El cableado de par trenzado es un tipo de cable de comunicaciones en el que dos conductores de un solo circuito se trenzan entre sí con el fin de mejorar la compatibilidad electromagnética . En comparación con un solo conductor o un par balanceado sin trenzar , un par trenzado reduce la radiación electromagnética del par y la diafonía entre pares vecinos y mejora el rechazo de la interferencia electromagnética externa . Fue inventado por Alexander Graham Bell . [1]
Para lograr una mayor inmunidad al ruido, el cableado de par trenzado puede estar blindado . El cable con blindaje se conoce como par trenzado blindado ( STP ) y el cable sin blindaje como par trenzado sin blindaje ( UTP ).
Un par trenzado se puede utilizar como una línea balanceada , que como parte de un circuito balanceado puede reducir en gran medida el efecto de las corrientes de ruido inducidas en la línea por el acoplamiento de campos eléctricos o magnéticos. La idea es que las corrientes inducidas en cada uno de los dos cables sean casi iguales. La torsión garantiza que los dos cables estén en promedio a la misma distancia de la fuente de interferencia y se vean afectados por igual. El ruido produce así una señal de modo común que se puede cancelar en el receptor detectando solo la señal de diferencia, siendo esta última la señal deseada.
El rechazo del modo común comienza a fallar en cables sin trenzar cuando la fuente de ruido está cerca de los cables de señal; el cable más cercano se acoplará con el ruido con mayor fuerza y el receptor no podrá eliminarlo. Este problema es especialmente evidente en los cables de telecomunicaciones donde los pares del mismo cable se encuentran uno al lado del otro durante muchos kilómetros. La torsión de los pares contrarresta este efecto, ya que en cada media torsión se intercambia el cable más cercano a la fuente de ruido. Siempre que la fuente de interferencia permanezca uniforme, o casi uniforme, a lo largo de la distancia de una sola torsión, el ruido inducido seguirá siendo de modo común.
La tasa de torsión (también llamada paso de torsión, generalmente definida en vueltas por metro ) forma parte de la especificación para un tipo determinado de cable. Cuando los pares cercanos tienen tasas de torsión iguales, los mismos conductores de los diferentes pares pueden estar repetidamente uno al lado del otro, anulando parcialmente los beneficios de la torsión. Por esta razón, se especifica comúnmente que, al menos para los cables que contienen pequeñas cantidades de pares, las tasas de torsión deben ser diferentes. [2]
A diferencia del par trenzado blindado o laminado (normalmente blindaje de cable S/FTP o F/UTP), el cable UTP no está rodeado por ningún blindaje. El UTP es el tipo de cable principal para uso telefónico y es muy común en redes informáticas .
Los primeros teléfonos utilizaban líneas telegráficas que eran circuitos de retorno a tierra de un solo cable . En la década de 1880 se instalaron tranvías eléctricos en muchas ciudades, lo que inducía ruido en estos circuitos. En algunos países, las compañías de tranvías fueron consideradas responsables de las interrupciones en las líneas telegráficas existentes y tuvieron que pagar por el trabajo de reparación. [a] Sin embargo, para las nuevas instalaciones, fue necesario protegerse contra los tranvías existentes desde el principio. La interferencia en las líneas telefónicas es incluso más disruptiva que en las líneas telegráficas. Las compañías telefónicas pasaron a circuitos balanceados , que tenían el beneficio incidental de reducir la atenuación , aumentando así el alcance.
A medida que la distribución de energía eléctrica se hizo más común, esta medida resultó inadecuada. Dos cables, tendidos a ambos lados de las barras transversales de los postes de servicios públicos , compartían la ruta con las líneas eléctricas . En pocos años, el creciente uso de la electricidad trajo consigo un aumento de las interferencias, por lo que los ingenieros idearon un método llamado transposición de cables para cancelarlas.
En la transposición de cables, los cables intercambian su posición una vez cada varios polos. De esta manera, los dos cables recibirían una interferencia electromagnética similar de las líneas eléctricas. Esto representó una implementación temprana del trenzado, con una tasa de trenzado de aproximadamente cuatro trenzados por kilómetro o seis por milla . Tales líneas balanceadas de cables abiertos con transposiciones periódicas aún sobreviven hoy en algunas áreas rurales.
