Как использовать рефлектометр «коаксиала» для тестирования витой пары и силового кабеля
Постоянное совершенствование технологий производства средств измерений привело к тому, что современные рефлектометры для витой пары можно успешно использовать и для диагностики коаксиального кабеля, и наоборот. Так, несмотря на то, что рефлектометр для кабельных линий Tempo CableScout имеет конструктивно соединители типа F и оконечную нагрузку 75 Ом, для него не станет проблемой тестирование витой пары, например, телефонного кабеля или кабеля Ethernet. А также практически любого кабеля, в том числе силовых кабельных линий.
Введение
На протяжении многих лет о рефлектометрах (Time Domain Reflectometer или TDR) и возможностях их применения на кабелях других типов было написано много мифов и полуправды. В некоторых из них действительно была некоторая доля правды, больше связанная с вопросами маркетинга и ограниченными возможностями самих ранних рефлектометров. Примерами могут быть ограниченная полоса пропускания усилителя приемника, особенно при повышении коэффициента усиления, или возможность использовать только импульсы большой длительности.
Однако можно с уверенностью сказать, что новое поколение рефлектометров CableScout компании Tempo Communications пригодно для использования в следующих областях:
- Кабельное телевидение, коаксиальный кабель 75 Ом.
- Тестирование антенного кабеля базовой станции, для которого также используется коаксиальный кабель 75 или 50 Ом.
- Тестирование кабеля Ethernet категории CAT5 или более высокой (импеданс приблизительно 100 Ом).
- Проверка телефонной витой пары (CAT3) с импедансом приблизительно 100 Ом.
- Проверка «обесточенных» силовых кабельных линий. Нужно тщательно проверить, что они действительно обесточены, и определить подходящее значение Vp, поскольку эти кабели подвергаются гораздо меньшему «контролю», потому что предназначены для значений частоты электросети.
- Если имеется электрический кабель, медный, алюминиевый, коаксиальный, витая пара или «двухпроводный с заземлением», рефлектометр CableScout, вероятно, сможет проверить его электрическую целостность и определить длину.
Согласование импеданса кабельного рефлектометра
Каждый раз, когда два электрических устройства соединяются для передачи энергии, будь то электрическая мощность или какой-либо сигнал, это желательно делать как можно эффективнее. Для этого используется метод «согласования импедансов», когда для минимизации потерь тщательно согласовываются импедансы источника, соединительного кабеля и получателя.
В некоторых приложениях потери и «отражения» могут быть настолько высокими, что практически мгновенно могут возникнуть серьезные и необратимые повреждения. Хорошим примером является использование радиопередатчика с плохо согласованной или не подключенной антенной. Поскольку уровни мощности относительно высоки, это может привести к повреждению выходного усилителя мощности. Но к применению рефлектометра это не относится.
Потери мощности
Если соединены два «несогласованных» устройства, сколько энергии отражается/теряется системой? Давайте рассмотрим случай подключения устройства CableScout с импедансом 75 Ом к витой паре с сопротивлением примерно 100 Ом.
Если помните, кабельный рефлектометр предназначен для измерения «переходного затухания» или «обратных потерь», то есть энергии, отраженной от «события», находящегося на некотором расстоянии от точки подачи импульса. Итак, как будет выглядеть уравнение, связывающее масштаб отраженной (или потерянной) энергии с разницей в импедансе?
Извините, но здесь начинается «математика». Однако так уж устроен мир, и нет необходимости знать все детали, чтобы рефлектометр работал…
Абсолютный импеданс нагрузки:
где R – «действительная» часть импеданса нагрузки, а «j» - мнимая его часть. Для наших целей просто предположим, что значение ZL является чисто «действительным», то есть всего 100 Ом. На практике нет никакой разницы.
Также предположим, что импеданс источника Z0 является простым действительным сопротивлением 75 Ом.
Далее рассчитаем «коэффициент отражения». Этот коэффициент является отношением амплитуды отраженной волны к амплитуде падающей волны. Выражение для расчета коэффициента отражения, исходя из импедансов, выглядит следующим образом:
Поскольку все используемые здесь для расчета импедансы являются «комплексными», коэффициент отражения также является комплексным значением. Именно отсюда возникает «фаза» отраженного и падающего сигналов (в простом мире рефлектометров это импульсы, направленные вверх для разомкнутой цепи и вниз для короткого замыкания).
