Файл: Лекція 2.doc

3 Коаксіальні кабелі

Коаксіальний кабель являє собою електричний кабель, що складається із центрального мідного провідника й металевої обплітки (екрана), розділених між собою шаром діелектрика (внутрішньої ізоляції) і поміщених у загальну зовнішню оболонку (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Коаксіальний кабель

Коаксіальний кабель донедавна був дуже популярний, що пов'язане з його високою перешкодозахищеністю (завдяки металевому екрану), більше широкими, чим у випадку скрученої пари, смугами пропускання (понад 1ГГц), а також більшими припустимими відстанями передачі (до кілометра). До нього складніше механічно підключитися для несанкціонованого прослуховування мережі, він дає також помітно менше електромагнітних випромінювань. Однак монтаж і ремонт коаксіального кабелю суттєво складніше, ніж скрученої пари, а вартість його вище (він дорожче приблизно в 1,5 – 3 рази). Складніше й установка роз’ємів на кінцях кабелю. Зараз його застосовують рідше, ніж кручену пару. Стандарт EIA/TIA-568 містить у собі тільки один тип коаксіального кабелю, застосовуваний у мережі Ethernet.

Основне застосування для коаксіального кабелю – у мережах з топологією типу шина. При цьому на кінцях кабелю обов'язково повинні встановлюватися термінатори для запобігання внутрішніх відбиттів сигналу, причому один (і тільки один!) из термінаторів повинен бути заземлений. Без заземлення металева обплітка не захищає мережу від зовнішніх електромагнітних перешкод і не знижує випромінювання переданої по мережі інформації в зовнішнє середовище. Але при заземленні обплітки у двох або більше точках з ладу може вийти не тільки мережне встаткування, але й комп'ютери, підключені до мережі. Термінатори повинні бути обов'язково погоджені з кабелем, необхідно, щоб їхній опір рівнявся хвильовому опору кабеля. Наприклад, якщо використовується 50-омний кабель, для нього підходять тільки 50-омні термінаторів.

Рідше коаксіальні кабелі застосовуються в мережах з топологією зірка (наприклад, пасивна зірка в мережі Arcnet). У цьому випадку проблема узгодження істотно спрощується, тому що зовнішні термінатори на вільних кінцях не потрібні.

Хвильовий опір кабелю вказується в супровідній документації. Найчастіше в локальних мережах застосовуються 50-омні (RG-58, RG-11, RG-8) і 93-омні кабелі (RG-62). Розповсюджені в телевізійній техніці 75-омные кабелі в локальних мережах використаються рідко. Марок коаксіального кабелю небагато. Він не вважається особливо перспективним. Не випадково в мережі Fast Ethernet не передбачене застосування коаксіальних кабелів. Однак у багатьох випадках класична шинна топологія (а не пасивна зірка) дуже зручна. Як ми вже відзначали, вона не вимагає застосування додаткових пристроїв - концентраторів.

---

Існує два основних типи коаксіального кабелю:

• тонкий (thin) кабель, що має діаметр близько 0,5 см, більше гнучкий;

• товстий (thick) кабель, діаметром близько 1 см, значно більше твердий. Він являє собою класичний варіант коаксіального кабелю, що уже майже повністю витиснутий сучасним тонким кабелем.

Тонкий кабель використовується для передачі на менші відстані, чим товстий, оскільки сигнал у ньому загасає сильніше. Зате з тонким кабелем набагато зручніше працювати: його можна оперативно прокласти до кожного комп'ютера, а товстий вимагає твердої фіксації на стіні приміщення. Підключення до тонкого кабелю (за допомогою роз’ємів BNC байонетного типу) простіше й не вимагає додаткового встаткування. А для підключення до товстого кабелю треба використати спеціальні досить дорогі пристрої, що проколюють його оболонки й установлюють контакт як із центральною жилою, так і з екраном. Товстий кабель приблизно вдвічі дорожче, ніж тонкий, тому тонкий кабель застосовується набагато частіше.