El cableado de par trenzado fue inventado por Alexander Graham Bell en 1881. [4] En 1900, toda la red telefónica estadounidense era de par trenzado o de cable abierto con transposición para protegerse contra interferencias. Hoy, la mayoría de los millones de kilómetros de pares trenzados que hay en el mundo son líneas terrestres exteriores, propiedad de compañías telefónicas y mantenidas por ellas, que se utilizan para el servicio de voz.
Los cables de par trenzado sin blindaje (UTP) se encuentran en muchas redes Ethernet y sistemas telefónicos. Para aplicaciones telefónicas en interiores, los UTP suelen agruparse en conjuntos de 25 pares según un código de colores estándar de 25 pares desarrollado originalmente por AT&T Corporation . Un subconjunto típico de estos colores (blanco/azul, azul/blanco, blanco/naranja, naranja/blanco) aparece en la mayoría de los cables UTP. Los cables suelen estar hechos con cables de cobre medidos en calibre de cable americano (AWG) 22 o 24 (0,644 o 0,511 mm²), [5] con el aislamiento de color normalmente hecho de un aislante como polietileno o FEP y el paquete total cubierto con una cubierta de polietileno .
En el caso de los cables telefónicos urbanos para exteriores que contienen cientos o miles de pares, el cable se divide en haces pequeños pero idénticos. Cada haz consta de pares trenzados que tienen diferentes índices de torsión, ya que los pares que tienen el mismo índice de torsión dentro del cable pueden experimentar cierto grado de diafonía . A su vez, los haces se trenzan entre sí para formar el cable.
El UTP es también el cable más común utilizado en redes informáticas . La Ethernet moderna , el estándar de redes de datos más común, puede utilizar cables UTP, y el aumento de las velocidades de datos requiere variantes de mayor especificación del cable UTP. El cableado de par trenzado se utiliza a menudo en redes de datos para conexiones de longitud corta y media debido a sus costes relativamente más bajos en comparación con la fibra óptica y el cable coaxial .
Como el ancho de banda del cable UTP ha mejorado para coincidir con la banda base de las señales de televisión , UTP ahora se utiliza en algunas aplicaciones de video , principalmente en cámaras de seguridad . [6] Como UTP es una línea de transmisión balanceada, se necesita un balun para conectarse a equipos no balanceados, por ejemplo, cualquiera que use conectores BNC y esté diseñado para cable coaxial.
Los cables de par trenzado pueden incorporar un blindaje para intentar evitar interferencias electromagnéticas. El blindaje proporciona una barrera conductora de electricidad para atenuar las ondas electromagnéticas externas al blindaje. El blindaje también proporciona una ruta de conducción por la que pueden circular corrientes inducidas y devolverse a la fuente a través de una conexión de referencia a tierra. Dicho blindaje se puede aplicar a pares individuales o a un conjunto de pares. El blindaje puede ser de lámina o de alambre trenzado.
Cuando se aplica el blindaje a una colección de pares, generalmente se lo denomina cribado, pero el uso entre proveedores y autores al aplicar palabras como cribado , blindaje y STP (par trenzado blindado) puede estar sujeto a variabilidad. [7] [8]
La norma ISO/IEC 11801 :2002 (Anexo E) intenta estandarizar internacionalmente las diversas designaciones de blindaje para cables de par trenzado (TP) utilizando una abreviatura explícita de dos partes en la forma x/xTP , donde la primera x indica el blindaje para el cable en general y la segunda x indica el blindaje para pares o cuadretes individuales, donde cada x puede ser:
Los cables blindados Cat 5e , Cat 6/6A y Cat 8/8.1 suelen tener una construcción F/UTP, mientras que los cables blindados Cat 7/7 A y Cat 8.2 utilizan una construcción S/FTP. [9]
Debido a que el blindaje es conductor, también puede servir como vía de conexión a tierra. Un cable de par trenzado con blindaje de aluminio puede tener un cable de conexión a tierra incorporado integralmente llamado cable de drenaje que hace contacto eléctrico con el blindaje. El propósito del cable de drenaje es facilitar la conexión a terminales que generalmente están diseñados para la conexión de cables redondos.
