Michał Świerżewski Przewody telekomunikacyjne i do transmisji sygnałów Streszczenie: W artykule przedstawiono zagadnienia związane z transmisją sygnałów analogowych i cyfrowych oraz mediami transmisyjnymi. Omówiono charakterystykę sygnałów, budowę kabli telekomunikacyjnych, kategorie i budowę kabli skrętkowych oraz rodzaje kabli sieciowych. 1. Charakterystyka sygnałów i ich transmisja Przesyłaniem danych z jednego punktu do innego lub do wielu innych punktów środkami telekomunikacji definiuje się pojęcie transmisji danych, a sygnał zmianą wielkości fizycznej, służącej do reprezentowania danych.* ) Sygnały, z punktu widzenia ich charakteru, dzieli się na analogowe i cyfrowe, zaś z punktu widzenia ich częstotliwości na sygnały o częstotliwościach akustycznych (do kilkudziesięciu kiloherców,) sygnały o częstotliwościach radiowych (od kilkudziesięciu kiloherców sygnały analogowe lub kilkudziesięciu kilobajtów na sekundę w górę sygnały cyfrowe). Sygnał analogowy to sygnał, w którym wielkość charakterystyczna reprezentująca dane może w dowolnej chwili przybierać wartość ciągłego przedziału.* ) Sygnały analogowe są to prądy zmienne w czasie lub napięcia elektryczne zazwyczaj wytwarzane przez czujniki lub przetworniki różnych wielkości fizycznych, np. termopary, mierniki ciśnienia, przepływomierze, prądnice tachometryczne itp. Sygnały te traktuje się jako pakiety fal sinusoidalnie zmiennych o różnych częstotliwościach. Zakres ich określa tzw. widmo sygnału. Sygnały analogowe są bardzo wrażliwe na oddziaływanie zmiennych pól elektromagnetycznych. Sygnał cyfrowy to sygnał dyskretny, w którym dane są reprezentowane skończoną liczbą ściśle określonych wartości dyskretnych, jakie można przybierać w czasie jedna z jego wielkości charakterystycznych.* ) Sygnały cyfrowe są ciągami impulsów prądu elektrycznego. Zazwyczaj stosowane są sygnały zero-jedynkowe, nazywane również binarnymi. W systemach tych jedynce odpowiada obecność impulsu, zaś zeru brak impulsu. Jednym ze źródeł sygnałów binarnych może być konwersja sygnałów analogowych na sygnały cyfrowe. Ilość informacji mierzona jest w bitach jednostka 1 [bit] zero lub jedynka. Każdy sygnał zarówno analogowy, jak i cyfrowy stanowi wiązkę składowych sinusoidalnie zmiennych o różnych częstotliwościach nazywanych harmonicznymi. Transmisja sygnału analogowego polega na przesłaniu wszystkich jego składowych z jednakowym opóźnieniem i bez zmiany proporcji tych składowych. * Definicje wg PN-ISO/IEC 2382-1:1996 i PN-ISO/IEC 2382-9:1998. 72
Prędkość przesyłania sygnałów cyfrowych nazywana jest przepływnością binarną. Jednostką szybkości przesyłu (transmisji) sygnałów cyfrowych jest 1 bit na sekundę [b/s]. Sygnały analogowe wolnozmienne o wąskim paśmie częstotliwości po przekształceniu na sygnały cyfrowe mogą być przesyłane torem o małej przepływności binarnej. Sygnały analogowe szybkozmienne szerokopasmowe, po przekształceniu na sygnały cyfrowe, przesyłane są kanałem o dużej przepływności binarnej. Przykładem przesyłu sygnału wolnozmiennego może być przesył jednej rozmowy telefonicznej, do czego jest wystarczająca przepływność toru transmisji 64 kb/s. Natomiast do transmisji telewizji kolorowej na jednym kanale potrzebna jest przepływność kilku Mb/s. Sygnały cyfrowe po przesłaniu do miejsca przeznaczenia są dekodowane, tzn. przekształcane na pierwotny sygnał analogowy. Jedną z przyczyn coraz powszechniejszego stosowania sygnałów cyfrowych do transmisji danych jest mniejsza wrażliwość tych sygnałów na oddziaływania pól elektromagnetycznych, tzn. na zakłócenia i odkształcenia podczas ich transmisji. Zakłócenia te i odkształcenia docierają do odbiorników. Gdy do odbiornika dotrze sygnał cyfrowy (użyteczny) zakłócony na poziomie poniżej 50% jego amplitudy, jest on właściwie identyfikowany (zero lub jedynka). W tej sytuacji sygnał analogowy byłby w ogóle nieczytelny. W praktyce w celu zachowania odpowiedniego marginesu bezpieczeństwa przyjmuje się, że amplituda sygnału zakłócającego powinna być czterokrotnie mniejsza od amplitudy sygnału użytecznego. 