Kundservice +46 8 52 400 700
Nätverk
-
Nätverk
-
Koaxkabel och kontakter
-
SFP för alla behov
-
Energisystem och laddning
-
Datacenter och serverhallar
-
IP-larm och fjärrkontroll
-
Test och verifiering
-
Ergonomi och komfort
-
Maximal framkomlighet i nätverket
-
Tryggare miljöer
-
Kundanpassade lösningar
-
IoT - Internet of Things
-
Tillbehör och gränssnitt
-
Märkning och Etikettering
-
AV över IP
-
Strömförsörjning
Skinneffekten, kabelarea och överföringshastighet – en djupdykning i kabelprestanda
Det finns en rad parametrar som avgör hur bra eller dålig en nätverkskabel är. Vi på Direktronik alltid fokuserat på att leverera kablar som har mycket hög tillverkningsnoggrannhet och det är naturligtvis viktigt i sig men varför är en kabel utformad som den är?
Det finns en sak som kanske bara de vetgirigaste lägger märke till, men som är mer centralt än man kanske tror. Och det är de tunna ledarna och vad för orsak som finns bakom dimensionen. Anledningen stavas skinneffekten och det är den vi tänkte kika lite närmare på här.
Vad är skinneffekten?
Skinneffekten beskriver hur växelström vid höga frekvenser tenderar att flöda längs ytan av en ledare, snarare än genom hela dess tvärsnitt. Ju högre frekvens, desto tunnare blir det skikt där strömmen flödar, vilket minskar det effektiva tvärsnittet som används. För nätverkskablar som opererar vid frekvenser på hundratals megahertz är skineffekten särskilt betydelsefull.
Det är alltså så att när en växelström går genom kabeln så används i princip bara den yttersta biten av kabeln till skillnad mot likström. Likström och växelström skiljer sig på så sätt att polariteten inte växlar på likström och man kan säga att likström går med 0Hz. Ju högre frekvens som strömmen har desto större påverkan av skinneffekten.
Historisk bakgrund: Fenomenet skinneffekt upptäcktes av fysiken Horace Lamb och utvecklades vidare av fysikerna Lord Kelvin, J. C. Maxwell, Lord Rayleigh, O. Heaviside och J. J. Thomson på 1800-talet. Vi ska också poängtera den ska inte förväxlas med Faradays upptäckt som blockerar elektriska fält och beskrivs och illustrerades med Faradays bur. Det handlar i stället om att leda bort elektromagnetiska störningar genom ett skärmningsskikt. Det är en vanlig förväxling och de påminner om varandra men till skillnad från Faradays bur, handlar skinneffekten om hur växelström distribueras i en ledare på grund av elektromagnetisk självinduktion. Vid likström (DC) finns ingen skinneffekt eftersom frekvensen är noll, och strömmen sprider sig jämnt genom ledarens tvärsnitt. En likströmskabel nyttjar därför hela kabeln.
Kabelareor och frekvenser
När vi nu rett ut varför man har en tunn kabel och inte en tjock så kommer här en liten jämförelse mellan olika vanliga kabeltyper. Vi undersöker skillnaderna mellan fyra kabeltyper och hur de presterar vid olika frekvenser:
- AWG24 (0,205 mm²): Den vanligaste kabelarean för nätverkskablage, optimerad för dataöverföring upp till 10Gbps med frekvenser på upp till 500MHz. Denna typ av kabel är den absolut vanligaste och passar i nära alla "vanliga" dataöverföringsfall.
- AWG23 (0,258 mm²): Även denna kabeltjocklek är vanlig men används i första hand när man skall överföra högre effekter via PoE och särskilt över längre sträckor. Det går att använda AWG24 framgångsrikt för PoE men den till synes marginella skillnaden i kabelarea är gynsam för högkvalitativa PoE-installationer i kombination med dataöverföring.
- 2,5 mm² (AWG13): Detta är en kraftkabel som är mycket vanlig. Den används som regel aldrig för datatrafik då den pga. den ovan nämnda skinneffekten gör den sämre för höga frekvenser med sitt betydligt större tvärsnitt, främst designad för strömöverföring vid låga frekvenser (50-60 Hz).
- 16 mm² (AWG5): En ännu grövre kabel som vanligtvis används för tunga kraftapplikationer.
I höga frekvenser som krävs för 10Gbps utnyttjar AWG24-kabeln sitt tvärsnitt effektivt. Skinndjupet vid 500 MHz är tillräckligt för att hela tvärsnittet kan bidra till signalöverföringen.
För grövre kablar som 2,5mm² och 16mm² är skinndjupet så litet att endast en mycket tunn del av ytan används, vilket gör dessa kablar ineffektiva för högfrekvent dataöverföring.
Tankeexperiment: Överföringshastighet vid 100 meter för 2,5mm² och 16mm²
Det är ju såklart inte riktigt möjligt, eftersom kontakter, uttag och annan material inte är anpassade för den har typen av elkabel, men låt oss leka med tanken.