Як й у випадку кручених пар, важливим параметром коаксіального кабелю є тип його зовнішньої оболонки. Точно так само в цьому випадку застосовуються як non-plenum (PVC), так й plenum кабелі. Природно, тефлоновий кабель дорожче полівінилхлоридного. Звичайно тип оболонки можна відрізнити за фарбуванням (наприклад, для PVC кабелю фірма Belden використає жовті кольори, а для тефлонового – жовтогарячий).

Типові величини затримки поширення сигналу в коаксіальному кабелі становлять для тонкого кабелю близько 5 нс/м, а для товстого – близько 4,5 нс/м.

Існують варіанти коаксіального кабелю з подвійним екраном (один екран розташований усередині іншого й відділений від нього додатковим шаром ізоляції). Такі кабелі мають кращу перешкодозахищеність і захист від прослуховування, але вони небагато дорожче звичайних.

У цей час уважається, що коаксіальний кабель застарів, у більшості випадків його цілком може замінити скручена пара або оптоволоконний кабель. І нові стандарти на кабельні системи вже не включають його в перелік типів кабелів.

---

4 Оптоволоконні кабелі

Оптоволоконний (він же волоконно-оптичний) кабель – це принципово інший тип кабелю в порівнянні з розглянутими двома типами електричного або мідного кабелю. Інформація з нього передається не електричним сигналом, а світловим. Головний його елемент - це прозоре скловолокно, по якому світло проходить на величезні відстані (до десятків кілометрів) з незначним ослабленням.

Рис. 2.4. Структура оптоволоконного кабелю

Структура оптоволоконного кабелю дуже проста й схожа на структуру коаксіального електричного кабелю (рис. 2.4). Тільки замість центрального мідного провідника тут використовується тонке (діаметром близько 1 – 10 мкм) скловолокно, а замість внутрішньої ізоляції – скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світлу виходити за межі скловолокна. У цьому випадку мова йде про режим так називаного повного внутрішнього відбиття світла від границі двох речовин з різними коефіцієнтами переломлення (у скляної оболонки коефіцієнт переломлення значно нижче, ніж у центрального волокна). Металева обплітка кабелю звичайно відсутня, тому що екранування від зовнішніх електромагнітних перешкод тут не потрібно. Однак іноді її все-таки застосовують для механічного захисту від навколишнього середовища (такий кабель іноді називають броньовим, він може поєднувати під однією оболонкою декілька оптоволоконних кабелів ).

Оптоволоконний кабель має виняткові характеристики по перешкодозахищеності й таємності переданої інформації. Ніякі зовнішні електромагнітні перешкоди в принципі не здатні спотворити світловий сигнал, а сам сигнал не породжує зовнішніх електромагнітних випромінювань. Підключитися до цього типу кабелю для несанкціонованого прослуховування мережі практично неможливо, тому що при цьому порушується цілісність кабелю. Теоретично можлива смуга пропущення такого кабелю досягає величини 1012 Гц, тобто 1000 ГГц, що незрівнянно вище, ніж в електричних кабелів. Вартість оптоволоконного кабелю постійно знижується й зараз приблизно дорівнює вартості тонкого коаксіального кабелю.

Типова величина загасання сигналу в оптоволоконних кабелях на частотах, використовуваних у локальних мережах, становить від 5 до 20 дБ/км, що приблизно відповідає показникам електричних кабелів на низьких частотах. Але у випадку оптоволоконного кабеля при росту частоти переданого сигналу загасання збільшується дуже незначно, і на більших частотах (особливо понад 200 МГц) його перевагу перед електричним кабелем незаперечні, у нього просто немає конкурентів.

---

Однак оптоволоконний кабель має й деякі недоліки.

Самий головний з них – висока складність монтажу (при установці роз’ємів необхідна мікронна точність, від точності відколу скловолокна й ступеня його полірування сильно залежить загасання в роз’ємі). Для установки роз’ємів застосовують зварювання або склеювання за допомогою спеціального гелю, що має такий же коефіцієнт переломлення світла, що й скловолокно. У кожному разі для цього потрібна висока кваліфікація персоналу й спеціальні інструменти. Тому найчастіше Оптоволоконний кабель продається у вигляді заздалегідь нарізаних шматків різної довжини, на обох кінцях яких уже встановлені роз’єми потрібного типу. Варто пам'ятати, що неякісна установка роз’єми різко знижує припустиму довжину кабелю, обумовлену загасанням.

