Як використовувати рефлектометр «коаксіалу» для тестування витої пари і силового кабелю

Постійне вдосконалення технологій виробництва засобів вимірювальної техніки призвело до того, що сучасні рефлектометри для витої пари можна успішно використовувати і для діагностики коаксіальногокабелю, і навпаки. Так, незважаючи на те, що рефлектометр для кабельних ліній Tempo CableScout має конструктивно з'єднувачі типу F і кінцеве навантаження 75 Ом, для нього не стане проблемою тестування витої пари, наприклад, телефонного кабелю або кабелю Ethernet. А також практично будь-якого кабелю, в тому числі силових кабельних ліній.

Вступ

Протягом багатьох років про рефлектометри (Time Domain Reflectometer або TDR) та можливості їх застосування на кабелях інших типів було написано багато міфів і напівправди. У деяких з них дійсно була деяка частка правди, більше пов'язана з питаннями маркетингу і обмеженими можливостями самих ранніх рефлектометрів. Прикладами можуть бути обмежена смуга пропускання підсилювача приймача, особливо при підвищенні коефіцієнта посилення, або можливість використовувати тільки імпульси великої тривалості.

Однак можна з упевненістю сказати, що нове покоління рефлектометрів CableScout компанії Tempo Communications придатне для використання в наступних областях:

• Кабельне телебачення, коаксіальний кабель 75 Ом.
• Тестування антенного кабелю базової станції, для якого також використовується коаксіальний кабель 75 або 50 Ом.
• Тестування кабелю Ethernet категорії CAT5 або вищої (імпеданс приблизно 100 Ом).
• Перевірка телефонної витої пари (CAT3) з опором приблизно 100 Ом.
• Перевірка «знеструмлених» силових кабельних ліній. Потрібно ретельно перевірити, що вони дійсно знеструмлені, і визначити відповідне значення Vp, оскільки ці кабелі піддаються набагато меншому «контролю», тому що призначені для значень частоти електромережі.
• Якщо є електричний кабель, мідний, алюмінієвий, коаксіальний, вита пара або «двопровідний із заземленням», рефлектометр CableScout, ймовірно, зможе перевірити його електричну цілісність і визначити довжину.

Узгодження імпедансу кабельного рефлектометра

Кожен раз, коли два електричних пристрої з'єднуються для передачі енергії, будь то електрична потужність або будь-який сигнал, це бажано робити якомога ефективніше. Для цього використовується метод «узгодження імпедансів», коли для мінімізації втрат ретельно узгоджуються імпеданс джерела, з'єднувального кабелю і одержувача.

У деяких додатках втрати і «відбивання» можуть бути настільки високими, що практично миттєво можуть виникнути серйозні та незворотні пошкодження. Хорошим прикладом є використання радіопередавача з погано узгодженою або не підключеною антеною. Оскільки рівні потужності відносно високі, це може привести до пошкодження вихідного підсилювача потужності. Але до застосування рефлектометра це не відноситься.

Втрати потужності

Якщо з'єднані два «неузгоджених» пристрої, скільки енергії відбивається/втрачається системою? Давайте розглянемо випадок підключення пристрою CableScout з опором 75 Ом до витої пари з опором приблизно 100 Ом.

Якщо пам'ятаєте, кабельний рефлектометр призначений для вимірювання «перехідного загасання» або «зворотних втрат», тобто енергії, відбитої від «події», що знаходиться на деякій відстані від точки подачі імпульсу. Отже, як буде виглядати рівняння, що зв'язує масштаб відбитої (або втраченої) енергії з різницею в імпедансі?

Вибачте, але тут починається «математика». Однак так уже влаштований світ, і немає необхідності знати всі деталі, щоб рефлектометр працював ...

Абсолютний імпеданс навантаження:

де R - «справжня» частина імпедансу навантаження, а «j» - уявна його частина. Для наших цілей просто припустимо, що значення ZL є чисто «дійсним», тобто всього 100 Ом. На практиці немає ніякої різниці.

Також припустимо, що імпеданс джерела Z0 є простим дійсним опором 75 Ом.

Далі розрахуємо «коефіцієнт відбиття». Цей коефіцієнт є відношенням амплітуди відбитої хвилі до амплітуди падаючої хвилі. Вираз для розрахунку коефіцієнта відображення, виходячи з імпедансів, виглядає наступним чином:

Оскільки всі використовувані тут для розрахунку імпеданси є «комплексними», коефіцієнт відображення також є комплексним значенням. Саме звідси виникає «фаза» відбитого і падаючого сигналів (в простому світі рефлектометрів це імпульси, спрямовані вгору для розімкнутого ланцюга і вниз для короткого замикання).

