تحقیق مقاله کابل ها

مقدمه :

برق رسانی به نقاط مختلف  از سیمها و کابلها استفاده می شود  که در ساختمان آنها  فلزات هادی  جهت حمل جریان برق  به نقاط  مورد نظر  و عایقهای مناسب  به منظور  جلوگیری از  نشت جریان  به نقاط دیگر  به کار  گرفته  می شود  . یک هادی  با روکش  عایق ، سیم روکش دار  یا سیم عایق دار نامیده    می شود  و در صورتی که چند هادی  عایق بندی شده  در داخل یک غلاف مشترک  قرار گیرند  ، این مجموعه  کابل نامیده می شود . 

کابل ها نقش مهمی را در صنایع امروزی بازی می کنند به صورتی که در واقع مانند رگهای حیاتی هستند که در بدن انسان وجود دارند و در صورت عدم وجود آنها سیستمهای صنعتی قادر به ادامه فعالیت خود نخواهند بود.

کابلها با اتکا به ساختمانی که دارند و مقاومت آنها در برابر انواع آسیب های محیطی می توانند با عبور از داخل دیوار،زمین،هوا وحتی زیر آبها ، انرژی الکتریکی را  به مکانهای مصرف مورد نظر طراحان  سیستم های الکتریکی منتقل کنند . کابل و کابل کشی به دلیل اهمیت بالای آن  به یکی از شاخه های  اصلی رشته برق  تبدیل شده و آگاهی  مهندسان  برق  در این زمینه  را طلب می کند . کابلها  به دلیل برخوردار بودن  ، عایق الکتریکی  و غلاف های استحکام  بخش ، قابلیت  اطمینان  سیستم را بالا می برند  و سیستم قدرتی  را که  در آن   از کابل  استفاده  شده است  ، نوید یک سیستم مطمئن  را می دهد .  و در کل  ، کابلها ، خواص و قابلیت ها  و مشخصات فنی  منحصر به فردی  دارند ؛  در این  پروژه  در  ابتدا کلیاتی در مورد  کابلها ، خصوصیات کابلها و مشخصات  جزیی هر یک  بیان شده و در فصل دوم نیز در مورد   انواع کابلهای افشان ،  زمینی  ،  توزیع ، نیروگاهی و غیره  به تفصیل  بحث شده است  ؛ بی شک  این پروژه  به دلیل  کمبود منابع لازم و عدم تسلط کافی بر موضوع  خالی از اشکال نیست که از شما  استاد محترم  خواستارم کاستی های موجود در این  پروژه  را به دیده ی اغماض  بنگرید .

اجزای اصلی شبکه های امروزی توسط نوعی کابل کشی به یکدیگر متصل شده اند که بعنوان رسانه ارتباطی شبکه عمل میکند و سیگنالهای اطلاعاتی را بین کامپیوتر ها حمل میکند

اجزای اصلی شبکه های امروزی توسط نوعی کابل کشی به یکدیگر متصل شده اند که بعنوان رسانه ارتباطی شبکه عمل میکند و سیگنالهای اطلاعاتی را بین کامپیوتر ها حمل میکند. انواع مختلفی از کابلها وجود دارند که انواع نیازهای شبکه های بزرگ و کوچک را فراهم میکنند. از انواع کابلهای مختلفی که شرکتهای تولیدی عرضه میکنند (بالغ بر بیش از ۲۲۰۰ نوع کابل) انواع زیر بحث اصلی کابل کشی شبکه را تشکیل میدهند:

۱) کابل هم محور (coaxial)

۲) زوج تابیده شده (twisted-pair)

۳) با روکش (shielded)

۴) بدون روکش (unshielded)

5) فیبر نوری (fiber-optic)

بخش اول : کابل coaxial

این نوع کابل امروزه به عنوان بیشترین کابل استفاده شده در شبکه ها به حساب می آید و دلایل زیادی برای استفاده وسیع از آن وجود دارد. کابل coaxial تقریبا گران، سبک، انعطاف پذیر و برای کار کردن بسیار آسان میباشد و آن قدر معمول است که به عنوان یک استاندارد محبوب در آمده است.