Також треба пам'ятати, що використання оптоволоконного кабелю вимагає спеціальних оптичних приймачів і передавачів, що перетворять світлові сигнали в електричні й обернено, що часом істотно збільшує вартість мережі в цілому.

Оптоволоконні кабелі допускають розгалуження сигналів (для цього виробляються спеціальні пасивні розгалуджувачі (couplers) на 2—8 каналів), але, як правило, їх використають для передачі даних тільки в одному напрямку між одним передавачем й одним приймачем. Адже будь-яке розгалуження неминуче сильно послабляє світловий сигнал, і якщо розгалужень буде багато, те світло може просто не дійти до кінця мережі. Крім того, в розгалуджувачі є й внутрішні втрати, так що сумарна потужність сигналу на виході менше вхідної потужності.

Оптоволоконний кабель менш міцний і гнучкий, чим електричний. Типова величина припустимого радіуса вигину становить близько 10 – 20 см, при менших радіусах вигину центральне волокно може зламатися. Погано переносить кабель і механічне розтягання, а також вплив стискання.

Чутливий оптоволоконний кабель і до іонізуючих випромінювань, через які знижується прозорість скловолокна, тобто збільшується загасання сигналу. Різкі перепади температури також негативно позначаються на ньому, скловолокно може тріснути.

Застосовують оптоволоконний кабель тільки в мережах з топологією зірка й кільце. Ніяких проблем узгодження й заземлення в цьому випадку не існує. Кабель забезпечує ідеальну гальванічну розв'язку комп'ютерів мережі. У майбутньому цей тип кабелю, імовірно, витисне електричні кабелі або, у всякому разі, сильно потіснить їх. Запаси міді на планеті виснажуються, а сировини для виробництва скла цілком достатньо.

---

Існують два різних типи оптоволоконного кабелю:

• багатомодовий або мультимодовий кабель, більше дешевий, але менш якісний;

• одномодовий кабель, більше дорогий, але має кращі характеристики в порівнянні з першим.

Суть розходження між цими двома типами зводиться до різних режимів проходження світлових променів у кабелі.

Рис. 2.5. Поширення світла в одномодовому кабелі

В одномодовому кабелі практично всі промені проходять той самий шлях, у результаті чого вони досягають приймача одночасно, і форма сигналу майже не спотворюється (рис. 2.5). Одномодовий кабель має діаметр центрального волокна близько 1,3 мкм і передає світло тільки з такою же довжиною хвилі (1,3 мкм). Дисперсія й втрати сигналу при цьому дуже незначні, що дозволяє передавати сигнали на значно більшу відстань, чим у випадку застосування багатомодового кабелю. Для одномодового кабелю застосовуються лазерні приемопередатчики, що використають світло винятково з необхідною довжиною хвилі. Такі приемопередатчики поки ще порівняно дороги й не довговічні. Однак у перспективі одномодовый кабель повинен стати основним типом завдяки своїм прекрасним характеристикам. До того ж лазери мають більша швидкодія, чим звичайні светодиоды. Загасання сигналу в одномодовом кабелі становить близько 5 дБ/км і може бути навіть знижене до 1 дБ/км.

Рис. 2.6. Поширення світла в багатомодовому кабелі

У багатомодовому кабелі траєкторії світлових променів мають помітний розкид, у результаті чого форма сигналу на прийомному кінці кабелю спотворюється (рис. 2.6). Центральне волокно має діаметр 62,5 мкм, а діаметр зовнішньої оболонки 125 мкм (це іноді позначається як 62,5/125). Для передачі використовується звичайний (не лазерний) светодиод, що знижує вартість і збільшує термін служби приемопередатчиков у порівнянні з одномодовым кабелем. Довжина хвилі світла в багатомодовому кабелі дорівнює 0,85 мкм, при цьому спостерігається розкид довжин хвиль близько 30 – 50 нм. Припустима довжина кабелю становить 2 – 5 км. Многомодовый кабель – це основний тип оптоволоконного кабелю в цей час, тому що він дешевше й доступніше. Загасання в багатомодовому кабелі більше, ніж в одномодовом і становить 5 – 20 дБ/км.

---