Будь-які радіоаматори або навіть користувачі CB-станцій або морських радіостанцій коли-небудь чули про коефіцієнт стоячої хвилі (SWR) або коефіцієнті стоячої хвилі напруги (VSVR). Це «напруга», яке може виникнути при неузгодженості антеної системи і викликати пошкодження. При розрахунках використовується коефіцієнт відбивання:

Оскільки умови в нижній частині дробу можуть швидко наближатися до нуля, коефіцієнт стоячої хвилі напруги може швидко стати високим, приводячи до виникнення напруги, що пошкоджує потужні радіопередавачі і т.п. Тепер забудьте про коефіцієнт стоячої хвилі напруги, так як це лише невелика інформація для загальної ерудиції.

У світі рефлектометрів ми більше стурбовані «зворотними втратами». Вимірювання зворотних втрат описує ставлення потужності відбитої хвилі до потужності падаючої хвилі в децибелах амплітуди. Стандартний вихідний сигнал для зворотних втрат має позитивне значення, тому велике значення зворотних втрат фактично означає, що потужність в відбитої хвилі мала в порівнянні з потужністю в падаючої хвилі, і вказує на краще узгодження імпедансу. Зворотні втрати можна розрахувати з коефіцієнта відбиття за формулою:

Вимірювання втрат через неузгодженості визначає величину потужності, яка не буде доступна на навантаженні (в разі рефлектометра не буде проходити далі по кабелю для продовження його тестування) через відбиту хвилю, вираженої в децибелах потужності. Вказується кількість потужності, втраченої в системі через невідповідність імпедансів. Втрати неузгодженості також можна розрахувати, виходячи з коефіцієнта відбиття, за такою формулою:

Втрати потужності = −10 × log₁₀(1 − Γ²)

Отже, наскільки погано підключення 75 Ом до 100 Ом:

• Коефіцієнт відбиття (Γ) становить 0,14
• Звіротні втрати 17 дБ
• Втрати потужності всього 0,1 дБ

Наскільки погано підключення 75 Ом до 50 Ом:

• Коефіцієнт відбиття (Γ) становить 0,20
• Звіротні втрати 14 дБ
• Втрати потужності всього 0,2 дБ

Якщо хочете дізнатися більше про теорію, що лежить в основі цього, зверніться до свого улюбленого підручника з електротехніки.

Практичне використання рефлектометра для кабельних ліній

У реальному світі це означає, що, пройшовши точку підключення, де 75-омна система з'єднується з кабелем, що має інший імпеданс, рефлектометр працює як зазвичай. Для «звичайних» кабелів з опором від 50 до 120 Ом втрати сигналу дійсно дуже малі.

Добре, що втрати виникають як для вихідного імпульсу, так і для відбитого «зворотного» сигналу. Але типові втрати через неузгодженості еквівалентні втратам на всього лише кількох десятках метрів кабелю.

Так, відбиття буде видно, що в минулому і з менш потужними рефлектометра означало, що через насичення підсилювача приймача ви не могли бачити ніякі події в межах тривалості імпульсу, що подається. Але тепер ситуація змінилася, завдяки наявності в стандартній комплектації CableScout імпульсу тривалістю 1 нс, потужного приймального підсилювача, мертвої зони для більшості кабелів рівній менше 30 сантиметрів!

Приклади рефлектограм

Короткий відрізок кабелю категорії CAT3 - «телефонний кабель»:

Даний кабель має довжину 23 метри і, за винятком розімкнутого кінця, не викликає особливих тривог.

Чи не існуючі події «примари» на рефлектограмі

Слід зазначити один момент і пам'ятати про нього. Зверніть увагу ці звивини як на загальному вигляді (внизу), так і на основних графіках CableScout 90 (виділено нижче), які приблизно вдвічі перевищують відстань від зазначеної події? Фактично, на нижньому графіку можна бачити дві з них.

Це «паразитні відбиття», що виникають, коли частина енергії вихідного відбиття потрапляє на неузгодженість біля передавача і знову йде в кабель (і знову, і знову, кожного разу ослабляючись приблизно на 17 дБ плюс втрати в кабелі).

Скільки залишилося кабелю CAT5e на цьому барабані?

264 метри, скріншот нижче:

Висновки

Тепер, коли ви знаєте про можливу невідповідність імпедансу при передачі сигналу по кабелю, то можете очікувати отримання розумних результатів для решти підключеного кабелю.

75-омний «коаксіальний» рефлектометр для кабельних ліній, такий як CableScout від компанії Tempo Communications, ідеально підходить для перевірки і всіх інших «поширених» типів кабелів, будь то коаксіальний кабель з опором 50 Ом, вита пара від 100 до 120 Ом або навіть барабан з «силовим» кабелем. Це особливо актуально в наш час поширення мереж FTTx, де довжина мідних кабелів скорочується, а рефлектометри потребують більш коротких імпульсів для проведення тестування з більш високою точністю в більш широкій смузі пропускання.

Просто слідкуйте за появою «паразитних» відбивань. Якщо у вас є уявлення про приблизну довжину кабелю, їх легко усунути. Завдяки передовій технології «виявлення подій» наші найдосконаліші рефлектометри (наприклад, TV220 CableScout Pro) можуть навіть відрізняти їх одну від одної.