Любые радиолюбители или даже пользователи CB-станций или морских радиостанций когда-либо слышали о коэффициенте стоячей волны (SWR) или коэффициенте стоячей волны напряжения (VSVR). Это «напряжение», которое может возникнуть при несогласованности антенной системы и вызвать повреждение. При расчетах используется коэффициент отражения:
Поскольку условия в нижней части дроби может быстро приближаться к нулю, коэффициент стоячей волны напряжения может быстро стать высоким, приводя к возникновению напряжения, повреждающего мощные радиопередатчики и т.п. Теперь забудьте о коэффициенте стоячей волны напряжения, так как это лишь небольшая информация для общей эрудиции.
В мире рефлектометров мы больше озабочены «обратными потерями». Измерение обратных потерь описывает отношение мощности отраженной волны к мощности падающей волны в децибелах амплитуды. Стандартный выходной сигнал для обратных потерь имеет положительное значение, поэтому большое значение обратных потерь фактически означает, что мощность в отраженной волне мала по сравнению с мощностью в падающей волне, и указывает на лучшее согласование импеданса. Обратные потери можно рассчитать из коэффициента отражения по формуле:
Измерение потерь из-за рассогласования определяет величину мощности, которая не будет доступна на нагрузке (в случае рефлектометра не будет проходить дальше по кабелю для продолжения его тестирования) из-за отраженной волны, выраженной в децибелах мощности. Указывается количество мощности, потерянной в системе из-за несоответствия импедансов. Потери рассогласования также можно рассчитать, исходя из коэффициента отражения, по следующей формуле:
Потери мощности = −10 × log10(1 − Γ2)
Итак, насколько плохо подключение 75 Ом к 100 Ом:
- Коэффициент отражения (Γ) составляет 0,14
- Обратные потери 17 дБ
- Потери мощности всего 0,1 дБ
Насколько плохо подключение 75 Ом к 50 Ом:
- Коэффициент отражения (Γ) составляет 0,20
- Обратные потери 14 дБ
- Потери мощности всего 0,2 дБ
Если хотите узнать больше о лежащей в основе этого теории, обратитесь к своему любимому учебнику по электротехнике.
Практическое использование рефлектометра для кабельных линий
В реальном мире это означает, что, пройдя точку подключения, где 75-омная система соединяется с кабелем, имеющим другой импеданс, рефлектометр работает как обычно. Для «обычных» кабелей с сопротивлением от 50 до 120 Ом потери сигнала действительно очень малы.
Хорошо, что потери возникают как для исходящего импульса, так и для отраженного «обратного» сигнала. Но типичные потери из-за рассогласованности эквивалентны потерям на всего лишь нескольких десятках метров кабеля.
Да, отражение будет видно, что в прошлом и с менее мощными рефлектометрами означало, что из-за насыщения усилителя приемника вы не могли видеть никакие события в пределах длительности подаваемого импульса. Но теперь ситуация изменилась, благодаря наличию в стандартной комплектации CableScout импульса длительностью 1 нс, мощного приемного усилителя, мертвой зоны для большинства кабелей равной менее 30 сантиметров!
Примеры рефлектограмм
Короткий отрезок кабеля категории CAT3 - «телефонный кабель»:
Данный кабель имеет длину 23 метра и, за исключением разомкнутого конца, не вызывает особых тревог.
Не существующие события «призраки» на рефлектограмме
Следует отметить один момент и помнить о нем. Обратите внимание эти извивы как на общем виде (внизу), так и на основных графиках CableScout 90 (выделено ниже), которые приблизительно вдвое превышают расстояние от отмеченного события? Фактически, на нижнем графике можно видеть два из них.
Это «паразитные отражения», возникающие, когда часть энергии исходного отражения попадает на рассогласование возле передатчика и снова идет в кабель (и снова, и снова, каждый раз ослабляясь примерно на 17 дБ плюс потери в кабеле).
Сколько осталось кабеля CAT5e на этом барабане?
264 метра, скриншот ниже:
Заключение
Теперь, когда вы знаете о возможном несоответствии импеданса при передаче сигнала по кабелю, то можете ожидать получения разумных результатов для остальной части подключенного кабеля.
75-омный «коаксиальный» рефлектометр для кабельных линий, такой как CableScout от компании Tempo Communications, идеально подходит для проверки и всех других «распространенных» типов кабелей, будь то коаксиальный кабель с сопротивлением 50 Ом, витая пара от 100 до 120 Ом или даже барабан с «силовым» кабелем. Это особенно актуально в наше время распространения сетей FTTx, где длина медных кабелей сокращается, а рефлектометры нуждаются в более коротких импульсах для проведения тестирования с более высокой точностью в более широкой полосе пропускания.
Просто следите за появлением «паразитных» отражений. Если у вас есть представление о примерной длине кабеля, их легко устранить. Благодаря передовой технологии «обнаружения событий» наши наиболее совершенные рефлектометры (например, TV220 CableScout Pro) могут даже отличать их друг от друга.
См. также:
