Twisted Pair

بسمه تعالی                                                              

موضوع: Twisted Pair (زوج به هم تابیده)

مقدمه

زوج به‌هم‌تابیده) به انگلیسی: ( Twisted pair شکلی از سیم‌بندی است که در آن دو رسانای یک مدار به منظور بهبود سازگاری الکترومغناطیسی به یکدیگر تابیده می‌شوند. کابل‌ زوج به هم تابیده Twisted Pair در شبکه کاربردهای خاص خود را دارند و در موارد متعددی از آن‌ها استفاده می‌شود. این کابل‌ها در شبکه‌های اترنتی و در ارتباطات تلفنی امروزه کاربرد دارند.

در خط انتقال متوازن روی هر رشته سیم سیگنالی مساوی و با فاز مخالف انتقال می‌یابد. از آن‌جا که این دو رشته سیم دارای مقدار تابش الکترومغناطیسی مشابه ولی با اختلاف فاز ۱۸۰ درجه‌ای هستند و با تابانیدن روی‌هم باعث کاهش قدرت سیگنال تداخلی مغناطیسی آنها روی زوج‌سیم‌های مجاور می‌شود.

میزان چرخش که به آن زاویه پیچش نیز می‌گویند (pitch of the twist) مشخصه این نوع کابل‌ها را به وجود می‌آورد که مقیاس آن بر حسب تعداد دورها در هر متر محاسبه می‌شود. هنگامی که جفت سیم‌ها به‌هم‌تابیده نباشند، این امکان وجود دارد که یکی از اعضای زوج سیم به منبع نیرو نزدیکتر باشد؛ و باعث القای مقدار اندکی نیروی محرک الکتریکی (EMF) در آن رشته سیم شود.

تاریخچه

در گذشته تلفن‌ها از خطوط تلگراف بهره می‌بردند، در دهه‌های ۱۸۸۰ ترامواهای برقی در اقصی نقاط شهر نصب شد شدند، که باعث القای تداخلی درون خطوط ارتباطی می‌شدند. استفاده از خطوط قبلی بیهوده بود و شرکت‌های مخابراتی سیستم‌های خود را به مدارهای بالانس تبدیل کردند که به‌طور اتفاقی باعث کاهش در تداخل و افزایش برد سیگنال‌ها شد.
مدار بالانس یکی از متدهای متداول برای انتقال انواع گوناگون سیگنال‌های ارتباطی بین دونقطه توسط دو رشته سیم می‌باشد، در مدار بالانس هر سیگنال در هریک از سیم‌ها باعث وارونگی سیگنال‌ها می‌شود و بنابراین از تداخل کاسته می‌شود.
با افزایش استفاده از وسایل الکتریکی، تأثیرات منفی آن به صورت تداخل رادیویی درون خطوط ارتباطی به چشم می‌خورد تا آنجا که شرکت‌های تلفن تصمیم به عبوردادن ضربدری سیم‌ها در دکل‌ها شدند. در این صورت دو کابل مقداری مساوی تداخل مغناطیسی به وجود آمده از خطوط نیرو را می‌گرفتند و مشکل رفع می‌شد.

کابل‌های زوج به هم تابیده Twisted Pair چیست؟

برای رفع اختلالات الکترومغناطیسی گاهی نیاز است تغییراتی در شکل سیم‌ها و سیمکشی دهیم. زمانی که سیم‌ها دو به دو به هم پیچ خورده و آرایش جدیدی به خود بگیرند اصطلاحا سیم‌ها یا کابل‌های زوج به هم تابیده نامیده می‌شوند.

در اینجا بحث نوع عملکرد این سیم‌ها مطرح می شود که باید به این موضوع اشاره کنیم که با توجه به خنثی نمودن اختلالات مغناطیسی در انتها برای تولید سیگنال و در اصل تبدیل زوج‌های مغناطیسی به سیگنال عمل می‌کنند. برای درک بهتر مطلب و نوع اختلال ایجاد شده در نظر بگیرید که سیم به خودی خود حین عبور جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی کوچکی در اطرافش ایجاد می‌شود. طبق قوانین الکترومغناطیس هنگامی دو سیم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و این میدان مغناطیسی تشکیل می‌شود حول هر یک ایجاد می‌شود، جهت میدان میان این دو سیم مخالف یکدیگر است. یعنی جهت میدان ایجاد شده حول سیم اول کاملا مخالف جهت میدان ایجاد شده حول سیم دوم است. این موضوع به تنهایی عمل مهمی برای ایجاد اختلالات مغناطیسی خواهد بود.

