คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับโครงสร้างสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตทางทะเล: จากตัวนำไปจนถึงปลอกหุ้มด้านนอก

วันนี้ผมจะอธิบายโครงสร้างโดยละเอียดของสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตทางทะเล กล่าวโดยสรุปคือ สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตมาตรฐานประกอบด้วยตัวนำไฟฟ้า ชั้นฉนวน ชั้นป้องกัน และปลอกหุ้มภายนอก ในขณะที่สายเคเบิลหุ้มเกราะจะเพิ่มปลอกหุ้มด้านในและชั้นเกราะระหว่างชั้นป้องกันและปลอกหุ้มภายนอก เห็นได้ชัดว่าสายเคเบิลหุ้มเกราะไม่เพียงแต่ให้การป้องกันเชิงกลเพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังให้การป้องกันภายในเพิ่มเติมอีกด้วย ทีนี้ มาพิจารณาแต่ละส่วนประกอบโดยละเอียดกัน

1. ตัวนำ: แกนกลางของการส่งสัญญาณ

ตัวนำสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตมีวัสดุหลากหลายชนิด ได้แก่ ทองแดงชุบดีบุก ทองแดงเปลือย สายอลูมิเนียม อลูมิเนียมเคลือบทองแดง และเหล็กเคลือบทองแดง ตามมาตรฐาน IEC 61156-5:2020 สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตสำหรับใช้งานทางทะเลควรใช้ตัวนำทองแดงอบอ่อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.4 มม. ถึง 0.65 มม. เนื่องจากความต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลและความเสถียรที่สูงขึ้นเพิ่มขึ้น ตัวนำที่มีคุณภาพต่ำกว่า เช่น อะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมเคลือบทองแดงจึงถูกยกเลิกการใช้งาน โดยปัจจุบันทองแดงชุบดีบุกและทองแดงเปลือยกำลังครองตลาดอยู่

เมื่อเปรียบเทียบกับทองแดงเปลือย ทองแดงชุบดีบุกมีเสถียรภาพทางเคมีที่เหนือกว่า ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน การกัดกร่อนทางเคมี และความชื้น จึงรักษาความน่าเชื่อถือของวงจรได้

ตัวนำไฟฟ้ามีโครงสร้างสองแบบ ได้แก่ แบบตันและแบบตีเกลียว ตัวนำแบบตันใช้ลวดทองแดงเส้นเดียว ในขณะที่ตัวนำแบบตีเกลียวประกอบด้วยลวดทองแดงเส้นเล็กหลายเส้นพันกัน ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่ประสิทธิภาพในการส่งสัญญาณ เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่กว่าช่วยลดการสูญเสียจากการแทรก ตัวนำแบบตีเกลียวจึงมีการลดทอนสัญญาณสูงกว่าแบบตัน 20%-50% นอกจากนี้ ช่องว่างระหว่างลวดตีเกลียวยังช่วยเพิ่มความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรงอีกด้วย

สายอีเธอร์เน็ตส่วนใหญ่ใช้ตัวนำขนาด 23AWG (0.57 มม.) หรือ 24AWG (0.51 มม.) แม้ว่าสาย CAT5E มักใช้ตัวนำขนาด 24AWG แต่สาย CAT6/6A/7/7A มักต้องการตัวนำขนาด 23AWG เพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม มาตรฐาน IEC ไม่ได้กำหนดขนาดเส้นลวดที่เฉพาะเจาะจง สายเคเบิล 24AWG ที่ผลิตอย่างดีก็ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดของ CAT6+ ได้

2. ชั้นฉนวน: ปกป้องความสมบูรณ์ของสัญญาณ

ชั้นฉนวนป้องกันการรั่วไหลของสัญญาณระหว่างการส่งสัญญาณ ตามมาตรฐาน IEC 60092-360 และ GB/T 50311-2016 สายเคเบิลทางทะเลโดยทั่วไปจะใช้โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE)หรือโฟมโพลีเอทิลีน (โฟม PE)HDPE มีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิ ความแข็งแรงเชิงกล และทนต่อการแตกร้าวจากแรงเค้นจากสภาพแวดล้อมได้ดีเยี่ยม จึงสามารถนำไปใช้งานได้อย่างแพร่หลาย ส่วน PE แบบโฟมมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีกว่า จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสายเคเบิล CAT6A+ ความเร็วสูง

3. ตัวแยกสัญญาณ: การลดสัญญาณรบกวน

ตัวแยกแบบไขว้ (หรือที่เรียกว่า cross filler) ออกแบบมาเพื่อแยกคู่บิดเกลียวทั้งสี่คู่ออกเป็นสี่ส่วนอย่างชัดเจน ช่วยลดสัญญาณรบกวนระหว่างคู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยทั่วไปแล้วผลิตจากวัสดุ HDPE ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐาน 0.5 มม. ส่วนประกอบนี้จำเป็นสำหรับสายเคเบิลประเภท 6 และสายเคเบิลเกรดสูงกว่าที่ส่งข้อมูลด้วยความเร็ว 1 Gbps หรือเร็วกว่า เนื่องจากสายเคเบิลเหล่านี้มีความไวต่อสัญญาณรบกวนสูงกว่าและต้องการความต้านทานสัญญาณรบกวนที่สูงขึ้น ดังนั้น สายเคเบิลประเภท 6 ขึ้นไปที่ไม่มีฉนวนป้องกันแบบฟอยล์คู่แยกแต่ละคู่จึงใช้ cross filler เพื่อแยกคู่บิดเกลียวทั้งสี่คู่ออกจากกัน

