ККС Часть1

ния оконечного оборудования, но в них пары проводов обычно не скручены, так что высокие рабочие частоты для них не реализуемы. Существуют и специальные плоские кабели для прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями (under carpet cable), среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.

По калибру – сечению проводников – кабели маркируются в соответствии со стандартом AWG. В основном применяются проводники 26 AWG (сечение

0,13 мм2, погонное сопротивление 137 Ом/км), 24 AWG (0,2-0,28 мм2, 60-88

Ом/км) и 22 AWG (0,33-0,44 мм2, 39-52 Ом/км). Однако калибр проводника не дает информации о толщине провода в изоляции, что весьма существенно при заделке концов кабеля в модульные вилки, и внешнем диаметре кабеля, по которому можно рассчитать сечение требуемых кабельных каналов.

Проводники могут быть жесткими одножильными (solid) или гибкими многожильными (stranded или flex), состоящими обычно из 7 жил. Кабель с одножильными проводами обладает лучшими и более стабильными характеристиками. Его применяют в основном для стационарной проводки (он и дешевле многожильного), которая составляет наибольшую часть в кабельных линиях. Многожильный гибкий кабель применяют для соединения оборудования (абонентского и телекоммуникационного) со стационарной проводкой и коммутационных шнуров.

Для многопарных кабелей стандартизована цветовая маркировка проводов, позволяющая быстро и безошибочно выполнять их разделку без предварительной прозвонки. Каждая пара имеет условно прямой (Tip) и обратный (Ring) провод. Маркировка для 4-парного кабеля приведена в таблице 1.5, кроме основного варианта имеется и альтернативная маркировка.

22

Модульные соединители Modular Jack (гнезда, розетки) и Modular Plug (вилки) являются наиболее употребимыми разъемами для 1-, 2-, 3-, 4-парных кабелей категорий 3-6. В кабельных системах применяются 8- и 6-позиционные соединители, больше известные под названиями RJ-45 и RJ-11 соответственно. Представление о конструкции гнезд и вилок распространенных видов соединителей дают рисунок 1.7 и 1.8. Корректное обозначение для розетки, используемой для подключения сетевой аппаратуры, имеет вид «Modular Jack 8P8C», для вилки – «Modular Plug 8Р8С», где 8Р указывает на размер (8-позиционный), а 8С – на число используемых контактов (8). Для подключения телефонов используют конфигурацию 6Р4С (6 позиций, 4 контакта). Встречаются и иные обозначения, например «Р-6-4» – вилка (plug) на 6 позиций и 4 контакта, «PS-8- 8» – вилка экранированная (plug shielded) на 8 позиций и 8 контактов. 6- позиционные вилки могут быть вставлены и в 8-позиционные розетки, но не наоборот. Кроме обычных симметричных разъемов (рисунок 8, а и б), встречаются модифицированные (рисунок 1.8, в)MMJ (Modified Modular Jack) и с ключом (рисунок 1.8, г). В некоторых случаях применяют и 10-позиционные 10контактные соединители.

Назначение контактов модульных разъемов, применяемых в телекоммуникациях, стандартизовано. При монтаже структурированной кабельной системы передачи данных следует использовать 8-позиционные соединители с рас-

кладкой EIA/TIA-568A, сокращенно Т568А (таблица1.6), или EIA/TIA-568B, (Т568В) (таблица1.7). Раскладка Т568 по первым двум парам совместима с USOCRJ-61, применяемой в телефонии. Раскладка Т568В, известная и под именем АТ&Т258А или WECO, от Т568А отличается только положением пар 2 и 3.

23

По исполнению и способу крепления розеток существует множество вариантов, которые можно разделить на фиксированные конфигурации и наборные (модульные) системы.

Заделка проводов в розетки выполняется инструментом, соответствующим типу коннектора или же с помощью защитных колпачков. Есть конструкции розеток, собираемых без инструмента.