در ساده ترین شکل آن کابل coaxial تشکیل شده است از یک هسته ساخته شده از مس خالص که توسط روکشی پوشیده شده است ، یک روکش فلزی توری مانند و یک روکش بیرونی. همچنین نمونه ۴ روکشی آن نیز برای محیطهایی با ارتباطات بالاتر موجود میباشد. هسته کابل coaxial حامل سیگنالهای الکتریکی میباشد که درواقع همان اطلاعات ما را تشکیل میدهد. این هسته سیمی میتواند تک رشته ای یا بصورت چند رشته ای باشد. اگر بصورت تک رشته ای باشدمعمولا جنس آن از مس است.

هسته توسط یک عایق پوشیده شده است که آن راا از توری سیمی موجود در کابل جدا مینماید. توری سیمی زمین مدار میباشد. و سیگنالهای الکترونیکی گذری از هسته را در مقابل noise و crosstalk محافظت مینماید. Crosstalk عبارت است از سیگنالی که به علت عبور جریان از سیمهای اطراف در هسته ایجاد میشود. همواره هسته و توری سیمی باید توسط عایق از همدیگر جدا گردند، در صورتی که در نقطه ای از سیم همدیگر را لمس کنند. کابل اتصال کوتاه شده است و noise به درون سیم مسی هسته راه پیدا میکند که این باعث تخریب اطلاعات میگردد .

کل این مجموعه توسط یک روکش بیرونی غیر هادی که معمولا از پلاستیک یا تفلون ساخته میشود پوشیده میگردد. کابل coaxial مقاومت بیشتری در مقابل افت سیگنال نسبت به کابلهای twisted-pair دارد. به دلیل مقاومت کابل coaxial این کابل انتخاب خوبی برای فاصله های دورتر و سرعتهای بالاتر انتقال اطلاعات توسط دستگاههای ارتباطی میباشند.

انواع کابل coaxial :

دو نوع کابل coaxial موجود است:

نازک (thinnet) ضخیم (thicknet)

این که شما چه نوعی را انتخاب میکنید بستگی به خاص شما دارد.

بخش دوم : کابل نوع thinnet

Thinnet یک کابل coaxial انعطاف پذیر به ضخامت ۲۵/۰ اینچ میباشد. بخاطر انعطاف و سادگی استفاده ، تقریبا در نصب هر نوع شبکه ای میتوان از آن استفاده کرد. در شبکه هایی از thinnet استفاده میکنند که کابل شبکه مستقیما به کارت شبکه متصل میشود.

این نوع کابل میتواند سیگنال را تقریبا ۱۸۵ متر بدون اینکه شروع به افت دامنه بکند حمل نماید. کارخانه های کابل سازی قرار دادهایی برای تولید انواع مختلف کابل دارند. کابل thninnet در خانواده ای از کابلها بنام rg-۵۸ قرار دارد و امپدانس معادل ۵۰ اهم دارا میباشد.

امپدانس مقاومت سیم میباشد که برحسب اهم اندازه گیری شده است. اختلاف اصلی در کابلهای خانواده RG-۵۸ هسته کابل میباشد که ممکن است به شکل تک رشته یا چند رشته باشد.

بخش سوم : کابل نوع thicknet

Thicknet یک کابل coaxial ضخیم به قطر ۵/۰ اینچ میباشد. بعضی اوقات ممکن است این نوع کابل را کابل استاندارد Ethernet بنامند. زیرا برای اولین بار در معماری معروف شبکه Ethernet بکار برده شده است.

هرچه هسته مس ضخیم تر باشد به همان اندازه کابل میتواند سیگنال را به فاصله طولانی تر حمل کند این بدین معناست که کابلهای Thicknet سیگنال را بیشتر از کابلهای Thinnet میتوانند جمل کنند.

کابل Thinnet میتواند سیگنال را تا ۵۰۰ متر حمل کند. به دلیل این که این کابل میتواند پشتیبان انتقال اطلاعات صحیح به فاصله های دورتر باشد معمولا از آن به عنوان ستون فقرات و ارتباط دهنده چندین شبکه محلی با کابل Thinnet استفاده میکنند. دستگاهی بنام Transceiver کابل هم محور Thinnet را به کابل هم محور بزرگتر Thicknet اتصال میدهد.