ในทางตรงกันข้าม สายเคเบิลประเภท 5e และสายเคเบิลที่ใช้การออกแบบฟอยล์หุ้มฉนวนแบบคู่ (Pair-shielded foil design) จะละเว้นการเสริมแบบไขว้ (cross filler) โครงสร้างคู่บิดเกลียวของสายเคเบิล Cat5e มีคุณสมบัติป้องกันการรบกวนที่เพียงพอสำหรับความต้องการแบนด์วิดท์ที่จำกัดกว่า จึงไม่จำเป็นต้องแยกสัญญาณเพิ่มเติม เช่นเดียวกัน สายเคเบิลที่มีคู่หุ้มฉนวนแบบฟอยล์จะใช้ความสามารถโดยธรรมชาติของฟอยล์อะลูมิเนียมในการป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้การเสริมแบบไขว้

ส่วนประกอบที่ต้านทานแรงดึงมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการยืดตัวของสายเคเบิลซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพ ผู้ผลิตสายเคเบิลชั้นนำในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้ใยแก้วหรือไนลอนเป็นส่วนประกอบเสริมแรงดึงในโครงสร้างสายเคเบิล วัสดุเหล่านี้ให้การปกป้องเชิงกลที่ดีที่สุด ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติการส่งผ่านของสายเคเบิลไว้

4. ชั้นป้องกัน: การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า

ชั้นป้องกันประกอบด้วยแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมและ/หรือตาข่ายถักเพื่อป้องกัน EMI สายเคเบิลหุ้มฉนวนชั้นเดียวใช้แผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมหนึ่งชั้น (หนา ≥0.012 มม. ซ้อนทับ ≥20%) บวกกับชั้นไมลาร์ PET เพื่อป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้า สายเคเบิลหุ้มฉนวนสองชั้นมีสองประเภท ได้แก่ SF/UTP (แผ่นฟอยล์ทั้งหมด + สายถัก) และ S/FTP (แผ่นฟอยล์แต่ละคู่ + สายถัก) สายถักทองแดงชุบดีบุก (เส้นผ่านศูนย์กลางสาย ≥0.5 มม.) ครอบคลุมพื้นที่ได้ตามต้องการ (โดยทั่วไปคือ 45%, 65% หรือ 80%) ตามมาตรฐาน IEC 60092-350 สายเคเบิลหุ้มฉนวนทางทะเลชั้นเดียวต้องใช้สายระบายสำหรับต่อลงดิน ในขณะที่สายเคเบิลหุ้มฉนวนสองชั้นใช้สายถักสำหรับป้องกันไฟฟ้าสถิต

5. ชั้นเกราะ: การป้องกันทางกลไก

ชั้นเกราะช่วยเพิ่มความต้านทานแรงดึง/แรงกดทับ และเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกัน EMI สายเคเบิลทางทะเลส่วนใหญ่ใช้เกราะถักตามมาตรฐาน ISO 7959-2 โดยใช้ลวดเหล็กชุบสังกะสี (GSWB) ซึ่งมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูงสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง ในขณะที่ลวดทองแดงเคลือบดีบุก (TCWB) ให้ความยืดหยุ่นที่ดีกว่าสำหรับการใช้งานในพื้นที่แคบ

6. ปลอกหุ้มภายนอก: เกราะป้องกันสิ่งแวดล้อม

ปลอกหุ้มภายนอกต้องเรียบ โค้งศูนย์กลาง และถอดออกได้โดยไม่ทำลายชั้นที่อยู่ด้านล่าง มาตรฐาน DNV กำหนดความหนา (Dt) ไว้ที่ 0.04×Df (เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน) +0.5 มม. โดยมีความหนาอย่างน้อย 0.7 มม. สายเคเบิลทางทะเลส่วนใหญ่ใช้LSZH (ควันต่ำฮาโลเจนเป็นศูนย์)วัสดุ (เกรด SHF1/SHF2/SHF2 MUD ตามมาตรฐาน IEC 60092-360) ที่ลดควันพิษในระหว่างเกิดไฟไหม้

บทสรุป

สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตทางทะเลทุกชั้นล้วนผ่านการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างพิถีพิถัน ที่ OW CABLE เรามุ่งมั่นที่จะพัฒนาเทคโนโลยีสายเคเบิล อย่าลังเลที่จะปรึกษาความต้องการเฉพาะของคุณกับเรา!