Il cavo telefonico in rame, in generale, è formato da più fili conduttori rivestiti da uno strato di materiale isolante o di protezione, avvolte tra loro con passo costante.
La funzione di un cavo in rame è quello di permettere il transito della corrente elettrica e, nel caso delle telecomunicazioni: lo scambio di informazioni a distanza.
Il rame che viene utilizzato per le telecomunicazioni è ad alta purezza ed è ottenuto con il sistema di produzione elettrolitico. Dopo le fasi di trafilatura per avere il diametro voluto e necessaria una “ricottura” per ristabilire il reticolo cristallino e minimizzare la resistenza elettrica. In alcuni casi può anche essere utilizzato a “crudo” in quanto più robusto, ma non nelle telecomunicazioni.
I conduttori possono avere un diametro di 0,4/ 0,6 mm, se usati per brevi collegamenti, ma anche di 1,2 mm quando connettono punti tra loro distanti qualche chilometro, e possono essere usati sia per le trasmissioni analogiche che per le trasmissioni digitali.
La designazione dei cavi si basa sulla Tabella CEI UNEL 35011 che, per ogni tipo di cavo, li identifica con una sigla univoca, sulla base delle caratteristiche delle varie parti che lo compongono, a partire dall’interno verso l’esterno.
A esempio la sigla “FG7OR” ha il seguente significato: è un cavo con conduttore flessibile (F), isolato con gomma elastomerica (G7), di forma rotonda (O), con guaina in PVC (R).
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VARI TIPI DI CONDOTTORI
- Coppia: due conduttori isolati che sono avvolti tra di loro
- Bicoppie:
a) A stella: 4 conduttori isolati che sono avvolti tra di loro ai vertici di un quadrato con passo uguale a formare una “stella”
I conduttori impiegati per formare tali linee sono generalmente fili di rame aventi i diametri variabili da 0,5 a 0,7 mm per i cavi telefonici urbani e da 0,9 a 1,5 mm per i cavi interurbani.
b) Bicoppie DM (Dieselhorst Martin) oppure a quarta, 4 conduttori (2 coppie). Conduttori isolati avvolti tra di loro a 2 a 2 con passi differenti. Riassumendo: 2 coppie, con 2 passi differenti, avvolte tra di loro con un terzo passo di riunione.
Il cavo in rame è impiegato normalmente in fonia, reti locali, cablaggio strutturato, e si possono utilizzare cavi con più coppie (4,25,50, ecc.).
Più coppie cordate tra loro, eventualmente in gruppi e sottogruppi, costituiscono il nucleo del cavo. Il quale è protetto da una schermatura che lo protegge dai disturbi elettromagnetici riducendo la diafonia, mantiene un’impedenza uniforme, e riduce le emissioni di radiofrequenza. La schermatura può essere costituita da un foglio di alluminio che avvolge il cavo sotto la guaina di plastica, da una calza fatta da una treccia di rame, o da entrambe le soluzioni.
Nel cavo multi coppia, ogni coppia presenta un passo di binatura diverso, per ridurre il più possibile il fenomeno della diafonia tra le varie coppie contigue (interferenza elettromagnetica che si genera tra due cavi vicini).
Per consentire l’individuazione delle coppie, queste, hanno un colore diverso e una diversa lunghezza della banda colorata.
Un problema tipico dei doppini ritorti (twisted pair) è il delay skew o distorsione di propagazione, ovvero una variazione nel ritardo di propagazione del segnale sulle singole coppie, dovuta al diverso passo di binatura delle coppie in un cavo multi coppia.
COMPORTAMENTO ELETTRICO (COSTANTI PRIMARIE)
Per capire il comportamento elettrico di una linea di trasmissione in rame dobbiamo conoscere il circuito elettrico equivalente e le sue proprietà, che le possiamo schematizzare in questo modo: resistenza (R), induttanza (L), capacità (C), conduttanza (G).
Anche se, come avviene nei circuiti elettrici classici che i componenti per le linee fisiche non sono entità concentrate in qualche punto della linea ma sono distribuite uniformemente sui due conduttori della stessa, possiamo dire, senza commettere un grosso errore, che le grandezze sono concentrate per unità di lunghezza della linea.
I valori di questi parametri, detti costanti primarie della linea, dipendono dalle caratteristiche costruttive e fisiche della linea come le dimensioni dei conduttori, dalla loro reciproca distanza, dal materiale isolante utilizzato e dalle proprietà elettriche e magnetiche dello spazio circostante.