اما این اتصال باید توسط کارت یکی از دستگاههای کامپیوتر متصل به کابل Thinnet انجام گیرد. بدین صورت که دربالای قطعه Transceiver نواری بنام Vampire وجود دارد که از درون با هسته سیم Thicknet مرتبط میباشد و برای تبادل اطلاعات از یک کابل مجزای چند رشته ای بنام کابل Transceiver استفاده میشود که یک سر آن به قطعه Trancceiver و سر دیگر آن به پورتی از کارت شبکه بنام AUI متصل میگردد. نام دیگر این پورت DIX میباشد زیرا توسط شرکتهای Digital – intel – Xerox طراحی شده است.

Thinnet در مقایسه با Thicknet

به عنوان یک قاعده کلی هر چه کابل ضخیم تر باشد کارکردن با آن مشکل تر میگردد. کابل نازک انعطاف پذیر ، برای نصب آسان و تقریبا ارزان میباشد. کابل ضخیم براحتی خم نمیشود و برای کار مشکل تر میباشد. بنابراین در هنگام کار و عبور دادن سیم از محلهای تنگ و پرپیچ و خم باید این مسائل را مد نظر قرار داد. در ضمن کابل ضخیم گران تر از کابل نازک میباشد، اما میتواند سیگنالهای را به فاصله دورتری هدایت کند.

بخش چهارم :  اتصالات کابل coaxial

هم کابل Thinnet و هم کابل Thicknet قطعات اتصالی به نام (British Naval Connector) BNC را برای ارتباط با قطعات دیگر استفاده میکنند. برای ارتباط دادن کابل با کامپیوترها قطعات مهم و مختلفی از خانواده اتصالی BNC به شرح زیر موجود میبشد:

اتصال دهنده کابل BNC

این اتصال دهنده به انتهای باز کابلها بسته میشود. اتصال دهنده T شکل BNC:
این اتصال دهنده کارت شبکه را به کابل شبکه متصل مینماید. اتصال دهند

مغزی BNC:

این اتصال دهنده برای مرتبط کردن دو قطعه کابل شبکه و ایجاد کابل طویلتر به کار میرود. قطعه پایان دهنده BNC:

این قطعه انتهای کابل گذرگاه شبکه را برای جذب سیگنال رفت و برگشت میبندد. بدون این قطعه، یک شبکه Bus از کار خواهد افتاد.

بخش پنجم : انواع روکش کابل coaxial

۱)   pvc)) Polyvinyl chloride

۲)    Plenume

که از نمونه PVC آن برای کابل کسی روکار که معمولا میتوان آن را در سازمانها و ادارات به چشم مشاهده کرد و از نمونه Plenume برای کابل کشی توکار استفاده میشود. در صورت بروز حرق نمونه PVC آن باعث پخش گازهای سمی در محیط میگردد. درساختن کابلهای Plenume از مواد شیمیایی استفاده شده است که ضد حریق میباشند و کمترین دود را از خود در موقع سوختن به محیط اطراف منتشر میکند. بنابراین وع کابلها گران تر میباشند. ضمنا انحطاف آنها از کابلهای PVC کمتر است.

نکات قابل توجه در مورد کابل coaxial :

معمولا از کابل coaxial وقتی استفاده میکنید که به موارد زیر نیاز داشته باشید:

▪ رسانه ای که میبایست صدا، تصویر متحرک و داده را انتقال دهد.

▪ انتقال اطلاعات به فواصل دور با کمترین هزینه

▪ داشتن سطح قابل قبولی از امنیت داده ها در مقابل Noise

بخش ششم : کابل Twisted-pair

در ساده ترین شکل کابل Twisted-pair دارای یک زوج سیم به هم تابیده از مس که دارای روکش میباشد. دونوع کابل Twisted-pair وجود دارد، روکش دار یا (Shielded Twisted-pair) STP و بدون روکش یا (Unshielded Twisted-pair) UTP . معمولا گروهی از این کابلها درکنار هم قرار میگیرند و یک کابل گروهی Twisted-pair بوجود می آورند. پیچیدگی این کابلها باعث میشود که Noise الکتریکی حاصل از جریان واقع در زوج سیمهای دیگر و منابع الکترومغناطیسی مانند، موتورهای الکتریکی ، رله ها و ترانسهای برق خنثی گردد.

