وصلات كابلات الشبكة Cat5e أنواع الحماية وصلة مستقيمة وصلات كابلات الشبكة للعثور على الخط في ثانية واحدة

تحدد المواصفات المادية لوصلات كابلات الشبكة قدراتها الأساسية في النقل، وقوتها الميكانيكية، ومرونتها، مما يضع الأساس لنقل البيانات بشكل مستقر.

I. معلمات المواصفات الفيزيائية: الأساس المادي لأداء ناقل الحركة

تحدد المواصفات المادية لوصلات كابلات الشبكة قدراتها الأساسية في النقل، وقوتها الميكانيكية، ومرونتها، مما يضع الأساس لنقل البيانات بشكل مستقر.

1. مادة الموصل وبنيته

الموصل هو الناقل الأساسي لنقل الإشارة الكهربائية في وصلات الشبكة، وتؤثر مادته وبنيته بشكل مباشر على التوصيل وسلامة الإشارة ومقاومة الأكسدة:

المواد الأساسية:

النحاس الخالي من الأكسجين (أو إف سي): يتميز بنقاء ≥ 99.95% ومحتوى أكسجين ≤ 0.003%، ويتميز بموصلية كهربائية ممتازة (موصلية كهربائية ≥ 100% IACS). تبلغ مقاومته الكهربائية عند 20 درجة مئوية ≤ 0.0172Ω·مم²/م، مما يُقلل بشكل فعال من فقدان الإشارة. وهو المادة الرئيسية المستخدمة في وصلات الشبكات عالية الأداء (مثل الفئة 6 وما فوق).

النحاس المطلي بالقصدير: تُطلى طبقة من القصدير بسُمك يتراوح بين 2 و5 ميكرومتر على سطح موصلات نحاسية خالية من الأكسجين. يمنع القصدير أكسدة النحاس (حيث تبلغ مقاومة الأكسدة خمسة أضعاف مقاومة النحاس الخام)، مما يضمن توصيلًا مستقرًا حتى في البيئات الرطبة (مثل غرف الحواسيب ذات الرطوبة العالية في مكيفات الهواء). ويُستخدم القصدير عادةً في وصلات مراكز البيانات.

الألومنيوم المغطى بالنحاس (سي سي ايه): يُغطى قلب الألومنيوم بطبقة رقيقة من النحاس. موصليته الكهربائية لا تتجاوز 60%-70% من موصلية النحاس الخالي من الأكسجين، ومقاومته الكهربائية ≥0.028Ω·مم²/م. يُسبب توهينًا كبيرًا للإشارة، ويُستخدم فقط في وصلات التوصيل منخفضة الأداء (مثل Cat5e للوصلات المؤقتة) نظرًا لانخفاض تكلفته.

الفولاذ المُغطى بالنحاس (احتجاز وتخزين الكربون): يتميز قلب الفولاذ المُغطى بالنحاس بقوة ميكانيكية عالية، لكن توصيله الكهربائي ضعيف (موصلية ≤30% من IACS). يُستخدم فقط في حالات خاصة تتطلب قوة شد (مثل الاتصالات الخارجية قصيرة المدى)، وهو غير مناسب لنقل البيانات عالية السرعة.

هيكل الموصل:

موصل صلب: سلك نحاسي صلب واحد بقطر يتراوح بين 0.4 و0.6 مم (المواصفات الشائعة: 24AWG، 23AWG). يتميز بأداء نقل إشارة مستقر وضعف في التوهين، ولكنه ذو مرونة ضعيفة (أدنى نصف قطر انحناء ≥ 8 أضعاف قطر الكابل). وهو مناسب للأسلاك الثابتة في لوحات التوصيل وغرف المعدات.

موصل مجدول: يتكون من 7-19 سلكًا نحاسيًا دقيقًا (قطر كل سلك 0.08-0.1 مم) ملتوية معًا. يتميز بمرونة ممتازة (أدنى نصف قطر انحناء ≥ 4 أضعاف قطر الكابل)، ويمكنه تحمل أكثر من 10,000 اختبار انحناء دون أن ينكسر. وهو مناسب للوصلات التي تتطلب توصيلًا وفصلًا متكررًا (مثل التوصيلات بين المفاتيح والخوادم).

2. حجم الكابل ووزنه

يؤثر حجم ووزن وصلات الشبكة على سهولة تركيبها وشغل المساحة والاستقرار الهيكلي:

مقياس الموصل: يُعبَّر عنه بوحدة AWG (المقياس الأمريكي للأسلاك). المواصفات الشائعة لوصلات الشبكة هي 24AWG (قطر 0.511 مم) و23AWG (قطر 0.573 مم). عند نفس الطول، تتميز موصلات 23AWG بمساحة مقطع عرضي أكبر من 24AWG، مع توهين أقل بنسبة 15%-20%. وهي مناسبة للنقل عالي التردد (≥500 ميجاهرتز) ووصلات المسافات الطويلة (≥5 أمتار).

