En signalledning består vanligen av ett ledarpar och har fyra grundläggande elektriska parametrar:
Resistansen är beroende av ledningens genomskärningsyta (den blir lägre ju grövre tråd som används) men ändras inte med signalfrekvensen. För frekvenser över ca 10 MHz börjar dock ett fenomen som heter strömförträngning göra sig gällande. Detta innebär att strömmen får en tendens att koncentrera sig i trådens ytskikt och lämna kärnan strömlös. Härigenom minskar den aktiva arean och resistansen ökar. Resistansen orsakar ett spänningsfall i ledningen, det vill säga den signal som kommer ut i ledningens bortände är lägre än den som matats in. Detta kallas DÄMPNING.
Induktans är ett mått på det motstånd som ledningen gör mot strömförändringar. Det förorsakas av att en ändring av strömmen skapar ett magnetfält runt ledaren, och resulterar i att strömmen bromsas i förhållande till spänningen. Denna FASFÖRSKJUTNING på grund av induktansen är beroende av frekvensen.
Kapacitansen är ett mått på den laddningsmängd som lagras i ledningen. Tvärt emot vad som är fallet med induktansen kommer här spänningen att släpa efter strömmen. Vid växelström kan den betraktas som en kontinuerlig överledning mellan ledarna. Fasförskjutningen är även här frekvensberoende.
Konduktansen slutligen är ett mått på den rena överledningen. Den beror på det isoleringsmaterial som används och kan därför påverkas av yttre miljö som t ex fuktighet. Konduktansen ökar vid höga frekvenser.
Växelströmmen i en ledare förorsakar ett magnetfält kring denna och på motsvarande sätt ger ett föränderligt magnetfält upphov till en ström. Ju större yta ledarslingan omsluter desto större blir induktionen. Det betyder att ett magnetfält som bildats av åska eller någon elektrisk apparat kan störa signaler på en ledning. Detta gör också att två signalledare påverkar varandra, vilket kallas ÖVERHÖRNING.
Genom att skruva (tvinna) ledarna kan man minska den omslutande ytan och dessutom få induktion i motsatta riktningar, vilket minskar störeffekten. Man kan också utestänga elektriska fält genom att skärma kablarna.
Ett annat fenomen som uppträder i ledningsnät är EKO-deformationer. Det beror på olika impedanser i olika delar av nätet, och avhjälps genom att vid varje övergång se till att båda sidor har samma impedans. Det kallas ANPASSNING eller AVSLUTNING i en kabelända.
En digital signal har en bestämd längd, och under den tiden ett bestämt värde. För att med säkerhet kunna rätt urskilja varje signal, måste en och endast en signal åt gången passera signaldetektorn. Överför vi digitala signaler i ett medium som dämpar olika frekvenser olika, kommer den digitala signalen att förvanskas.
bild 3.1 Figur Fyrkantvåg in - Förvanskad vågrörelse ut.Huvudsignalen är fortfarande lätt att urskilja, det viktiga är inte att bevara signalens utseende, utan att kunna identifiera den. Däremot noterar vi att hela signalpaketet nu är utspritt över en längre tid än den ursprungliga signalen. Vi har fått en signal med ett huvudmaximum, och flera sidomaxima. Om vi sänder flera signaler tätt på varandra så kommer signalernas sidomaxima att interferera, och de kan komma att tolkas som sända signaler. Ett sätt att undvika sådana överföringsfel är att inte sända signalerna så tätt, man väntar tills sidomaxima har dämpats ut. För en telefonlinje är signalspridningen ca 10 ms. Sänder vi inte oftare än en signal varje 10 ms, så kommer signalerna fram utan interferens. Det motsvarar en hastighet av 100 baud. Den lösningen är följaktligen inte praktiskt användbar.