2. Media transmisyjne Medium transmisyjne jest naturalnym lub sztucznym środkiem przenoszącym sygnały. Mogą być nimi: przewody miedziane, światłowody lub wolna przestrzeń łącza bezprzewodowe. We wszystkich trzech przypadkach sygnały są przesyłane w postaci fal elektromagnetycznych. W teletransmisji najczęściej występują dwa rodzaje miedzianych torów przesyłowych skrętki parowe (UTP) oraz przewody koncentryczne. Przewody koncentryczne mimo wielu zalet, np. stosunkowo niskiego tłumienia i dobrej separacji od zakłóceń, mają ograniczone zastosowanie ze względu na trudny montaż. Tor symetryczny (układ wzajemnie symetryczny) jest utworzony przez parę dwóch identycznych izolowanych żył przewodu ułożonych obok siebie, przy czym odległość między nimi jest niezmienna. Ułożone obok siebie żyły skręcane są równolegle w wiązki parowe, czwórkowe itd. z ustalonym skokiem skrętu na całej długości. Wiązki są skręcane w ośrodek przewodu. Niekiedy wiązki są skręcane w pęczki i dopiero skręcone pęczki tworzą ośrodek przewodu wieloparowego. Para skręcana mimo prostej budowy stanowi medium transmisyjne o niezwykłych właściwościach. Skutecznie zmniejsza rozpraszanie energii przenoszonych sygnałów, gdyż zapobiega Nr 168 73
wzajemnemu ich przenikaniu między torami i do otoczenia. Ten sposób budowy torów sygnałowych zapobiega również przenikaniu zakłóceń z zewnętrznych pól elektromagnetycznych do ośrodka przewodu. Można to wyjaśnić w ten sposób, że w wiązce złożonej z dwóch skręconych przewodów o stałym skoku skrętu umieszczonej w zakłócającym polu elektromagnetycznym powstaje w każdej żyle, w wyniku indukcji elektromagnetycznej, sygnał zakłócający. Ponieważ bliżej źródła zakłóceń znajdują się przemiennie raz jedna, raz druga żyła skrętki, sygnały zakłócające powstałe w każdej z nich będą takie same. W wyniku połączenia żył skrętki w pętlę powstałe sygnały zakłócające kompensują się. Podobnie będzie w skrętce czwórkowej itd. Podobny mechanizm kompensacji sygnału zakłócającego występuje pomiędzy ułożonymi obok siebie wiązkami parowymi, czwórkowymi itp. Korzystne jest, gdy każda wiązka ma inny skok skrętu. Poszczególne żyły sąsiednich wiązek są w stosunku do siebie w zmieniającej się okresowo odległości, co powoduje indukowanie w żyłach takich samych sygnałów zakłócających i ich kompensację w pętli każdej pary. W przewodach złożonych z wielu wiązek powinny być odpowiednio zróżnicowane skoki skrętu poszczególnych wiązek w celu ograniczenia przenikania sygnałów między wiązkami. Praktycznie jest to trudne, a nawet niemożliwe do uzyskania i konieczne jest stosowanie ekranów utrudniających emisję pól elektromagnetycznych przesyłanych sygnałów do sąsiednich skrętek i ich rozproszenie oraz przenikanie do przewodu zewnętrznych pól elektromagnetycznych. Warunkiem odporności toru transmisyjnego na wpływy zewnętrzne jest jego symetria w stosunku do ziemi. Symetria przewodu w stosunku do ziemi może być osiągnięta tylko wtedy, kiedy materiał przewodowy, wymiary, budowa, izolacja oraz właściwości obydwu żył są identyczne. W przewodach z wiązkami parowymi tor symetryczny tworzą dwie takie same żyły. W przewodach z wiązkami czwórkowymi występują po dwa tory symetryczne w każdej czwórce utworzone przez położone na przeciw siebie żyły izolowane tej samej czwórki. Nazywane są one torami macierzystymi wiązki czwórkowej. W przewodach współosiowych, do transmisji danych wykorzystywany jest niesymetryczny względem ziemi tor współosiowy utworzony przez żyłę wewnętrzną i żyłę zewnętrzną w postaci uziemionego ekranu. Tor współosiowy