Rambler's Top100
 
 
Статьи ИКС № 07-08 2017
Андрей СЕМЕНОВ  05 сентября 2017

Экраны горизонтальных кабелей: типы, особенности, преимущества

По мере того как скорости передачи данных в информационных сетях растут и популярность систем дистанционного питания увеличивается, экранированные горизонтальные кабели СКС применяются все шире.

В настоящее время в составе горизонтальной подсистемы СКС используются как неэкранированные (U/UTP), так и экранированные кабели в разных вариантах. Однако информация о предпочтительном типе линейного кабеля в стандартах и иных официальных нормативных документах не приводится даже на уровне рекомендаций. В таких условиях тип кабеля автор проекта выбирает самостоятельно, исходя из соображений оптимальности и с учетом требований технического задания и пожеланий заказчика.

Области применения экранированных СКС

Экранированная электропроводная техника структурированного каблирования по популярности и объемам применения уступает U/UTP-решениям в 10–15 раз, что обусловлено ее более высокой стоимостью и сложностью монтажа. Тем не менее по своим техническим характеристикам она существенно превосходит неэкранированные решения. В силу этого экранированные электропроводные линии традиционно инсталлируются на объектах:

  • с высоким уровнем низкочастотных электромагнитных помех (в первую очередь в составе информационных систем промышленного назначения);
  • со сложной электромагнитной обстановкой в радиочастотной части спектра (радиотрансляционные и телевизионные центры, медицинские диагностические и лечебные учреждения, а также научно-исследовательские организации с установками для проведения различных электрофизических экспериментов);
  • с повышенными требованиями к обеспечению конфиденциальности передаваемой информации (согласно СТР-97 использование U/UTP-кабелей в этой ситуации не предусмотрено).

Экранированные решения широко применяются только в определенных регионах, в первую очередь в немецкоязычных странах, а также во Франции, Англии и Финляндии. При этом географическое положение конкретной страны имеет второстепенное значение. Например, в Нидерландах, несмотря на непосредственное соседство с Германией, инсталлируются преимущественно неэкранированные СКС.

Стимулирует рост объемов использования экранированной техники увеличение скоростей обмена данными между сетевыми интерфейсами. При необходимости обеспечить скорость 10 Гбит/с автор проекта еще имеет возможность выбирать между экранированными и неэкранированными линиями. На следующей ступени скоростной иерархии (40 Гбит/с), которая требует решений недавно ратифицированной категории 8, экранирование становится обязательным.

Кроме того, более широкому применению экранированных конструкций в современных информационных системах способствуют два фактора: первый – увеличение популярности техники категории 6а и выше, где экраны дают возможность добиться требуемого уровня защищенности сигнала от межкабельных помех и за счет этого заметно полнее использовать доступную емкость кабельных каналов.

Второй фактор – наращивание мощности терминальных приборов с дистанционным питанием по технологии РоЕ+ (а в перспективе и РоЕ++), что связано с лучшими характеристиками экранированных конструкций в части съема тепла, выделяемого в линейной части тракта.

Преимущества экранированных кабелей

С первых шагов проводной связи известны достоинства экранированных кабельных систем: 

  • повышенная примерно на 40 дБ во всем рабочем частотном диапазоне защищенность цепей передачи от мешающих электромагнитных воздействий, как внутрикабельных, так и внешних;
  • минимальный уровень собственного излучения, радикально решающий проблему электромагнитной совместимости и сводящий практически к нулю риск перехвата конфиденциальной информации. 

Подавление междупарного и внешнего электромагнитного излучения позволяет улучшить массогабаритные показатели кабельных изделий. Наиболее ярко это проявляется по мере увеличения категории кабельной системы. Свою роль здесь играют как перспективы сокращения расстояния между соседними парами витых пар, так и возможность уменьшения диаметра проволоки проводов без изменения результирующей помехозащищенности передаваемого сигнала (параметр ACR в различных формах).

Уменьшение диаметра проволоки существенно снижает вес конструкции и поэтому часто используется при изготовлении коммутационных шнуров. Не случайно некоторые производители СКС в системах категории 6 и выше предлагают только экранированные шнуры. Переход на экранированное исполнение линейных изделий дает возможность уменьшить габариты кабеленесущих конструкций.

Экраны традиционной конструкции

С точки зрения экранирования стандарты «закрывают» подавляющее большинство практически важных конструкций. Нормативными документами предусматриваются проводящие покрытия как отдельных витых пар, так и всего кабельного сердечника. Инди­видуальные экраны выполняются из металлизированной полимерной пленки; общие экраны могут быть пленочными и оплеточными, а также комбинированными.

Наличие экранирующих покрытий двух разновидностей обусловлено тем, что оплеточные экраны обеспечивают эффективное подавление НЧ-помехи, тогда как пленочные покрытия хорошо работают в ВЧ-части спектра.

Пленочные экраны создаются в виде обмотки или сплошного полотна с формированием продольного шва с замком по типу кровельного. В двухслойных экранах обмоточного типа (изделия со структурой 2F/FTP) направления намотки разных слоев выбираются противоположными, что обеспечивает баланс по крутящему моменту.

Отдельно укажем на то, что ряд экранированных конструкций просто за счет содержания большого количества металла обладает заметно лучшими прочностными характеристиками. Это относится в первую очередь к экранам оплеточного типа и отчасти к двойным пленочным экранам.

Полуэкранированные конструкции

Функциональная избыточность традиционных экранированных конструкций с точки зрения подавления мешающих сигналов стимулировала разработку полуэкранированных горизонтальных кабелей, в которых применяется общий разрывный незаземленный экран. Такие изделия вне зависимости от формы исполнения разрывного экрана обладают рядом новых полезных свойств.

