کابل و تجهیزات شبکه
کابل شبکه مسی
هادی های الکتریکی
معرفی
هادی الکتریکی، ماده ایست که جریان را از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال می دهد. خواص و قیمت مس باعث شده که یک هادی مناسب در سیم و کابل به شمار آید.
متداول ترین هادی های الکتریکی
- مس
- آلیاژ با عیار بالای مس
- آلومینیوم
- فولاد با روکش مس
نقره و طلا نیز هادی های الکتریکی خوبی هستند اما عموما به دلیل گران قیمت بودن آنها استفاده نمی شوند.
هادی های یک رشته در مقابل هادی های چند رشته
هادی های چند رشته با تابیدن یا بافتن تعداد معینی هادی های یک رشته کوچک به یکدیگر ساخته می شوند.
مزایای هادی های یک رشته عبارتند از:
- قیمت کمتر نسبت به هادی های چند رشته
- پیچیدگی کمتر سیستم های سر بندی
- کارایی بهتر انتقال در فرکانس های بالا
مزایای هادی های چند رشته عبارتند از:
- انعطاف پذیری بیشتر نسبت به هادی های یک رشته
- دوام بیشتر در مقابل خم شدن نسبت به هادی های یک رشته
- آسیب پذیری کمتر طی فرایند چین دادن
سیستم اندازه گیری AWG
معرفی
در میان واحد های مورد استفاده، سیستم اندازه گیری AWG (American Wire Gauge) در آمریکای شمالی کاملا پذیرفته شده است. سیستم AWG به این دلیل اهمیت دارد که یک مرجع استاندارد برای مقایسه هادی های گوناگون ارائه می دهد.
اندازه ها در سیستم AWG با قطر سیم ها یک رابطه معکوس دارند:
- اعداد کوچکتر نشان دهنده هادی با قطر بیشتر
- اعداد بزرگتر نشان دهنده هادی با قطر کمتر
| اندازه AWG | قطر |
| میلیمتر اینچ | |
| 19 | 0.912 0.0359 |
| 22 | 0.643 0.0253 |
| 23 | 0.574 0.0226 |
| 24 | 0.511 0.0201 |
| 26 | 0.404 0.0159 |
کابل های زوج به هم تابیده متوازن ( Balanced Twisted-Pair Cables)
معرفی
کابل های هادی فلزی معمولا از ساختار کابل های زوج به هم تابیده متوازن برخوردارند. برای تولید این نوع کابل های باریک، زوج سیم های منفرد به هم تابیده شده و سپس برای شکل دهی کابل های ضخیم تر گروه بندی می شوند. دلیل اصلی به هم تابیدن جفت های هادی ها به حداقل رساندن میزان کراس تاک (تداخل ناشی از انرژی الکتریکی بین دو سیم یا هم شنوی) و نویز از طریق کاهش مقدار اندوکتانس متقابل و ظرفیت خازنی نا متعادل است. به هم تابیدن هادی ها، همچنین تقارن فیزیکی بین هادی های یک زوج را بهبود بخشیده و میزان دریافت نویز از منابع خارجی را کاهش می دهد.
تاب زوج ها
مقدار اندوکتانس متقابل و ظرفیت خازنی تحت تاثیر طول نسبی و یکنواختی پیچش زوج ها قرار دارد. به همین دلیل برای به حداقل رساندن میزان کراس تاک درون یک کابل چند زوجه، به هر زوج طول تاب متفاوتی در یک محدوده استاندارد داده می شود.
شیلد دار کردن کابل
شیلد یک روکش فلزی محصور کننده برای موارد زیر به شمار می رود:
- یک هادی عایق بندی شده
- گروهی از هادی ها درون یک هسته
- هسته کابل
شیلد ها از فویل یا رشته های فلز بافته ساخته می شوند و معمولا از جنس مس با روکش قلع، مس بدون روکش، آلومینیوم یا سایر مواد هادی هستند.
فواید شیلد کابل
- سیگنال ساطع شده از کابل را به یک سطح قابل قبول کاهش می دهد.
- با سیستم های اتصال به زمین و باندینگ مناسب، تاثیر خطرات الکتریکی را کاهش می دهد.
- تاثیر EMI خارجی روی مدارات داخل کابل شیلددار به حداقل می رساند.
- ظرفیت الکتریکی در واحد طول کابل را افزایش می دهد.
