Знаете ли вы, зачем скручивают витую пару?

Знаете ли вы, зачем скручивают витую пару?

С витой парой мы сталкиваемся каждый день, ведь такой кабель применяется для прокладки локальных сетей, подключения к сети интернет, в слаботочных системах, видеонаблюдении и т.д. Как правило, он состоит из 2, 4 или более пар токопроводящих жил небольшого диаметра. Жилы скручены друг с другом с определённым шагом и покрыты общей оболочкой с экранированием или без него.

 

Кстати, название «витая пара», можно сказать, народное, устоявшееся в профессиональной среде. Если обратиться к нормативно-технической документации России, правильнее будет –«симметричный кабель связи» (ГОСТ Р 54429-2011).

Но верное название кабеля не самое интересное в этой истории. Знаете ли вы, почему витую пару скручивают, а жилы проводов или кабелей питания обычно прямые? Давайте разбираться!

 

С чего всё началось…

Во второй половине XIX века для телеграфов, а затем и для телефонных линий использовались прямые провода, проложенные параллельно по опорам. Но при бурном техническом прогрессе появлялось всё больше и потребителей электроэнергии, и абонентов телефонных сетей. Соответственно, приходилось протягивать больше кабельных линий.
 


 
Как известно, при протекании электрического тока через проводник возникает магнитное поле, а если проводник поместить в изменяющееся магнитное поле, то через него потечёт ток. Именно поэтому токи в силовых кабелях наводят помехи в сигнальных линиях, если они расположены рядом. То же самое происходит, если рядом расположено много сигнальных линий — они создают помехи друг для друга и искажают сигналы. Если помех слишком много, то передача сигнала становится и вовсе невозможной — принимающее устройство просто не поймёт, что ему было передано.

Конечно, инженеры начали искать решение проблемы. В конце XIX века посчитали, что лучший метод борьбы с помехами – транспозиция. И через каждые несколько опор меняли местами два сигнальных провода.

Александр Белл

Иное решение предложил в 1881 году Александр Белл. Он запатентовал новый вид кабеля, который состоял из одной или нескольких пар изолированных друг от друга жил, причем жилы каждой пары скручивались между собой. Так и появился прообраз современных витопарных кабелей. К 1900 году все телефонные линии в США были проложены витой парой.

 

Зачем делить кабель связи на два?

Есть два основных способа передавать любой электрический сигнал — по одному проводу относительно земли или какой-либо точки с условно нулевым потенциалом, либо по двум проводам, не привязываясь к общим точкам.

При передаче сигнала по двум проводам каждому положительному сигналу в одной жиле соответствует отрицательный сигнал в другой жиле, это называют дифференциальным сигналом.

Несимметричный и дифференциальный сигнал

Так как на проводах в паре напряжения сигналов противоположны, а токи текут в разные стороны, то и электромагнитные поля, порождённые током в каждой из жил, компенсируют друг друга. И даже если возникают помехи, они наводятся на обоих проводах так, что сигнал практически не искажается. Тогда как при передаче несимметричного сигнала помеха может привести к «ложным» единицам и нулям при передаче, что вы и можете видеть на рисунке 1.

 

А зачем ещё и скручивать жилы?

Дифференциальный сигнал полностью проблему с помехами не решает. Если передавать его с помощью кабеля с параллельно уложенными жилами, то положительного эффекта не будет. Дело в том, что в такой конструкции кабеля невозможно обеспечить одинаковое расстояние между жилами каждой из пар. Для улучшения связи между жилами их скручивают, причем шаг скрутки проводников обязательно должен быть одним и тем же по всей длине кабеля – не может быть такого, что в начале жилы скручены с шагом в 1 см, в середине кабеля шаг 5 см, а на конце – 0,5 см.

Равномерная скрутка будет работать, если в кабеле одна пара жил. Но представим, что в кабеле несколько пар, тогда сразу появляется ещё одна проблема — перекрёстные помехи или просто наводки помех одной парой на другую.

Как добиться, чтобы скрученные пары одного кабеля меньше влияли друг на друга? Для этого каждую пару жил скручивают с разным шагом, подобное решение используется в витой паре категории 5 и выше.

Шаг скрутки у разных пар отличается
Шаг скрутки у разных пар отличается.

 

Сигнал же цифровой, а он помех не боится…

Зачем вообще думать о помехах, ведь цифровой сигнал их не боится? Действительно, цифровой сигнал по сравнению с аналоговым гораздо более устойчив к помехам. Но есть один нюанс – в аналоговых линиях передаётся сигнал относительно низкой частоты, например, частота звукового сигнала лежит в слышимом диапазоне – до 20 кГц. Но частота сигнала в интернет-кабеле находится в диапазоне от 100 до 1000 МГц.

Чем больше частота сигнала, тем сложнее его передавать, так как он становится более уязвим к помехам, качеству монтажа, кабеля, разъёмов и сопутствующего оборудования. Конечно, можно использовать меньшие частоты, но тогда снизится скорость передачи данных. Таким образом, помехи снижают пропускную способность линии.

 

Подведём итоги

Чтобы снизить количество помех и повысить пропускную способность кабеля, используют дифференциальный сигнал. Для того, чтобы избавиться от внешних и перекрёстных наводок, жилы скручивают с разным шагом. Но это не все методы борьбы с помехами. В кабелях витая пара применяют экранирование фольгой или добавляют как общий для всех жил экран из оплетки медными лужеными жилами, так и индивидуальный экран на каждой жиле (в кабелях категории 7, 7а).

Чем выше категория кабеля, тем больше частота сигнала, соответственно, растет скорость его передачи. Подробнее смотрите в таблице ниже.

Применение витой пары различных категорий

Применение витой пары различных категорий

 

Кстати

А вы знаете, витая пара какой торговой марки является самой распространенной в России? Агентство DISCOVERY Research Group, являющееся партнером РИА «РосБизнесКонсалтинг» (rbc.ru), опубликовало результаты исследования российского рынка LAN-кабеля (витая пара). Согласно расчетам аналитиков DISCOVERY Research Group, объем рынка LAN-кабеля в России в 2019 г. составил 570 330 км. На рынке кабеля в России в 2019 году в натуральном выражении лидировала продукция ТМ ITK, также на рынке присутствовал кабель витая пара NETLAN, SKYNET, SUPRLAN и других торговых марок.

Закажите обратный звонок