ساختار زوج کابل های شبکه ی بهم تابیده شده

عمدتا کابل های شبکه دارای لایه های مختلفی می باشند. که بخش اصلی این کابل ها را مغز کابل تشکیل می‌دهد. در کابل شبکه، مغزی کابل در قسمت پشت روکش قرار دارد که این امر موجب می شود تا مغزی کابل از دید شما پنهان بماند. اما عملکردهای اصلی یک کابل شبکه را همان بخش کابل یعنی مغزی آن انجام می‌دهد. مغزی کابل را می‌توان یک رسانا دانست که این رسانا وظیفه ی انتقال اطلاعات به درون شبکه‌ها را برعهده دارد.

در تولید زوج کابل شبکه ی به هم تابیده شده، 8 عدد سیم استفاده شده است. که این سیم‌ها به صورت چهار جفت در کنار یک دیگر قرار گرفته‌اند و دو به دو به هم تابیده شده‌اند. زمانی که روکش این کابل‌ها را باز نمایید متوجه این امر خواهید شد و این چهار جفت سیم به هم پیچیده شده برای شما نمایان خواهد شد. هر دو سیمی که به هم تابیده شده‌اند دارای مقداری اختلالات الکترومغناطیس می باشند که با این پیچش نویز را در زمان انتقال داده، از بین برده و تداخل‌هایی را ممکن است در این بین رخ دهد را خنثی نموده‌اند.

انواع کابل‌های زوج به هم تابیده

کابل‌های زوج به هم تابیده انواع مختلفی دارند که با ذکر جزئیات با آن‌ها آشنا خواهیم شد. این نوع کابل‌ها به طور کلی به دو نوع روکش‌دار و بدون روکش تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه با این دو گروه آشنا خواهیم شد.

کابل‌های زوج به هم تابیده روکش‌دار (Shielded Twisted Pair)

کابل‌های روکش‌دار یا به اختصار stp کابل‌هایی هستند که با توجه به تکنیک‌های محافظت و خنثی سازی عمل نموده و از طرفی با توجه به غلافی که دور آن‌ها پیچیده شده از اختلالات مغناطیسی در امان‌اند. این غلاف‌ها عموما فلزی‌اند و به ازای هر زوج سیم یک غلاف فلزی در ساختار آن‌ها به کار می‌رود. روش عملکرد غلاف به این صورت است که با جدا کردن فضای خارج از درون کابل مانع انتقال نویز و امواج الکترومغناطیسی به محیط داخل می‌شوند. این عملکرد جداسازی به نوبه خود در حفظ جریان موثر است. همچنین با توجه به این که غلاف از نوع فلزی است خود توان انتقال الکترون‌های آزاد و ایجاد جریان در طول هادی را دارا است و همین موضوع باعث تعریف کارکرد جدیدی در غلاف می‌شود.

غلاف فلزی در صورت اتصال به زمین به تنهایی قادر است پارازیت‌های اطراف را به جریان تبدیل کند که این همان عملکرد ارت است. جریان تولیدی در نهایت در امتداد سیم‌های داخلی کابل تقسیم شده و دیگر جایی برای نویز باقی نمی‌ماند. پس عملکرد غلاف‌های کابل‌های زوج به هم تابیده روکش‌دار فراتر از آن چیزی است که  در ابتدا به نظر می‌رسد.

انواع کابل‌های زوج به هم تابیده روکش‌دار به این شرح‌اند:

1. U/FTP  شامل یک فویل دور هر جفت سیم آن.
2. F/UTP  شامل یک فویل دور کل سیم‌ها.
3. S/UTP  شامل یک شیلد دور کل سیم‌ها.
4. SF/UTP  شامل یک شیلد و یک فویل دور کل سیم‌ها.
5. S/FTP  شامل یک فویل دور هر جفت سیم و یک شیلد دور کل سیم‌ها.
6. F/FTP  شامل یک فویل دور هر جفت سیم و یک فویل دور کل سیم‌ها.
7. SF/FTP  هم محافظ بافت شده و هم فویل دور سیم‌ها وجود دارد. این مدل کابل گران ترین نوع کابل شبکه است که در شبکه‌هایی که امنیت بالایی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایا و معایب کابل‌های: stp

با توجه به غلاف فلزی که دارند توان بالایی در از بین بردن نویز دارند و از این لحاظ می‌توان گفت کارایی مناسبی در شبکه دارند. سرعت انتقال داده در کابل‌ stp تفاوت چندانی با نوع بدون روکش ندارد و هر دو از سرعت خوبی در این کار برخوردار هستند.

کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش (unshielded Twisted Pair)

نوع دیگر کابل‌های زوج به هم تابیده توانمندی خاصی در جداسازی فضای داخل و بیرون کابل ندارند و تنها از یک حفاظ پلاستیکی به دور یک یا چند سیم تشکیل شده‌اند. این نوع از کابل‌ها اولین بار توسط گراهام بل در سال ۱۸۸۱ در سیستم‌های تلفن به کار رفت و پس از آن کاربردهای آن در شبکه‌های تلفن وسیع‌تر شد. تعداد پیچ خوردگی‌ها در کابل‌های بدون روکش اهمیت دارد، مسئله‌ای که چندان در نوع روکش‌دار مطرح نیست. با توجه به تعداد پیچ خوردگی‌ها اختلالات مغناطیسی موجود برطرف می‌شود و جریان در طول سیم ها ادامه می‌یابد. کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش شامل ۴ زوج سیم است که با امپدانس ۱۰۰ اهم در شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این نوع کابل‌ها بیشتر در شبکه‌های اترنت و سیستم‌های تلفن استفاده می‌شود.

انواع کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش (UTP) 

• :Category 1  برای ارتباطات تلفن استفاده می‌شود. این نوع برای انتقال داده‌ها مناسب نیستند.
• :Category 2  توانایی انتقال داده‌ها تاMbps 4 را دارد و از فرکانس MHz 10  پشتیبانی می‌کند.
• :Category 3  توانایی انتقال داده‌ها تاMbps 10 را دارد و از فرکانس MHz 16 پشتیبانی می‌کند.
• :Category 4 این نوع در شبکه‌های Token Ring به کار می‌روند. توانایی انتقال داده تاMbps 16 را دارند و از فرکانس MHz 20 پشتیبانی می‌کند.

مزایا و معایب استفاده از کابل‌های: UTP

از مهم ترین ویژگی های کابل‌ UTP می‌توان به سرعت و کارایی بالای آن‌ها اشاره کرد که برای یک هادی قرار گرفته در جریان شبکه مزیت بزرگی به حساب می‌آید. از سویی قرارگیری و نصب آسان آن در شبکه و هزینه پایین در استفاده از آن از جمله ویژگی‌های مثبت و قابل توجه کابل‌های UTP یا بدون روکش است.

شاید کابل‌های UTP چندان معایب بزرگی نداشته باشند اما باید گفت که حساسیت بالای آن‌ها عمومیت موارد کاربرد را از بین برده و به نوعی باعث عدم استفاده آن‌ها در برخی شبکه‌هایی باشد که با چالش‌هایی از این قبیل دست و پنجه نرم می‌کنند. از دیگر معایب آن دشواری ساخت کابل های UTP است که با توجه به پیچ خوردگی های متفاوت نسبت به نوع روکش دار هزینه ساخت را بالا می برد.

ویژگی های عمومی:

• تعداد زوج ها بستگی به نوع کابل دارد
• زوج سیم ها در Twisted Pairبا استفاده از رنگ علامت گذاری شده اند.
• قطر هر سیم بین 0.4 میلی متر تا 0.8 میلی متر است.
• همه زوجها به وسیله یک غلاف پلاستیکی محافظت شده اند.
• تابیده شدن باعث کاهش اثر هم شنواییمی شود.
• هرچه زوج ها بیشتر تابیده شوند اثر Crosstalk کمتر و کابل گرانتر می شود.
• ضریب پیچش (Twisted Ratio) به تعداد بار پیچش کابل در واحد یک متر و یا یک فوت است.
• هر چه زوج سیم ها بیشتر تابیده شوند پدیده تضعیفبیشتر می شود!
• برای کاهش اثر هم شنوایی و کاهش پدیده تضعیف باید تعداد پیچش بهینه باشد.

نویز پذیری در کابل های زوج به هم تابیده

هر جفت سیم با تعداد پیچش خاص در هر اینچ، به دور هم پیچیده می‌شوند تا هم روی جفت های دیگر تداخل سیگنالی یا Crosstalk ایجاد نکنند و هم از دیگر دستگاه های الکتریکی تاثیری نگیرند. هر چه میزان تابیده شدن جفت سیم ها بیشتر باشد، نرخ انتقال و البته قیمت کابل، بیشتر خواهد بود. میزان پیچش باعث به وجود آمدن انواع کابل شبکه زوج سیم به هم تابیده می‌شود که تحت عنوان “Cat یا Category در انواع کابل شبکه” به آن پرداخته می شود.

