کابل اترنت CAT7 برای سناریوهای صنعتی پرسرعت با پهنای باند ۶۰۰ مگاهرتز
در تکامل استانداردهای کابلکشی زوج سیم به هم تابیده، CAT7 (کابل رده 7) یک راهکار پیشرفته است که برای سناریوهای فرکانس بالا و پهنای باند بالا طراحی شده است. در مقایسه با CAT6A، CAT7 از طریق طراحی پارامترهای دقیقتر و بهینهسازی ساختاری، به انتقال پایدار سیگنالهای فرکانس فوق بالا دست مییابد و به یک فناوری کابلکشی اصلی برای پشتیبانی از شبکههای پرسرعت نسل بعدی تبدیل میشود. در ادامه، ویژگیهای پارامترهای CAT7 از ابعاد عملکرد انتقال، نوآوری ساختاری، پارامترهای الکتریکی و سازگاری با محیط زیست به طور جامع تجزیه و تحلیل میشود.
I. عملکرد انتقال: عبور از گلوگاههای فرکانس بالا برای پشتیبانی از سرعتهای فوقالعاده بالا
مزیت اصلی CAT7 در توانایی آن در مدیریت سیگنالهای فرکانس بسیار بالا و عملکرد انتقال آن است که مستقیماً با الزامات پهنای باند شبکههای آینده همسو میشود.
پهنای باند
پهنای باند مهمترین ارتقاء پارامتر CAT7 است: طبق استاندارد ایزو/کمیسیون مستقل انتخابات 11801، CAT7 در دو درجه تعریف میشود - کلاس F و کلاس فا -
کلاس F: پهنای باند نامی ۶۰۰ مگاهرتز است که قادر به انتقال پایدار سیگنالها با فرکانسهای تا ۶۰۰ مگاهرتز میباشد.
کلاس فا: پهنای باند نامی به 1000 مگاهرتز (1 گیگاهرتز) افزایش یافته است و آن را به کابل زوج سیم به هم تابیده با بالاترین پهنای باند موجود در حال حاضر تبدیل میکند.
این پارامتر به این معنی است که CAT7 میتواند سیگنالهای فرکانس بالای بیشتری نسبت به CAT6A (500 مگاهرتز) حمل کند و یک پایه کانال دددددد را برای انتقال با سرعت فوق العاده بالا فراهم کند. به عنوان مثال، اترنت 100 گیگابیت بر ثانیه نیاز به مدولاسیون موازی چند جفت در پهنای باند 1000 مگاهرتز دارد و پهنای باند 1000 مگاهرتز کلاس فا دقیقاً این نیاز را برآورده میکند.
نرخ داده
در فاصله انتقال استاندارد، عملکرد سرعت CAT7 بسیار فراتر از CAT6A است:
در فاصله ۱۰۰ متری، کلاس F میتواند به طور پایدار از سرعت ۱۰ گیگابیت بر ثانیه (اترنت ۱۰ گیگابیت) پشتیبانی کند، که مشابه CAT6A است، اما در فرکانسهای بالا پایداری بهتری دارد.
در فاصله 30 متری، کلاس فا میتواند از 40 گیگابیت بر ثانیه (40 گیگابیت اترنت) پشتیبانی کند؛
در فاصله ۱۵ متری، کلاس فا حتی میتواند از ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه (اترنت ۱۰۰ گیگابیت) پشتیبانی کند.
این تفاوت پارامترها، CAT7 را به یک معیار عالی برای انتقال فوق سریع در فواصل کوتاه تبدیل میکند - برای مثال، اتصال بین سرورها و سوئیچهای بالایی در مراکز داده (معمولاً کمتر از 15 متر) میتواند مستقیماً از طریق CAT7 و بدون تکیه بر فیبرهای نوری به اتصال داخلی 100 گیگابیت بر ثانیه دست یابد و هزینههای کابلکشی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
تعادل پویا بین سرعت و مسافت
مانند تمام کابلهای زوج به هم تابیده، سرعت CAT7 با افزایش فاصله کاهش مییابد، اما منحنی تضعیف آن مسطحتر است:
سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه: بدون تضعیف در شعاع 100 متر (هر دو کلاس F و فا این ویژگی را دارند)؛
سرعت ۴۰ گیگابیت بر ثانیه: کلاس فا تا فاصله ۳۰ متر هیچ افت سرعتی ندارد و سرعت آن به تدریج و پس از ۳۰ متر به ۲۵ گیگابیت بر ثانیه کاهش مییابد.
