Современные информационно-телекоммуникационные системы (ИТС) строятся на основе проверенной модели взаимодействия открытых систем. Данная модель, известная как OSI, подразумевает деление программно-аппаратных комплексов, представляющих собой ИТС, на несколько уровней с четко определенными функциями и правилами взаимодействия. Физический уровень, который является основой иерархии структуры OSI, зачастую реализуется через структурированную кабельную систему (СКС). Основным элементом этой системы выступает кабель из витых пар, который формирует наиболее ресурсозатратную горизонтальную подсистему проводки.
Ключевым элементом витых пар, как следует из их названия, является пара скрученных медных изолированных проводников. В зависимости от назначения конструкции количество таких пар может варьироваться от одной до ста. Наиболее распространённые горизонтальные кабели содержат четыре пары.
В современных ИТС витая пара играет важную роль в обеспечении информационного обмена между сетевым оборудованием. Она также поддерживает передачу электрического тока для дистанционного питания терминальных устройств с использованием технологии Power over Ethernet (PoE).
Каждая витая пара представляет собой пару медных проводников, скрученных с определенным шагом. Несколько витых пар, дополненные дополнительными элементами, формируют кабельный сердечник, который затем помещается в общую оболочку. Несмотря на свою относительно простую структуру, витая пара функционирует в частотном диапазоне до 2000 МГц, что делает её сложным инженерным изделием и высокотехнологичным продуктом.
Разновидности токопроводящих жил витых пар
Токопроводящие жилы витых пар изготавливаются из высококачественной электротехнической меди и обладают круглым поперечным сечением. Стандарты запрещают использование проводников с иной конструкцией, таких как алюминиевые жилы с медным покрытием, известные как "омедненка".
В зависимости от предназначения кабеля применяются различные типы проводников. Для инсталляционных линейных кабелей используются жесткие однопроволочные проводники, тогда как в шнуровых кабелях для офисных систем кабельной инфраструктуры (СКС) применяются гибкие многопроволочные проводники. В таких шнуровых кабелях многопроволочный проводник состоит из семи медных проволок, скрученных по принципу "шесть вокруг одного". Для промышленных СКС, где кабели подвергаются большему количеству изгибов, проводники разрабатываются с повышенной гибкостью и имеют многослойную структуру 1 + 6 + 12, что подразумевает наличие 19 отдельных проволок.
Диаметр проводника витой пары варьируется от 0,4 мм (в горизонтальных конструкциях — от 0,52 мм) до 0,64 мм, и, как правило, увеличивается с ростом категории кабеля.
Изоляция
Изолирующие и диэлектрические оболочки, используемые для проводников, выполняют две ключевые задачи. Во-первых, они предотвращают возможность короткого замыкания между токопроводящими жилами, что в свою очередь делает невозможным обмен данными и передачу электропитания по технологии Power over Ethernet (PoE) на терминальные устройства. Во-вторых, эти покровы формируют волновое сопротивление витой пары, что является необходимым условием для обеспечения требуемых параметров передачи данных на высоких скоростях.
В большинстве случаев изоляция имеет круглую форму сечения. Хотя неосесимметричные изолирующие слои могут предоставить витой паре дополнительные преимущества, их использование ограничено из-за сложностей в производстве и небольшого выигрыша в характеристиках.
Свойства материала и структура изоляции влияют на диэлектрические потери, которые в значительной мере определяют общее затухание сигнала в витой паре, а значит, и качество передачи данных.
Для снижения этих потерь применяются несколько технологических методов:
- Использование материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, таких как полиэтилен или, в некоторых случаях, тефлон в промышленных системах связи.
- Вспенивание изоляционного материала для увеличения объема воздуха в его структуре, что способствует снижению диэлектрических потерь.
- Применение структурирования изоляции для увеличения доли воздуха в материале.
Конструкция изоляции может быть представлена в виде схемы. Сплошная изоляция, хотя и является наиболее простой в производстве, из-за высоких диэлектрических потерь используется преимущественно в кабелях категории 5е. Для работы на более высоких частотах необходима изоляция, которая вспенена химическими или механическими методами. Поскольку вспененные материалы обладают низкой механической прочностью, их часто покрывают тонким слоем обычного материала (так называемая пленко-пористая изоляция). Для повышения гибкости витой пары этот слой можно также наносить непосредственно на проводник, получая пленочную пленкопористую изоляцию. Структурированная изоляция, состоящая из однородных материалов, демонстрирует лучшие характеристики при изгибе, но является более сложной в производстве.
Что касается цветовой идентификации проводов, то она достигается путем добавления красителей в полиэтилен, что необходимо для удобства монтажа. В некоторых случаях применяется также нанесение краски на поверхность изоляционного покрытия.