Характеристики витой пары. Способы передачи по витым парам
 Скачать 156.51 Kb.
|
|
Способы передачи по витым парам Существует два способа передачи сигналов по витым парам: несбалансированная передача (несимметричные цепи) и балансная передача (симметричные цепи). Кабели на основе медных витых пар, применяемые в СКС, позволяют строить как симметричные, так и несимметричные цепи. Все виды ЛВС используют балансную передачу сигналов по витым парам. Несимметричные цепи применяются для построения систем пожарных и охранных сигнализаций и для передачи постоянных питающих напряжений, например, от УАТС к телефонам на рабочих местах. При несбалансированной передаче используется несимметричная цепь, то есть один из проводников заземляется с одной или с двух сторон. Сигналы передаются по остальным проводникам и изменяются относительно земли. По своей природе несимметричные цепи очень чувствительны к внешнему электромагнитному излучению (ЭМИ). На рисунке видно, что на входе приемника на сигнальном проводнике присутствует сумма напряжений сигнала Uc и наводок UH от внешнего ЭМИ.  Несимметричная сеть Токи наводок на заземляющем проводнике стекают на землю, поэтому на нем UН равно нулю. С другой стороны, сигнальный провод является источником излучения электромагнитной энергии во внешнее пространство. Это приводит к значительному затуханию сигнала в процессе его распространения. Некоторое улучшение характеристик несимметричных цепей достигается в случае использования общего заземленного экрана, однако такое решение существенно повышает стоимость и трудоемкость монтажа кабельной системы. Еще одним недостатком несимметричных цепей является отсутствие гальванической развязки передатчика и приемника. При неисправностях в системе заземления или в защитной изоляции сетевого оборудования высокое напряжение от систем электропитания может попасть как на заземляющий, так и на сигнальный провод, что часто сопровождается выходом из строя приемопередающих устройств на одном или обоих концах линии связи. Достоинством несимметричных цепей является то, что для передачи N сигналов требуется только N+1 проводников (N сигнальных плюс один общий заземляющий). Несимметричные цепи применяют для передачи низкочастотных сигналов на короткие расстояния. Широко известным ее примером является интерфейс RS-232 (V.24). Схема симметричной цепи, в которой используется балансный принцип передачи информации, изображена на рисунке.  Симметричная сеть В симметричных цепях приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами. Во вторичные обмотки передается только разность потенциалов на первичной обмотке. Из рисунка выше видно, что токи наводки в полностью симметричной цепи приводят к противофазному изменению напряжения UН на первичной обмотке трансформатора приемника, так что результирующий мешающий сигнал не передается во вторичную обмотку. Поэтому, в отличие от несимметричных, симметричные цепи значительно более устойчивы к внешним мешающим влияниям. Соответственно ЭМИ проводников имеет равные по величине и противоположные по направлениям векторы электромагнитного поля ввиду противоположного направления токов в них. Поэтому в идеальной симметричной цепи суммарные векторы напряженности излучаемого электромагнитной поля равны нулю и излучаемое ЭМИ отсутствует. Симметричные цепи позволяют передавать значительно более широкополосные сигналы, по сравнению с несимметричными, и поэтому широко используются для построения СКС. Основными недостатками симметричных цепей с балансной передачей являются, во-первых, необходимость использования для приема и передачи N сигналов 2xN проводников (на каждый сигнал 2 провода) и, во-вторых, невозможность передачи постоянной составляющей сигнала. Первичные электрические параметры витой пары Электрические свойства витой пары, как и любой другой направляющей системы электромагнитных колебаний, полностью характеризуются ее первичными параметрами: сопротивлением R и индуктивностью L проводников, а также емкостью С и проводимостью G изоляции. Эти параметры (R и G) обусловливают потери энергии: первый - тепловые потери в проводе и экране (при его наличии), второй - потери в изоляции. Параметры L и С определяют рективность витой пары как направляющей системы и, следовательно, ее частотные свойства. Конкретные значения первичных параметров зависят от конструкции кабеля и, в частности, от геометрии отдельных его компонентов, их взаимного расположения, материала проводников, изоляции и внешних покровов и т.