سرعت ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه: فقط در محدوده ۱۵ متر موثر است، مناسب برای اتصالات با فاصله کوتاه، از دستگاهی به دستگاه دیگر، داخل کابینتها.
این پارامتر که مشخصه آن سرعت فوقالعاده بالا در فواصل کوتاه و پایداری در فواصل طولانی است، به CAT7 اجازه میدهد تا هم نیازهای اتصال داخلی با تراکم بالا در اتاقهای کامپیوتر اصلی و هم الزامات کابلکشی مسافت طولانی در مناطق اداری معمولی را برآورده کند.
دوم. طراحی سازه: شیلد دوگانه + جفتهای مستقل، ایجاد یک دژ ضد تداخل ددددددد
ساختار فیزیکی CAT7 پایه و اساس سختافزاری دددددد برای عملکرد فرکانس بالای آن است. از طریق محافظهای متعدد و طراحیهای پیچشی دقیق، تأثیر سیگنالهای تداخل به حداقل میرسد.
طراحی شیلد: محافظت دوگانه از S/اف تی پی
برای مقابله با تداخل الکترومغناطیسی (ام آی) و تداخل فرکانس رادیویی (آر اف آی) در فرکانس بالای ۱۰۰۰ مگاهرتز، CAT7 به طور اجباری از ساختار S/اف تی پی (زوج به هم تابیده با روکش/فویل) استفاده میکند، یعنی یک طرح محافظ دوگانه شامل محافظ تک تک زوج کابلها + محافظ کلی:
محافظ جفت سیم: هر جفت سیم با یک لایه محافظ فویل آلومینیومی (میزان پوشش ≥98٪) پیچیده شده است و ضخامت فویل آلومینیومی به 0.05 میلیمتر (ضخیمتر از CAT6A با ضخامت 0.02-0.05 میلیمتر) میرسد که میتواند تداخل بین جفتها را مسدود کند.
محافظ کلی: چهار جفت محافظ با یک لایه بافته فلزی (ساخته شده از مس قلع اندود، با چگالی بافته ≥90%) پیچیده شدهاند تا یک لایه محافظ در برابر تداخل محیط خارجی (مانند تابش الکترومغناطیسی از تجهیزات صنعتی) تشکیل دهند.
در مقایسه با اس تی پی (محافظ کلی) یا اف تی پی (محافظ تک لایه) CAT6A، محافظ دوگانه S/اف تی پی توانایی ضد تداخل CAT7 را بیش از 40٪ بهبود میبخشد. به عنوان مثال، در محیطهای تداخل قوی مانند کارگاههای صنعتی، CAT6A ممکن است به دلیل تداخل سیگنال فرکانس بالا، دچار از دست رفتن بسته شود، در حالی که CAT7 میتواند با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه، انتقال بدون از دست دادن بسته را حفظ کند.
پیچش جفت: کنترل دقیق "ضد تداخل کدگذاری شده ددد
تداخل در فرکانسهای بالا مانع اصلی انتقال سیگنال است. CAT7 با بهینهسازی پارامترهای پیچشی، تداخل را بیشتر کاهش میدهد:
گام پیچش: گامهای پیچش چهار جفت به صورت متقارن طراحی شدهاند، که به ترتیب ۸-۱۰ میلیمتر (جفت آبی)، ۱۰-۱۲ میلیمتر (جفت نارنجی)، ۱۲-۱۴ میلیمتر (جفت سبز) و ۱۴-۱۶ میلیمتر (جفت قهوهای) هستند. علاوه بر این، اختلاف گام پیچش بین هر دو جفت ≥۲ میلیمتر است تا از تداخل رزونانس همزمان جلوگیری شود.