Модульные вилки различных категорий внешне могут почти не отличаться друг от друга, но иметь разную конструкцию. Вилки для категории 5 могут иметь сепаратор, надеваемый на провода до сборки и обжима разъема, что позволяет сократить длину расплетенной части кабеля и облегчить раскладку проводов. Однако сепаратор – не обязательный атрибут вилок высоких категорий. Контакты при установке (обжиме) врезаются в провода сквозь изоляцию. Вилки для одножильного и многожильного кабеля различаются формой контактов. Игольчатые контакты используются для многожильного кабеля, иголки втыкаются между жилами проводов, обеспечивая надежное соединение. Для одножильного кабеля используются контакты, «обнимающие» жилу с двух сторон. Ряд фирм выпускает и универсальные вилки, надежно соединяющиеся с любым кабелем подходящего калибра. Применение типов вилок, не соответствующих кабелю, чревато большим процентом брака и недолговечностью соединения.

Модульные вилки допускают только однократную установку. Для установ-

ки вилок существует специальный обжимной инструмент (crimping tool), без которого качественная оконцовка кабеля затруднительна. Качественная и надежная установка вилок требует определенного навыка.

Модульные соединители (розетки и вилки) по присоединительным размерам стандартизованы. Тем не менее, при использовании розеток и вилок разных производителей возможны неприятности, в основном связанные с фиксацией вилок: либо вилки входят очень туго и вынимаются с трудом, либо, наоборот, фиксатор их не держит.

Для обжима модульных вилок используются обжимной инструмент – кримпер (рисунок 1.9). Обжимной инструмент снабжается еще и стриперами

25

для подрезания чулка кабеля и ножами-кусачками для подравнивания проводов.

Первым делом на кабель надевается защитный колпачок. С кабеля снимается чулок, провода располагаются в соответствии с раскладкой EIA/TIA-568A или EIA/TIA-568B (таблицы 1.6 и 1.7). Разводка витой пары для соединения двух компьютеров напрямую (без концентратора) осуществляется кроссоверным способом. Расплетение витой пары больше чем на сантиметр (точнее, 0,5 дюйма) нежелательно. Провода подравниваются и вставляются в вилку. Внимательно их осмотрев, убеждаются в правильности раскладки (по цветам). Все провода должны входить до упора. Вилку с проводом вставляют в гнездо инструмента и обжимают.

Ножи для снятия чулка с кабеля

Нож для подравнивания проводов

Гнездо для обжима вилки RJ-45

Рисунок 1.9. Кримпер для модульных вилок

При использовании блоков коннекторов типа S110/210, S66 и других следует придерживаться стандартных правил нумерации и цветовой маркировки пар проводов. Контакты на блоках нумеруются так, чтобы в установленном положении нумерация шла слева направо и сверху вниз.

Оптоволоконные кабели. Передача информации по оптическим линиям осуществляется с помощью световода (рисунок 1.10). Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм (400-3000 нм), но пока практически используется только диапазон 600-1600 нм (часть видимого спектра и инфракрасного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковолновых (около 800 нм) систем. По мере совершенствования технологий производства излуча-

26

телей и приемников уходят в сторону более длинных волн – через 1300 и 1500 к 2800 нм, передача которых может быть эффективнее. Высокая частота электромагнитных колебаний этого диапазона (1013-1014 Гц) дает потенциальную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется существующими источниками и приемниками сигналов – в настоящее время освоены скорости до нескольких гигабит в секунду.

Рисунок 1.10. Оптоволокно в буфере: 1 – сердцевина, 2 – оптическая оболочка, 3 – защитное покрытие, 4 – буфер (необязательный)

Внутренняя часть световода называется сердцевиной (core, иногда переводят как «ядро»), внешняя – оптической оболочкой волокна, или просто оболочкой (cladding). В зависимости от траекторий распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно. Многомодовое волокно (multimode fiber, MMF) имеет довольно большой диаметр сердцевины – 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм или 100 мкм при оболочке 140 мкм. Од-

номодовое волокно (single mode fiber, SMF) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5

мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет защитное покрытие (coating) толщиной 60 мкм, называемое также защитной оболочкой. Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием называется оптическим волокном. Оптоволокно в первую очередь характеризуется диаметрами сердцевины и оболочки, эти размеры в микрометрах записываются через дробь: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Наружный диаметр волокна (с по-

крытием) тоже стандартизован, в телекоммуникациях в основном используются волокна с диаметром 250 мкм. Применяются также и волокна с буферным покрытием, или просто буфером (buffer), диаметром 900 мкм, нанесенным на первичное 250-мкм покрытие.