д. Емкость Конструктивно витая пара представляет собой два проводника, отделенных друг от друга слоем твердой изоляции и воздушным промежутком. Такая структура может рассматриваться как конденсатор, где роль обкладок играют проводники, а функции диэлектрика выполняют расположенные между ними изоляционный материал и воздух, и обладает заметной емкостью, величина которой линейно возрастает по мере увеличения длины. Электрическая емкость между проводниками витой пары ограничивает ширину полосы пропускания кабеля и приводит к искажениям высокочастотной части спектра передаваемого сигнала. Емкость не зависит от частоты. Однако из-за особенностей методов, применяемых в процессе ее определения, при указании величины емкости часто указывается значение частоты сигнала, на которой проводятся измерения. По стандарту TIA/EIA-568-A для кабелей категории 3 на длине 100 м емкость не должна превышать 6,6 нФ, а для кабелей категорий 4 и 5 - 5,6 нФ. Некоторые фирмы выпускают по своим собственным ТУ кабели с существенно меньшей емкостью. Активное сопротивление Активное сопротивление зависит от материала провода, его длины и сечения, а также от температуры. Проводники витых пар, применяемых в СКС, изготавливаются из меди, обладающей низким удельным сопротивлением. Чем меньше сечение провода, чем больше его длина и чем выше температура, тем выше активное сопротивление и соответственно затухание витой пары. Согласно требованиям стандарта TIA/ EIA-568-A при температуре 20°С сопротивление постоянному току любого проводника витой пары длиной 100 м не должно превышать 9,38 Ом. С увеличением частоты сигнала активное сопротивление провода возрастает. Это вызвано тем, что, во-первых, в результате поверхностного эффекта происходит вытеснение тока к поверхности проводника и, во-вторых, ток протекает в основном по поверхности, обращенной ко второму проводнику (эффект близости). Оба эти эффекта приводят к уменьшению эффективного сечения проводника и, в конечном итоге, к увеличению сопротивления. Для минимизации вредного влияния этих эффектов в горизонтальных и магистральных кабелях проводники витых пар выполняются в виде монолитного провода, а не скрученными из нескольких тонких проводов. Применение проводников из нескольких тонких проводов возможно только в соединительных шнурах, где требуется в первую очередь высокая гибкость и устойчивость к многократным изгибам, а повышенное затухание сказывается не столь сильно из-за небольшой общей длины. Индуктивность Витая пара состоит из двух изолированных проводников, каждый из которых при протекании через него тока накапливает энергию, то есть обладает свойством индуктивности. По мере увеличения частоты за счет поверхностного эффекта происходит уменьшение индуктивности. Проводимость изоляции Результирующая проводимость изоляции витой пары может быть записана в виде суммы двух составляющих: G = Go + Gf, где G0 учитывает токи утечки, связанные с несовершенством диэлектрика, a Gf учитывает затраты энергии на диэлектрическую поляризацию. Под поляризацией понимают переориентацию под действием электромагнитного поля связанных диполей, имеющихся в диэлектрике. Переменное электромагнитное поле вызывает вибрацию диполей, которая риводит к повышению температуры диэлектрика. Нагрев диэлектрика, в свою очередь, облегчает вибрацию и повышает проводимость, что сопровождается ростом затухания сигнала. Особенно много диполей, образованных атомами хлора, содержится в поливинилхлориде, который является типовым изоляционным материалом для кабелей. Вторичные параметры кабелей на основе витой пары Вторичные параметры витой пары рассчитываются на основе первичных или, что значительно чаще, определяются экспериментально. Вторичные параметры нормируются в технических условиях на витую пару и позволяют простыми средствами выполнить инженерный расчет линий связи, построенных на основе симметричного кабеля, и оценить их пригодность для передачи сигналов тех или иных приложений. Волновое сопротивление Волновое сопротивление, или импеданс, - это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль любой однородной (то есть без отражений) направляющей системы, в том числе и витой пары. Оно свойственно данному типу кабеля и зависит только от его первичных параметров и частоты. Волновое сопротивление связано с первичными параметрами следующим простым соотношением: Z=√((R+jωL)/(G+jωC)) Волновое сопротивление численно равно входному сопротивлению линии бесконечной длины, которая имеет оконечную нагрузку, равную ее собственному волновому сопротивлению. Оно измеряется в омах и определяет количественное соотношение между электрической и магнитной составляющей электромагнитной волны. В общем случае волновое сопротивление является комплексной величиной, его модуль падает по мере роста частоты и на высоких частотах стремится к фиксированному активному сопротивлению: Z∞=limω→∞√((R+jωL)/(G+jωC)) = √(L/C) Кабели на витых парах на звуковых частотах, то есть при передаче телефонных сигналов, имеют сопротивление около 600 Ом, по мере увеличения частоты оно быстро падает и на частотах свыше 1 МГц вплоть до верхней граничной частоты конкретного кабеля не должно отличаться от 100 Ом более чем на + 15%.  Частотная зависимость первичных параметров электрического кабеля Затухание При распространении по витой паре электромагнитный сигнал постепенно теряет свою энергию. Этот эффект называется ослаблением, или затуханием. Затухание принято оценивать в децибелах как разность между уровнями сигналов на выходе передатчика и входе приемника. Один децибел соответствует изменению мощности в 1,26 раза или напряжения в 1,12 раза. Принято различать собственное и рабочее затухание кабеля. Под собственным затуханием кабеля понимается затухание при работе в идеальных условиях. В обобщенном виде его величину теоретически можно определить как реальную часть так называемого коэффициента распространения γ, который связан с первичными параметрами следующим простым соотношением: γ=√((R+jωL)(G+jωC)) Экспериментально собственное затухание кабеля можно определить как разность уровней входного и выходного сигналов в том случае, если сопротивление источника сигнала и нагрузки равны между собой и волновому сопротивлению кабеля. В процессе реальной эксплуатации это условие выполняется не во всех случаях, что обычно сопровождается увеличением затухания. Такое затухание называется рабочим. Из изложенного следует важный практический вывод о том, что для минимизации рабочего затухания и его приближения к собственному сопротивление источника сигнала и нагрузка должны быть равны волновому сопротивлению, то есть, по терминологии электротехники, должна быть обеспечена согласованная нагрузка как источника сигнала, так и самого кабеля. Из формулы выше следует, что затухание является частотнозависимой величиной и, как все входящие в него параметры, зависит от длины кабеля. Результаты анализа формулы показывают, что затухание связано с длиной витой пары линейной зависимостью на всех частотах. Для упрощения выполнения инженерных расчетов удобно пользоваться параметром коэффициента затухания или погонного затухания α, который численно равен затуханию кабеля фиксированной длины (применительно к кабелю типа витой пары это обычно 100 м). Величины коэффициента затухания α, длины L и затухания А связаны между собой следующим простым соотношением: А |дБ| = α |дБ/100 м| х L |м|/100 Чем меньше величина затухания, тем более мощным оказывается сигнал на входе приемника и тем устойчивее при прочих равных условиях связь. Затухание вызывается активным сопротивлением и потерями в диэлектрической изоляции. Определенный вклад в затухание вносят также излучение электромагнитной энергии и отражения. Любой проводник, по которому течет переменный ток, является источником излучения в окружающее пространство. Оно отбирает у сигнала энергию и ведет к возрастанию затухания сигнала. Это явление резко возрастает с увеличением частоты сигнала. При λ < а, где λ - длина волны электромагнитного сигнала, а - расстояние между проводами, большая часть энергии идет на излучение в окружающее пространство и передача в неэкранированной направляющей системе становится невозможной. Для стандартной витой пары величина параметра а имеет значение порядка 2 мм, то есть критическая частота для нее будет равна 15 ГГц, что на два порядка ниже рабочих частот самых