Parikaapeli

Parikaapeli on yleinen erilaisten sähköisten signaalien siirtämiseen käytettävä kaapelityyppi. Tyypin nimitys tulee siitä, että parikaapelissa johtimet on kierretty johdinpareiksi häiriöiden vähentämiseksi. Kukin kaapelin sisällä oleva johdinpari mahdollistaa erillisen virtapiirin muodostamisen esimerkiksi tietoliikenneyhteyttä varten. Sovelluksesta riippuen yhteys voi käyttää useampaakin johdinparia. Jokaisella johdinparilla on erisuuruinen parikierto häiriöiden parista toiseen siirtymisen estämiseksi. Parikaapeleita voidaan käyttää muun muassa Token Ring-, puhelin-, Ethernet-, FDDI-, ISDN- ja ATM-yhteyksiin.
Saatetaan myös käyttää tarkempaa nimitystä kierretty parikaapeli, joka viittaa tietynlaiseen parikaapeliin. Kierrettyjä parikaapeleita käytetään nykyään pääosin puhelin- ja verkkokaapeleina. Yleisin liitintyyppi parikaapeleille lähiverkossa on 8P8C.
Parikaapelin kiertämisen häiriösuojausmielessä keksi Alexander Graham Bell vuonna 1881.
Häiriösuojauksen periaate.
Parikaapelin kahden johtimen kiertäminen vähentää magneettikentän aiheuttamien häiriöiden kytkeytymistä signaaliin, koska magneettikentän indusoimat virrat ovat vierekkäisissä, toisiinsa nähden vastakkaisissa silmukoissa vastakkaisessa vaiheessa jolloin ne kumoavat toisensa. Kiertäminen pienentää myös kaapelin itse ulospäin säteilemää häiriötä.
Sähkökentän aiheuttamia häiriöitä vastaan parien kiertäminen ei auta, ellei kierrettyä paria suojata erikseen johtavalla foliolla tai punoksella. Useita kierrettyjä pareja sisältävissä kaapeleissa eri pareissa on yleensä eri määrä kierroksia metrillä estämässä häiriöitä parista toiseen.
Tavanomainen parien kierto on kolme kierrosta tuumalla, eli noin 118 kierrosta metrillä.
Parikaapelin ominaisuudet.
Suurilla taajuuksilla parikaapelin kapasitanssi ja induktanssi muodostavat yhdessä siirtoimpedanssin, joka on tietylle kaapelille ominainen ja määräytyy pääasiassa kaapelin dimensioiden ja eristemateriaalin dielektrisyyden perusteella. 
Ideaalisen vähähäviöisen suojaamattoman parikaapelin siirtoimpedanssi eli ominaisimpedanssi "Z" on
formula_1,
missä formula_2 on suhteellinen eristevakio, "d" on johtimen halkaisija ja "t" on eristeen paksuus.
Kaapelityypit.
Kaapeli ja parit voidaan ympäröidä metallivaipalla, jolloin saavutetaan paras suoja häiriöitä vastaan. Tällaista parisuojattua STP-kaapelia ("Shielded Twisted Pair") käytetään silloin, kun suojaukseen on erityistä tarvetta tai kaapelin luokka vaatii sen (esimerkiksi Cat7). Suojaustarve voi syntyä monesta syystä, kuten muuntajista, voimavirtakaapeleista, oikosulkumoottoreista tai muista voimakkaita magneettikenttiä aiheuttavista seikoista, staattisen sähkön purkauksista, kipinöinnistä, valokaarista jne. Tavallisin kaapelityyppi on kuitenkin suojaamaton UTP, ("Unshielded Twisted Pair") jota käytetään puhelinverkoissa ja tietoliikennetekniikassa. Lisäksi on olemassa suojattu FTP-kaapeli, ("Foiled Twisted Pair") joka on periaatteessa STP ilman parikohtaista suojausta. FTP-kaapelista käytetään myös nimitystä ScTP ("Screened Twisted Pair"). Kierretyt parikaapelit on jaettu eri kategorioihin niiden kaistanleveyksien mukaan.
Parikaapelityyppien nykyiset lyhenteet ISO/IEC 11801:n mukaisesti:
Nykyisessä lyhenteessä vinoviivan vasen puoli tarkoittaa yhteistä suojausta ja oikea puoli parin suojausta.
