Tipuri de cabluri utilizate in instalatii de telefonie, cablu TV, internet

Tipuri de cabluri utilizate in instalatii de telefonie, cablu TV, internet

In domeniul transmisiei de date, firele de cupru reprezinta cel mai vechi suport de utilizat.In continuare marea problema a retelelor de date este aceea ca folosesc fire de cupru in diferite forme, niveluri de calitate etc.

Transmisia pe fire de cupru se bazeaza pe propagarea unui semnal electric care trebuie sa ramana intre anumiti parametrii specificati de tehnologie, pe parcursul drumului intre sursa si destinatie.In functie de structura lor si de parametrii specifici ai mediului de transmisie cablurile de cupru se impart in doua mari categorii:

Coaxiale;

torsadate.

Cabluri coaxiale

Principalele momente din istoria cablului coaxial :

1880 cablul coaxial este brevetat in Anglia de Oliver Heaviside

1884 cablul coaxial este brevetat in Germania de Ernst Werner von Siemens dar fara

cunoasterea aplicativitatii

1894 Oliver Lodge demonstreaza transmisa de unde la Institutul Regal. Nikola tesla

primeste brevetul american pentru cablul coaxial

1929 primul cablu coaxial modern este brevetat de Lloyd Espenscheid si Herman  

Affel de la AT&T Bell Telephone Laboratories

1936 prima transmisie TV cu cabluri coaxiale de la Olimpiada de vara intre Berlin si

Leipzig

1936 prima instalatie de cablu coaxial subacvatica intre Apollo Bay, langa Melbourne,

Australia, si Stanley, Tasmania. Cablul de 300 Km putea conduce un canal de

difuzare si 7 canale telefonice

1936 AT&T instaleaza un cablu coaxial telefonic si de televiziune intre New York si

Philadelphia, cu statii de aamplificare la fiecare 10 mile. Terminat in decembrie,

acesta putea transmite 240 de apeluri telefonice simultan

1936 cablul coaxial este folosit de oficiul postal britanic intre Londra si Birmingham

putand transmite 40 de apeluri telefonice simultan

1941 prima utilizare comerciala in SUA de AT&T intre Mineapolis, Minnesota si

Steven Point, Wisconsin. Sistemul avea o capacitate de un post TV sau 480 de  

circuite telefonice

1956 prima legatura transatlantica la care s-a folosit cablu coaxial

Cablul coaxial este un cablu electric care se compune dintr-un fir conductor inconjurat de un material izolator, inconjurat de un alt imvelis conductor la randul sau acoperit de un ultim strat izolator.

Acesta este ultilizat pentru treansmisiuni de inalta frecventa sau pentru semnale de banda larga.

Deoarece campul electromagnetic purtator al semnalului exista doar in spatiul dintre cei doi conductori el nu poate interfera sau permite interferente cu alte campuri electromagnetice externe.

Figura 1 Cablul Coaxial

Un cablu coaxial este format dintr-o sarma de cupru dura,protejata de un material izolant.Acest material este incapsulat intr-un conductor circular, de obicei sub forma unei plase strans intesute.Conductorul exterior este acoperit cu un invelis de plastic protector,acesta fiind si provenienta denumirii de, 'co-axial ', (datorita acestei axe unice date de miezul de cupru).

Exista mai multe tipuri de cabluri coaxiale,utilizate in diferitele domenii mentionate anterior.De exemplu,pentru Ethernet 10Base2,folosim un cablu coaxial numit RG-58,avand impedanta de 50 ohmi,lungimea maxima fiind de 185 metri,iar viteza maxima de transmisie este de 10 Mbps.Cablurile coaxial RG-59 sunt folosite in transmisiile TV,cu singura mentiune ca impedanta acestora este de 75 ohmi.

Dintre conectorii folositi pentru cablurile coaxial mentionam BNC (folosit pentru retele de calculatoare si aplicatii video) si type-F (folosit pentru CATV).

Proprietati si principii de functionare

Liniile cu fire neacoperite au proprietatea ca undele electromagnetice propagate se extind si in spatiul inconjurator firelor. Aceste linii au pierderi mici dar deasemenea caracteristici nedorite.Ele nu pot fi indoite, rasucite sau sa primeasca alta forma fara sa-si schimbe impedanta caracteristica.De asemenea nu pot fi legate de vreun material conductor deoarece apar curenti cauzatori de radiatii nedorite si defazaje ale liniei.

