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ツイストペアケーブルは、電磁両立性を向上させる目的で、単一回路の2本の導体を撚り合わせた通信ケーブルの一種です。単一導体または撚り合わせていない平衡ペアと比較して、ツイストペアはペアからの電磁放射と隣接するペア間のクロストークを低減し、外部電磁干渉の除去を向上させます。これはアレクサンダー・グラハム・ベルによって発明されました。[ 1 ]
ノイズ耐性をさらに高めるため、ツイストペアケーブルはシールドされることがあります。シールド付きケーブルはシールド付きツイストペア（STP）、シールドなしケーブルは非シールドツイストペア（UTP）と呼ばれます。
ツイストペア線は平衡線として使用でき、平衡回路の一部として、電界または磁界の結合によって線路に誘起されるノイズ電流の影響を大幅に低減できます。その原理は、2本のワイヤそれぞれに誘起される電流がほぼ等しくなるようにすることです。ツイストすることで、2本のワイヤは平均的に干渉源から同じ距離にあり、均等に影響を受けます。このようにしてノイズは同相信号を生成しますが、受信機では差分信号のみを検出することでこの信号を打ち消すことができ、後者が目的の信号となります。
信号線にノイズ源が近い場合、撚り線でない電線では同相除去性能が低下し始めます。信号線に近い電線ほどノイズと強く結合するため、受信機はノイズを除去できなくなります。この問題は、同一ケーブル内のペア線が何マイルにもわたって隣接している通信ケーブルで特に顕著です。ペア線を撚り合わせることで、この影響を相殺できます。半撚りごとにノイズ源に最も近い電線が入れ替わるためです。干渉源が1回の撚り合わせの距離にわたって均一、もしくはほぼ均一であれば、誘導ノイズは同相のままとなります。
撚り率（撚りピッチとも呼ばれ、通常は1メートルあたりの撚り数で定義される）は、特定の種類のケーブルの仕様の一部を構成する。近接するペアの撚り率が同じ場合、異なるペアの同じ導体が繰り返し隣り合うことがあり、撚りの利点が部分的に損なわれる。このため、少なくとも少数のペアを含むケーブルでは、撚り率が異なっていなければならないと一般的に規定されている。[ 2 ]
シールド付きまたはフォイル付きツイストペアケーブル（一般的にはS/FTPまたはF/UTPケーブルのシールド）とは対照的に、UTPケーブルはシールドで覆われていません。UTPは電話回線で主に使われるケーブルタイプであり、コンピュータネットワークでも広く使用されています。
初期の電話は、単線接地帰還回路である電信線を使用していた。1880年代には多くの都市で路面電車が導入され、これらの回路にノイズが混入した。一部の国では、路面電車会社が既存の電信線への障害の責任を負わされ、修復作業の費用を支払わなければならなかった。[ a ]しかし、新規設置の場合は、最初から既存の路面電車から保護する必要があった。電話線への干渉は、電信線への干渉よりもさらに大きな障害となる。電話会社は平衡回路に切り替えたが、これは減衰を減らし、結果として通信範囲を広げるという副次的な利点があった。
電力配電がより一般的になるにつれて、この対策は不十分であることが判明しました。電柱の横棒の両側に張られた2本の電線は、送電線と同じ経路を共有していました。数年後、電力使用量の増加に伴い、再び干渉が増加したため、技術者たちは干渉を打ち消すための「電線転置」と呼ばれる方法を考案しました。
電線転置方式では、電線は数極ごとに位置を入れ替えます。こうすることで、2本の電線は送電線から同様の電磁干渉を受けることになります。これは、1キロメートルあたり約4回、または1マイルあたり約6回の撚り合わせ率で、初期の撚り合わせ方式の一例と言えます。このような周期的な転置方式を採用した開放型平衡線は、現在でも一部の農村地域で使用されています。
ツイストペアケーブルは、1881年にアレクサンダー・グラハム・ベルによって発明されました。 [ 4 ] 1900年までに、アメリカの電話網全体は、干渉を防ぐために転置されたツイストペアまたはオープンワイヤーのいずれかになりました。今日、世界のツイストペアのほとんどは、電話会社が所有および保守する屋外の固定電話で、音声サービスに使用されています。