- La resistenza (R) è quella presentata dai conduttori metallici al passaggio della corrente;
- l’induttanza (L)è dovuta al campo magnetico che circonda i conduttori percorsi dalla corrente;
- la capacità (C) è dovuta alle superfici metalliche dei due conduttori e al dielettrico interposto;
- la conduttanza (G) tiene conto delle correnti di dispersione dovute all’imperfezione dell’isolante presente fra i conduttori.
COSTANTI SECONDARIE IN UN CAVO IN RAME
DISTURBI E RIMEDI IN UN CAVO IN RAME
In un doppino telefonico in rame sono presenti vari tipi di rumore, che possono dipendere dalla stessa linea (intrinseci), oppure provenire dall’esterno.
Tipicamente i rumori dovuti alla linea stessa sono di tipo:
- termico,
- dovuto alle riflessioni,
- agli echi,
- alle attenuazioni,
- al rumore elettromagnetico (diafonia, anche detta: cross-talk).
Quelli esterni sono quelli dovuti alle scariche elettriche, linee elettriche di potenza, apparati elettromeccanici, ecc.
Un disturbo importante tipico dei cavi telefonici in rame è la diafonia,
una Interferenza elettromagnetica che si può generare tra due cavi vicini, per ridurla è necessario adottare passi di binatura differenziata da coppia a coppia chiamato doppino ritorto o twisted pair,
Il doppino ritorto (twisted pair) si ottiene mediante il processo di binatura, che ha lo scopo di contrapporre i campi magnetici, generati dalla corrente che transita nei cavi di uguale intensità ma di verso opposto. I campi magnetici si annullerebbero se i due conduttori fossero perfettamente simmetrici rispetto a qualsiasi punto dello spazio, e la perfetta simmetria può essere approssimata ritorcendo i due conduttori.
e la trasmissione bilanciata ,
dove il segnale da trasmettere viene diviso in due parti uguali in opposizione di fase tra loro.
Altro parametro da tenere conto nella trasmissione di un segnale in un cavo in rame è l’attenuazione. La diminuzione in ampiezza che subisce un segnale che passa in un circuito, e dipende dalle sue caratteristiche, e di quelle del circuito che attraversa.
La misura dell’attenuazione è definita dal rapporto fra la potenza del segnale all’uscita del circuito e la sua potenza (o livello) all’entrata dello stesso, e nel caso della telefonia si misura in dB (Decibel che corrisponde a 10 volte il rapporto logaritmico:
A(dB)=10 log₁₀ (Po /Pi) (A: è l’attenuazione, Pout: è la potenza in uscita, Pin: è la potenza in ingresso).
L’attenuazione cambia al variare della frequenza del segnale trasmesso. L’intervallo di frequenze in cui l’attenuazione si mantiene superiore a un livello standard è detto: Banda Passante.
La larghezza di banda disponibile dipende dallo spessore del filo e dalla distanza percorsa, in tutti i casi si può dire che il doppino telefonico ha una banda passante di 4 kHz, un rapporto segnale rumore di 30 dB e una capacità di canale di 40 Kbit/s. Il cavo in rame presenta una banda passante inferiore ad un cavo coassiale, ma è più semplice da installare e i costi sono inferiori.
IMPEDENZA CARATTERISTICA
L’Impedenza caratteristica di un cavo è data dalla formula: Z=R+j I (Ω) e sintetizza in un solo valore la Resistenza (R), la Capacità (C), e le Induttanze (L,G) del cavo.
Quando si trasmette segnali ad alta frequenza su di un cavo l’Impedenza di uscita del trasmettitore, quella di ingresso, e quella caratteristica devono essere uguali.
Variazioni di impedenza lungo il cavo possono provocare la riflessione del segnale, e una parte ritorna verso il generatore provocando una perdita di potenza e alla formazione di un eco che disturba il segnale stesso.
La velocità di propagazione di un segnale attraverso un cavo in rame è tra il 50 e il 70 % della velocità della luce nel vuoto (tra 150.000 e 210.000 Km/s). (per saperne di più)
VARI TIPI DI CAVO IN RAME
UTP (Unshielded Twisted Pair, “doppino non schermato”): è il più classico dei cavi Ethernet. Flessibile e senza schermatura con quattro doppini e i connettori RJ45.