تراکم پیچش: تعداد پیچشها در هر متر به 30 تا 40 بار میرسد (CAT6A 20 تا 30 بار). پیچش با تراکم بالا میتواند قابلیت نشت سیگنالها را افزایش داده و اتصال سیگنال بین جفتها را کاهش دهد.
لایههای هادی و عایق: "حاملهای کماتلاف" برای سیگنالهای فرکانس بالا
جنس هادی: از مس بدون اکسیژن با خلوص بالا و خلوص ≥99.995٪ (بالاتر از 99.99٪ در CAT6A) استفاده میکند و قطر هادی 0.58 میلیمتر (وزن مخصوص متوسط (AWG) 23) است که کمی ضخیمتر از 0.57 میلیمتر در CAT6A است و مقاومت دی سی را کاهش میدهد (≤8.5Ω/100 متر، بهتر از 9.38Ω در CAT6A)؛
لایه عایق: از پلیاتیلن فومدار (فومی پی ای) با ثابت دیالکتریک ≤1.5 (CAT6A برابر با 1.6-1.8 است) استفاده میکند و تلفات دیالکتریک (tanδ) در فرکانسهای بالا ≤0.0015 است که میتواند تلفات انرژی سیگنالها را در لایه عایق کاهش دهد.
سوم. پارامترهای الکتریکی: محدودیتهای دقیق برای اطمینان از پایداری سیگنال
پارامترهای الکتریکی CAT7 به طور دقیق توسط استاندارد ایزو/کمیسیون مستقل انتخابات 11801:2017 تعریف شدهاند و محدودیتهای آنها بسیار سختگیرانهتر از CAT6A است، به خصوص که مزایای عملکرد قابل توجهی را در باندهای فرکانس بالا نشان میدهد.
میرایی
میرایی، اتلاف انرژی سیگنالها در حین انتقال است. حد میرایی CAT7 با افزایش فرکانس به شدت کنترل میشود (100 متر فاصله استاندارد آزمایش است):
در فرکانس ۱۰۰ مگاهرتز، میزان تضعیف ≤۱۹.۰ دسیبل (بهتر از ۲۱.۶ دسیبل CAT6A)؛
در فرکانس ۵۰۰ مگاهرتز، میزان تضعیف ≤۳۵.۰ دسیبل (CAT6A برابر با ۴۳.۶ دسیبل است)؛
در فرکانس ۶۰۰ مگاهرتز (کلاس F)، میرایی ≤۳۸.۰ دسیبل؛
در فرکانس ۱۰۰۰ مگاهرتز (کلاس فا)، میزان تضعیف ≤۴۸.۰ دسیبل.
این پارامتر به این معنی است که در فرکانس بالای ۱۰۰۰ مگاهرتز، افت سیگنال CAT7 کمتر از CAT6A (۴۳.۶ دسیبل در ۵۰۰ مگاهرتز) است و انتقال فرکانس بالا در مسافتهای طولانی را امکانپذیر میکند.
پارامترهای تداخل: تقریباً "Zero تداخل" کنترل
تداخل، معیار اصلی ارزیابی پارامترهای الکتریکی CAT7 است و محدودیتهای آن بسیار بالاتر از CAT6A است:
تداخل نزدیک به انتها (بعدی):
در فرکانس ۶۰۰ مگاهرتز، حد بعدی کلاس F برابر با ≥۳۰.۰ دسیبل است (CAT6A در فرکانس ۵۰۰ مگاهرتز ۲۳.۳ دسیبل است)؛
در فرکانس ۱۰۰۰ مگاهرتز، حد بعدی کلاس فا برابر با ≥۲۴.۰ دسیبل است که هنوز هم بهتر از عملکرد فرکانس بالای CAT6A است.
تداخل از دور (الفکس):
در فرکانس ۶۰۰ مگاهرتز، حد الفکس کلاس F برابر با ≥۲۰.۰ دسیبل است؛
در فرکانس ۱۰۰۰ مگاهرتز، حد الفکس کلاس فا برابر با ≥۱۵.۰dB است که پایداری سیگنالهای دوربرد را تضمین میکند.