非シールドツイストペア（UTP）ケーブルは、多くのイーサネットネットワークや電話システムで使用されています。屋内電話用途では、UTPはAT&Tが最初に開発した標準的な25ペアカラーコードに従って、25ペアのセットにまとめられることがよくあります。これらの色の典型的なサブセット（白/青、青/白、白/オレンジ、オレンジ/白）が、ほとんどのUTPケーブルに見られます。ケーブルは通常、22または24アメリカンワイヤゲージ（AWG）[ 5 ]の銅線で作られ、着色絶縁体は通常、ポリエチレンやFEPなどの絶縁体で作られ、パッケージ全体がポリエチレンジャケットで覆われています。
数百から数千ものペアを含む都市部の屋外電話ケーブルでは、ケーブルは小さくても同一の束に分割されます。各束は、撚り率の異なる撚り線ペアで構成されます。これは、ケーブル内で撚り率が同じペアであっても、ある程度のクロストークが発生する可能性があるためです。これらの束は、さらに撚り合わされてケーブルを構成します。
UTPケーブルは、コンピュータネットワークで最も一般的に使用されているケーブルでもあります。最も一般的なデータネットワーク規格である最新のイーサネットでもUTPケーブルを使用できますが、データレートの向上に伴い、より高性能なUTPケーブルが必要となっています。ツイストペアケーブルは、光ファイバーや同軸ケーブルに比べてコストが比較的低いため、データネットワークにおいて短距離から中距離の接続によく使用されます。
UTPケーブルの帯域幅がテレビ信号のベースバンドに合うように改善されたため、UTPは現在、主にセキュリティカメラなどの一部のビデオアプリケーションで使用されています。[ 6 ] UTPは平衡伝送線路であるため、BNCコネクタを使用し同軸ケーブル用に設計された機器など、不平衡機器に接続するにはバランが必要です。
ツイストペアケーブルは、電磁干渉を防ぐためにシールドを組み込むことがあります。シールドは、外部の電磁波を減衰させるための導電性バリアとして機能します。また、誘導電流を循環させ、接地基準接続を介して電源に戻すための伝導経路も提供します。このようなシールドは、個々のペアに適用することも、複数のペアの集合に適用することもできます。シールド材としては、箔や編組線などが用いられます。
シールドがペアの集合に適用される場合、通常はスクリーニングと呼ばれますが、ベンダーや著者の間で、スクリーニング、シールド、STP（シールド付きツイストペア）などの用語の使用法は異なる場合があります。[ 7 ] [ 8 ]
ISO/IEC 11801 :2002 (附属書 E) は、ツイストペア (TP) ケーブルのさまざまなシールド指定を、x/xTPという明示的な 2 部構成の略語を使用して国際的に標準化しようとしています。ここで、最初のx はケーブル全体のシールドを示し、2 番目のx は個々のペアまたはクワッドのシールドを示します。各xには以下が含まれます。
シールド付きCat 5e、Cat 6/6A、Cat 8/8.1ケーブルは通常F/UTP構造ですが、シールド付きCat 7/7 AおよびCat 8.2ケーブルはS/FTP構造を使用しています。[ 9 ]
シールドは導電性であるため、接地への経路としても機能する可能性があります。フォイルシールド付きツイストペアケーブルには、シールドと電気的に接触するドレイン線と呼ばれる接地線が一体化されている場合があります。ドレイン線の目的は、通常丸線接続用に設計された端子への容易な接続を可能にすることです。
一般的なシールド構造の種類は以下のとおりです。
シールド付きツイストペアの初期の例としては、IBM STP-A があります。これは、 1985 年に IBM ケーブルシステム仕様で定義された 2 対 150 オームの S/FTP ケーブルで、トークン リングまたはFDDI ネットワークで使用されます。[ 7 ] [ 11 ]