tworzy pojedyncza żyła izolowana umieszczona współosiowo z drugą żyłą cylindryczną w postaci ekranu z plecionki miedzianej ocynowanej. Transmisji sygnału zawsze towarzyszy pole elektromagnetyczne. W przewodach ekranowanych pole to zamyka się wewnątrz ekranu, jeśli jest on szczelny, tzn. jeśli pokrywa przewód na dostatecznie dużej powierzchni i odwrotnie zewnętrzne pole elektromagnetyczne zakłócające nie przedostaje się do wnętrza przewodu (do wnętrza toru). Sygnały przesyłane torami symetrycznymi i współosiowymi są zakłócane i odkształcane. W torach przewodowych występują trzy podstawowe rodzaje zniekształceń: odbiciowe, tłumieniowe i fazowe, w przewodach wielowiązkowych zakłócenia 74
przenikowe, pochodzące od pól elektromagnetycznych sygnałów transmitowanych w sąsiednich torach tego samego przewodu, oraz zakłócenia zewnętrzne, które pochodzą od źródeł zakłóceń przewodów sąsiednich. 2.1 Klasy kabli (przewodów) skrętkowych Obecnie występują kable skrętkowe następujących klas (kategorii) wg polskiej normy PN-EN 50173: klasy A (kategorii 1) przeznaczone do transmisji sygnałów w paśmie częstotliwości akustycznych do 100 khz oraz zasilania o niewielkiej mocy, klasy B (kategorii 2), obejmującej kable o liczbie par od 2 do 25 z torami przystosowanymi do transmisji sygnałów w zakresie częstotliwości do 4 MHz z przepływnością binarną do 2 Mb/s; wymagana impedancja falowa od 85 Ω do120 Ω oraz tłumienność falowa torów do 1 MHz maksymalnie 26 db/km przy 1 MHz, klasy C (kategorii 3) dawniej stosowane w typowych sieciach LAN, Ethernet i Token Ring, wykorzystujące pasmo częstotliwości do 16 MHz. Obecnie są stosowane wyłącznie do celów telekomunikacji, klasy D (kategorii 5) do szybkich sieci lokalnych, wykorzystujące pasmo częstotliwości do 100 MHz, klasy E (kategorii 6) przeznaczone do okablowania przenoszącego sygnały o częstotliwości do 250 MHz (przepustowości rzędu 200 Mb/s). Przewidywana implementacja Gigabit Ethernetu (4.250 MHz = 1 GHz) i transmisji ATM 622 Mb/s, klasy E A (kategorii 6A) obejmującej pasmo o częstotliwości do 500 MHz, klasy F (kategorii 7) obejmującej kable z dwoma lub z czterema indywidualnie ekranowanymi parami łączonymi ekranowanymi złączami przewidziane do pracy przy częstotliwości do 600 MHz z przepływnością binarną znacznie większą od 1 Gb/s, klasy F A (kategorii 7A) obejmujące pasmo częstotliwości do 1000 MHz. Klasy skrętek (okablowania) od E do F A opisane są w poprawce 1 do normy ISO/ IEC 11801 2002:2. Wielu producentów kabli używa dawnych oznaczeń klas skrętek (kategorii). 3. Ekranowanie Ekranowanie jest środkiem ochrony sygnałów elektrycznych przesyłanych od źródła ich powstawania (nadajnika) do odbiornika. Ekranowanie może dotyczyć ochrony przesyłanych sygnałów przed wpływem pól elektromagnetycznych sygnałów przesyłanych innymi torami tego samego przewodu oraz przed wpływami pól elektromagnetycznych z różnych źródeł zewnętrznych. Dodatkowo ekran wiązki chroni przesyłane sygnały przed ich emisją na zewnątrz i rozproszeniem ich energii w otoczeniu. Zewnętrzne zakłócające pola elektromagnetyczne są wytwarzane i emitowane przez urządzenia elektroenergetyczne, przez kable zasilające odbiorniki energii elektrycznej dużej mocy, przez przewody zasilające z przemienników częstotliwości Nr 168 75