совершенных витых пар (-150 МГц). С ростом частоты потери на электромагнитное излучение возрастают. Для минимизации потерь на излучение применяют балансную передачу и скрутку проводников в пары. Как было отмечено выше, в идеальной симметричной цепи электромагнитное излучение отсутствует. На практике таких идеальных симметричных цепей не существует. Дело в том, что в такой цепи проводники должны бесконечно плотно прилегать друг к другу и в пределе быть стянутыми в бесконечно тонкую линию, суммарный протекающий через которую ток равен нулю. Проводники с меньшим диаметром и более тонкой изоляцией плотнее прилегают друг к другу. Однако чрезмерное уменьшение сечения проводника и утоньшение изоляции ведет к повышению затухания за счет роста активного сопротивления и увеличения проводимости изолирующих покровов.  Частотная зависимость первичных параметров электрического кабеля Из эквивалентной схемы можно сделать вывод о том, что затухание с ростом частоты имеет тенденцию к росту. Это обусловлено как ростом сопротивления продольной ветви в основном за счет элемента L, так и падением сопротивления поперечной ветви, которое обусловлено главным образом наличием емкости (элемент С). По стандарту TIA/EIA-568-А на длине 100 м и при температуре 20° С частотная характеристика A(f) максимально допустимого затухания, начиная с 0,772 МГц, для кабелей категорий 3, 4 и 5 определяется согласно следующему выражению A (f) = k1√f + k2f + k3√f, где: А, дБ - максимальное допустимое затухание f, МГц - частота сигнала k1, k2, k3 - константы, определяемые в зависимости от категории кабеля (см. таблицу ниже)
Кроме аналитического задания величины затухания стандарт TIA/EIA-568-А определяет этот параметр также в табличной форме с расширением нормируемых значений в область нижних частот. Это бывает полезным при выполнении инженерных расчетов трактов связи, предназначенных для поддержки работы некоторых приложений, а также позволяет сразу же получить необходимую информацию без выполнения вычислений.  Максимальное допустимое затухание кабелей категории 3,4 и 5 на длине 100 м при t=20ºС по стандарту TIA/EIA-568-A На рисунке выше показаны частотные зависимости предельно допустимых затуханий кабелей различных категорий, вычисленные по формуле выше. Аппроксимация по формуле оказалась очень удачной и достаточно часто используется многими производителями кабельной продукции для описания характеристик их изделий. При этом принимаются свои значения коэффициентов k1-k3, а область действия распространяется на частоты до 400 и даже 550 МГц. Переходное затухание При передаче сигнала часть его энергии вследствие неидеальности балансировки витой пары переходит в электромагнитное излучение, которое вызывает наведенные токи в соседних парах. Этот эффект называется переходными наводками. Наводки, накладываясь на полезные сигналы, передаваемые по соседним парам, могут приводить к ошибкам приема и в конечном итоге снижают качество связи. Разность между уровнями передаваемого сигнала и создаваемой им помехи на соседней паре называется переходным затуханием. В зависимости от места и метода измерения этого параметра различают несколько видов переходного затухания, см. рисунок, на котором через Ii обозначены токи наводок, создаваемые различными участками влияющей витой пары во влияемой.  Переходные наводки на ближнем (слева) и дальнем (справа) концах соседней пары Если источник сигнала и точка измерения находятся на одном конце, то говорят о переходном затухании на ближнем конце, если на разных - то о переходном затухании на дальнем конце. В технике СКС первое из них традиционно имеет заимствованное из англоязычной технической литературы обозначение NEXT (Near End Crosstalk), а второе - FEXT (Far End Crosstalk). В отечественной технической литературе, посвященной кабелям городской и междугородной связи, аналогичные параметры обозначаются соответственно А0 и А1. Чем выше значение NEXT и FEXT, тем меньший уровень имеет наводка в соседних парах, и соответственно тем более качественным является кабель. С практической точки зрения представляет интерес частотная зависимость переходного затухания на ближнем и дальнем концах, а также зависимость этих параметров от длины линии. Влияющая пара и пара, подверженная влиянию, проложены параллельно