デジタル通信やイーサネットが普及する前は、電話ケーブルの国際規格は存在しませんでした。規格は国レベルで設定されていました。たとえば、英国では、郵便総局がCW1293とCW1308ケーブルを指定していました。CW1308は以前のCW1293と似た仕様でしたが、カラーコードが改良されていました。CW1293はコアにほとんど単色を使用していたため、大量のシースを剥がさないと、どのペアと撚り合わされているかを識別するのが困難でした。この問題を解決するために、CW1308ではベースカラーの上にペアの色の細いリングが印刷されています。どちらのケーブルもカテゴリ3ケーブルと似た規格です。[ 12 ] [ 13 ]カテゴリ3から7までのケーブルは4対の撚り線で構成されています。[ 14 ]
ポリエチレンやその他のプラスチックが絶縁材として一般的に使用されるようになる以前は、電話のツイストペアケーブルは、銅にワックスコーティングを施したワックスペーパーまたは綿で絶縁されていました。このタイプのケーブルの全体的なシースは通常鉛でした。このタイプのケーブルは、電話の発明直後の19世紀後半に使用されました。[ 15 ]終端ボックス内のケーブル終端は、紙絶縁の絶縁特性を著しく劣化させる湿気の侵入を防ぐために、溶融ワックスまたは樹脂で密封されていました。[ 16 ]しかし、このような密封は、将来のメンテナンスや変更をより困難にしました。これらのケーブルは現在製造されていませんが、古い建物やさまざまな屋外エリア、特に農村部で時折見かけられます。
負荷付きツイストペアは、意図的にインダクタンスを追加したもので、かつては通信回線で一般的な手法でした。追加されたインダクタは負荷コイルと呼ばれ、音声帯域周波数の減衰を低減しますが、高周波数では減衰を増加させます。負荷コイルは、非常に長い回線での音声帯域の歪みを低減します。[ 22 ]この文脈では、負荷コイルのない回線は無負荷回線と呼ばれます。
ボンディングツイストペアは、各ペアの2本のワイヤがケーブル全長にわたってボンディングされている構造のバリエーションです。ベルデン社が先駆けて開発したこの方式は、設置中および設置後の構成の一貫性を確保することを目的としています。重要な利点の1つは、ケーブルのノイズ耐性性能が、乱暴な取り扱いがあっても保護される可能性があることです。[ 23 ]性能の向上は不要な場合があり、ボンディングによってケーブルの柔軟性が低下し、曲げられた部分で故障しやすくなります。[ 24 ]
ツイストリボンケーブルは、隣接する導体ペアを接着して撚り合わせた標準リボンケーブルの一種です。撚り合わせたペアは、リボン状に軽く接着されます。リボンに沿って周期的に、撚り合わせていない短いセクションがあり、通常のリボンケーブルIDC技術を使用してコネクタを取り付けることができます。[ 25 ]
単線ケーブルは導体ごとに1本の単線を使用し、4対のケーブルでは合計8本の単線になります。[ 18 ]より線ケーブルは各導体内で複数の線が互いに巻き付けられており、導体ごとに7本のより線を持つ4対のケーブルでは、合計56本の線（1対あたり2本×4対×7本）になります。[ 18 ]
単線ケーブルは、恒久的に設置される配線（パーマネントリンク）向けです。撚り線ケーブルよりも柔軟性が低く、繰り返し曲げられると加工硬化により故障しやすくなります。撚り線ケーブルは、導体のひび割れに強いため、パッチパネルや壁面ポートから終端機器への接続（パッチコードまたはドロップケーブル）に使用されます。
コネクタは、単線用と撚線用で設計が異なります。ケーブルの種類が合わないコネクタを使用すると、ケーブル接続が不安定になる可能性があります。単線用と撚線用のプラグは容易に入手でき、両方のタイプで使用できるプラグを提供しているベンダーもあります。パッチパネルや壁面ポートジャックのパンチダウンブロックは、単線ケーブルで使用するように設計されています。これらは絶縁体置換方式で動作し、デバイスが絶縁体の側面を貫通して銅導体に「噛み込み」、接続を形成します。パンチダウンブロックは、パッチパネルとして、またはツイストペアケーブルのブレークアウトボックスとして使用されます。
ツイストペアには次のような便利な属性があります: [ 26 ]
ツイストペアケーブルには以下の制限があります。
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