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Definition Was ist ein Twisted-Pair-Kabel?

Twisted-Pair-Kabel besitzen paarweise miteinander verdrillte Adern. Je nach Kabeltyp variiert die Anzahl der vorhandenen Adernpaare und die Art der Schirmung. Zur Klassifizierung der Kabel und ihrer Übertragungseigenschaften sind sie in verschiedene Kategorien eingeteilt. Typische Anwendungsbereiche für Twisted-Pair-Kabel sind die Netzwerk- und Telekommunikationstechnik.

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(© aga7ta - Fotolia)

Gekennzeichnet ist das Twisted-Pair-Kabel durch seine paarweise verdrillten Adern. Die verschiedenen Adernpaare können im Kabel wiederum untereinander verdrillt sein. Dies bezeichnet man oft als Verseilung. Aufgrund der verdrillten und verseilten Adern reduziert sich die Störanfälligkeit des Kabels.

Typischerweise kommen Twisted-Pair-Kabel für die Signalübermittlung in der Netzwerk- und Telekommunikationstechnik zum Einsatz. Zusätzlichen Schutz gegen äußere elektromagnetische Störeinflüsse bietet die Schirmung der Kabel. Sie kann einzelne Adernpaare und/oder das komplette Kabel umgeben und aus Materialien wie Aluminiumfolie, Kupfer oder einem Metallgeflecht bestehen. Zur Klassifizierung der verschiedenen Kabeltypen und zur Typisierung ihrer Übertragungseigenschaften sind die Kabel in acht verschiedene Kategorien (Cat 1 bis Cat 8) eingeteilt.

Warum verdrillte Kabel?

Gegenüber Adern, die parallel geführt sind, besitzen verdrillte Adern einige Vorteile. Die Beeinflussungen äußerer elektromagnetischer Felder heben sich zu einem großen Teil auf, da sie aufgrund der Verdrillung in sich ständig wechselnden räumlichen Richtungen auf das Kabel einwirken und sich gegenseitig auslöschen. Auch das Übersprechen der Signale zwischen den einzelnen Adernpaaren reduziert sich drastisch. Zusätzlich lassen sich durch eine um die verdrillten Adernpaare angebrachte Schirmung die möglichen Störeinflüsse von außen weiter reduzieren. In der Nähe der verdrillten Adern liegende stromführende Kabel oder Hochfrequenzleitungen verursachen dann nur noch relativ geringe Beeinträchtigungen der Signalübertragung.

Die Vorteile der Adernverdrillung kurz zusammengefasst:

  • Reduzierung der Störeinflüsse durch äußere elektromagnetische Felder
  • geringere Störabstrahlung des Kabels selbst
  • Verringerung des Übersprechens
  • einfach und günstig herzustellende Kabel

Grundsätzlicher Aufbau von Twisted-Pair-Kabeln

Je nach Typ des Twisted-Pair-Kabels enthält es eine bestimmte Anzahl an verdrillten Adernpaaren. Die Adern selbst bestehen aus Kupferleitern, die mit einer Kunststoffummantelung isoliert sind. Die Adern können als starre Drähte oder als flexible Litzen ausgeführt sein. Übliche Begriffe, die im Zusammenhang mit diesem Kabeltyp verwendet werden sind:

  • Adernpaar
  • Leiterbündel
  • Seele
  • Schirmung
  • Kabelummantelung

Das Adernpaar besteht aus zwei verdrillten Leitungen/Adern, die gemeinsam mit weiteren Adernpaaren in einem Kabel miteinander verseilt sind. Der Begriff Leiterbündel steht wie der Begriff Seele für die Gesamtheit aller in einem Kabel verseilten Adernpaare. Umgeben ist das Leiterbündel oder die Seele von der Kabelummantelung und ggfs. Einer Schirmung. Die Kabelummantelung besteht in der Regel aus Kunststoff wie PVC oder PE. Die Schirmung kann entweder einzelne Adernpaare, das komplette Leiterbündel oder sowohl einzelne Adernpaare als auch das gesamte Leiterbündel umgeben und besteht aus metallischen Werkstoffen.

Weitere Elemente, die in einem Twisted-Pair-Kabel vorhanden sein können, sind Beidrähte, Fülladern, Trennelemente oder Kunststoffadern. Während Beidrähte als Masseleitung eine elektrische Funktion erfüllen, sind Fülladern aus Kunststoff nur zum Auffüllen von Hohlräumen zwischen den Adernpaaren vorgesehen. Trennelemente sollen die einzelnen Adernpaare sauber voneinander abgrenzen und auseinanderhalten. Einige Kabel sind mit Kunststoffadern zwischen dem äußeren Kabelmantel und dem Gesamtschirm ausgestattet. Diese Adern sollen das Entfernen der Ummantelung erleichtern, indem sie beim mechanischen Zurückziehen den Kabelmantel durchschneiden.

Schirmungstypen von Twisted-Pair-Kabeln

Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal der verschiedenen Twisted-Pair-Kabel ist die Ausführung der Schirmung. Sie bietet zusätzlichen Schutz gegen äußere elektromagnetische Störfelder und besteht aus Metallfolie, metallisierter Folie oder einem Metallgeflecht. Die Schirmung kann die einzelnen Adernpaare und/oder das komplette Leiterbündel umgeben. Je nach Art der Schirmung kann das komplette Kabel damit insgesamt starrer und dicker werden. Zwischen den Schirmungen sind in der Regel antistatisch wirkende Kunststofffolien eingebracht, um statische Aufladungen im Kabel zu verhindern.

