Czym jest Strata Odbiciowa Return Loss?
Strata Odbiciowa Return Loss jest stosunkiem mocy sygnału wysłanego ze źródła do mocy sygnału odbijanego z powrotem w kierunku źródła. Strata odbiciowa jest kluczowym parametrem zarówno w systemach okablowania miedzianego, jak i światłowodowego. Sygnał odbijany może zakłócać przesyłany sygnał przyczyniając się do wzrostu straty wtrąceniowej (ilość mocy, którą sygnał traci podczas drogi wzdłuż łącza kablowego). Wraz ze wzrostem mocy odbijanej, malej moc sygnału na końcu kabla. Dodatkowo w niektórych systemach światłowodowych sygnały powrotne mogą nawet uszkodzić źródło lasera.
Wzór na obliczenie straty odbiciowej
Mierzona w decybelach (dB), strata powrotna jest obliczana przez porównanie mocy wejściowej z mocą odbitą przy użyciu następującego wzoru:
strata odbiciowa = 10*log (moc wejściowa/ moc odbita) [+dB]
Wynik jest zawsze liczbą dodatnią, a wyższa wartość jest lepsza. (Fakt, że wartość jest wyrażona jako dodatnia jest wymogiem zarówno norm TIA i ISO, ale może wywoływać konsternację. Warto zauważyć, że gdyby żadna część mocy sygnału źródłowego nie została odbita z powrotem, to strata powrotna byłaby nieskończona. Zatem wyższa strata powrotna koreluje z mniejszymi zniekształceniami w przesyłanym sygnale.
Straty odbiciowe a reflektancja
Reflektancja jest w zasadzie odwrotnością straty powrotnej. Zamiast ilości sygnału wejściowego w porównaniu do ilości powracającej, reflektancja jest ilością sygnału zwróconego w porównaniu do ilości wejściowej. Reflektancja jest również wyrażona w dB, ale jest to liczba ujemna, jak pokazano w tym wzorze:
Reflektancja = 10*log (moc odbita / moc wejściowa) [-dB]
Im niższa liczba, tym lepszy reflektancja. Najłatwiej zapamiętać, że wartości bardziej oddalone od zera są lepsze zarówno dla straty odbiciowej, jak i reflektancji. Należy pamiętać, że podczas gdy strata odbiciowa jest używana do testowania całego łącza światłowodowego, reflektancja jest używana dla poszczególnych zdarzeń, tj. punktów połączenia.
Straty odbiciowe w światłowodzie
Straty odbiciowe w systemach okablowania światłowodowego są znacznie mniejsze niż w przypadku miedzi. Jest to jeden z powodów, dla których światłowód obsługuje znacznie większe odległości. Na przykład typowa optyczna strata powrotna wynosi od 20 dB do 75 dB, w zależności od aplikacji oraz typu, długości fali, szerokości impulsu i współczynnika rozpraszania wstecznego testowanego włókna. Dla porównania, graniczna wartość straty powrotnej dla połączenia skrętki miedzianej kategorii 6 wynosi 10 dB przy częstotliwości 250 MHz.
Poszczególne punkty połączeń mają również wartość reflektancji, którą można zmierzyć za pomocą optycznego reflektometru (OTDR). Jednak większość producentów określa współczynnik odbicia swoich komponentów w wartości straty odbiciowej, co oznacza, że wartość ta jest wyrażona jako liczba dodatnia. Pamiętaj, że reflektancja jest liczbą ujemną; im niższa liczba, tym lepsza będzie całkowita strata odbiciowa i strata wtrąceniowa w łączu. Dobre wielomodowe złącze światłowodowe będzie miało reflektancję -35 dB lub niższą (lub stratę odbiciową 35 dB lub większą), podczas gdy dobre złącze jednomodowe powinno mieć reflektancję -50 dB lub niższą.