itp. Pola elektromagnetyczne towarzyszą również iskrzeniu w łącznikach w czasie czynności łączeniowych. Zewnętrzne silne pola elektromagnetyczne emitowane w pobliżu przewodów sygnałowych mogą zakłócić na ogół słabe sygnały przesyłane tymi przewodami. Im przesyłane sygnały są słabsze i silniejsze pole zakłócające, tym skuteczniejsze musi być ekranowanie przewodów. Najczęściej ekrany występują wraz z żyłą uziemiającą, którą jest drut lub linka, odprowadzająca ładunki indukowane w ekranie i ułatwiająca połączenie ekranu z uziemieniem. Wydostawanie się na zewnątrz skrętki pola elektromagnetycznego przesyłanego sygnału powoduje rozproszenie części energii i jego osłabienie. Tak więc sygnał docierający do odbiornika jest słabszy od sygnału wygenerowanego w nadajniku jest tłumiony. Tłumienie i zniekształcenie sygnałów następuje również w wyniku nakładania się sygnałów zakłócających indukowanych przez pola elektromagnetyczne sygnałów przesyłanych w sąsiednich skrętkach tego samego przewodu. W celu zapobieżenia rozpraszaniu energii sygnałów oraz wzajemnym wpływom sygnałów elektrycznych przesyłanych w sąsiednich skrętkach tego samego przewodu i wpływom zewnętrznych pól elektromagnetycznych poszczególne skrętki zaopatruje się w ekrany indywidualne. Niezależnie od nich na ośrodek przewodu może być nałożony wspólny ekran w celu osłabienia wpływów pól zewnętrznych. 3.1 Ekran jako obwój z drutów Ekrany jako obwój z drutów miedzianych zabezpieczają przewód przed wpływami zewnętrznych pól elektromagnetycznych o częstotliwościach radiowych i akustycznych. Stosuje się je do ekranowania: żył, par i czwórek oraz ośrodków przewodów. W przewodach koncentrycznych (współosiowych) tworzą żyłę zewnętrzną (powrotną). Zbudowane są w formie plecionej siatki z elastycznych cienkich drucików ocynkowanych lub nieocynkowanych. 3.2 Ekrany z taśm Ekrany z taśm stosowane do obwoju wiązek par czwórek i ośrodków kabli zabezpieczają przed oddziaływaniem pól elektromagnetycznych. Budowane są z nawijanej na zakładkę cienkiej taśmy aluminiowej lub laminowanej tworzywem sztucznym, nadającym ekranowi dobrą wytrzymałość mechaniczną i stanowi dodatkową izolację. Taśma aluminiowa umożliwia uzyskanie 100% pokrycia. Pod ekranem jest zazwyczaj ułożony drut miedziany lub linka uziemiająca. 3.3 Ekrany złożone Ekrany złożone skutecznie chronią przed wpływem zewnętrznych pół elektromagnetycznych o szerokim zakresie częstotliwości. Stosowane są do ekranowania ośrodków przewodów oraz jako żyły zewnętrzne przewodów współosiowych. Składają się one z dwóch warstw: warstwy wewnętrznej w postaci obwoju z taśm i nałożonego na nie oplotu z drutów miedzianych ocynkowanych. 76
Skuteczność ekranu zależy od tzw. gęstości optycznej pokrycia. Przykładem mogą być przewody typu TRONIK LiYCY, których wspólny ekran żył wykonany jest w postaci oplotu z drutów miedzianych ocynowanych. Optyczna gęstość pokrycia ekranem jest > 80%. Wspólny ekran chroni przewód przed wpływem zewnętrznych pól elektromagnetycznych i zapewnia prawidłową transmisję sygnałów analogowych i cyfrowych. Specjalna konstrukcja ekranu zapewnia bardzo dobrą jego skuteczność w pełnym zakresie częstotliwości. Skuteczność ekranów bada się przez pomiar zakłóceń przenikających ze źródła zewnętrznego do nieekranowanej skrętki w przewodzie oraz przez pomiar zakłóceń przenikających od tego samego źródła do tej samej skrętki, lecz chronionej badanym ekranem. Różnica poziomu zmierzonych zakłóceń nazywa się tłumiennością ekranowania i jest wyrażana w decybelach. 4. Przewody telekomunikacyjne W bogatej ofercie rynkowej kabli telekomunikacyjnych można wyróżnić m.in. kable: telekomunikacyjne miejscowe parowe i czwórkowe przeznaczone do budowy telekomunikacyjnych sieci miejscowych, do układania w kanalizacji kablowej lub bezpośrednio w ziemi. Zazwyczaj są one odporne na działania promieniowania UV i wpływy atmosferyczne, więc mogą być układane w instalacjach zewnętrznych, telekomunikacyjne stacyjne przeznaczone do połączeń urządzeń telefonicznych i teletransmisyjnych, telekomunikacyjne zakończeniowe przeznaczone do zakańczania telekomunikacyjnych linii miejscowych w pomieszczeniach, telekomunikacyjne stacyjne wielkiej częstotliwości przeznaczone do łączenia urządzeń w instalacjach telekomunikacyjnych, elektronicznych, pomiarowych i informatycznych pracujących