под общей защитной оболочкой. За счет этого их проводники могут рассматриваться как обкладки конденсатора. Это означает, что с ростом частоты переходное затухание падает. Стандарт TIA/EIA-568-A нормирует минимальные значения переходного затухания на ближнем конце при длине кабеля 100 м. Для определения минимально допустимого параметра NEXT на частотах, превышающих 0,772 МГц, используется следующее аппроксимирующее выражение: NEXT(f) = NEXT(0,772) - 15 lg (f/0,772) где: NEXT(0,772) - минимально допустимое переходное затухание на ближнем конце на частоте 0,772 МГц, которое для кабелей категорий 3, 4 и 5 принимается равным 43, 58 и 64 дБ соответственно f, МГц - частота сигнала. Дополнительно стандарт нормирует значения NEXT на частотах менее 0,772 МГц, что бывает необходимо для некоторых приложений. Нормируемые значения в этом случае представляются в табличной форме. Результаты расчетов по формуле выше приведены на рисунке.  Максимально допустимые значения NEXT для кабелей категории 3,4 и 5 на длине 100 м по стандарту TIA/EIA-568-A Суммирование отдельных составляющих одной частоты переходной помехи на ближнем конце происходит с различными фазами (по напряжению). Поэтому реальный график частотной зависимости величины NEXT имеет вид шумообразной кривой с резкими перепадами величин переходного затухания на близких частотах. Стандарты нормируют только минимальную величину параметра NEXT, и кабель считается соответствующим требованиям стандарта, если во всем рабочем частотном диапазоне реальная величина NEXT не падает ниже определенного нормами значения. Типовая зависимость переходного затухания на ближнем и дальнем концах от длины линии показана на рисунке.  Зависимость переходного затухания не дальнем и ближнем концах от длины линии Переходное затухание на ближнем конце с увеличением длины линии сначала несколько уменьшается, а затем стабилизируется. Качественное объяснение этого эффекта состоит в том, что, начиная с определенной длины линии, токи помех с отдаленных участков приходят на ближний конец настолько ослабленными, что практически не увеличивают взаимного влияния между цепями, и величина NEXT остается постоянной. Отсюда следует, что значения NEXT для двух концов одной пары могут существенно различаться между собой, поэтому все стандарты требуют его измерения с обеих сторон. График зависимости переходного затухания на дальнем конце от длины линии носит экстремальный характер. Вначале, пока длина линии мала, увеличение ее протяженности увеличивает мощность помехи. По мере увеличения длины начинает проявляться рост затухания помеховых составляющих, и FEXT монотонно возрастает. Для улучшения параметра NEXT в симметричных кабелях применяют различный шаг скрутки витых пар. Кроме ослабления электромагнитной связи отдельных пар такое решение не позволяет им плотно прилегать друг к другу по всей длине, что дополнительно увеличивает переходное затухание. Известно, что сетевое оборудование различного назначения по-разному использует симметричный кабель как среду передачи. Поэтому в зависимости от приложения и метода использования кабеля нормирование величины переходных помех или, что эквивалентно, переходного затухания выполняется по-разному. Наиболее популярными ЛВС в настоящее время являются сети Ethernet. При использовании полнодуплексного режима передатчик и приемник работают одновременно, и эта аппаратура использует для работы две витые пары одного кабеля. Этот случай в схематическом виде изображен на рисунке.  К определению NEXT При этом ослабленный после прохождения по витой паре информационный сигнал взаимодействует на входе приемника с мощной переходной помехой работающего на этом же конце передатчика. Поэтому достаточно нормировать следующий параметр: NEXT = Рс - max Рп Где, Рс - уровень сигнала, Рп - уровень создаваемой им переходной помехи Величина max Рп берется на наихудший случай, так как заранее неизвестно, какие две пары будут использоваться сетевым оборудованием для организации информационного обмена. В последнее время при построении сетевого оборудования четко обозначилась тенденция использования им для передачи информации одновременно нескольких пар (оборудование ЛВС 100Base-T4, 100VG AnyLAN и 1000Base-TX). С другой стороны, сигналы нескольких приложений все чаще передаются в одном многопарном кабеле. В данной ситуации нормирование только параметра NEXT оказывается недостаточным, так как на приемник одновременно действует несколько источников помех. Для учета этого обстоятельства используется более сложная расчетная модель, которая для 4-парного кабеля имеет вид, изображенный на рисунке (все пары действуют на одну), и нормируется параметр так называемой суммарной мощности (power sum).  