القطر الخارجي للكابل: يختلف باختلاف أنواع الكابلات وأنواع الحماية. يبلغ قطر وصلات الفئة 6 غير المحمية (يو تي بي) 5-6 مم؛ بينما يبلغ قطر وصلات Cat6a المحمية (إس تي بي) 6-8 مم بفضل طبقة الحماية الإضافية. يوفر القطر الخارجي الأكبر حماية أفضل ولكنه يشغل مساحة أكبر، لذا يجب اختياره وفقًا لكثافة الأسلاك (مثل الخزانات عالية الكثافة في مراكز البيانات).

الوزن: يتراوح وزن وصلات يو تي بي مقاس 24AWG بين 12 و18 غ/م²؛ بينما يتراوح وزن وصلات إس تي بي مقاس 23AWG بين 20 و25 غ/م² بفضل طبقة الحماية والموصلات السميكة. وصلات التوصيل خفيفة الوزن أسهل في التعامل (مثل التجميع والتوجيه)، بينما تتميز وصلات التوصيل شديدة التحمل بمتانة أفضل.

3. مواد العزل والغلاف

تعمل مواد العزل على عزل الموصلات المتجاورة لمنع التداخل، كما تحمي مواد الغلاف الكابل من التلف الميكانيكي والتآكل البيئي:

مواد العزل:

البولي إيثيلين عالي الكثافة (البولي إيثيلين عالي الكثافة): يتميز بعزل كهربائي ممتاز (ثابت عزل كهربائي يتراوح بين 2.3 و2.4) وامتصاص منخفض للماء (≤0.01%/24 ساعة). يحافظ على أداء مستقر في درجات حرارة تتراوح بين -40 درجة مئوية و+80 درجة مئوية. وهو المادة العازلة الرئيسية لوصلات الشبكة، مما يضمن انخفاض السعة بين الموصلات (سعة ≤56 بيكو فاراد/متر).

البولي بروبيلين (PP): يُشبه البولي إيثيلين عالي الكثافة في الأداء، ولكنه يتميز بصلابة أعلى. يُستخدم غالبًا في عزل الموصلات المجدولة لتعزيز الاستقرار الهيكلي لحزمة الموصلات.

بولي إيثيلين عالي الكثافة الرغوي: بإضافة عوامل رغوية إلى بولي إيثيلين عالي الكثافة، ينخفض ثابت العزل الكهربائي إلى 1.8-2.0، مما يُقلل بشكل أكبر من توهين الإشارة (يكون التوهين عند تردد 100 ميجاهرتز أقل بنسبة 10% من توهين بولي إيثيلين عالي الكثافة الصلب). يُستخدم في وصلات التردد العالي (مثل Cat6a وCat7).

مواد الغمد:

بولي فينيل كلوريد (بولي كلوريد الفينيل): منخفض التكلفة، مقاوم للهب (يو إل 94 V-2)، ويتراوح نطاق درجة حرارة تشغيله بين -15 و+60 درجة مئوية. مناسب للبيئات الداخلية الجافة (مثل شبكات المكاتب). ومع ذلك، فهو عرضة للتصلب في درجات الحرارة المنخفضة، ويُطلق غازات ضارة عند احتراقه.

LSZH (منخفض الدخان، خالٍ من الهالوجين): خالٍ من عناصر الهالوجين، ويُنتج دخانًا منخفضًا عند الاحتراق (كثافة الدخان ≤ 50% من مادة بولي كلوريد الفينيل)، ولا ينبعث منه غازات سامة. تصل درجة مقاومة اللهب إلى يو إل 94 V-0، ويتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل بين -20 درجة مئوية و+70 درجة مئوية. وهو إلزامي لمراكز البيانات، وشبكات المترو، والسفن ذات متطلبات السلامة العالية.

البولي إيثيلين (التربية البدنية): يتميز بمرونة ممتازة ومقاومة عالية للصدمات، ولكنه ضعيف المقاومة للهب (قابل للاشتعال). يُستخدم في السترات الخارجية (مع إضافات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية) لمقاومة التآكل الناتج عن الرياح والأمطار.

الثاني. معايير الأداء الكهربائي: المؤشرات الأساسية التي تحدد جودة نقل الشبكة

يعد الأداء الكهربائي المعلمة الأكثر أهمية في وصلات الشبكة، حيث يحدد بشكل مباشر معدل النقل وعرض النطاق الترددي واستقرار الإشارة.