در زمینه نویز پذیری این نکته را به یاد داشته باشید که هرچه میزان پیچش و تابیدن جفت سیم ها به دور هم بیشتر باشد، نویزپذیری کابل شبکه کمتر خواهد بود زیرا تداخل الکترومغناطیسی کمتر می‌شود. از طرفی هم افت سیگنال یا همان Attenuation در طول مسیر کاهش خواهد یافت. همچنین این مساله بر بهبود میزان پهنای باند هم تاثیرگذار است. تداخل الکترومغناطیسی معادل عبارت Electro Magnetic Interference است که به صورت مخفف EMI گفته می‌شود.

رنگ زوج کابل های شبکه ی ‌بهم تابیده

اگر به رنگ بندی این سیم‌ها‌ دقت نمایید متوجه خواهید شد که برای رنگ بندی سیم‌ها از 4 رنگ اصلی استفاده شده است. که این مجموعه رنگ‌ها شامل سبز، آبی، قهوه ای و نارنجی است. این رنگ‌ها در تمامی کابل‌های شبکه‌ی به هم تابیده شده استفاده شده‌اند و یک رنگ سفید را به عنوان یک رنگ فرعی برای کابلی که به آن ها تابیده می‌شود در نظر گرفته‌اند. در واقع می‌توان گفت در ساختار این نوع از کابل شبکه چهار جفت سیم به رنگ‌های سفید نارنجی، سفید قهوه ای، سفید آبی و سفید سبز قابل مشاهده است که بر روی یک دیگر تابیده شده‌اند.

دلیل تابیده شدن زوج کابل های شبکه به هم

برای پاسخ به این سوال که چرا زوج کابل های شبکه به هم تابیده اند باید گفت که هر زوج سیم در این نوع از کابل های شبکه توانایی تشکیل یک مدار را دارد که به واسطه ی این مدار می توان به انتقال اطلاعات پرداخت. هدف اصلی این زوج سیم های به تابیده شده محافظت از داده ها و اطلاعات شما در برابر عوامل و تداخل های بیرونی می باشد که می توانند منجر به تولید نویز شوند.

 در واقع این زوج کابل های به هم تابیده شده می توانند هر زمان که جریان الکتریکی از سیم ها عبور میکند، یک میدان مغناطیسی را ایجاد کنند که به وسیله‌ی این میدان مغناطیسی این اختلالات و نویزها را خنثی نموده و از بین ببرند.

زمانی که دو سیم در کنار یک دیگر یک مدار الکتریکی را ایجاد می‌نمایند، میدان مغناطیسی تولید شده به واسطه ی آن ها کاملا مخالف با هم عمل می‌نمایند پس می‌توان این نتیجه را گرفت که میدان‌های مغناطیسی در کابل های زوج به هم تابیده شده توانایی خنثی نمودن یک دیگر را دارند و می توانند میدان مغناطیسی بیرونی را نیز از بین برده و خنثی کنند. تولید کنندگان این نوع از کابل های شبکه با استفاده از ویژگی هایی همچون خنثی نمودن و پیچش سیم‌ها به هم توانسته اند یک لایه ی حفاظتی را تولید نمایند. و این لایه‌ی حفاظتی می تواند تاثیرات مثبت و قابل توجهی را در رساناهای مربوط به شبکه داشته باشد.

چرا زوج کابل های شبکه بهم تابیده‌اند؟

کابل شبکه که به صورت به هم تابیده تولید وعرضه می‌گردند عمدتا یک نمونه از سیم‌کشی است، که در ساختار آن‌ها ازسیم‌های هادی استفاده شده است و این دوسیم‌ها دو به دو به هم پیچ خورده و یا اصطلاحا به هم تابیده‌اند. این امرسبب می‌شود تا از وقوع اختلالات الکترومغناطیسی جلوگیری شده و آنها را خنثی نمود.