К определению PS-NEXT Из-за разного расстояния между парами, различного шага скрутки и т.д. разность между величинами NEXT и PS- NEXT оказывается равной не 4,8 д Б, а примерно 2 дБ. Наконец, в новейших перспективных приложениях типа Gigabit Ethernet вход приемника и выход передатчика развязаны с помощью дифференциальной системы. Это позволяет одновременно использовать одну витую пару для приема и передачи сигналов. В этой ситуации дополнительно к переходным помехам на ближнем конце необходимо учитывать также помехи на дальнем конце и соответственно нормировать величину переходного затухания на дальнем конце: FEXT=Pc - max Pп Где, Pп - уровень переходной помехи на дальнем конце  К определению PS-NEXT Аналогично переходной помехе на ближнем конце можно также ввести параметр PS-FEXT. Аналогично переходной помехе на ближнем конце может нормироваться и значение суммарной переходной помехи на дальнем конце. Переходная помеха на дальнем конце обычно оказывается меньшей по сравнению с переходной помехой на ближнем конце. Однако в отличие от помех на .ближнем конце эти помеховые составляющие достаточно часто суммируются синфазно или с небольшой разностью фаз, что может дополнительно увеличить их мощность. И, наконец, некоторые производители начинают нормировать так называемую глобальную переходную помеху GXT (global crosstalk), которая равна сумме наведенных переходных помех на обоих концах кабеля. В настоящий момент официальными редакциями стандартов задаются только величины NEXT и PS-NEXT (последнее значение приводится для многопарных и комбинированных кабелей), нормирование величин FEXT и GXT производится ограниченным количеством фирм. Защищенность Для оценки качества передачи информации в технике проводной связи широко используется параметр защищенности от помех, или просто защищенности, который представляет собой разность между уровнями полезного сигнала и помехи в рассматриваемой точке. К определению NEXT Для расчетной модели уровень сигнала составляет Рс = Рпер - А, а уровень переходной помехи Рпп = Рпер - NEXT. Защищенность согласно определению будет равна: ACR = NEXT - А то есть зависит только от величин затухания и переходного затухания.  К определению параметра защищенности Параметр ACR определяет величину превышения помехи полезным сигналом и поэтому является интегральной характеристикой качества кабеля. Использованная для обозначения защищенности аббревиатура ACR означает Attenuation to Crosstalk Ratio. По мере увеличения величины ACR при прочих равных условиях начинает возрастать отношение сигнал/шум, и соответственно растет устойчивость связи. Из-за того что NEXT и А зависят от частоты, параметр ACR также является частотно-зависимым. Стандарт ISO/IEC 11801 регламентирует минимально допустимые значения ACR для кабелей категории 5 на частотах 20 МГц и выше. TIA/EIA-568-A специально не оговаривает предельных значений ACR на разных частотах, однако они могут быть вычислены по формуле ACR = NEXT - А. Результаты этих расчетов для кабелей категорий 3, 4 и 5 на длине 100 м представлены на рисунке.  Расчетные значения минимально допустимых параметров ACR по данным стандарта TIA/EIA-568-A для кабелей категории 3,4 и 5 на длине 100 м Из этого рисунка видно, что, в худшем случае, сигнал на входе приемника должен превышать шумы наводок от соседней пары не менее чем на 10 дБ, что эквивалентно отношению сигнал/шум в 3,16 раз по напряжению или в 10 раз по мощности. Введение параметра ACR позволяет конкретизировать понятие верхней граничной частоты кабеля. Считается, что кабели из витых пар с установленными на них оконечными разъемами обеспечивают устойчивую полнодуплексную работу любого приложения с такой верхней граничной частотой, на которой параметр ACR составляет 10 дБ. Это положение отдельно выделено на рисунке. К определению параметра защищенности Исключением