Przyczyny strat odbiciowych w systemach światłowodowych
Straty odbiciowe w systemie światłowodowym są spowodowane głównie odbiciami Fresnela w punktach połączeń (tj. złączach i splotach). Zanieczyszczone powierzchnie czołowe złączy są zdecydowanie najczęstszą przyczyną, degradując straty odbiciowe o 20 dB lub więcej. Odbicia mogą być również spowodowane przez źle wypolerowane powierzchnie czołowe, źle dopasowane złącza (tj. szczeliny powietrzne i niewspółosiowość rdzenia), pęknięcia w włóknie, otwarte końce włókien i zanieczyszczenia wprowadzone do rdzenia włókna podczas procesu produkcyjnego. Mikro- i makro-zagięcia włókna, które mogą wystąpić w wyniku naprężeń instalacyjnych, takich jak przekroczenie promienia zgięcia lub wymagań dotyczących napięcia przy rozciąganiu, mogą również wpływać na straty odbiciowe.
Gdy dwa złącza UPC są połączone ze sobą, odbicie światła jest kierowane prosto do tyłu przez rdzeń włókna w kierunku źródła. Jednak kątowa powierzchnia czołowa złącza APC powoduje, że duża część odbitego światła jest kierowana w stronę osłony otaczającej rdzeń włókna i jest przez nią pochłaniana. Podczas gdy dobre jednomodowe złącze UPC będzie miało wartość reflektancji -50 dB lub niższą, reflektancja jednomodowego złącza APC powinna wynosić -60 dB lub mniej. Dlatego złącza APC są często stosowane w aplikacjach światłowodowych, które są bardziej podatne na odbicia.
Wymagania dotyczące strat odbiciowych
Jak już wspomniano, dobra wydajność strat odbiciowych jest również dobrym wskaźnikiem dobrej wydajności strat wtrąceniowych, która jest głównym parametrem wymaganym do zapewnienia wsparcia dla aplikacji światłowodowych i wymaganym do testowania certyfikacyjnego tłumienia włókien (czasami nazywanego stratą lub Tier 1). Słaba wynik strat odbiciowych może ostatecznie spowodować, że łącze światłowodowe nie osiągnie poziomu strat wtrąceniowych i nie przejdzie testów certyfikacyjnych.
Ponadto, istnieją pewne aplikacje, które są bardziej podatne na odbicia, gdzie liczba i wartości strat odbiciowych punktów połączeń mogą zmniejszyć maksymalne wymagania dotyczące strat wtrąceniowych. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku tanich transceiverów o małej mocy, używanych w nowszych aplikacjach jednomodowych DR i FR o krótkim zasięgu. W związku z tym standardy IEEE określają wartości współczynnika odbicia połączeń dla tych aplikacji w oparciu o liczbę skojarzonych par w kanale. Może to wymagać zmniejszenia liczby skojarzonych par lub maksymalnej dopuszczalnej straty wtrąceniowej kanału.
Narzędzia do badania strat odbiciowych w systemach światłowodowych
Podczas gdy zestaw do badania strat optycznych (OLTS), taki jak Fluke Networks CertiFiber® Pro, zapewnia testowanie tłumienia łącza i kanału z niską niepewnością, testowanie w terenie strat powrotnych w systemie światłowodowym wymaga OTDR, który może zmierzyć ilość światła odbitego z powrotem do źródła. Jest to wymagane dla projektów, które oprócz testowania tłumienia określają testowanie rozszerzone.
OTDRy transmitują do włókna wysokiej mocy impulsy świetlne, które spotkają wydarzenia (tj. połączenia, przerwy, pęknięcia, spawy, ostre zakręty, lub koniec włókna) w skutek których są odbijane z powrotem do miernika. Urządzenie śledzi przebieg sygnału oraz wyznacza jego charakterystykę. Strata odbiciowa dla łącza jest mierzona przez obliczenie sumy całego światła odbitego od wszystkich zdarzeń i całkowitego rozproszenia wstecznego łącza. OTDR dostarcza również wartości reflektacji i lokalizacje każdego pojedynczego zdarzenia. Jest to idealne rozwiązanie dla aplikacji jednomodowych krótkiego zasięgu oraz przy rozwiązywaniu problemów.
Ważne jest, aby pamiętać, że korzystanie z OTDR jest uważane za alternatywną metodę badania. Nie zastępuje OLTS, ponieważ pomiar tłumienia uzyskany z OTDR niekoniecznie przedstawia całkowitą stratę, która wystąpi na łączu.