Suojaamaton parikaapeli (U/UTP).
Suojaamatonta parikaapelia eli UTP-kaapelia käytetään yleisesti Ethernet- ja puhelinverkoissa. UTP-kaapelit ovat suhteellisen halpoja muihin parikaapelityyppeihin verrattuna (esim. Cat5 on hinnaltaan noin kolmasosa Cat7:n hinnasta), koska UTP-kaapelissa ei käytetä suojausta. Sisäkäyttöön tarkoitetuissa UTP-puhelinkaapeleissa on 25 paria värikoodattuja johtimia, mitkä noudattavat AT&amp;T:n kehittämää standardia. Parit on yleensä eristetty polyeteenillä ja kaapelin kuori on myös polyeteeniä. Ulkokäyttöön suunnitelluissa puhelinkaapeleissa voi olla satoja tai tuhansia kierrettyjä johtopareja, jotka on niputettu useaan samankokoiseen nippuun. Myös niput on kierretty toistensa ympäri. Jokaisen nipun sisällä oleva johtopari on kierretty eri kierrostiheydellä johtojen välisten häiriöiden vähentämiseksi.
Suojattu parikaapeli (F/UTP, U/FTP, SF/UTP ja S/FTP).
Suojattuja parikaapeleita on useita eri tyyppejä. Ne ovat kalliimpia kuin suojaamattomat.
Yhteisesti suojattuja kaapeleita (F/UTP, S/UTP ja SF/UTP) käytetään, kun halutaan estää sähkömagneettisten häiriöiden (EMI = electromagnetic interference) pääsy parikaapeliin ja toisaalta estää niiden karkaaminen kaapelista. Yhteissuojaukseen käytetään foliosuojausta, palmikointia ja foliopalmikointia.
Parisuojattujen kaapeleiden (U/FTP) käyttö estää myös ulkopuolisten häiriöiden pääsyä, mutta samalla jokaisen parin ympärillä oleva suojaus estää kierrettyjen parien välisiä häiriöitä saman kaapelin sisällä. Parisuojattujen kaapeleiden suojaamiseen käytetään pääasiassa foliosuojausta.
Yhteis- ja parisuojatuissa kaapeleissa (F/FTP, S/FTP ja SF/FTP) käytetään suojausta jokaisen parin ympärillä, sekä yhteistä suojausta koko kaapelille. Tämän tyyppiset kaapelit on parhaiten suojattu sähkömagneettisilta häiriöiltä, ja niitä käytetään kun sovelluskohteet vaativat tehokasta häiriösuojausta.
Kaapelointistandardit.
Euroopassa kaapeliluokat ja kaapelointitavat on määritelty eurooppalaisessa yleiskaapelointistandardissa EN50173. Pohjois-Amerikassa vastaava standardi on EIA/TIA-568. Standardit määrittelevät kaistanleveydet sekä suuren määrän testausarvoja, jotka kaapelin on läpäistävä. Kaapelin valmistaja takaa luokituksella, että kaapeli täyttää vähintään standardin asettamat vaatimukset. EN50173-standardin parikaapeliluokat ovat:
Liittimet:
Ethernet käyttää tyypillisesti kaapelista vain kahta paria (langat 1&amp;2 ja 3&amp;6) eli neljää liittimen kahdeksasta pinnistä. Loput ovat yleensä käyttämättä, tai niillä voidaan viedä virtaa verkkolaitteelle.
Gigabit Ethernet käyttää kaikkia 4 paria, jopa molempiin suuntiin samanaikaisesti.
Kytkentätavat.
Parikaapeli voi olla suora (MD-I), jolloin se on tarkoitettu eritasoisten laitteiden välille tai ristiinkytketty (MD-X), joka on tarkoitettu samantasoisten laitteiden kytkemiseen toisiinsa. Suoralla kaapelilla kytketään esimerkiksi tietokone kytkimeen ja kytkin reitittimeen ja ristiinkytketyllä kaapelilla esimerkiksi tietokone tietokoneeseen, kytkin kytkimeen tai reititin reitittimeen.
Suurin osa kuluttajille tarkoitetuista kytkimistä osaa muuttaa ristiinkytkennän automaattisesti kaapelista riippumatta.