из данного правила являются кабели категории 4, у которых на частоте 20 МГц ACR = 26 дБ. При этом верхнюю граничную частоту приложения не следует путать с максимальной частотой кабеля, на которой изготовитель сертифицирует его параметры, так как зачастую на ней значения ACR получаются отрицательными (особенно ярко это проявляется для неэкранированных конструкций с относительно невысоким NEXT). Необходимость сертификации параметров кабеля на этих частотах возникает для оценки возможности его использования для полудуплексной или однонаправленной (симплексной) передачи каких-либо сигналов, например телевизионных. В случае высокочастотных приложений, которые в процессе работы используют для передачи информации все витые пары и одновременно в двух направлениях, нормирование только величины ACR оказывается недостаточным. Для расчета помеховой составляющей, создаваемой наводками на дальнем конце, используется аналогичная ACR величина ELFEXT=FEXT-A Применяемое для обозначения этого параметра сокращение ELFEXT означает Equal Lewel for Far End Crosstalk - эквивалентный уровень переходного затухания на дальнем конце. Способы передачи по витым парам Параметр NVP (от англ. Nominal Velocity of Propagation) является мерой замедления скорости распространения электромагнитной волны вдоль витой пары, он численно равен отношению последней величины к скорости света в вакууме и выражается в виде десятичной дроби или в процентах. Достаточно редко для его обозначения применяется также сокращение VOP (velocity of propagation). Необходимость его учета связана с тем, что конечная скорость распространения приводит к появлению довольно значительной задержки прохождения сигналов, что может быть критичным для некоторых приложений, например для сетей Fast Ethernet. Стандарты задают только самые общие требования к величине NVP и в настоящее время не определяют метод ее измерения.
Величина NVP витой пары зависит от диаметра проводников, расстояния между ними и от типа диэлектрика. Так, например, для проводников с полиэтиленовой изоляцией NVP составляет 0,65-0,7, с изоляцией из тефлона - 0,69-0,73, а применение поливинилхлоридных материалов уменьшает его значение до 0,60-0,64. Как и большинство первичных и вторичных параметров витой пары NVP имеет определенную зависимость от частоты. При типичном значении NVP в диапазоне 60%-75% для сегмента в 100 м время прохождения сигнала составляет 370-550 нс. Значение NVP меняется в зависимости от состояния изоляции жил кабеля и температуры окружающей среды не более чем на 3% от номинального значения. Разброс задержек прохождения сигналов по витым парам (параметр skew) В кабелях, содержащих несколько витых пар, каждая их них будет характеризоваться индивидуальным временем прохождения сигнала от передатчика к приемнику.  К определению параметра skew Разброс времени прохождения вызывается двумя основными причинами: - разбросом скоростей распространения электромагнитной волны по витым парам; - o разностью электрических длин витых пар, обусловленной различным шагом скрутки. Максимальная разность задержек прохождения между всеми парами обозначается параметром skew. Действующие редакции стандартов не предъявляют специальных требований к skew, поэтому этот параметр нормируют в технических условиях на свою продукцию только некоторые производители. Полезность нормирования значений skew объясняется, главным образом, следующими двумя причинами. Во-первых, оборудование некоторых высокоскоростных локальных сетей, таких как lOOVG-AnyLAN и 100Base-T4 использует для передачи сигналов все четыре пары одновременно. На передающей стороне сигнал распределяется по четырем парам, а на приемной опять собирается в исходный вид. Нормальное функционирование такой схемы передачи информации возможно только в том случае, если сигналы по всем четырем парам достигают приемника одновременно или по крайней мере не с очень большим разбросом. При нарушении этого условия возможен сбой синхронизации, и восстановление исходного сигнала на приемной стороне станет невозможным. Например, для сетей 100Base-T4значение параметра skew не должно превышать 50 не на максимальной длине сегмента. Во-вторых, принцип действия портативных кабельных сканеров при измерении длины кабельных сегментов основан на измерении времени