1. فئة الكابل ومعدل النقل

يتم تصنيف وصلات الشبكة وفقًا لمعايير تيا/تقييم الأثر البيئي-568 وISO/اللجنة الكهروتقنية الدولية 11801، وتتوافق الفئات المختلفة مع قدرات الإرسال المختلفة:

Cat5e (الفئة 5 المحسنة):

النطاق الترددي: يصل إلى 100 ميجا هرتز.

الحد الأقصى لمعدل النقل: 1000 ميجابايت في الثانية (جيجابت إيثرنت) على مسافة 100 متر.

التطبيقات الرئيسية: الشبكات المنزلية، وأجهزة سطح المكتب، وأجهزة إنترنت الأشياء منخفضة السرعة.

الفئة 6 (الفئة 6):

النطاق الترددي: يصل إلى 250 ميجا هرتز.

أقصى معدل نقل: 10 جيجابت في الثانية عند 55 مترًا، و1000 ميجابت في الثانية عند 100 مترًا.

التحسينات: مؤشرات تداخل وتوهين أكثر صرامة من Cat5e، مع فاصل طولي (إطار متقاطع من البلاستيك) لعزل أربعة أزواج من الموصلات، مما يقلل من التداخل المتبادل.

التطبيقات: شبكات جيجابت للمؤسسات، ومراقبة الفيديو (كاميرات 4K).

Cat6a (الفئة 6 المعززة):

النطاق الترددي: يصل إلى 500 ميجا هرتز.

أقصى معدل نقل: 10 جيجابت في الثانية عند 100 متر.

التحسينات: حماية أفضل أو التواء أكثر إحكامًا لتقليل التداخل بين الإشارات الغريبة (أكست)، ودعم نقل كامل الاتجاه بسرعة 10 جيجابت في الثانية على مسافة 100 متر بالكامل.

التطبيقات: اتصالات أساسية بسرعة 10 جيجابت في الثانية لمركز البيانات، ومحطات عمل تحرير الفيديو عالية الدقة.

القط 7 (الفئة 7):

النطاق الترددي: يصل إلى 600 ميجا هرتز.

أقصى معدل نقل: 10 جيجابت في الثانية عند 100 متر، 40 جيجابت في الثانية عند 50 متر.

المميزات: مُغطّى بالكامل (بنية بروتوكول نقل الملفات الآمن (SFTP))، كل زوج من الموصلات مُغطّى بشكل فردي، والكابل مُغطّى بالكامل بدرع خارجي. فعالية التدريع ≥ 85 ديسيبل عند تردد 1 جيجاهرتز.

التطبيقات: مراكز البيانات عالية الكثافة، اتصال مسبق بشبكة إيثرنت 40G/100G.

الفئة 8.1/الفئة 8.2:

النطاق الترددي: ما يصل إلى 2000 ميجا هرتز (القط 8.1) و 2400 ميجا هرتز (القط 8.2).

الحد الأقصى لمعدل النقل: 40 جيجابايت في الثانية/100 جيجابايت في الثانية عند 30 مترًا.

المميزات: درع شديد التحمل، متوافق مع موصلات آر جيه 45 وGG45، مصمم لاتصالات عالية السرعة على مسافة قصيرة بين مفاتيح مركز البيانات والخوادم.

2. خاصية المعاوقة

تم تصميم المقاومة المميزة لوصلات الشبكة لتتناسب مع معدات الشبكة (عادةً 100Ω)، وهو أمر بالغ الأهمية لتقليل انعكاس الإشارة وضمان سلامة الإشارة:

المقاومة الاسمية: 100Ω ±20Ω (معيار تيا/تقييم الأثر البيئي)، والتي يجب أن تتوافق مع مقاومة 100Ω لبطاقات الشبكة والمفاتيح والمعدات الأخرى.

استقرار المعاوقة: يجب أن يكون تذبذب المعاوقة ضمن نطاق تردد التشغيل (0-2000 ميجاهرتز) ≤15 أوم. سيؤدي التذبذب المفرط إلى انعكاس الإشارة (انخفاض في فقدان الانعكاس)، مما يؤدي إلى أخطاء في البتات.

مطابقة المعاوقة: يجب أن يكون فرق المعاوقة بين وصلة التوصيل والجهاز المتصل ≤10Ω. وإلا، فسيحدث انعكاس للإشارة عند نقطة التوصيل، وسيكون فقدان الانعكاس ≤10 ديسيبل، مما يؤثر على استقرار الإرسال.