جمع توان بعدی/PSELFEXT:
در فرکانس ۶۰۰ مگاهرتز، پیاسنکست کلاس F برابر با ≥۲۷.۰dB و PSELFEXT برابر با ≥۱۷.۰dB است؛
در فرکانس ۱۰۰۰ مگاهرتز، پیاسنکست کلاس فا برابر با ≥۲۱.۰dB و PSELFEXT برابر با ≥۱۲.۰dB است.
این پارامترها به این معنی است که وقتی چندین جفت کابل به طور همزمان ارسال میکنند، تداخل تداخلی CAT7 ناچیز است - برای مثال، در یک لینک 40 گیگابیت بر ثانیه در یک مرکز داده، تداخل متقابل هنگام ارسال موازی چهار جفت کابل تنها 1/5 برابر CAT6A است که همگامسازی دادهها را تضمین میکند.
ضرر بازگشتی (آر ال)
تلفات بازگشتی، میزان انعکاس سیگنال را اندازهگیری میکند و محدودیت CAT7 سختگیرانهتر است:
در ۱۰۰ مگاهرتز، آر ال ≥۱۸dB (CAT6A برابر با ۱۲dB است)؛
در فرکانس ۶۰۰ مگاهرتز، آر ال کلاس F برابر با ≥۱۲dB است؛
در فرکانس ۱۰۰۰ مگاهرتز، آر ال کلاس فا برابر با ≥۱۰dB است.
این پارامتر از ثبات هیمپدانس طراحیشده برای CAT7 بهره میبرد: امپدانس مشخصه هادیها، لایههای عایق و کانکتورها به شدت در 100Ω±10Ω کنترل میشود (CAT6A برابر با ±15Ω است)، که باعث کاهش انعکاس سیگنال ناشی از امپدانس میشود.
تأخیر و انحراف تأخیر
تأخیر: در فاصله ۱۰۰ متری، حداکثر تأخیر در ۱۰۰۰ مگاهرتز ۵۰۰ نانوثانیه یا کمتر است (CAT6A 548 نانوثانیه است) و انتقال سیگنال سریعتر است.
انحراف تأخیر: اختلاف تأخیر بین جفتهای مختلف ≤20 نانوثانیه است (CAT6A 50 نانوثانیه است)، که عدم همترازی صفر سیگنالها از چهار جفت در اترنت 40Gbps/100Gbps را تضمین میکند.
چهارم. طراحی سازه: بهینهسازی کامل لینک از رابطها تا غلافها
مزایای عملکرد CAT7 نه تنها به خود کابل بستگی دارد، بلکه از طراحی مشارکتی ساختار ددددفول-پیوند نیز ناشی میشود.ددد
کانکتورها: رابطهای اختصاصی برای مطابقت با عملکرد فرکانس بالا
CAT7 با کانکتورهای سنتی RJ45 سازگار نیست (زیرا ساختار RJ45 باعث نشت سیگنال فرکانس بالا میشود)، اما در عوض از دو کانکتور اختصاصی استفاده میکند: جیجی۴۵ یا ترا:
جیجی۴۵: بر اساس RJ45، 4 نقطه تماس اضافه میکند (در مجموع 12 تماس)، لایه محافظ مستقیماً به نوار محافظ کابل متصل است و خطای تطبیق امپدانس ≤5Ω است.
ترا: از طراحی نامتقارن با فاصله تماس بیشتر (1.27 میلیمتر) بهره میبرد که باعث کاهش تداخل بین تماسها برای سیگنالهای فرکانس بالا میشود و تلفات ورودی آن ≤0.5 دسیبل (در 1000 مگاهرتز) است.
میزان پوشش لایه محافظ این کانکتورها ≥۹۹٪ است و از اتصال محافظ کامل ۳۶۰ درجه پشتیبانی میکنند تا از عدم نشت سیگنال در اتصالات اطمینان حاصل شود.