задержки между посылкой короткого импульса и приходом отраженного сигнала. При известной скорости распространения электромагнитных волн по кабелю можно вычислить его длину. Если скорости распространения по парам будут различны, то сканер будет выдавать разные значения длины кабеля по разным витым парам. Если все пары изготовлены из одних и тех же материалов, по одной и той же технологии и в едином технологическом цикле, то разброс задержек распространения по ним сигналов будет весьма мал (как правило менее 10 нс). В последнее время некоторые производители стали выпускать кабели, в которых с целью повышения пожарной безопасности изоляция одной или двух пар изготовлена из тефлона, а остальных - из других изоляционных материалов. Хотя электрические характеристики таких кабелей соответствуют требованиям пятой категории, их skew может достигать 60 нс и более. Влияние на величину skew различного шага скрутки пар кабеля менее значительно и, как правило, не превышает 10 нс. Возможность изменения параметра NVP за счет изменения шага скрутки и выбора материала изоляции используется в некоторых конструкциях горизонтальных кабелей для минимизации величины skew. В этих изделиях изоляцией из "быстрого" тефлона покрываются проводники тех пар, которые дают наибольшее время задержки. Структурные возвратные потери Реальная линия всегда имеет более или менее сильные неоднородности, которые приводят к появлению отражений. Основными источниками неоднородностей являются производственные и эксплуатационные дефекты кабеля, разъемные соединители и оконечные нагрузки с сопротивлением, отличным от волнового. Электромагнитная волна, встречая такие неоднородности в процессе распространения по кабелю, частично отражается от них и возвращается к началу. При наличии нескольких неоднородностей волна претерпевает серию отражений. Результатом этого является возникновение в линии двух дополнительных паразитных потоков энергии: обратного, состоящего из суммы отраженных волн и попутного, возникающего в результате двойных отражений. Обратный поток приводит к колебаниям входного сопротивления. Это затрудняет согласование с аппаратурой на концах линии, что сопровождается ростом рабочего затухания и приводит к искажениям передаваемого сигнала Попутный поток искажает форму передаваемого сигнала и также создает помехи передачи. Особенно заметно его влияние на качество телевизионного изображения. Для нормальной передачи телевизионных программ мощность попутного потока не должна превышать 1% основного. Интенсивность обратного отражения электромагнитных волн в местах неоднородности волнового сопротивления характеризуются параметром SRL (Structural Return Loss), который определяется как отношение мощности основного сигнала к мощности обратного потока энергии. Чем выше значение SRL, тем меньшую мощность имеют обратный и соответственно попутный потоки энергии, и тем более качественным является кабель. Этот параметр из-за своей малости нормируется в логарифмических единицах и в стандартах указывается для длины кабеля 100 м. Например, для горизонтального кабеля категории 5 в наихудших условиях его значение до частот 20 МГц должно составлять не менее 23 дБ. В полосе частот 20-100 МГц минимально допустимая величина параметра SRL рассчитываются по формуле: SRL = 23 - 101g(f/20) Где, f - частота в МГц. Норма на SRL должна выполняться для всех пар. Шум от внешних источников ЭМИ Вследствие неидеальности балансировки в витых парах могут возникать наводки от внешних источников электромагнитного излучения. Имеется два основных вида внешних наводок: - электромагнитная интерференция EMI (Electromagnetic Interference). Для нее характерны низкие частоты и высокие амплитуды. Эту наводку создают в основном электромоторы стартеры флуоресцентных ламп и силовые кабели; - радиочастотная интерференция RFI (Radio Frequency Interference). Для нее характерны высокие частоты и низкие амплитуды. Основными источниками наводок этого вида являются сотовые радиотелефоны, радиовещание, телевидение и источники питания с высокочастотным преобразованием. В целом витые пары весьма устойчивы к внешнему ЭМИ. Поэтому стандарты не предусматривают специальных требований к уровню шума, наведенного внешним ЭМИ. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||