تفاوت بین کابل فیبر نوری، کابل زوج به هم تابیده و کابل کواکسیال

بجز تفاوتی که کابل فیبر نوری، کابل زوج به هم تابیده و کابل کواکسیال در نحوه ی تولید باهم دارند سه تفاوت دیگر هم هست که این کابلها را از نظر عملکرد و ظرفیت باهم متفاوت میسازد:

سرعت، پهنای باند و بعد مسافت

کابلهای کواکس و زوج تابیده مسی یا بر پایه مس هستند و دور آنها عایقی از جنس غیر از مس قرار گرفته است. هردوی این کابل ها میتوانند سیگنالهای تلویزیون و تلفن و داده ها را با سیگنالهای الکتریکی انتقال دهند.
کابل فیبر نوری میتواند همان انواع سیگنال را با پهنای باند بسیار بزرگتر و با سرعت و فرکانس بالاتر انتقال دهد.فیبر نوری از تیوب های بسیار نازک و منعطف شیشه یا پلاستیک تشکیل شده است.

قیمت کابل

در کل، کابل فیبر نوری گرانتر از کابلهای مسی است زیرا هم عملکرد بالاتری دارد و هم از ظرفیت بالاتری برخوردار است.با این وجود، در بازار کابلها، قیمت کابل فیبر نور، زوج به هم تابیده و کواکسیال با توجه به مارک و تامین کنندگان مختلف باهم تفاوت هایی دارد.

نصب

با وجود اینکه کابلهای فیبر نوری بدلیل انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان مزیت بالایی دارند به اندازه ی کابلهای زوج تابیده و کواکس مورد استفاه ندارند. به دلیل اینکه فیبر شکننده و باریکتر از کابل کواکس و زوج تابیده است زمان نصب آن باید دقت بیشتری به خرج داد و زمان کار و نگهداری آن هم باید دقت بسیار مبذول داشت. کابلهای هم محور هم نسبت به کابل زوج به هم تابیده مسافت بیشتری را پوشش میدهند. با این حال بدلیل اینکه عایق دی الکتریکی دور هسته ی مسی کابلهای کواکسیال قرار دارد، نصب و نگهداری آنها مشکل تر از کابلهای زوج به هم تابیده است.

کاربرد

کابلهای فیبر نوری نه تنها برای ارتباط مسافتهای طولانی بین شهرها و کشورها به کار میروند بلکه برای حومه های شهرها که بهم نزدیکترند و نیاز به دسترسی مستقیم از نوع FTTC, FTTB, FTTP, FTTH دارند هم بکار میروند. به این اتصال در مسافتهای کوتاه بین حومه شهرها "راه اندازی آخرین مایل(کیلومتر) ها" میگویند. ضمناً فیبرهای نوری در مراکز دادهای که نیاز به انتقال حجم زیادی داده دارند هم کاربرد وسیعی دارند.

کابلهای زوج تابیده بیشتر در شبکه های تلفن، شبکه های داده و حفاظت الکترومغناطیسی استفاده میشوند.
کاربرد کابلهای کواکسیال در اتصال فرستنده ها و گیرنده های رادیویی به آنتن هایشان، شبکه های کامپیوتری(اینترنت)، صوت دیجیتال (PDIF/S) و توزیع سیگنالهای تلویزیونهای کابلی است. ضمناً از کابلهای هم محور میتوان برای اتصال HDMI هم استفاده کرد.

تفاوت های قابل توجهی بین کابلهای فیبر نوری، زوج به هم تابیده و هم محور Aوجود دارد. با توسعه ی سریع فناوری و نیاز فزاینده ی بازار بنظر میرسد تمایل بیشتری به استفاده از فیبرهای نوری وجود داشته باشد. با این حال انتخاب کابل فیبر نوری، زوج به هم تابیده و هم محور بسیار متکی به نوع کاربرد موردنظر است که خود
این موضوع نیز برآورد هزینه ها، مسافت انتقال مورد نیاز و عملکرد را میطلبد.

منابع

https://www.sepantadp.com/blog/types-network-cables/

https://netamooz.net/twisted-pairs/

https://www.google.com/search?q=%DA%A9%D8%A7%D8%A8%D9%84+%D9%87%D8%A7%DB%8C+%D8%B2%D9%88%D8%AC+%D8%A8%D9%87+%D9%87%D9%85+%D8%AA%D8%A7%D8%A8%DB%8C%D8%AF%D9%87&client=firefox-b-d&ei=jsJZZK-NBuKPxc8PgLSjuAI&start=10&sa=N&ved=2ahUKEwivjLOHquf-AhXiR_EDHQDaCCcQ8tMDegQIBBAE&biw=1536&bih=698&dpr=1.25

https://hivanetwork.com/twisted-pair-cable/