3. التوهين (فقدان الإدخال)

يشير التوهين إلى فقدان قوة الإشارة أثناء الإرسال، والذي يزداد مع التردد والطول:

التعريف: يُعبَّر عن ذلك بالديسيبل، والصيغة هي التوهين = ٢٠lg (قدرة الدخل/قدرة الخرج). كلما كانت القيمة أصغر، كان أداء الإرسال أفضل.

المؤشرات المحددة:

Cat5e: عند 100 ميجا هرتز، التوهين ≤24 ديسيبل/100 متر.

الفئة 6: عند 250 ميجا هرتز، التوهين ≤30 ديسيبل/100 متر.

Cat6a: عند 500 ميجا هرتز، التوهين ≤39 ديسيبل/100 متر.

القط 7: عند 600 ميجا هرتز، التوهين ≤40 ديسيبل/100 متر.

العوامل المؤثرة: مادة الموصل (النحاس الخالي من الأكسجين له توهين أقل من سي سي ايه)، ومساحة المقطع العرضي (الموصلات الأكثر سمكًا تقلل التوهين)، ومادة العزل (العزل الرغوي له خسارة عازلة أقل).

4. التداخل (التداخل بين الموصلات)

التداخل هو تداخل الإشارة بين أزواج الموصلات المتجاورة، وهو العامل الرئيسي الذي يحد من معدل الإرسال:

تداخل الإشارة القريب (التالي): تداخل بين طرف الإرسال وطرف الاستقبال للأزواج المتجاورة في نفس طرف الكابل. كلما ارتفع التردد، زادت خطورة تداخل الإشارة القريب.

المعايير: تتطلب الفئة 6 التالي ≥44dB عند 250MHz؛ تتطلب Cat6a التالي ≥46dB عند 500MHz.

التداخل في الطرف البعيد (نص): تداخل بين طرف الإرسال وطرف الاستقبال للأزواج المتجاورة في الطرف البعيد للكابل. يتأثر هذا التداخل بشكل رئيسي بطول الكابل وتردده.

تداخل الطرف البعيد متساوي المستوى (إلفيكست): تداخل الطرف البعيد متساوي المستوى (نص) ناقص التوهين، مما يعكس التداخل الفعلي بشكل أفضل. يتطلب Cat6a تداخل إلفيكست ≥ 24 ديسيبل عند تردد 500 ميجاهرتز.

تداخل غريب (أكست): تداخل بين كابلات مختلفة في الحزمة نفسها (مثل توصيلات متعددة مجمعة معًا). يُعد هذا مؤشرًا رئيسيًا لشبكات Cat6a وما فوق، ويتطلب أكست ≥ 35 ديسيبل عند تردد 500 ميجاهرتز لشبكات Cat6a.

تداخل الطاقة القريب (بي اس نكست): مجموع تداخل التالي من جميع الأزواج الأخرى إلى زوج واحد، وهو أكثر صرامة من التالي. يتطلب الفئة 6 بي اس نكست ≥ 42 ديسيبل عند تردد 250 ميجاهرتز.

5. خسارة العائد (الحياة الواقعية)

خسارة العودة هي نسبة قوة الإشارة المنعكسة إلى قوة الإشارة الواردة، مما يعكس مطابقة المعاوقة:

المؤشر: يُعبَّر عنه بالديسيبل، وكلما زادت القيمة، قلَّ الانعكاس. يتطلب الفئة 6 الحياة الواقعية ≥ 12 ديسيبل عند تردد 250 ميجاهرتز؛ ويتطلب Cat6a الحياة الواقعية ≥ 10 ديسيبل عند تردد 500 ميجاهرتز.

التأثير: سيؤدي انخفاض فقدان العودة (≤8 ديسيبل) إلى تشويه الإشارة، مما يؤدي إلى فقدان الحزمة وإعادة الإرسال، مما يقلل من إنتاجية الشبكة.

6. التأخير وانحراف التأخير

تأخير الانتشار: هو الوقت اللازم لانتقال الإشارة عبر الكابل. بالنسبة لوصلات 100 متر، يتطلب الفئة 6 تأخير انتشار ≤555 نانوثانية عند تردد 250 ميجاهرتز.

انحراف التأخير: الفرق في تأخير الانتشار بين أزواج الموصلات الأربعة. يُعدّ هذا الانحراف بالغ الأهمية في أنظمة الأزواج المجدولة التي تستخدم الأزواج الأربعة جميعها (مثل إيثرنت بسرعة 10 جيجابت في الثانية). يتطلب الفئة 6 انحرافًا في التأخير ≤50 نانوثانية عند 100 متر، مما يضمن وصول الإشارات من الأزواج المختلفة إلى الطرف المستقبل بشكل متزامن.