Proiect: Lucrare de licenta marketing si afaceri economice internationale - dezvolatrea mixului de marketing in cadrul companiei sc.petrom. sa Proiect: Modelul comunicarii in negocieri - modelul structural

Cablul coaxial rezolva aceste probleme limitand unda electromagnetica in zona dintre conductorul intern si cel extern, numit si invelis metalic.

Transferul de energie are loc in totalitate prin dielectricul dintre cei doi conductori. Astfel liniile coaxiale pot fi indoite si partial rasucite fara efecte negative si pot fi legate suporturi conductoare fara aparitia unor curenti indusi.

Pentru aplicatiile in radio frecventa de pana la cativa gigahertzi unda electromagnetica se propaga doar in mod electromagnetic transversal ceea ce inseamna ca atat campul magnetic cat si cel electric sunt perpendiculare pe directia de propagare.

Sub o anumita frecventa (frecventa de taiere) modul electric transversal sau/si modul magnetic transversal se pot propaga deasemnea. Nu este de dorit sa se transmita semnale sub frecventa de taiere deoarece se pot cauza multiple moduri cu diferite faze de propagare interferand intre ele.

In cablurile coaxiale pot apare "scurgeri" ale campului electromagnetic prin invelisul metalic. Un invelis ideal ar fi un tub metalic solid cu o conductivitate perfecta si foarte bine legat de conectorul de la capat. Cum niciun camp electric nu poate exista in interiorul unui conductor ideal si campul electromagnetic nu poate exista fara componenta electrica atunci se poate spune ca nicio radiatie electromagnetica nu poate trece printr-un conductor ideal. Cablurile reale au un invelis conductor imperfect care inevitabil contin goluri.

Se pot masura tensiuni mici in interiorul invelisului cauzate de campul electromagnetic extern. S-a ajuns la concluzia ca scurgerile normale pot ajunge la 90 dB. Aceste scurgeri exista in golurile din invelis sau din cauza unui slab contact intre cablu si conector.

Golurile sunt mai mici cand se utilizeaza o folie metalica pentru teaca dar aceasta este din ce in ce mai rigida odata cu scaderea grosimii. Astfel un strat subtire este deseori inconjurat de un strat impletit de metal care ofera o mai mare flexibilitate pe anumite portiuni. Desi aceste scurgeri teoretic modifica impedanta unui cablu, in practica efectele sunt neglijabile. Sursele externe de curent introduc tensiuni de-alungul inductantei conductorului extern intre emitor si receptor. Acest efect este mai mic atunci cand sunt cateva cabluri in paralel deoarece se reduce inductanta si totodata tensiunea. Conductorul extern conduce potentialul de referinta pentru semnalul conductorului intern circuitul receptormasoara o tensiune gresita. Efectul trnsformatorului este folosit cateodata pentru atenuarea efectelor curentilor indusi in cusca lui Faraday.

Datorita structurii sale si a izolarii foarte bune, cablul coaxial prezinta urmatoarele avantaje fata de alte tipuri de cablu de cupru:

-comportare foarte buna in frecventa

-poate acoperi o banda foarte larga, de la frecvente joase pana la UHF(ultra high frequency)-  

ceea ce il face ideal pentru transmisii de video analogic(televiziune prin cablu),insa si pentru

tehnologii digitale moderne de transmisie de date,cum ar fi E3.

- poate fi folosit pe distante mai mari fata de cablurile torsadate.

- sunt mai ieftine decat cel cu fibra optica.

Dezavantajul major il constitue faptul ca nu suporta pentru Etheret o latime de banda mai mare de la 10Mbs, ceea ce este mult prea putin pentru cerintele retelelor actuale, motiv pentru care in acest domeniu a fost inlocuit cu cablul torsodat.

Alt mare dezavantaj este ca, prin natura sa este un mediu partajat (shared media) si nu poate oferi un grad minim de securitate.

Mai exista cateva dezavantaje de importanta mai mica din care mentionam: desi ofera o imunitate buna la interferentele electromagnetice,pentru acesta trbuie impamantat la un capat.