Procedura badania strat odbiciowych w światłowodach
Testowanie straty odbiciowej z OTDR wymaga użycia kabli pomiarowych, które pozwalają na pomiar reflektancji pierwszego i ostatniego złącza, dzięki czemu mogą być uwzględnione w ogólnym pomiarze straty powrotnej. Długości kabli pomiarowych również muszą być usunięte z pomiaru poprzez kompensację. OTDRy takie jak OptiFiber™ Pro są łatwe do skonfigurowania poprzez proste wybranie typu włókna i limitów testowych, a następnie ustawienie kompensacji startowej.
Podczas korzystania z OTDR, testowanie odbywa się dwukierunkowo, ponieważ odbicie konkretnych złączy i splotów zależy od kierunku testu. Nawet jeśli dwa połączone włókna są tego samego typu, włókna mogą mieć niewielkie różnice powodujące wzrost światła odbitego po połączeniu niż przed połączeniem.
Przykłady mapy zdarzeń oraz charakterystyki OTDR w mierniku OptiFiber
Tłumienie odbicia w miedzi
Strata odbiciowa jest również parametrem wydajności dla systemów okablowania opartych na skrętce miedzianej. Kluczową różnicą jest fakt, że parametr w przypadku miedzi zmienia się w zależności od częstotliwości sygnału – jest ono zasadniczo traktowane jako pomiar szumu i dlatego jest gorsze przy wyższych częstotliwościach. Na przykład maksymalna dopuszczalna strata odbiciowa dla kategorii 5e w zakresie 100 MHz wynosi około 16 dB, natomiast dla kategorii 6A w zakresie 500 MHz zaledwie 8 dB. Należy pamiętać, że im wyższa liczba, tym strata odbiciowa jest bardziej korzystna. W okablowaniu miedzianym zbyt duża strata odbiciowa może zwiększyć przesłuchy, zniekształcić sygnały i spowodować wzrost błędów bitowych.
Przyczyny strat powrotnych w systemach okablowania miedzianego
Straty odbiciowe w okablowaniu miedzianym są spowodowane niedopasowaniem impedancji, która może wystąpić pomiędzy komponentami lub niewielkimi zmianami impedancji na długości kabla. Dlatego też producenci złączy starają się projektować swoje wtyczki i gniazda tak, aby miały dopasowaną impedancję, natomiast producenci kabli starają się mierzyć i kontrolować jednorodność w całym procesie produkcyjnym. Straty odbiciowe mogą być również spowodowane przez zagięte lub uszkodzone kable lub przez złe praktyki zakończenia, takie jak dodatkowe niepotrzebne skręcanie pary w punktach końcowych. Inną potencjalną przyczyną strat w okablowaniu miedzianym jest występowanie wilgoci.
Jak sprawdzić straty odbiciowe w systemach okablowania miedzianego
Ponieważ straty odbiciowe zmieniają się wraz z częstotliwością, są one testowane w całym zakresie częstotliwości dla danego zastosowania. Na przykład w kanale kategorii 5e tłumienie odbicia jest badane w zakresie od 1 MHz do 100 MHz. W przypadku kategorii 6A jest ona badana w zakresie od 1 MHz do 500 MHz. Seria testerów Fluke Networks DSX CableAnalyzer™ automatycznie testuje każdą parę przy każdej częstotliwości, w oparciu o podane zastosowanie, i generuje wykres w dziedzinie częstotliwości, jak pokazano poniżej.
Przykłady wyników badań kabli miedzianych wyświetlanych na urządzeniu DSX CableAnalyzer pokazujące defekt straty odbiciowej (po lewej), wykres częstotliwościowy straty odbiciowej (po środku) oraz ekran “Fault Info” diagnozujący przyczynę defektu straty odbiciowej.
Gdy strata odbiciowa występuje w jednym punkcie częstotliwości, a wszystkie inne częstotliwości mieszczą się w granicy tolerancji, przyczyną jest zwykle problem z kablem. Kiedy wszystkie cztery pary nie przechodzą testu (szczególnie przy niższych częstotliwościach), może to wskazywać na niską jakość kabla lub występowanie wilgoci. Interpretacja wykresów częstotliwościowych uszkodzeń strat odbiciowych wymaga znacznej wiedzy, funkcja “Fault Info” w DSX CableAnalyzer dostarcza gotowe informacje dzięki inteligentnej analizie danych pomiarowych
Co sprawia, że urządzenia do badania strat powrotnych są dobre?
