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Nei sistemi elettrici ed elettronici, quando si parla di cavo ci si riferisce a un conduttore o a un gruppo di conduttori utilizzati per trasmettere segnali elettromagnetici da una estremità all'altra. I cavi per le telecomunicazioni, in particolare, sono necessari per trasmettere informazioni quali dati (numeri, parole, figure, grandezze elettriche/meccaniche/fisiche), suoni (rumori, voce, musica) e immagini (fisse o in movimento) che viaggiano sotto forma di segnali.
Prima di essere trasmesse, infatti, le informazioni devono essere tramutate in tracce capaci di viaggiare lungo un cavo di rame o altro tipo di conduttore (ed esempio la fibra ottica). I segnali, infatti, altro non sono che livelli di tensione (nel caso degli elettroni che scorrono nei doppini di rame) o intensità (nel caso della radiazione elettromagnetica trasportata da un cavo in fibra ottica) variabili più o meno velocemente nel tempo a seconda della loro complessità. La trasmissione dei dati può avvenire sia in maniera analogica (in questo caso il segnale è modulato, così da alterarne la frequenza dinamicamente cambiando il "significato" del messaggio) sia in maniera digitale (il segnale è inviato , in codice binario, per mezzo di impulsi successivi).
Evoluzione dei cavi per le telecomunicazioni
Sin dalla comparsa delle prime reti informatiche, gli scienziati e gli ingegneri delle telecomunicazioni hanno cercato di migliorare la tecnologia costruttiva dei cavi per garantire velocità connessione sempre maggiori e limitare alcuni degli "effetti collaterali" dei mezzi di comunicazione utilizzati. Se tra gli Anni '70 e gli Anni '80 i cavi coassiali erano la soluzione preferita dagli amministratori di rete per realizzare LAN, a partire dalla seconda metà del decennio è il doppino (cavi a coppie realizzati in rame) a prendere il sopravvento. Merito dei costi di produzione relativamente ridotti e la capacità di garantire ottime prestazioni nella breve-media distanza. Sulla lunga distanza, invece, il monopolio è della fibra ottica: anche se più costosa da realizzare, è in grado di propagare il segnale per diversi chilometri con un'attenuazione (ovvero l'indebolimento intrinseco del segnale trasportato) molto bassa.
Tipologie di cavi per le telecomunicazioni
- Cavi a coppie. Detti anche doppini e utilizzati per le telecomunicazioni telefoniche e informatiche (in ambito LAN), i cavi a coppie sono costituiti da due anime avvolte tra loro a "spirale" e con passo costante. Ogni anima è costituita da un filo di rame dal diametro di qualche decina di millimetri rivestito da una membrana plastica in politene o PVC. Più coppie di cavi sono "legate" insieme per formare il nucleo del doppino. A seconda dell'utilizzo che se ne intende fare, il doppino può essere protetto con una guaina di materiale plastico e, se necessario, armato. In questo modo è possibile proteggere il cavo sia dagli agenti atmosferici e dall'usura sia schermarlo ed evitare così interferenze elettromagnetiche che possano attenuare il segnale trasportato. Un tipico cavo a coppie è composto da più doppini, ognuna caratterizzata da un colore differente così da distinguerla dalle altre coppie
- Cavo coassiale. I cavi coassiali sono costituiti da uno o più tubi coassiali uniti in un unico mezzo di trasmissione dei dati. Un tubo coassiale è costituito da un singolo conduttore di rame (la suaanima) posizionata al centro del cavo, da una maglia esterna (in materiale metallico) necessaria a schermare il segnale e "proteggerlo" da interferenze esterne e da un dielettrico (un materiale isolante) che separa i due materiali conduttori (anima e maglia). Inizialmente utilizzato per le trasmissioni analogiche del segnale radio e del segnale Tv, ha trovato anche applicazione nella realizzazione delle prime reti informatiche locali e cittadine. Oggi può trovare utilizzo nelle reti intercittadine, perché garantisce un'ampiezza di banda – e dunque una velocità connessione – superiore a quella dei cavi a coppie
- Fibra ottica. Già teorizzata da Archimede diversi secoli prima di Cristo, ma realizzata solo nella prima metà degli Anni '70, la fibra ottica è un mezzo di comunicazione costituito da un sottilissimo cavo in fibra di plastica o vetro dal diametro di appena 125 nanometri (meno del diametro di un capello umano, tanto per intendersi). All'interno di questo minicavo viene fatto "rimbalzare" un fascio di luce laser che ha il compito di trasportare le informazioni. Un cavo di fibra ottica è costituito sostanzialmente da due cilindri vitrei concentrici realizzati con materiali estremamente puri: la parte più interna (detta nucleo o core) è grande poche decine di nanometri, mentre la parte più esterna (detta mantello o cladding) ha un diametro fisso di 125 nanometri e un indice di rifrazione inferiore. Sfruttando questa differenza fisica, è possibile far rimbalzare il segnale sulla superficie interna del mantello, mantenendolo quindi all'interno del core, per diversi chilometri senza che si verifichi una suaattenuazione apprezzabile. A rivestire i cavi in fibra di vetro troviamo poi due ulteriori strati concentrici: il primo, più interno, è detto buffer (cuscinetto, in italiano) mentre il secondo, più esterno, è denominato jacket (rivestimento, in italiano). Entrambisono realizzati in materiale plastico e servono a proteggere il cavo dall'usura e dai fattori atmosferici esterni
- Fibra ottica multimodale. Il raggiungimento dei limiti fisici della fibra ottica (soprattutto sul versante della velocità di connessione e dell'ampiezza di banda) ha spinto diversi istituti di ricerca a sviluppare la cosiddetta fibra ottica multimodale. Dotata di un core più ampio (solitamente tra i 50 e i 100 micrometri, mentre quello delle fibre monomodali ha un diametro compreso fra gli 8,3 ed i 10 micrometri), consente la trasmissione contemporanea di più fasci di laser, ognuno dotato di una frequenza "naturale", o frequenza di risonanza, differente e fissa. Ciò consente di trasmettere più flussi dati contemporaneamente e aumentare così sia la banda sia la velocità di trasmissione dati. Rispetto alla fibra ottica monomodale, una fibra ottica multimodale ha costi di gestione e costi operativi minori, dal momento che è possibile utilizzare diodi laser più economici
- Fibra ottica multicore. Una soluzione alternativa è rappresentata dalla fibra multicore, ossia un "normale" cavo di fibra da 125 micrometri all'interno del quale trovano spazio più core monomodali. Nel corso di un esperimento condotto nel 2017, l'operatore giapponese NTT ha utilizzato un cavo di fibra dotato di 12 core multimodali, ognuno dei quali capace di supportare la trasmissione di 100 differenti fasci laser da 100 gigabit ognuno. Facendo i dovuti calcoli, si scopre che il cavo multicore nipponico garantisce una velocità di connessione di 1,44 petabit al secondo (1,44 milioni di gigabit per intendersi). Una soluzione che dovrebbe trovare applicazione pratica nei prossimi 10 anni e che garantirebbe connessioni veloci e affidabili per applicazioni come la gestione a distanza dei big data, operazioni finanziarie e grandi provider
