.

Відповідно до стандарту EIA/TIA 568, повний хвильовий опір найбільш поширених кабелів категорій 3, 4 й 5 повинний становити 100 Ом ±15% у частотному діапазоні від 1 Мгц до максимальної частоти кабелю. Вимоги не дуже жорсткі: величина хвильового опору може перебувати в діапазоні від 85 до 115 Ом. Тут же слід зазначити, що хвильовий опір екранованої кручений пари STP по стандарту повинне бути рівним 150 Ом ±15%. Для узгодження опорів кабелю й устаткування у випадку їхньої розбіжності застосовують трансформатори (Balun). Існує також екранована кручена пара із хвильовим опором 100 Ом, але використається вона досить рідко.

Стандарт визначає також максимально припустиму величину робочої ємності кожної із кручених пар кабелів категорії 4 й 5. Вона повинна становити не більше 17 нФ на 305 метрів (1000 футів) при частоті сигналу 1 кгц і температурі навколишнього середовища 20°С.

Для приєднання кручених пар використаються рознімання (конектори) типу RJ-45, схожі на рознімання, що використовуються в телефонах (RJ-11), але трохи більші по розміру. Рознімання RJ-45 мають вісім контактів замість чотирьох у випадку RJ-11. Приєднуються рознімання до кабелю за допомогою спеціальних обтискних інструментів. При цьому золочені голчасті контакти рознімання проколюють ізоляцію кожного проводу, входять між його жилами й забезпечують надійне і якісне з’єднання. Треба враховувати, що при установці рознімань стандартом допускаються разплетіння крученої пари кабелю на довжину не більше одного сантиметру.

Найчастіше кручені пари використаються для передачі даних в одному напрямку (точка-точка), тобто в топологіях типу зірка або кільце. Топологія шина звичайно орієнтується на коаксіальний кабель. Тому зовнішні термінатори, що завершують непідключені кінці кабелю, для кручених пар практично ніколи не застосовуються.

Кабелі випускаються із двома типами зовнішніх оболонок:

• Кабель у полівінілхлоридній (ПВХ, PVC) оболонці дешевше й призначений для роботи в порівняно комфортних умовах експлуатації.
• Кабель у тефлоновій оболонці дорожче й призначений для більше жорстких умов експлуатації.

Кабель у ПВХ оболонці називається ще non-plenum, а в тефлоновій – plenum. Термін plenum позначає в цьому випадку простір під фальшполом і над підвісною стелею, де зручно розміщати кабелі мережі. Для прокладки в цих схованих від очей просторах саме зручніше кабель у тефлоновій оболонці, що, зокрема, горить набагато гірше, ніж ПВХ – кабель, і не виділяє при цьому отрутних газів у великій кількості.

Ще один важливий параметр будь-якого кабелю, що жорстко не визначається стандартом, але може істотно вплинути на працездатність мережі, – це швидкість поширення сигналу в кабелі або, інакше кажучи, затримка поширення сигналу в кабелі розраховуючи на одиницю довжини.

Виробники кабелів іноді вказують величину затримки на метр довжини, а іноді – швидкість поширення сигналу щодо швидкості світла (або NVP – Nominal Velocity of Propagation, як її часто називають у документації). Зв’язані ці дві величини простою формулою:

t_з =1/(3 × 10⁸ × NVP)

де t_з – величина затримки на метр довжини кабелю в наносекундах. Наприклад, якщо NVP=0,65 (65% від швидкості світла), то затримка t_з буде дорівнювати 5,13 нс/м. Типова величина затримки більшості сучасних кабелів становить близько 4—5 нс/м.

Варто також відзначити, що кожний із проводів, що входять у кабель на основі кручених пар, як правило, має свої кольори ізоляції, що істотно спрощує монтаж рознімань, особливо в тому випадку, коли кінці кабелю перебувають у різних кімнатах, і контроль за допомогою приладів утруднений.

Прикладом кабелю з екранованими крученими парами може служити кабель STP IBM типу 1, що містить у собі дві екрановані кручені пари AWG типу 22. Хвильовий опір кожної пари становить 150 Ом. Для цього кабелю застосовуються спеціальні рознімання, що відрізняються від рознімань для неекранованої кручений пари (наприклад, DB9). Є й екрановані версії рознімання RJ-45.