قطر غلاف و کابل
قطر کابل CAT7 تحت تأثیر محافظ دوگانه و لایه عایق ضخیم، به طور قابل توجهی افزایش مییابد:
قطر آن معمولاً ۸-۱۰ میلیمتر است (کلاس فا ضخیمتر است، حدود ۹-۱۱ میلیمتر)، ۳۰٪ ضخیمتر از CAT6A (۶.۵-۸ میلیمتر)؛
جنس غلاف از نوع LSZH (بدون هالوژن) یا پلی اولفیندر مقاوم در برابر شعله با شاخص اکسیژن ≥35 (CAT6A برابر با 32 است) است و محدوده مقاومت دمایی آن -40℃~90℃ (نوع صنعتی آن میتواند به -50℃~105℃ برسد) میباشد که برای محیطهای با دمای بالا یا پایین مناسب است.
باید در طول سیمکشی توجه داشت: CAT7 الزامات بالاتری برای شعاع خمش دارد - خمش استاتیک ≥۱۶ برابر قطر کابل (حدود ۱۲۸-۱۷۶ میلیمتر)، خمش دینامیک ≥۲۴ برابر قطر کابل (حدود ۱۹۲-۲۶۴ میلیمتر) برای جلوگیری از شکستگی لایه محافظ.
V. سازگاری محیطی: قابلیت اطمینان در سناریوهای شدید
طراحی پارامترهای CAT7 به طور کامل چالشهای محیطهای پیچیده را در نظر میگیرد و شاخصهای عملکرد فیزیکی آن بسیار فراتر از کابلهای زوج سیم پیچ خورده معمولی است.
مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (ام آی/آر اف آی)
لایه محافظ دوگانه، قابلیت ضد تداخل CAT7 را برای رسیدن به استانداردهای صنعتی فراهم میکند:
اثربخشی محافظت در برابر تابش الکترومغناطیسی زیر 1000 مگاهرتز ≥85dB است (CAT6A 60dB است)، که میتواند در برابر منابع تداخل قوی مانند پستهای برق و موتورها مقاومت کند.
میزان تضعیف تداخل فرکانس رادیویی (مانند سیگنالهای تلفن همراه، امواج رادار) ≥99.9٪ است که خلوص سیگنال را در سناریوهای حساس مانند تجهیزات پزشکی و ارتباطات هوایی تضمین میکند.
استحکام و دوام مکانیکی
استحکام کششی: کوتاه مدت (در حین نصب) ≤150 نیوتن، بلند مدت (پس از نصب) ≤30 نیوتن (CAT6A برابر با 100 نیوتن/20 نیوتن است) و هادیها به راحتی نمیشکنند.
مقاومت در برابر سایش: غلاف پس از ۱۰۰۰ آزمایش اصطکاک (بار ۵ نیوتن) هیچ آسیبی ندیده است، مناسب برای سناریوهایی با حرکت مکرر (مانند سیمکشی مرحلهای)؛
مقاومت در برابر خوردگی: لایه محافظ فلزی از مس با روکش نیکل با مقاومت در برابر اسپری نمک ≥96 ساعت (استاندارد ASTM B117) ساخته شده است که میتواند در محیطهای مرطوب و خورنده مانند کنار دریا یا کارخانههای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
مقاومت در برابر آتش و حفاظت از محیط زیست
درجه ضد حریق: مطابق با تست سوختن عمودی استاندارد کمیسیون مستقل انتخابات 60332-3-24، سرعت پخش شعله در حین احتراق ≤10 سانتیمتر در دقیقه است و هیچ چکهای وجود ندارد.
حفاظت از محیط زیست: میزان فلزات سنگین مانند سرب و کادمیوم ≤10ppm (استاندارد اتحادیه اروپا استاندارد RoHS 2.0) است که برای سناریوهایی با الزامات بالای حفاظت از محیط زیست مانند بیمارستانها و مدارس مناسب است.
ششم. سناریوهای سازگاری و کاربرد: با تمرکز بر آینده و جایگاهی بالا در بازار
ویژگیهای پارامترهای CAT7، سناریوهای کاربردی سطح بالای آن را تعیین میکند، ضمن اینکه سازگاری محدود را نیز در نظر میگیرد.