کابل UTP:

معمول ترین نوع کابل Twisted-pair نوع بدن روکش آن با مشخصه ۱۰ Base T میباشد که به سرعت بعنوان یکی از محبوب ترین نوع کابل کشی برای شبکه LAN شناخته شد. بیشترین طول یک قطعه از آن میتواند ۱۰۰ متر باشد. دلیل استفاده زیاد از چنین کابلی این میباشد که معمولا تلفنهای سیستم شهری که اداره مخابرات برای مشترکان خود استفاده کرده است از این نوع کابل یعنی UTP میباشد و طراحان شبکه معمولا این نکته را مد نظر قرار میدهند که میتوانند از این کابلهای موجود برای انتقال اطلاعات توسط کامپیوتر استفاده کنند.

یکی از مشکلات اصلی کابلهای Twisted-pair وجود مساله Crosstalk میباشد. یعنی این که سیگنالهای عبوری از یک زوج با سیگنالهای عبوری در زوج دیگر ترکیب میشوند. برای کاهش Crosstalk معمولا کابل روکش شده استفاده میشود دارد. منظور از مدلاسیون ، مدل کردن سیگنالهای الکترونیکی برروی شعاعهای نورانی است. فیبر نوری بهترین کابل برای انتقال اطلاعات با نرخ بالا و سرعت بسیار زیاد است. زیرا هیچ گونه Noise و تخریب موجی در آن وجود ندارد.

بخش هفتم : ساختمان فیبر نوری

فیبرهای نوری تشکیل شده اند از یک استوانه شیشه ای بسیار نازک بنام هسته که توسط لایه ضخیم تر از شیشه پوشیده شده است. که به این لایه Cladding میگویند. بعضی اوقات فیبرهای نوری از پلاستیک شاخته میشوند. جنس پلاستیک برای نصب و کارکردن راحت تر است ، اما نمیتواند نور را به اندازه ای که شیشه منتقل میکند عبور دهد به همین دلیل معمولا از ترکیب پلاستیک و شیشه در ساخت آنها استفاده میشود که همان جنس فایبرگلاس میباشد، که دارای شفافیت شیشه و انعطاف در حد پلاستیک را دارا میباشد.

هرفیبر نوری سیگنال را تنها دریک جهت هدایت میکند بنابراین معمولا هرکابل فیبر نوری شامل دوفیبر نوری، یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت میباشد که توسط یک روکش پلاستیکی تیره رنگ با همدیگر پوشانده شده اند. سرعت انتقال اطلاعات برروی فیبر نوری قابل مقایسه با ارتباطهای الکتریکی نیست و سرسام آور و سریع میباشد. نمونه های تولید شده فعلی سرعت انتقال اطلاعاتی بین ۱۰۰ مگابیت برثانیه تا حدود ۱ گیگابایت بر ثانیه دارند و میتوانند اطلاعات را تا مایلها انتقال دهند

نکات قابل توجه در رابطه با فیبر نوری از فیبرهای نوری در هنگامی استفاده کنید که:

وقتی که نیاز به انتقال اطلاعات با سرعتهای بسیار بالا، در فواصل دور و با رسانه ای مطمئن دارید.

در موارد زیر از فیبر نوری استفاده نکنید:

در آینده گسترش زیادی برای شبکه خود پیش بینی نمیکنید.

افراد متخصص نصب صحیح و اتصال دستگاهی به آن را ندارید. فراموش نکنید که قیمت کابل کشی فیبر نوری تقریبا اندازه کابل کشی مسی بسیار پیشرفته تمام میشود و بنابر این مقرون به صرفه است که از فیبر نوری استفاده شود.