w paśmie częstotliwości do 1 MHz o bardzo dobrym współczynniku tłumienności przenikowej, sygnalizacji pożaru są to specjalne kable do łączenia telefonicznych urządzeń stacyjnych i teletransmisyjnych oraz transmisji danych za pomocą sygnałów analogowych i cyfrowych w przeciwpożarowych instalacjach sterowania i sygnalizacji. Kable te są stosowane przede wszystkim jako tory transmisji i zasilania urządzeń liniowych, np. czujników, modułów liniowych w dozorowych liniach systemów sygnalizacji pożarowej, autonomicznych systemach sterowania gaszeniem i oddymianiem pożarowym. Kable te są stosowane w instalacjach wykorzystywanych w chwili wykrycia pożaru. Są one przeznaczone do transmisji sygnału wyzwalającego urządzenia wykonawcze uruchamiane samoczynnie w przypadku wykrycia pożaru lub zatrzymania urządzeń, które mogą sprzyjać rozwojowi pożaru, np. odłączenia wentylacji bytowej, załączenia wentylacji oddymiającej, sprowadzenia dźwigów osobowych, odłączenia zasilania obiektu budowlanego. Telekomunikacyjne przewody (kable) stacyjne wieloparowe zbudowane są z żył jednodrutowych nieekranowane lub ekranowane taśmą aluminiową laminowaną fo- Nr 168 77
lią poliestrową. Oferowane są w wersjach z izolacją i powłoką zewnętrzną: bezhalogenową, z materiałów uniepalnionych i o zmniejszonej emisji dymów, olejoodporne do układania w kanałach kablowych i bezpośrednio w ziemi oraz do obwodów iskrobezpiecznych w strefach zagrożonych wybuchem. Przewody te przeznaczone są do transmisji sygnałów cyfrowych i analogowych o małej częstotliwości lub o małej przepływności binarnej na niewielkie odległości, które mogą być zwiększone przez zastosowanie większych przekrojów żył oraz ekranów na parach i na ośrodkach. Stosowane są w instalacjach układanych na stałe, w połączeniach wewnętrznych budynków, w systemach sterowania, monitorowania, sygnalizacji, kontroli, w systemach komputerowych, w elektronice przemysłowej, w technice pomiarowej, w sieciach do transmisji danych. Do przewodów telekomunikacyjnych zalicza się również: telekomunikacyjne przewody giętkie, przewody do instalacji przeciwpożarowych, przewody do urządzeń alarmowych i domofonów, przewody alarmowe i sygnalizacyjne do układania w ziemi. 5. Przewody do transmisji danych Zbudowane są z żył wielodrutowych nieekranowane lub ekranowane oplotem z drutów miedzianych skręcane z pojedynczych żył lub wiązek. Oferowane są w wersjach w izolacji i powłoce bezhalogenowej, z materiałów niepalnych i o zmniejszonej emisji dymów, olejoodporne do układania w kanałach kablowych i bezpośrednio w ziemi oraz do obwodów iskrobezpiecznych. Przeznaczone są do transmisji sygnałów analogowych i cyfrowych o małej częstotliwości lub małej przepływności binarnej na niewielkie odległości w systemach sterowania, monitorowania, sygnalizacji, elektroniki przemysłowej, automatyki przemysłowej, w technice pomiarowej i w sieciach do transmisji danych. Odległości transmisji można zwiększyć przez zastosowanie przewodów o większych przekrojach żył, o konstrukcji parowej oraz z ekranami na parach i ośrodkach. Do transmisji danych analogowych i sygnałów wolnozmiennych oferowane są przewody o niewielkich średnicach, lecz o bardzo dobrych parametrach elektrycznych w szerokim zakresie temperatur pracy zazwyczaj od 40 C do 80 C. Najpopularniejsze są przewody typu LiYY TRONIK z odpowiednimi przedrostkami lub przyrostkami firmowymi w oznaczeniu. Przewody te mogą być instalowane zarówno wewnątrz pomieszczeń, jak i na zewnątrz budynków pod warunkiem osłonięcia przed bezpośrednim działaniem promieniowania UV. Wewnątrz budynków przewody te mogą być wykorzystywane do układania na stałe, jak i do połączeń ruchomych. Przewody transmisyjne wykonywane są z linek miedzianych o wysokiej klasie skrętu w celu zapewnienia odpowiedniej elastyczności. Przewody parowane mają skręt par tak dobrany, aby mogło następować eliminowanie wzajemnych oddziaływań zakłócających sygnałów w sąsiednich parach. Izolacja żył jest zazwyczaj wykonana z polwinitu (PCW) izolacyjnego. Występują z liczbą żył od 2 do 61 o różnych 78
przekrojach. Wielobarwny kod barwowy ich identyfikacji (bez powtórzeń) ogranicza możliwości pomyłek. Powłoka zewnętrzna wykonywana jest z polwinitu oponowego. Dostępne są różne wersje wykonania: odporne na produkty ropopochodne, odporne na promieniowanie UV (w oponie zewnętrznej z poliuretanu), bezhalogenowe, samogasnące i nie rozprzestrzeniające płomieni, do zastosowań w obwodach iskrobezpiecznych. 6. Rodzaje kabli teleinformatycznych (przewodów sieciowych) Wśród przewodów sieciowych wyróżnia się następujące rodzaje skrętek: skrętkę nieekranowaną (U/UTP) czteroparową o różnej długości skręcania, skrętkę ekranowaną folią czteroparową (F/UTP). Norma ISO/IEC 11801:2002 podaje sposób oznakowania kabli sieciowych. Opis kabla (przewodu) powinien mieć składnię: xx/yytp, gdzie: yy opisuje pojedynczą parę kabla, (np. UTP para nieekranowana), a oznakowanie xx odnosi się do całości kabla. Przyjmowane przez xx i yy oznakowania to: U nieekranowane (ang. unshielded), F ekranowane folią (ang. foiled), S ekranowane siatką (ang. shielded), SF ekranowane folią i siatką. Spotyka się następujące konstrukcje kabli teleinformatycznych: U/UTP (dawniej UTP) skrętka nieekranowana, F/UTP (dawniej FTP) skrętka foliowana, U/FTP skrętka z każdą parą w osobnym ekranie z folii, F/FTP skrętka z każdą parą w osobnym ekranie z folii i dodatkowo w ekranie z folii, SF/UTP (dawniej STP) skrętka ekranowana folią i siatką, S/FTP (dawniej SFTP) skrętka z każdą parą foliowaną i dodatkowo w ekranie z siatki, SF/FTP (dawniej S-STP) skrętka z każdą parą foliowaną i dodatkowo w ekranie z folii i siatki. Przykładowe opisy kabli (przewodów) sieciowych: U/UTP (UTP) kable (przewody) teleinformatyczne z wiązkami parowymi miedzianymi; skrętka nieekranowana wykonana z dwóch przewodów ze zmiennym splotem (na ogół 1 zwój co 6 do 10 cm), co chroni transmisję przed wpływami otoczenia. Izolacja żył z polietylenu jednolitego lub piankowego z cienką warstwą polietylenu jednolitego. Powłoka zewnętrzna z polwinitu nierozprzestrzeniającego płomienia lub z tworzywa bezhalogenowego. Kable te są przeznaczone do transmisji sygnałów cyfrowych z dużą przepływnością binarną o widmie częstotliwości do 100 MHz (skrętka klasy D). Kable U/UTP są wykorzystywane w komputerowych systemach przetwarzania informacji, pomiarowych, automatyki i sterowania przy znacznej odporności systemów na zakłócenia elektromagnetyczne oraz do transmisji sygnałów analogowych dużej częstotliwości w sieciach automatyki i telewizji przemysłowej. Nr 168 79
U/UTP dual (UTP-dual) dwa kable teleinformatyczne z wiązkami parowymi; skrętka nieekranowana wykonana z dwóch przewodów ze zmiennym splotem (na ogół 1 zwój co 6 do 10 cm), co chroni transmisję przed wpływami otoczenia. Izolacja żył z polietylenu jednolitego lub piankowego z cienką warstwą polietylenu jednolitego ze wspólną powłoką zewnętrzną wykonaną z polwinitu nierozprzestrzeniającego płomienia lub z tworzywa bezhalogenowego o przekroju w kształcie cyfry 8. Kable te są przeznaczone do transmisji sygnałów cyfrowych z dużą przepływnością binarną o widmie częstotliwości do 100 MHz (skrętka klasy D). F/UTP (FTP) kable teleinformatyczne z wiązkami parowymi miedzianym iw izolacji z polietylenu jednolitego lub z polietylenu piankowego z cienką warstwą polietylenu jednolitego. Ośrodek jest zabezpieczony folią PE oraz ekranem z folii PE napylonej aluminium. Pod ekranem umieszczona jest żyła uziemiająca ocynkowana. Powłoka zewnętrzna z polwinitu, z polwinitu nierozprzestrzeniającego płomienia lub z tworzywa bezhalogenowego. Kable są przeznaczone do transmisji sygnałów cyfrowych z dużą przepływnością binarną o widmie częstotliwości do 100 MHz (skrętka klasy D). Kable F/UTP są wykorzystywane w komputerowych systemach przetwarzania informacji, pomiarowych, automatyki i sterowania przy znacznej odporności systemów na zakłócenia elektromagnetyczne oraz do transmisji sygnałów analogowych dużej częstotliwości w sieciach automatyki i telewizji przemysłowej. S/FTP (SFTP) kable teleinformatyczne z wiązkami parowymi miedzianymi w izolacji z polietylenu jednolitego lub z polietylenu piankowego z cienką warstwą polietylenu jednolitego. Ośrodek jest zabezpieczony folią PE, ekranem z folii PE napylonej aluminium oraz pokryty jest ekranem z siatki miedzianej ocynkowanej, w powłoce zewnętrznej z polwinitu, z polwinitu nierozprzestrzeniającego płomienia lub z tworzywa bezhalogenowego. Pod ekranem z siatki miedzianej ułożona jest żyła uziemiająca. Kable S/FTP są wykorzystywane w komputerowych systemach przetwarzania informacji, pomiarowych, automatyki i sterowania przy znacznej odporności systemów na zakłócenia elektromagnetyczne oraz do transmisji sygnałów analogowych dużej częstotliwości w sieciach automatyki i telewizji przemysłowej. SF/UTP (STP) skrętka ekranowana klasyczne miedziane medium transmisyjne sieci komputerowej wykonane z dwóch skręconych przewodów wraz z ekranem z folii i oplotu z siatki. Para ekranowana jest bardziej odporna na zakłócenia impulsowe oraz szkodliwe przesłuchy niż skrętka U/UTP. Wszystkie opisane kable służą do wykonywania instalacji pionowych i poziomych w sieciach teleinformatycznych. 7. Transmisja sygnałów analogowych i wolnozmiennych W torze przewodowym energię sygnału przenosi fala elektromagnetyczna, która nazywana jest falą docelową. Fala docelowa jest transmitowana od źródła sygnału na początku toru przewodowego do jego końca, czyli odbiornika sygnału. W stanie niedopasowania falowego w torze przewodowym, tzn. w przypadku różnych impedancji falowych źródła sygnału, toru przewodowego i odbiornika obok fali docelo- 80
Nr 168 Instalacje elektryczne wej pojawiają się fale odbite. Charakterystyczną cechą fali odbitej jest kierunek jej ruchu przeciwny do fali docelowej. Fala odbita jednokrotnie, od odbiornika sygnału, nazywa się echem pierwotnym. Echo pierwotne ponownie odbite, tym razem od źródła sygnału, porusza się w kierunku zgodnym z falą docelową i nosi nazwę echa wtórnego. Echo wtórne porusza się z pewnym opóźnieniem w stosunku do fali docelowej. Wielkością charakterystyczną każdego toru przewodowego jest tzw. impedancja falowa. Stan dopasowania falowego występuje wtedy, gdy impedancja falowa odbiornika jest równa impedancji falowej toru. W stanie dopasowania falowego teoretycznie nie występują fale odbite od końca toru. W praktyce transmisyjnej możliwe jest tylko dopasowanie przybliżone i zawsze występuje pewna fala odbita od końca toru. Z tego powodu impedancja wewnętrzna źródła sygnału powinna być w przybliżeniu równa impedancji falowej, toru ponieważ impedancja wewnętrzna źródła sygnału staje się odbiornikiem fali odbitej od końca toru, czyli echa pierwotnego. Niedopasowanie falowe na początku toru staje się przyczyną powstania fali dwukrotnie odbitej, czyli echa wtórnego. Fala dwukrotnie odbita dochodzi do odbiornika z opóźnieniem i zakłóca sygnały użyteczne emitowane przez źródło, po upływie czasu tego opóźnienia, wywołując tzw. zniekształcenia odbiciowe. Impedancja falowa toru przewodowego, czyli przewodu przenoszącego sygnał, jest wynikiem jego wymiarów i właściwości jego części składowych żył, izolacji i ewentualnie ekranów. Właściwości i wymiary wymienionych części składowych mogą być utrzymane tylko w określonych granicach tolerancji. Przewód (tor przewodowy) ma w każdym przekroju poprzecznym niedoskonałości