Niezależnie od tego, czy testujesz włókna czy miedź, kluczem do dobrego testera strat odbiciowych jest jego dokładność.
Do badań certyfikacyjnych włókien, potrzeba testera, który obsługuje OTDR z możliwością testowania wielomodowych i jednomodowych łączy światłowodowych na wielu długościach fali do standardów branżowych lub niestandardowych limitów testowych. Dodatkowo, możliwość łatwego skonfigurowania testera i automatycznej interpretacji charakterystyki OTDR z graficzną mapą pokazującą lokalizację zdarzeń odbiciowych może w znacznym stopniu ułatwić rozwiązywanie problemów. Jako część modułowej rodziny produktów Versiv™ do certyfikacji okablowania, OptiFiber™ Pro jest wysoce dokładnym OTDR, który zapewnia użyteczność bez uciążliwych i skomplikowanych funkcji dla inżynierów sieciowych i instalatorów kabl. OptiFiber Pro obsługuje LinkWare ™ Live – platformę do zarządzania wynikami w chmurze, może być łatwo aktualizowany z najnowszym oprogramowaniem sprzętowym do obsługi nowych aplikacji i jest wspierany przez kompleksowy plan ochrony z 24×7 wsparcia technicznego.
W przypadku badań certyfikacyjnych miedzi, ważne jest, aby wybrać tester, który jest niezależnie certyfikowany przez technicznie wykwalifikowane laboratorium, aby spełnić wymagania TIA i IEC dotyczące dokładności okablowania, które ma być testowane. Na przykład, dokładność na poziomie IIIe jest wymagana dla testerów TIA Category 6A / IEC Class EA. W celu uzyskania maksymalnej elastyczności i zapewnienia bardzo dokładnych pomiarów należy wybrać tester z dokładnością TIA Level 2G lub IEC Level VI. Tester powinien mieć możliwość certyfikowania wydajności wszystkich kategorii kabli i aplikacji. Powinien pokazywać wyniki dla wszystkich parametrów na wszystkich czterech parach kabla, łącznie stratą odbiciową. (Warto również pamiętać, że Przesłuch Obcy Alien Crosstalk jest częścią normy, więc posiadanie testera, który go mierzy jest nieocenione w tych sporadycznych przypadkach, gdy jest to wymagane). Wreszcie, tester z możliwościami diagnostycznymi może skrócić czas potrzebny na usunięcie przyczyn niewłaściwych strat odbiciowych. Seria miedzianych testerów certyfikacyjnych DSX CableAnalyzer spełnia wszystkie te wymagania – a jako część platformy Versiv (podobnie jak OptiFiber Pro) obsługuje LinkWare Live, może łatwo aktualizować oprogramowanie i jest objęta kompleksową ochroną Fluke Networks.
Jeśli Twój zespół pracuje zarówno z okablowaniem światłowodowym jak i miedzianym, szukaj testera, który może wykonywać oba typy testów za pomocą tego samego interfejsu użytkownika, co może znacznie skrócić zarówno czas nauki jak i ograniczyć możliwość popełnienia błędów. Oprogramowanie do raportowania, które obsługuje wyniki testów miedzianych i światłowodowych pozwoli zaoszczędzić jeszcze więcej czasu – Versiv spełnia również te wymagania, dzięki jednemu interfejsowi użytkownika do certyfikacji miedzi oraz testów OLTS i OTDR (a nawet inspekcji powierzchni czołowych). Versiv pozwala na specyfikację wszystkich czterech typów testów w ramach jednego projektu, zapewniając, że testy nie zostaną pominięte przez pomyłkę. A w zakresie raportowania, LinkWare zapewnia pojedynczą platformę dla wszystkich tych testów zarówno w wersji na PC jak i w chmurze.
Opracowano na podstawie materiałów Fluke Networks.
Źródło zdjęć: https://www.flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/return-loss