بخش هشتم : انتقال سیگنال

دو تکنین انتقال سیگنالهای کد شده برروی کابل استفاده میشود:

باند اصلی (Baseband)

باند سریع (Broadband)

روش انتقال Baseband :

سیستمهای Baseband برای انتقال اطلاعات برروی یک کانال منفرد از سیگنالهای دیجیتال استفاده میکنند. سیگنالها به شکل پالسهای متناوبی از الکتریسیته یا نور در کابل جریان پیدا میکنند. در این نوع انتقال اطلاعات ، کل پهنای باند کانال ارتباطی برای انتقال تنها یک سیگنال منفرد داده ای استفاده میشود. منظور از پهنای باند یک کابل، یا یک کانال ، انتقال اطلاعات ، اختلاف بین بیشترین و کمترین فرکانسهایی است که میتوانند برروی کابل حمل شوند.

در حین این که سیگنال طول کابل شبکه را طی میکند دامنه آن شروع به کاهش و اگر طول کابل زیاد، نتیجه سیگنالهایی خواهد بود که بسیار ضعیف شده یا به کلی از بین رفته است بعنوان یک حفاظ در سیستمهای Baseband معمولا از دستگاههای Repeater برای تقویت دامنه سیگنال استفاده میشود.

بخش نهم : روش انتقال Broadband

سیستمهای Broadband برای انتقال اطلاعات برروی کابل از سیگنالهای آنالوگ و یک بازه فرکانسی استفاده مینماید. در انتقال آنالوگ سیگنالها یکنواخت و پشت سر هم و دریک جهت برروی رسانه فیزیکی انتقال ، که همان کابل باشد به شکل امواج الکترومغناطیس یا نوری جریان پیدا میکنند. چنانچه پهنای باند کافی برروی رسانه فیزیکی فراهم باشد میتوان از چندین سیستم انتقال آنالوگ همانند تصاویر تلویزیون و داده های شبکه به طور همزمان برروی یک کابل استفاده کرد.

به این مفهوم که اطلاعات تصویر مربوط به تلویزیون را دربازه فرکانس مشخص، و اطلاعات مربوط به شبکه کامپیوتری را در بازه فرکانس دیگری که با بازه قبلی تداخل ندارد ارسال کنیم.

درسیستمهای Baseband معمولا برای تقویت دامنه سیگنال از دستگاههای Repeater استفاده میشود که سیگنال گرفته شده در ورودی را در خروجی بازسازی میکند اما در سیستمهای broadband از دستگاههای آمپلی فایر (Amplifire) استفاده میشود که دامنه سیگنال آنالوگ را با مدارهای ترانزیستوری تقویت میکند.

بخاطر این که جریان سیگنال در انتقال Broadband سک طرفه میباشد باید به طریقی دو راه ارتباطی ایجاد کرد تا دستگاهها هم بتوانند اطلاعات را بفرستند و هم دریافت کنند. برای ایجاد این دوراه دوروش متفاوت وجود دارد که عبارتند:

پیکربندی Mid-splite :

که در این روش پهنای باند یک کابل را به دو کانال ارتباطی با بازه فرکانس متفاوت تقسیم میکنند. آنگاه از یک کانال برای ارسال و از کانال دیگر برای دریافت اطلاعات استفاده میکنند.

پیکربندی Dual-cable:

که در این روش از دوکابل ارتباطی استفاده میشود، یکی برای فرستادن و دیگری برای دریافت کردن اطلاعات .

بخش دهم : انواع اصلی کابل

اجزای اصلی شبکه های امروزی توسط نوعی کابل کشی به یکدیگر متصل شده اند که بعنوان رسانه ارتباطی شبکه عمل میکند و سیگنالهای اطلاعاتی را بین کامپیوتر ها حمل میکند. انواع مختلفی از کابلها وجود دارند که انواع نیازهای شبکه های بزرگ و کوچک را فراهم میکنند. از انواع کابلهای مختلفی که شرکتهای تولیدی عرضه میکنند (بالغ بر بیش از 2200 نوع کابل) انواع زیر بحث اصلی کابل کشی شبکه را تشکیل میدهند:

کابل هم محور (coaxial)

زوج تابیده شده (twisted-pair) : با روکش (shielded) ،  بدون روکش (unshielded)

فیبر نوری (fiber-optic)