Cablul coaxial poate fi conectat cu ajutorul unor conectori TNC- threaded Neill-Concelman si BNC- bayonet Neill-Concelman

Figura 2

Conectori BNC si TNC

Parametrii

Parametrii principali ai cablului coaxial sunt:

Impedanta caracteristica masurata in ohmi e calculata dupa formula

Intrucat proprietatile dielectricului pentru materialul interior nu variaza foarte mult, impedanta este independenta de frecventa

Capacitatea masurata in farazi/metru

Rezistenta masurata in ohmi pe metru

Atenuarea masurata in decibeli/metru [vezi Anexa 1].

Aceasta este dependenta de pierderile in dielectricul care umple cablul si de pierderile

rezistive din conductorul central si invelisul metallic [cusca lui Faraday]. Aceste

pierderi sunt dependente si de frecventa, pierderile crescand daca frecventa scade

Diametrul interior

Viteza de propagare care depinde de tipul dielectricului

Frecventa de taiere

Clasificare

Cablurile coaxiale se impart in mai multe categorii in functie de anumiti parametrii.

a) Dupa rigiditatea invelisului pot fi:

- cabluri rigide;

- cabluri flexibile.

Tipurile rigide au un invelis dur in timp iar cele flexibile au un invelis metalic impletit din fire subtiri de cupru. De asemenea dielectricul din interior poate fi solid sau perforat.

b) Dupa impedanta caracteristica cablurile pot fi:

- cu impedanta de 52 Ω sau 77 Ω. Valorile impedantelor au fost determinate experimental in 1929 la Laboratoarele Bell si aveau valori de 30 Ω, 60 Ω si 75 Ω.

cu o impedanta de 30 Ω erau foarte greu de realizat astfel ca s-a ajuns la valoarea de 52 Ω ca un compromis intre valorile de 30 Ω si 60 Ω, iar 73 Ω este valoarea exacta pentru o antena cu dipol in aer liber. Astfel s-a ajuns la valoarea de 75 Ω de asemenea ca u copromis intre valorile de 73 Ω si 77 Ω.

c) Dupa tipul materialului izolant cablurile pot fi :

- cu polietinlena [PE - RG59, RG6] ;

- Politetrafluoroetilena [PTFE];

- teflon [RG179, RG178, RG180 BU] etc.

Primele cabluri coaxile aparute sunt cele de tipul 10Base5 [standardul IEEE 802.3

Thicknet deasemenea stiut sub numele de Ethernet] si 10base2 [thinnet].

Cel mai raspandit tip de cablu este RG/6. Acesta este disponibil sub mai multe forme. Exista cabluri destinate interiorului sau exteriorului casei, cabluri "inundate" umplute cu material rezistent la apa pentru utilizari la conducte subterane sau "messenger" care este rezistent la apa dar contine si un fir de otel de-alungul sau pentru a descarca eventualele tensiuni aparute.

Alte tipuri de cabluri sunt :

cablul triaxial (triax) este un cablu coaxial care are un al treilea rand de dielectric si material conductor. Scutul extern care este impamantat protejeaza scutul intern de interferente electromagnetice din afara sursei.

Twinax este un cablu format din doua bucati rasucite printr-un scut cilindric.

Biax etse format din doau cabluri coaxiale de 50Ω folosit in retele de calculatoare.

Cablul coaxial semi rigid utilizeaza o teaca dura de cupru. Acest cablu ofera o ecranare superioara in comparatie cu alte tipuri de cabluri chiar si la frecvente inalte.marele dezavantaj este acela dupa cum spune si numele ca nu este flexibil.

Figura 3 Cablul triaxial si cablul twinax

Utilizari

Cablurile scurte sunt frecvent utilizate pentru a conecta echipamente video casnice, in anumite aplicatii radio si in masurari electronice. S-au folosit pentru implementarea retelelor locale de calculatoare, inspecial Ethernet, dar cablurile torsadate le-au inlocuit in majoritatea aplicatiilor exceptie facand utilizatorii de modemuri pentru accesul la internet.

In difuzarile radio si alte aplicatii radio se folseste linia dura. Aceasta este un cablu coaxial la care scutul exterior este un tub rigid sau semi rigid. Linia dura este foarte groasa avand cel putin 13 mm si ajungand pana la de cateva ori pe atat. Linia dura este deseori realizata pentru a fi presurizata cu azot sau aer uscat ceea ce ii confera un dieectric excelent chiar si in conditii grele de lucru.