محدودیتهای سازگاری
کانکتورهای اختصاصی (جیجی۴۵/ترا) مربوط به CAT7 مستقیماً با RJ45 سازگار نیستند و باید از طریق مبدلهای آداپتور به هم متصل شوند، اما این کار منجر به کاهش عملکرد خواهد شد:
اگر از طریق آداپتور به تجهیزات CAT6A متصل شود، عملکرد کلی لینک به سطح CAT6A (500 مگاهرتز / 10 گیگابیت بر ثانیه) کاهش مییابد.
توصیه نمیشود که کابلهای CAT7 را با کابلهای رده پایینتر ترکیب کنید، در غیر این صورت، به دلیل عدم تطابق امپدانس، تلفات بازگشتی افزایش مییابد.
سناریوهای کاربردی معمول
بر اساس مزایای پارامتر پهنای باند ۱۰۰۰ مگاهرتز و سرعت ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه در مسافت کوتاه، CAT7 عمدتاً در موارد زیر استفاده میشود:
مراکز ابررایانه/مراکز داده بزرگ: پشتیبانی از اتصال ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه بین سرورها و سوئیچها (در فاصله ۱۵ متری)، برآورده کردن نیازهای انتقال داده در زمان واقعی آموزش هوش مصنوعی و محاسبات کوانتومی؛
اتوماسیون صنعتی: اتصال PLCها (کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی) و حسگرها در کارگاههای کارخانه، و قابلیت ضد تداخل، کنترل بلادرنگ خط تولید را تضمین میکند (تأخیر ≤1ms)؛
تجهیزات پزشکی پیشرفته: مانند سیمکشی داخلی دستگاههای ام آر آی (رزونانس مغناطیسی هستهای) و سیتی اسکن، که از تداخل الکترومغناطیسی که بر دقت تجهیزات تأثیر میگذارد، جلوگیری میکند.
استودیوهای پخش و تلویزیون: انتقال سیگنالهای زنده 4K/8K (یک ویدیوی 8K حدود 100 مگابیت در ثانیه است) و چندین جفت میتوانند چندین سیگنال را همزمان و موازی منتقل کنند.
هفتم. مقایسه پارامترها با CAT6A: چرا CAT7 را انتخاب کنیم؟
مقایسه پارامترهای اصلی میتواند مزایای CAT7 را به وضوح نشان دهد:
پارامتر CAT6A (کلاس E) CAT7 (کلاس فا)
پهنای باند ۵۰۰ مگاهرتز ۱۰۰۰ مگاهرتز
سرعت در ۱۰۰ متر ۱۰ گیگابیت بر ثانیه
حداکثر سرعت در فواصل کوتاه: 10 گیگابیت بر ثانیه (تضعیف سیگنال فراتر از 55 متر) 100 گیگابیت بر ثانیه (در فاصله 15 متر)
محافظ ضد تداخل اس تی پی/اف تی پی (محافظ تکی/دوگانه) S/اف تی پی (محافظ جفتی + کلی)
میرایی در 1000 مگاهرتز (100 متر) نامشخص (فراتر از مشخصات) ≤48.0dB
انحراف تأخیر ≤50ns ≤20ns
میتوان مشاهده کرد که ارتقاء پارامترهای CAT7 عمدتاً با هدف سناریوهای فرکانس بالا، سرعت فوقالعاده بالا و تداخل قوی انجام شده است، در حالی که CAT6A برای نیازهای معمولی 10 گیگابیت بر ثانیه مناسبتر است - کاربران باید بر اساس پهنای باند واقعی و محیط انتخاب کنند تا از سرمایهگذاری بیش از حد جلوگیری شود.
خلاصه
از طریق پیشرفتهای چشمگیر در پارامترهای پهنای باند ۱۰۰۰ مگاهرتز و سرعت ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه در مسافت کوتاه، و همچنین بهینهسازی ساختاری محافظ دوگانه S/اف تی پی و کانکتورهای اختصاصی، CAT7 به سقف عملکرد فوقالعادهای در بین کابلهای زوج به هم تابیده تبدیل شده است. کنترل دقیق آن بر روی پارامترهای الکتریکی