Во-первых, при их использовании не нужно организовывать заземление  – с учетом верхней граничной частоты рабочего частотного диапазона в сотню и более мегагерц это представляет нетривиальную задачу.

Во-вторых, технология установки элементов разъема не отличается от таковой для обычных неэкранированных изделий и потому монтаж полуэкранированных кабелей так же прост.

Полуэкранированные конструкции начали массово применяться в проектах построения внутриобъектовой информационной проводки в середине 2000-х годов. Сегодня такие изделия входят в состав штатного каталожного предложения большинства ведущих мировых производителей СКС. При сохранении общей идеи присутствующие на рынке конструкции отличаются друг от друга формой разрывов (рис. 1):

  • обычные прямые (Reichle & De-Massari и Draka, последние продвигаются на рынке под фирменным названием Zebra);
  • матричные с элементами разной формы (система Matrix компании Panduit)
  • косые и даже шевронные (компания Leviton).

В полуэкранированных конструкциях возможно двойное экранирование. При этом разрывы в металлизации формируются таким образом, чтобы они перекрывались проводящим покрытием противоположной стороны пленки. Из-за функциональной избыточности подобные структуры остались на уровне предложений и в серийных изделиях не употребляются.

Отдельно укажем на то, что технически допустимо использовать обычный незаземленный экран (RiT Technologies). Однако это можно делать только в помещениях с контролируемым уровнем электромагнитной помехи. К таковым относятся, например, аппаратные залы ЦОДов. Для того чтобы довести общую эффективность до требуемого уровня, выбирается кабель типа U/FTP. Одновременно для предотвращения образования токовых петель пленка разворачивается проводящим слоем внутрь.

Экранирующие сепараторы

Любое экранирующее покрытие обеспечивает подавление электромагнитной помехи, если оно хотя бы частично окружает токопроводящие цепи витых пар. При этом в целом ряде случаев от традиционного круг­лого поперечного сечения можно отказаться.

В этой связи следует отметить, что классический звездообразный сепаратор, часто используемый в конструкциях категории 6 и 6а, образует готовую камерную структуру. При добавлении в состав сепаратора металлизации он начинает выполнять функции экрана.

На уровне предложений известно довольно много конструкций с металлизированными пластиковыми сепараторами. Металлизация может быть как поверхностной, так и внутренней, т.е. размещенной внутри структуры сепаратора. В последнем случае ее заземление не предусматривается.

В составе СКС типа Actassi компании Schneider Electric используется кабель типа CL-MX, сепаратор которого сформирован из металлизированных лент (рис. 2). Удлиненные лепестки укладываются друг на друга в виде общего экрана. Это позволяет сформировать полноценные индивидуальные экранирующие камеры для каждой пары. Несмотря на необычный внешний вид экрана, такую структуру в рамках классификации ISO/IEC 11801 можно описать как U/FTP.

Групповое экранирование

Еще одной разновидностью экранирования является групповое. Возможность его использования обусловлена тем, что междупарное переходное затухание зависит от комбинации пар и может отличаться довольно значительно. С учетом этого в сердечнике формируются две экранированные камеры, в которые укладываются пары с максимальным взаимным NEXT.

Известны две такие серийные конструкции. Они находят ограниченное применение в построении информационных систем. В первой из них пленочный экран имеет классическое круглое исполнение, во втором случае  – характерную S-образную форму (рис. 3).

Дренажный проводник

Пленочный экран из-за своей небольшой толщины имеет малую механическую прочность и легко разрывается даже при незначительном превышении нормативных величин усилия тяжения и допустимого радиуса изгиба. Для обеспечения его электрической непрерывности в этих ситуациях под оболочку кабеля закладывается так называемый дренажный проводник. Он представляет собой неизолированную луженую проволоку, которая располагается со стороны металлизации ленты.

Обычно экранированный кабель имеет один дренажный проводник. Необходимость использования двух проводников возникает либо в случае двухслойного пленочного экрана с различной ориентацией металлизации, либо при переходе на плоскую конструкцию для прокладки под ковром или реализации коммутационных шнуров с меньшей площадью поперечного сечения. Поперечное сечение таких конструкций изображено на рис. 4.

Использование экранов в датчиках подключения и элементах оптической идентификации

Известно, что часть элементов конструкции горизонтального кабеля многофункциональна. Де-факто многофункциональностью обладают и некоторые разновидности общих экранов: оплетка является дополнительным силовым элементом и радиатором охлаждения в случае дистанционного питания мощных терминальных устройств.

Экранирующее покрытие обладает довольно низким сопротивлением, и его можно задействовать для передачи различных сигнальных и питающих токов. Это учитывается при создании оборудования интерактивного управления и оптической идентификации. Соответствующие решения на основе светодиодов, питаемых от внешнего источника или часовой батарейки, которая встраивается в корпус вилки, предлагают компании Belden, Leoni и некоторые другие.

В качестве компонента датчика подключения контактного типа системы интерактивного управления экранирующие покрытия в настоящее время не используются. Ранее в этом качестве они выступали, например, в одном из первых вариантов системы PatchView родоначальника этого технического направления компании RiT Technologies.

* * *

В правильно спроектированной информационной системе востребованы в первую очередь конструкции с пленочным экраном, эффективно подавляющим высокочастотную помеху.

В горизонтальных кабелях СКС могут использоваться такие типы экранов, которые не встречаются в кабельных изделиях для сетей связи общего пользования и позволяют в полной мере учесть особенности эксплуатации внутриобъектовой информационной проводки.

Применение полуэкранированных конструкций горизонтальных кабелей на основе незаземленных разрывных экранов не только упрощает технологию монтажа, но и заметно смягчает требования в отношении доступного поперечного сечения кабельных трасс за счет возможности использования регулярной пакетной укладки. 

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!