Cablurile coaxiale de mare lungime se folosesc pentru a conecta retele radio si de televiziune, desi au fost inlocuite la scara larga de alte metode mai eficiente (fibra optica, comunicatii prin satelit). Acesta ramane insa principala destinatie a cablului coaxial si inca mai este folosit de majoritatea utilizatorilor de televizoare.

Cablurile coaxiale de mici dimensiuni se folosesc in echipamente militare si in alte echipamente de scanare cu ultrasunete.

Principalele impedante utilizate sunt de 50 sau 52 ohmi si 75 ohmi desi exista si cabluri cu alte impedante utilizate in anumite aplicatii.

Cablurile de 50/52 ohmi sunt des utilizate in scopuri industriale si comerciale in special pentru aplicatii radio cu dublu sens (radio, telecomunicatii), desi cablul de 75 ohmi este cel obisnuit pentru difuzarile de televiziune si radio.

Cabluri torsodate

Cablurile torsodate sunt astfel concepute incat sa previna interferentele intre campurile electrice cauzate de transmisia datelor la frecvente mai mari.

Un cablu torsodat este format din mai multe perechi compuse din doua fire de cupru izolate, avand o grosime tipica de 1 mm.

Firele sunt impletite intr-o forma elicoidala,pentru a reduce interferenta electrica (doua fire paralele constitue o antena, daca le impletim nu mai formeaza o antena).

Interferentele pot fi cauzate de campurile electrice induse de alte fire din interiorul aceluiasi cablu sau de surse exterioare.

Metodele prin care se incearca reducerea la minim a acestor interferente sunt mai multe dintre care mentionam :

- torsodarea cablurilor doua cate doua,formandu-se astfel mai multe perechi in interiorul

carora campurile electrice create de cele doua fire se anuleaza ;

- transmiterea semnalului in mod balansat (semnalul util se transmite ca fiind diferenta intre

semnalele electrice dintre cele doua fire din cadrul unei perechi ;in acest fel,atunci cand apar

interferente electrice de la surse exterioare cablului,acestea afecteaza in mode gal ambele

fire,astfel incat diferenta dintre acestea ramane constanta,semnalul fiind nealterat) ;

- ecranarea cablurilor(metoda de prevenire a interferentelor electrice exterioare).

Din punct de vedere al ecranarii  exista doua categorii de cabluri torsodate:

- neecranate (unshielded) ;

- ecranate (shielded).

Cabluri neecranate UTP (Unshield Twisted Pair)

Cablul UTP este alcatuit din 8 fire de cupru care formeaza 4 perechi colorate (verde, portocaliu, albastru, maro).

Firele sunt rasucite cate doua pentru a fi protejate de interferentele electromagnetice din exterior.

Firele din interior (cele 8) au o grosime de 22-24 AWG (American Wire Gauge) fiecare rezultand ca UTP-ul sa aiba la exterior o grosime de 0.43 cm.

La exterior cablul este protejat de un invelis de PVC.La capete se folosesc conectori RJ-45 care sunt conectorizati cu o unealta numita crimping-tool (cleste de sertizare).

Avantaje :       Dezavantaje :

- costul scazut(0.3$/m)                                                - este susceptibil la interferente-

- viteza mare(100/1000 Mbps)                             le electromagnetice

- este subtire,flexibil,usor        - nu trebuie sa depaseasca 100 m

- conectorizarea este relativ usoara(se realizeaza cu     fara ca semnalul sa fie

un cleste special) amplificat (de catre hub-uri,

switch-uri, routere)

In acest moment exista mai multe categorii de cablu torsodat incepand de la categoria 1(cat 1), folosita pentru POTS (Plain Old Telephone Service) - serviciile de telefonie clasica) si pentru soneriile de la usi si terminand cu categoriile 7 si 8 (cat 7 si cat 8).Aceste categorii sunt definite de parametrii specifici ai cablurilor torsodate.

Acesti parametrii sunt specificati la o limita superioara de frecventa diferita pentru fiecare categorie.

In mod evident o categorie mai mare implica performante mai bune ale cablurilor mai multi parametrii testati si garantati si de obicei frecvente mai ridicate.

Aceste lucruri implica insa in acelasi timp si o grija mult mai mare la terminarea cablurilor (atasarea conectorilor).