Vid överföring av data på 100 meter i en 2,5mm²-kabel (AWG13) eller en 16mm²-kabel (AWG5) är prestandan mycket begränsad på grund av skinneffekten. Vid 500 MHz (som krävs för 10 Gbps) kan dessa kablar endast hantera datahastigheter i området 10-50 Mbps på grund av signalförluster och förvrängning. De är utformade för att överföra ström vid förhållandevis låga frekvenser, vilket innebär att deras förmåga att hantera högfrekvent data är extremt begränsad. Det är detta som är skälet till att överföring av data via elnätet inte har vart så lyckosamt då våra överföringsbehov är mycket större än vad en kraftkabel kan leverera.
Frekvenser vid olika datahastigheter
Överföringshastigheten påverkas direkt av kabelns kapacitet att hantera höga frekvenser. En tunn kabel behövs men också bra material med låg dämpning och minimala störningar (ett transientskydd är lämpligt att använda för att leda bort ogynnsamma störningar).
Här är de nominella specifikationerna för olika datahastigheter:
- 10Mbps (Ethernet): Kräver en frekvens på endast 10MHz. Detta kan överföras på äldre Cat3-kablar över avstånd på upp till ca 100 meter.
- 100Mbps (Fast Ethernet): Kräver frekvenser på 100MHz och kan överföras på Cat5-kablar upp till ca 100 meter. Cat5e- och Cat6-kablar är överdimensionerade för denna hastighet men det går knappt att köpa annat än Cat6 eller bättre idag.
- 1Gbps (Gigabit Ethernet): Kräver frekvenser upp till 250MHz och fungerar på Cat5e-kablar (upp till 100 meter) och Cat6a-kablar (upp till 100 meter).
- 10Gbps: Kräver frekvenser på upp till 500MHz och fungerar på Cat6a (upp till 100 meter) eller Cat7/8 (upp till 100 meter). Skinneffekten och kablarnas skärmning blir särskilt viktiga för att minimera signalförluster och överhörning vid dessa hastigheter.
Större kablar som 2,5mm² eller 16mm² skulle inte kunna överföra data effektivt vid dessa frekvenser eftersom skinndjupet är för litet i förhållande till kabelns tvärsnitt, vilket leder till hög resistans och signalförluster.
Slutsats
När det gäller höghastighetsdataöverföring är kabelns tvärsnittsarea och konstruktion avgörande. Skinneffekten visar att tunnare kablar som AWG24 är mycket mer effektiva vid höga frekvenser än grövre kraftkablar. För applikationer som kräver 1 till 10 Gbps är rätt nätverkskabelkategori avgörande för att kunna leverera stabil prestanda. En grövre kabel ger inte bara sämre prestanda utan riskerar snarare mer betydande signalförluster och förvrängningar, vilket gör dem olämpliga för moderna nätverk.
Det är viktigt att ta hänsyn till användandet av PoE vid val av kabel. Att använda en AWG23-kabel istället för AWG24 ger bättre strömhantering och minskar risken för överhettning, vilket är särskilt viktigt för installationer där både data och ström överförs i samma kabel.
Vill du lära dig mer?
Läs mer om Cat 8 kabel
Cat och klass - så hänger det ihop
Mer teori:
Skineffekten har betydelse i all högfrekvent signalöverföring och i praktiken behöver man inte kunna detaljerna men för den som vill förkovra sig mer så har ni länken till Horace Lamb's publicerade artikel från 1883.
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1883.0013
Vill du veta mer om våra nätverkskablar, åskskydd och transientskydd eller har frågor i allmänhet, kontakta oss redan idag. Vi är lätta att nå på chatt, mejl eller telefon: 08 52 400 700. Missa heller inga artiklar i Kunskapsbanken, prenumerera på nyhetsbrevet
© Copyright 2024-08-20, innehållet är skyddat enligt lagen om upphovsrätt.
Topplista
populära produkterProduktområden
-
Förflytta dina USB-tillbehör enkelt med våra USB-förlängare. Styr din enheter fritt från buller, damm eller stöldrisk.
-
USB-tillbehör innehåller många unika lösningar, ofta fokuserade på att göra den begränsade USB-porten än mer mångsidig och ge dess utrustningar ett större användningsområde i professionell miljö.
-
Injektorer och splitters för alla PoE-standards. Vi kan Power over Ethernet och hjälper dig till rätt lösning för både inom- och utomhusbruk. Ett brett lagerfört utbud täcker de flesta behov, men finner du inte det du söker tar vi snabbt fram det till dig.
-
Åskskydd och Transientskydd för Ethernet RJ45 för 10/100/1000Mbit/s
Transientskydd och Åskskydd skyddar din utrustning mot elektriska överslag. Vid ett större elektriskt haveri eller vid ett närliggande åsknedslag så kan höga energier transporteras genom alla kopparkablar och skada serverar, datorer eller annan utrustning så som kameror. Direktronik har skydd för elcentraler(400V 3-fas / 230V 1-fas) signalkablage och u
-
Strömförsörjning för din utrustning
Effektiv strömförsörjning till krävande utrustning för såväl varierande effekter som omgivande temperatur. Gemensamt för flertalet är monteringsmöjligheten i DIN-skena och kabelanslutningar med skruvplint.