Grundsätzlich lässt sich zwischen den folgenden Kabeltypen unterscheiden:

  • Unshielded Twisted Pair (UTP): Twisted-Pair-Kabel ohne Schirmung
  • Shielded Twisted Pair (STP): mit einem Metallgeflecht geschirmtes Twisted-Pair-Kabel
  • Foiled Twisted Pair (FTP): mit einer Folie geschirmtes Twisted-Pair-Kabel

Neben diesen Grundtypen an Kabeln sind weitere Schirmungsvarianten wie folgende definiert:

  • S/UTP
  • F/UTP
  • SF/UTP
  • S/FTP
  • F/FTP
  • SF/FTP

Entschlüsseln lässt sich der Aufbau des Kabels mit der allgemeingültigen Bezeichnung XX/YZZ nach folgender Nomenklatur:

  • XX bezeichnet die Gesamtschirmung: U = ungeschirmt, F = Folienschirm, S = Geflechtschirm, SF = Geflecht- und Folienschirm
  • Y bezeichnet die Aderpaarschirmung: U = ungeschirmt, F = Folienschirm, S = Geflechtschirm
  • ZZ bezeichnet den Grundtyp des Kabels und kann TP = Twisted Pair oder QP = Quad Pair lauten

UTP-Kabel besitzen im Gegensatz zu geschirmten STP- oder FTP-Kabeln bei großen Leitungslängen und hohen Übertragungsraten schlechtere Übertragungseigenschaften und sind störanfälliger. Sie sind jedoch sehr günstig in der Herstellung und aufgrund der fehlenden Schirmung und des geringeren Gesamtdurchmessers flexibel beispielsweise als Patchkabel verwendbar. Weltweit sind U/UTP Kabel ohne Gesamtschirm und Paarschirm die am häufigsten genutzten Kabel in Ethernet-Netzwerken. Sie eignen sich trotz fehlender Schirmung für Übertragungsraten bis in den Gigahertzbereich.

Geschirmte Kabel (Shielded Twisted Pair oder Foiled Twisted Pair) haben größere Außendurchmesser, sind starrer und erfordern größere Biegeradien. Allerdings ermöglichen sie höhere Übertragungsraten sowie größere Kabellängen und sind weniger anfällig gegen Störeinflüsse.

Einteilung der Twisted-Pair-Kabel in Kategorien

Um die vielen verschiedenen Varianten an Twisted-Pair-Kabeln leichter zu klassifizieren und die Auswahl des für eine bestimmte Anwendung passenden Kabels zu erleichtern, sind einzelne Kabelkategorien definiert. Die Kategorien beschreiben die Übertragungseigenschaften des jeweiligen Kabels und bestimmen dadurch den Einsatzbereich. Es existieren insgesamt acht verschiedene Kategorien. Häufig verwendete Abkürzungen der Kategorien lauten Cat 1, Cat 2, Cat 3, Cat 4, Cat 5, Cat 6, Cat 7 und Cat 8 oder Cat.1, Cat.2, Cat.3, Cat.4, Cat.5, Cat.6, Cat.7 und Cat.8.

Die Kabel der Kategorien eins bis vier spielen für heutige Telekommunikations- und Netzwerkanwendungen kaum noch eine Rolle. Sie wurden für Netzwerke mit niedrigen Übertragungsraten oder für die reine Sprachübertragung definiert. Heutige Anwendungen erfordern in der Regel Twisted-Pair-Kabel der Kategorien fünf bis acht.

Kriterien zur Einteilung der Kabel in die verschiedenen Kategorien sind unter anderem:

  • der Schirmungstyp (unshielded, shielded, foiled und weitere)
  • die Bandbreite des Kabels in MHz
  • die Kabelklasse von A bis G
  • mögliche Anwendung des Kabels zum Beispiel für Fast-Ethernet-LANs mit 100 MBit/s

Tabellarischer Überblick über die verschiedenen Kabelkategorien

Hier ein kurzer tabellarischer Überblick über die acht Kabelkategorien mit ihren wichtigsten Eigenschaften und Merkmalen:

Kategorie: Bandbreite: Typ: Klasse: Beispielanwendungen:
CAT 1 0,4 MHz UTP A Telefonkabel
CAT 2 4 MHz UTP B ISDN oder Terminalsysteme
CAT 3 16 MHz UTP C ISDN- und Telefonkabel, 10BASE-T und 100BASE-T4
CAT 4 20 MHz UTP Token Ring mit 16 Mbit/s
CAT 5 100 MHz UTP D 100BASE-TX und 1000BASE-T oder SONET
CAT 6 250 - 500 MHz UTP oder STP E 1000BASE-T, 10GBASE-T oder 155-Mbit-ATM und 622-Mbit-ATM
CAT 7 600 - 1.000 MHz S/FTP F oder FA 10GBASE-T
CAT 8 1.600 - 2.000 MHz S/FTP G 40GBASE-T und 100GBASE-T

In einzelnen Kategorien sind weitere Unterkategorien definiert wie Cat 5e, Cat 6A oder Cat 7A.

Typische Einsatzbereiche für Twisted-Pair-Kabel

Häufigster Anwendungsbereich der Twisted-Pair-Kabel sind Netzwerk- und Telefonanwendungen. Im Ethernet (10 MBit/s), Fast-Ethernet (100 MBit/s) oder Gigabit-Ethernet (1 GBit/s oder 10 GBit/s) sind die Kabel der Kategorien fünf bis sieben die Standardkabel zum Anschluss von Netzwerkendgeräten wie PCs oder Drucker und Netzwerkkomponenten wie Router, Switches oder WLAN-Accesspoints. Ebenfalls Verwendung finden Twisted-Pair-Kabel für ISDN-Anschlüsse, DSL-Anschlüsse, ATM-Netzwerke oder Multimediaanwendungen.

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