27

Относительная разность показателей преломления. Волокно состоит из сердцевины и оболочки. Оболочка окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна. Обозначим n1 и n2 показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно. Одним из важных параметров является относительная разность показателей преломления:

Распространение света в волокне иллюстрирует рисунок 1.11. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более некоторого критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA и определяется через абсолютные показатели преломления слоев по формуле:

NA sin n12 n22

Рисунок 1.9. Ввод света в оптоволокно. 1 – входной конус, 2 – осевая мода, 3 – мода низкого порядка, 4 – мода высокого порядка.

В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины n1и оболочки n2 различаются всего на 1-1,5 % (например, п1 :n2= 1,515:1,50). При этом апертура NA=0,2-0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом волокне показатели преломления различаются еще меньше (п1 :n2= 1,505:1,50), апертура NA=0,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания. Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала – световоды, ис-

28

точники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Другим важным параметром, характеризующим оптоволокно и распространяющийся по нему свет, является нормированная частота V, которая определяется как

V d NA/

где d – диаметр сердцевины волокна.

Если рассматривать распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по разным траекториям. Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, – они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции – показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки – и длины волны.

Оптоволоконный кабель, как и медный, нуждается в оконцовке, то есть подключении к каждому волокну специального коннектора. Наиболее сложная проблема оконцовки - точно совместить оси коннектора или волокна. Если многомодовое волокно еще допускает отклонение 15%, то в одномодовом волокне малейший сдвиг приводит к полной потере сигнала. Поэтому типы коннекторов в основном отличаются друг от друга размером и формой направля-

ющего ободка (alignment ferrule).

Соединение оптических волокон происходит либо методом сваривания либо методом склеивания оптических волокон. Сварка оптических волокон основана на их точном центрировании, после чего волокна свариваются друг с другом при помощи дугового разряда между электродами.

Для получения клеевых соединений используют совмещение и фиксацию оптических волокон: в капилляре, в трубке с прямоугольным сечением, с помощью V-образной канавки и с помощью трех стержней в качестве направляющих. Оптические волокна соединяются поодиночке.

29

Рисунок 1.10. Распространение волн в световодах: а – в одномодовом; б – в многомодовом со ступенчатым профилем; в – в многомодовомс градиентным профилем. 1 – профиль показателя преломления, 2 – входной импульс, 3 – выходной импульс

Если в самых первых биконических коннекторах использовались конические ободки, то в настоящее время используются коннекторы типа SC (square cross-section), имеющие ободок квадратного сечения. Для надежного закрепления коннектора в гнезде в ранних типах коннекторов использовалась байонетная (ST) или резьбовая (SMA) фиксация. Сейчас в коннекторах SC используется технология "push-pull", предусматривающая закрепление коннектора в гнезде защелкиванием. Коннекторы SC - универсальны, они используются в локальных сетях, в телекоммуникационных системах и сетях кабельного телевидения (рисунок 1.13).

Существуют также механические соединители оптических волокон (рисунок 1.14). Они разрабатывались как более дешевый и быстрый способ сращивания оптических волокон.

Конструкция оптических соединителей относительно проста. Основными узлами являются направляющие для двух оптических волокон и устройство фиксации волокон. Внутреннее пространство заполняется гелем для защиты открытых участков оптических волокон от воздействия влаги. Одновременно гель обладает иммерсионными свойствами – его показатель преломления близок к показателю преломления сердцевины волокна.

30

Рисунок 1.11. Разъем клеевой а – FC типа; б – SC типа

Рисунок 1.12. Механические соединители оптических волокон

Клей, как и гель, используемый для оптических волокон, должен иметь коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления волокон. Он должен обеспечивать фиксированное положение соединенных оптических волокон, защищать место сращивания от воздействий окружающей среды, гарантировать прочность сростка при воздействии нагрузок в осевом направлении. К достоинствам этого метода следует отнести оперативность и отсутствие деформации сердцевин соединяемых оптических волокон. Это способствует тому, что в области стыка – малые потери, обеспечиваются хорошие механические свойства.

Оконцовка оптоволоконного кабеля производится с использованием специального инструмента (рисунок 1. 15).

31