wymiarowe powodujące nieco inne impedancje falowe. Z tego powodu można powiedzieć, że tor taki jest elektrycznie niejednorodny pomimo tego, że składa się z odcinków jednorodnych. Podczas transmisji sygnałów, pomimo dopasowania falowego na początku i na końcu toru, w miejscach zmian impedancji falowej powstają fale odbite. Fale odbite sumują się tworząc na początku toru wynikowe echo pierwotne, a na końcu toru wynikowe echo wtórne. Szkodliwości odkształceń odbiciowych powodują, że odbicia od wewnętrznych nieregularności torów transmisyjnych muszą być przez producentów kabli utrzymywane na jak najniższym poziomie. Wypadkowy poziom odbić jednokrotnych od nieregularności toru przewodowego (kabla) charakteryzuje ilościowo tzw. tłumienność odbiciowa toru. Jednostką tłumienności odbiciowej jest 1 (db). Warto zapamiętać, że większe wartości tłumienności odbiciowej oznaczają lepsze wykonanie kabla. Transmisji sygnału torem przewodowym zawsze towarzyszy strata energii elektromagnetycznej tego sygnału. Część tej energii jest tracona na ciepło w materiale żył i ekranów oraz w ich izolacji tzw. straty dielektryczne. W wyniku tych strat amplituda sygnału zmniejsza się wraz ze wzrostem długości toru następuje tłumienie sygnału. Miarą tłumienia sygnału jest tłumienność falowa toru zdefiniowana przez stosunek amplitud sygnału na początku i na końcu toru w stanie dopasowania falowego. 81
8. Podstawowe parametry transmisyjne przewodów Rezystancja żyły [Ω/km] mierzona jest prądem stałym. Jej wartość zależy od rezystywności materiału przewodowego miedzi i od jej przekroju poprzecznego. Rezystancja żyły ma bezpośredni wpływ na tłumienie, tzn. straty energii sygnałów o częstotliwościach akustycznych, i ma znaczny wpływ na tłumienie sygnałów o częstotliwościach radiowych. Asymetria rezystancji żył wyrażona w procentach odnosi się do torów symetrycznych. Stanowi ona stosunek rezystancji żył tego samego toru przewodowego. Niewielka asymetria rezystancji żył przewodu świadczy o jego prawidłowym wykonaniu. Rezystancja izolacji żył [MΩ/km] mierzona jest prądem stałym pomiędzy każdą żyłą przewodu i pozostałymi żyłami zwartymi. Jej wartość zależy głównie od materiału izolacji i od jej grubości. Pojemność skuteczna [nf/km] jest to pojemność pomiędzy żyłami tego samego toru symetrycznego, najczęściej jest określana przy częstotliwości 1 khz lub 800 Hz. Impedancja falowa [Ω] torów przewodowych, najczęściej jest określana przy częstotliwości 1 MHz. Wartość impedancji falowej decyduje o przeznaczeniu przewodu ze względu na warunek dopasowania impedancji. Wszystkie trzy impedancje falowe tzn. impedancja falowa nadajnika sygnałów, impedancja falowa toru transmisyjnego i impedancja falowa odbiornika powinny być takie same. Tłumienność falowa [db/km] podaje tłumienie sygnału przez części składowe przewodu. Podawane są wartości maksymalne w zakresie częstotliwości radiowych. Wartość tłumienności falowej informuje o jakości przewodu. Tłumienność odbiciowa [db] określa różnicę poziomów sygnału użytecznego oraz wypadkowego sygnału odbić jednokrotnych od nieregularności wewnętrznych przewodu w miejscu przyłączenia źródła sygnału. Podawane są wartości minimalne przy zakresach częstotliwości radiowych. Jej wartość świadczy o jakości wykonania przewodu. Propagacja sygnału (ang. NVP Nominal Velocity of Propagation) jest to prędkość propagacji (przenoszenia) impulsu elektrycznego podawana jako ułamek dziesiętny lub wartość procentowa pozwalająca na określenie prędkości impulsu w stosunku do prędkości światła (c = 300000 km/s). Na przykład NVP 74% oznacza, że prędkość impulsu w przewodzie V f wynosi 0,74c (V f = 222000 km/s). W tym przypadku impuls elektryczny przebędzie drogę długości jednego metra przewodu w czasie około 4,5 ns. Opracowano na podstawie materiałów firmowych 82