مفاهیم انتقال
معرفی
هر خط انتقال ایده آل از 2 هادی تشکیل شده که در طول توسط یک ماده عایق به طور یکنواخت مجزا می شوند. بین این دو هادی ولتاژ متوازن (V) اعمال می شود و جریان های موافق و مخالف در هر هادی برابر با I است.
امپدانس ماهیتی (Characteristic Impedance)
امپدانس ماهیتی برابر با امپدانس ورودی یک خط انتقال یکنواخت با طول نا محدود است. امپدانس تابعی از فرکانس سیگنال ورودی و مستقل از طول است. در فرکانس های خیلی بالا، حد امپدانس ماهیتی، به سمت یک مقدار ثابت میل میکند. که پایدار است. برای مثال، کابل های کواکسیال در فرکانس های بالا دارای امپدانس 50 یا 75 اهمی است. معمولا کابل های شبکه از نوع زوج به هم تابیده متوازن دارای امپدانس 100 اهم روی فرکانس یک مگا هرتز هستند.
تلفات عبوری (Insertion Loss)
وقتی امپدانس بار و منبع برابر با امپدانس ماهیتی کابل است، در آن صورت تلفات عبوری معادل با نسبت انرژی ورودی به انرژی خروجی بر حسب دسی بل (dB) است. سیگنالی که در کابل ارسال می شود دارای یک انرژی می‌باشد و هرچه در طول کابل پیش می رود از میزان انرژی آن کاسته می شود. تلفات عبوری میزان کاهش انرژی سیگنال در سمت گیرنده است.
کراس تاک (Crosstalk)
کراس تاک نوعی تداخل سیگنال بین جفت های ذیل است که باعث می شود یکی یا هر دوی آنها سیگنال های ناخواسته را از دیگری دریافت کنند:
- جفت هادی های مجاور
- کابل های نزدیک به هم
این تداخل می تواند ناشی از میدان مغناطیسی باشد که هادی های حامل جریان را احاطه می کند. تداخل کراس تاک بسته به حالت جفت شدگی یا کوپلینگ می تواند محسوس یا نا محسوس باشد.
انواع خاص کراس تاک عبارتند از:
- Near-End Crosstalk (NEXT)
- Far-End Crosstalk (FEXT)
- Equal Level Far-End Crosstalk (ELFEXT)
- Power Sum Near-End Crosstalk (PSNEXT)
- Power Sum Equal Level Far-End Crosstalk
سرعت اسمی انتشار Nominal Velocity of Propagation (NVP)
NVP به صورت درصدی از سرعت عبور در خلاء عنوان می شود و به دو صورت ( 0.72c یا 72% ) نمایش داده می شود . تمام کابل های شبکه استاندارد دارای NVP بین 0.6c و 0.9c هستند.
تاخیر انتشار (Propagation Delay)
تاخیر در انتشار به مدت زمانی گفته می شود که یک سیگنال نیاز دارد تا از یک سر سیم به انتهای آن منتقل شود و واحد آن نانوثانیه (ns) می باشد.
انحراف تاخیر (Delay Skew)
پارامتری که نمایش دهنده میزان اختلاف زمان انتشار سیگنال در سریع ترین زوج سیم با کندترین زوج سیم است. با توجه به اینکه ممکن است خلوص در زوج سیم ها یکسان نباشد، بررسی این پارامتر ضرورت می یابد. این پارامتر در شبکه هایی که می خواهند استاندارد گیگابیت اترنت را اجرا کنند از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که در این شبکه ها از هر 4 زوج سیم برای ارسال دیتا استفاده می شود. به طور کلی میزانDelay Skew نباید بر طبق استاندارد ANSI/TIA/EIA-568-B.2 بین سریع ترین و کند ترین زوج های داخل یک کابل از 45 نانو ثانیه در یک کابل شبکه 100 متری بیشتر باشد.
تلفات بازگشتی (Return Loss)
این پارامتر نمایش دهنده میزان سیگنال برگشتی به سمت فرستنده می باشد که از اختلاف امپدانس کابل یا کانکتور به وجود می آید و در صورت کشیدگی بیش از حد کابل یا مشکل در کانکتور، این مقدار از میزان مجاز فراتر می رود.
نسبت سیگنال به نویز (SNR)
SNR ، رابطه بین سیگنال دریافتی و سطح نویز دریافتی است.
نسبت ACR: نسبت ACR از تفریق تلفات عبوری از NEXT بر حسب dB به دست می آید.
نسبت PSACR: نسبتی بر حسب dB است که از تفریق تلفات عبوری از تلفات PSNEXT به دست می آید.