Ett annat sätt att öka överföringshastigheten, kunna minska tiden mellan signalerna, är att använda en kabel som inte dämpar olika frekvenser olika mycket, helst inte dämpar alls. Går alla frekvenser fram i kabeln, förvanskas signalen mindre. Man säger att kabeln har en stor bandbredd när frekvensområdet som kan överföras i kabeln är stort. Motsatt säger man att man har en liten eller smal bandbredd, när enbart ett visst frekvensområde överförs. I vissa fall kan man inte använda en kabel med större bandbredd, t.ex. när man vill överföra data i telenätet. Då omformar man de digitala signalerna till signaler som passar den tillgängliga bandbredden bättre, sedan kan man överföra dem. Det är principen bakom modem.
Den första typen av ledningar som användes inom telefontekniken var blank koppartråd som hängdes upp på telefonstolpar med porslinsisolatorer. Allt eftersom antalet telefoner ökade blev detta sätt mer och mer skrymmande. Man övergick då till att slå samman flera trådar till ett paket som vi kallar kabel.
De varianter som är vanligast idag är enkel tvåtrådskabel för telefon eller datakommunikation, och runda kablar med tvinnade trådpar och eventuellt också skärm för direkt dataöverföring mellan komponenter i datasystemen. Det finns också ett utförande där trådarna ligger bredvid varandra, sk plattkabel, som kan användas för korta sträckor där många signaler skall föras över.
Ledarmaterialet är oftast koppar eftersom denna metall har låg resistans, är lätt att bearbeta och enkelt kan skarvas genom lödning. Kopparn har också god motståndskraft mot korrosion och är relativt billig.
bild 3.2 Figur Tvåledarkabel.I telefoninstallationer används solid tråd med en diameter på 0,3-0,7 mm. Till tråd eller kabel som inte installeras fast och där man kräver bättre smidighet gör man istället så att tråden byggs upp av en tvinnad härva av tunnare koppartrådar. De olika ledarna i kabeln isoleras med ett påsprutat plastskikt. Sedan tvinnas ledarna samman parvis och paren i sin tur tvinnas ihop för att slutligen förses med en ytterisolering som också är skydd mot yttre åverkan och ger också stabilitet åt den färdiga kabeln. Antalet par i en telefonkabel kan vara ända upp till 2400 med en ytterdiameter av ca en decimeter.
För att få lägre inverkan av yttre störningar kan kabeln förses med en skärm, antingen omedelbart innanför ytterisoleringen eller runt valfria ledarknippen. Skärmen kan bestå av flätade trådar eller ett band som då ofta är av aluminiumfolie. Trådisoleringens huvuduppgift är naturligtvis att isolera ledarna elektriskt från varandra. Andra viktiga krav på isoleringen är att den skall skydda mot korrosion och yttre åverkan och en lika viktig sak är att genom sin färgmärkning underlätta identifieringen av trådarna i kabeländarna.
Den här typen ev enkla ledare kan användas för låga signalfrekvenser. När man kommer högre upp måste man välja någon annan lösning.
En koaxialkabel består av en en tråd i mitten, isolering, och omkring den centrala tråden en rörformad ledare eller skärm. Isoleringen utgörs av olika material, vanligast är väl plast, men även gaser förekommer. Den största fördelen med koaxialkabel är den låga dämpningen vid höga frekvenser, man får en stor bandbredd. Andra fördelar är utmärkt isolering från omgivande störningar, låg överhörning, bättre elektriska egenskaper än tvinnade parledare. De bättre egenskaperna kommer sig av att koaxialkabelns elektriska egenskaper är lättare att förutsäga och kontrollera. Koaxialkabel används bl.a. för att ansluta antenner till mottagare, inom datakommunikation, inom kabeltelevision, och i trafiktäta delar av telenätet. Koaxialkabel kostar mer än vanlig tvinnad kabel.
bild 3.3 Figur Koaxialkabel.Genom den stora bandbredden hos koaxialkabeln kan data överföras digitalt över större avstånd, med stor hastighet. Man kan utan vidare använda hastigheter på ungefär 10 - 20 Mbps. Metoden används i basbands-LAN.