Los tipos de construcción de escudos más comunes incluyen:
Un ejemplo temprano de par trenzado blindado fue IBM STP-A, que es un cable S/FTP de dos pares de 150 ohmios definido en 1985 por las especificaciones del sistema de cableado de IBM y utilizado con redes Token Ring o FDDI . [7] [11]
Antes de que se generalizaran las comunicaciones digitales y Ethernet, no existía un estándar internacional para los cables telefónicos. Los estándares se establecían a nivel nacional. Por ejemplo, en el Reino Unido, la Oficina General de Correos especificó los cables CW1293 y CW1308. CW1308 era una especificación similar a la anterior CW1293, pero con un código de colores mejorado. CW1293 utilizaba principalmente colores sólidos en los núcleos, lo que dificultaba la identificación del par con el que estaba trenzado sin quitar una gran cantidad de revestimiento. Para resolver este problema, CW1308 tiene anillos estrechos del color emparejado impresos sobre el color base. Ambos cables son un estándar similar al cable de categoría 3. [12] [13] Los cables con categorías 3 a 7 tienen 4 pares trenzados. [14]
Antes del uso común del polietileno y otros plásticos para el aislamiento, el cable telefónico de par trenzado se aislaba con papel encerado o algodón con una capa de cera aplicada al cobre. La cubierta general de este tipo de cable era generalmente de plomo. Este estilo de cable comenzó a usarse a fines del siglo XIX, poco después de la invención del teléfono. [15] La terminación del cable en las cajas de terminación se sellaba con cera fundida o una resina para evitar la entrada de humedad que degradaría gravemente las propiedades aislantes del aislamiento de papel. [16] Sin embargo, estos sellos dificultaban el mantenimiento y los cambios futuros. Estos cables ya no se fabrican, pero todavía se encuentran ocasionalmente en edificios antiguos y en varias áreas externas, generalmente pueblos rurales.
A un par trenzado cargado se le ha añadido inductancia intencionalmente y antes era una práctica común en las líneas de telecomunicaciones. Los inductores añadidos se conocen como bobinas de carga y reducen la atenuación para las frecuencias de banda vocal , pero la aumentan en frecuencias más altas. Las bobinas de carga reducen la distorsión en la banda vocal en líneas muy largas. [22] En este contexto, una línea sin bobinas de carga se denomina línea sin carga.
Un par trenzado unido es una variante de construcción en la que los dos cables de cada par están unidos entre sí a lo largo del cable. Desarrollado por Belden , está destinado a ayudar a garantizar la coherencia de la configuración durante y después de la instalación. Un beneficio clave es que el rendimiento de inmunidad al ruido del cable se puede proteger a pesar de un manejo potencialmente brusco. [23] El rendimiento mejorado puede ser innecesario y la unión reduce la flexibilidad del cable y lo hace propenso a fallas donde se flexiona. [24]
Un cable plano trenzado es una variante del cable plano estándar en el que pares adyacentes de conductores están unidos y trenzados entre sí. Luego, los pares trenzados se unen ligeramente entre sí en un formato de cinta. Periódicamente, a lo largo de la cinta, hay secciones cortas sin torsión donde se pueden colocar conectores utilizando las técnicas habituales de conexión por derivación de cables planos. [25]
Un cable de núcleo sólido utiliza un cable sólido por conductor y en un cable de cuatro pares habría un total de ocho cables sólidos. [18] El cable trenzado utiliza múltiples cables enrollados uno alrededor del otro en cada conductor y en un cable de cuatro pares con siete hilos por conductor, habría un total de 56 cables (2 por par × 4 pares × 7 hilos). [18]
El cable de núcleo sólido está diseñado para tendidos instalados de forma permanente ( enlace permanente ). Es menos flexible que el cable trenzado y es más propenso a fallar si se dobla repetidamente debido al endurecimiento por deformación . El cable trenzado se utiliza en paneles de conexión y para conexiones desde puertos de pared a dispositivos finales ( cable de conexión o cable de bajada), ya que resiste el agrietamiento de los conductores.
Los conectores están diseñados de forma diferente para los cables de núcleo sólido que para los de núcleo trenzado. El uso de un conector con el tipo de cable incorrecto puede dar lugar a un cableado poco fiable. Hay disponibles conectores diseñados para cables de núcleo sólido y de núcleo trenzado, y algunos proveedores incluso ofrecen conectores diseñados para su uso con ambos tipos. Los bloques de conexión de los paneles de conexión y los conectores de pared están diseñados para su uso con cables de núcleo sólido. Funcionan mediante el método de desplazamiento del aislamiento , por el que el dispositivo perfora los lados del aislamiento y "muerde" el conductor de cobre para formar una conexión. Los bloques de conexión se utilizan como paneles de conexión o como cajas de conexión para cables de par trenzado.
El par trenzado tiene los siguientes atributos útiles: [26]
El par trenzado tiene las siguientes limitaciones:
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