FTP (Foiled Twisted Pair, “doppino avvolto”): si differenzia dal cavo Ethernet UTP per la schermatura singola, posta subito sotto la guaina esterna, che racchiude tutti i quattro doppini e scherma, parzialmente, da interferenze elettromagnetiche.
STP (Shielded Twisted Pair, “doppino schermato”): rispetto al cavo di rete FTP presenta una doppia schermatura anziché singola. La guaina schermante è presente sia attorno ad ogni singolo doppino sia attorno alle quattro coppie, come nel caso precedente. Scherma da ogni interferenza ma a discapito della flessibilità del cavo
CATEGORIE DEI CAVI IN RAME
Cat. 1: Comprende i cavi che si utilizzano unicamente per la telefonia analogica e non alla Trasmissione Dati.
Cat. 2: Cavi utilizzati per la telefonia analogica e digitale ISDN e Trasmissione Dati a bassa velocità (< 4 Mbps).
Cat. 3: Utilizzato in reti Ethernet 10BaseT (rete a 10 Mbps in banda base con uso di UTP) e Token Ring a 4 Mbps, adatto a velocità di 10 Mbps.
Cat. 4: Utilizzato in reti Token Ring fino a 16 Mbps.
Cat. 5: Cavo utilizzato per reti Fast Ethernet (100 Mbps) su distanze fino a 100 m.
NOTA BENE: LE CATEGORIE: 3, 4 e la 5: non sono più commercializzate.
Cat. 5e: dove la “e” sta per enhanced, “avanzato” sono cavi usati nelle reti Gigabit Ethernet dove si utilizzano frequenze di trasmissione dati sino a 350 Mhz, rispettando i canoni dello standard 1000BaseT (invio dati fino a 1 Gbit/s).
Cat. 5e CCA: si differenzia dalla precedente solamente per la presenza di cavi realizzati con una lega alluminio/rame. La velocità massima raggiungibile è arrivata a 2,5 Gigabit al secondo (poco più di 400 megabyte al secondo).
Cat. 6: caratterizzata da zero errori di connessione e un miglior rapporto segnale/rumore, sono ideali per l’utilizzo domestico.
Cat. 6e: versione migliorata della precedente, sfrutta frequenze di lavoro sino a 500 megahertz ed è testata per inviare dati ad una velocità costante di 5 gigabit sino a 100 metri di distanza.
Cat. 7: la migliore oggi in commercio. Testata per lavorare con frequenze di 600 Mhz, presenta una doppia schermatura e supporta gli standard 10BaseT, 100BaseT e 1000BaseT. Ideale per connessioni aziendali.
Le Categorie 5e,6,6e,7 sono usati normalmente per le reti Ethernet.
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CAVI IN RAME NELLA RETE PUBBLICA
Nella rete pubblica (PSTN: Public Switched Telephone Network), l’ultimo tratto del collegamento, dal box stradale (armadio) fino all’utente finale, è chiamato Local Loop o ultimo miglio, ed era stato concepito per la trasmissione analogica vocale (POTS, Plain Old Telephone Services).
Per questo motivo si è utilizzato un supporto trasmissivo (doppino) relativamente poco costoso e con una banda non elevata: 4 kHz ( per limitare la banda si inseriscono sulla linea dei filtri passa-basso ).
COME VIENE DIVISA LA RETE DI ACCESSO
Il cavo telefonico della rete di Accesso Secondaria parte dal Box di distribuzione dell’abitazione fino al Box Stradale (Armadio).
Il cavo telefonico della rete Primaria parte dal Box Stradale fino al Giunto di Sfioccamento.
I vari Box stradali sono collegati al giunto di Sfioccamento attraverso i cavi della Rete Primaria (max. 800 doppini).
La rete di Accesso, dal giunto di Sfioccamento alla Centrale Telefonica, utilizza dei cavi Multicoppia (max. 2400 doppini).
Con l’arrivo della trasmissione dati è nata l’esigenza di adeguare la rete di accesso per supportare i servizi a banda larga XDSL, tecniche che hanno condotto all’introduzione di servizi a larga banda a costi contenuti.
Per cui Il doppino telefonico è il primo cavo che si incontra nel percorso di un collegamento telefonico, di una linea di trasmissione dati, o di un cablaggio strutturato.
