Основные электромагнитные характеристики кабельных систем

Основными электрическими характеристиками, влияющими на работу кабеля, являются: затухание, импеданс (волновое сопротивление), перекрестные наводки двух витых пар и уровень внешнего электромагнитного излучения.

• Перекрестные наводки между витыми парами или NearEndCrosstalk (NEXT) - представляют собой результат интерференции электромагнитных сигналов, возникающих в двух витых парах. Один из кабелей витой пары является передающим, а второй - приемным. При прохождении сигнала по одному из кабелей, например передающему, в приемном кабеле возникают перекрестные наводки. Величина NEXT зависит от частоты передаваемого сигнала - чем выше величина NEXT, тем лучше (для категории 5 NEXT должен быть не менее 27 Дб при частоте 100 Мгц, для кабеля категории 3 на частоте 10 МГц NEXT должен быть не менее 26 Дб).
• Затухание (Attenuation) - представляет собой потерю амплитуды электрического сигнала при его распространении по кабелю. Затухание имеет два основных источника: электрические характеристики кабеля и поверхностный эффект. Последний объясняет зависимость затухания от частоты. Затухание измеряется в децибелах на метр. Для кабеля категории 5 при частоте 100 Мгц затухание не должно превышать 23.6 Дб на 100 м, а для кабеля категории 3, применяемого по стандарту IEEE 802.3 10BASE-T, допустимая величина затухания на сегменте длиной 100 м не должна превышать 11,5 Дб при частоте переменного тока 10 МГц.
• Импеданс (волновое сопротивление) - это полное (активное и реактивное) сопротивление в электрической цепи. Импеданс измеряется в омах и является относительно постоянной величиной для кабельных систем. Для неэкранированной витой пары наиболее часто используемые значения импеданса - 100 и 120 Ом. Характерные значения импеданса для сетей стандарта Ethernet на коаксиальном кабеле составляют 50 Ом, а для сетей стандарта Arcnet - 93 Ом. Резкие изменения импеданса по длине кабеля могут вызвать процессы внутреннего отражения, приводящие к возникновению стоячих волн. Рабочая станция, подключенная к кабелю вблизи узла стоячей волны, не сможет получать адресованные ей сообщения.
• Активное сопротивление - это сопротивление постоянному току в электрической цепи. В отличие от импеданса активное сопротивление не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля. Для неэкранированной витой пары категории 5 активное сопротивление не должно превышать 9.4 Ом на 100 м.
• Емкость - это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два электрических проводника в кабеле, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор, способный накапливать заряд. Емкость является нежелательной величиной, поэтому ее следует делать как можно меньше. Высокое значение емкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии. Для кабельных систем категории 5 значение емкости не должно превышать 5.6нФ на 100 м.
• Уровень внешнего электромагнитного излучения, или электрический шум - это нежелательное переменное напряжение в проводнике. Электрический шум бывает двух типов: фоновый и импульсный. Электрический шум можно также разделить на низко-, средне- и высокочастотный. Источниками фонового электрического шума являются в диапазоне до 150 КГц линии электропередачи, телефоны и лампы дневного света; в диапазоне от 150 КГц до 20 Мгц компьютеры, принтеры, ксероксы; в диапазоне от 20 Мгц до 1 ГГц - телевизионные и радиопередатчики, микроволновые печи. Основными источниками импульсного электрического шума являются моторы, переключатели и сварочные агрегаты. Электрический шум измеряется в мВ. Кабельные системы на витой паре не сильно подвержены влиянию электрического шума (в отличие от влияния NEXT).

Сетевые анализаторы

Сетевые анализаторы (не следует путать их с анализаторами протоколов) представляют собой эталонные измерительные инструменты для диагностики и сертификации кабелей и кабельных систем. В качестве примера можно привести сетевые анализаторы компании HewlettPackard - HP 4195A и HP 8510C.

Сетевые анализаторы содержат высокоточный частотный генератор и узкополосный приемник. Передавая сигналы различных частот в передающую пару и измеряя сигнал в приемной паре, можно измерить затухание и NEXT. Сетевые анализаторы - это прецизионные крупногабаритные и дорогие (стоимостью более $20'000) приборы, предназначенные для использования в лабораторных условиях специально обученным техническим персоналом.

Кабельные сканеры

Данные приборы позволяют определить длину кабеля, NEXT, затухание, импеданс, схему разводки, уровень электрических шумов и провести оценку полученных результатов. Цена на эти приборы варьируется от $1'000 до $3'000. Существует достаточно много устройств данного класса, например, сканерыкомпаний MicrotestInc., FlukeCorp., DatacomTechnologiesInc., ScopeCommunicationInc. В отличие от сетевых анализаторов сканеры могут быть использованы не только специально обученным техническим персоналом, но даже администраторами-новичками.

Для определения местоположения неисправности кабельной системы (обрыва, короткого замыкания, неправильно установленного разъема и т.д.) используется метод "кабельного радара", или TimeDomainReflectometry (TDR). Суть этого метода состоит в том, что сканер излучает в кабель короткий электрический импульс и измеряет время задержки до прихода отраженного сигнала. По полярности отраженного импульса определяется характер повреждения кабеля (короткое замыкание или обрыв). В правильно установленном и подключенном кабеле отраженный импульс совсем отсутствует.

Точность измерения расстояния зависит от того, насколько точно известна скорость распространения электромагнитных волн в кабеле. В различных кабелях она будет разной. Скорость распространения электромагнитных волн в кабеле (NVP - nominalvelocityofpropagation) обычно задается в процентах к скорости света в вакууме. Современные сканеры содержат в себе электронную таблицу данных о NVP для всех основных типов кабелей и позволяют пользователю устанавливать эти параметры самостоятельно после предварительной калибровки.

Наиболее известными производителями компактных (их размеры обычно не превышают размеры видеокассеты стандарта VHS) кабельных сканеров являются компании MicrotestInc., WaveTekCorp., ScopeCommunicationInc.

Тестеры

Тестеры кабельных систем - наиболее простые и дешевые приборы для диагностики кабеля. Они позволяют определить непрерывность кабеля, однако, в отличие от кабельных сканеров, не дают ответа на вопрос о том, в каком месте произошел сбой.