Man kan utnyttja koaxialkabeln på ett annat sätt, genom att först modulera de digitala signalerna som skall sändas med ett radiofrekvensmodem, och sedan överföra signalerna via koaxialkabeln. Metoden används i bredbands-LAN. Metoden har fördelen att man kan dela upp bandbredden i kanaler, och på så sätt överföra flera förbindelser samtidigt. Typiskt är att varje kanal får en 6 MHz bandbredd, med överföringshastigheter på upp till 5 Mbps. Bandbredder på upp till 400 MHz är praktiskt möjliga. Kabeltv arbetar på detta sätt. Upp till 52 tv-kanaler kan överföras i en koaxialkabel.
En optisk fiber består av en mycket tunn glascylinder, kallad kärnan (core), och ett omgivande lager glas, kallad höljet (cladding). Glaset i höljet har ett lägre brytningsindex än glaset i kärnan. Sänder man in en ljusstråle i ena änden av optofibern, kommer skillnaden i brytningsindex att reflektera ljusstrålen in i kärnan igen, varje gång den är på väg ut ur kärnan.
bild 3.4 Figur Optisk fiber.Det finns tre olika typer av fiber, beroende på hur brytningsindex fördelar sig mellan kärna och hölje. Multimod, eller gradientindex, betyder att brytningsindex varierar gradvis. Gradientindex gör att spridningen på strålarna blir mindre, högre överföringshastigheter kan användas.
bild 3.5 Figur Fiber-Moder.Optiska fiber har en hel rad intressanta fördelar, och utvecklingen har gått väldigt fort från laboratorieprodukt till kommersiellt användbar produkt. Fördelarna är: extremt låg dämpning, mycket stor bandbredd, ingen överhörning, okänsliga för störningar och interferens, samt att de är små och lätta. Optisk fiber är praktisk mellan byggnader, vid åskväder uppstår gärna stora spänningsskillnader mellan olika byggnader, även utan att åskan slår ned. Data kan förvanskas, och utrustning kan skadas av sådana potentialer. Eftersom optisk fiber inte leder ström, överförs inte potentialen.
Optofiber är säkrare mot avlyssning eftersom det krävs dyrare utrustning och mer erfarenhet för att obemärkt koppla in sig på fibern.
Vanlig kabel används i vissa LAN. Den används för terminalanslutning.
Koaxialkabel används som förbindelse i LAN, både basband och bredband. Kabeln används som terminalkabel för vissa terminaler.
Optisk fiber kan används i LAN. Den används även ofta som höghastighetsförbindelse mellan datorer eller LAN. Den används för att knyta ihop geografiskt spridda områden. Den används i miljöer med mycket störningar, eller där man önskar ökat skydd mot avlyssning.
Radio-baserade system har fördelen att de inte kräver fysisk förbindelse. De är därmed naturliga att använda vid hinder som vatten, bergig terräng, eller skog, där det vore besvärligt att använda kabel. Radiovågornas utbredning påverkas av så många faktorer att det inte finns någon bra teori som fullständigt förklarar mottagningskvaliteten. Man måste kombinera teorier med erfarenhet från tidigare liknande system. För kablar finns det bra teorier som förklarar de fenomen som inträffar, man har bättre kontroll över förbindelsen.
De frekvenser som används för dataöverföring ligger inom mikrovågsområdet, eller kanske vi skall säga mikrovågs-radiofrekvenser. Frekvenserna ligger i området 3 - 30 GHz. Frekvenser under 3 GHz används främst för rundradio, television, kommunikationsradio, navigationssignaler för sjöfart och flyg. Mikrovågsförbindelser kräver en klar linje från punkt till punkt. De högre frekvenserna (ovanför 10 GHz) dämpas även av regn.
De flesta mikrovågsförbindelser använder frekvensmodulering (fm). Idag överför man med frekvensdelningsmultiplexering mellan 1800 och 2400 talkanaler på 20-MHz eller 30 MHz-kanaler