Вся информация на сайте предназначена только для специалистов кабельной отрасли, энергетики и электротехники.
+
 

Электрические характеристики

Информация предоставлена - компанией АйТи

Основными электрическими параметрами горизонтального кабеля, которые нормируются действующими редакциями стандартов и представляют практический интерес, являются:

  1. собственное или "погонное" затухание - "Attenuation";
  2. переходное затухание - "NEXT" или "FEXT";
  3. защищенность - "ACR";
  4. сопротивление постоянному току - "Loop Resistance";
  5. номинальная скорость распространения - "NVP";
  6. возвратные потери - "Return Loss";
  7. волновое сопротивление -"Impedance";
  8. перекос фаз - "skew".

1. Attenuation - собственное затухание

При распространении сигнала по кабелю он постепенно теряет свою мощность - уменьшается амплитуда тока и напряжения. Численно эта величина выражается следующим образом:

,

где a - затухание, выраженное в децибелах на км или, чаще, на 100 м. Р0, Рl - мощности сигнала в начале и конце линии. Через первичные параметры затухание может быть выражено как:

,

где а - затухание, R,L,C,G - первичные параметры кабеля: Сопротивление, Индуктивность, Емкость и Проводимость изоляции. Рассмотрим их подробнее:

Первичные параметры

Сопротивление

Сопротивление медной жилы определяется главным образом сечением, т.к. при повышении частоты наблюдается так называемый поверхностный эффект, который состоит в следующем:

Рис. Поверхностный эффект и эффект близости

При поверхностном эффекте вихревые токи от переменного магнитного поля проводника с током 1 взаимодействуют с током этого же проводника (рис). В центре эти токи направлены встречно, а по краям попутно вызвавшему их току.В результате плотность тока увеличивается по мере удаления от центра проводника к его поверхности. Внутренние слои проводника при этом как бы не используются.

Эффект близости наблюдается при взаимодействии вихревых токов, наведенных магнитным полем проводника 1 в соседнем проводнике 2, с основным током этого проводника (рис). В результате такого взаимодействия происходит перераспределение плотности тока во втором проводнике, при этом она увеличивается на взаимообращенных друг к другу сторонах проводников симметричной цепи в случае, когда токи в проводниках текут в противоположных направлениях и на взаимно удаленных поверхностях при одинаковом направлении токов.

Оба эти эффекта сказываются тем сильнее, чем выше частота протекаемого тока.Суммарное действие этих эффектов приводит к увеличению сопротивления с ростом частоты. В случае многопроволочного проводника сопротивление дополнительно увеличивается за счет того, что вышеупомянутые эффекты наблюдаются в пределах каждой проволоки, и усиливаются тем, что радиус этих проволок мал. Поэтому требования к затуханию для шнуров, жила которых для гибкости скручивается из проволочек, снижены. К тому же площадь сечения проводника многопроволочных жил выбирается несколько большей по сравнению со сплошной жилой.

Емкость

Емкость двухпроводниковой линии определяется как:

где e -коэффициент диэлектрической проницаемости, D и d –диаметры по изоляции и медной жиле. Как видим, если исключить изменения e от частоты, емкость на высоких частотах не меняется. Коэффициент диэлектрической проницаемости зависит от материала изоляции, например у полиэтилена он равен 2,2-2,3, а у пенополиэтилена – 1,2-1,5, что существенно улучшает вторичные параметры.

Проводимость

Проводимость изоляции определяется выражением:

,

где С – емкость,w - угловая частота, tgd - тангенс угла диэлектрической проницаемости. Проводимость растет с увеличением частоты.

Индуктивность

Индуктивность двухпроводной линии:

,

где a - расстояние между проводниками, d – диаметр проводника, Q(x) – коэффициент учитывающий внутрипроводниковую индуктивность, который уменьшается с ростом частоты, вследствие поверхностного эффекта.

Первичные параметры зависят от частоты передаваемого сигнала следующим образом:

Различают собственное и рабочее затухания. Последнее несколько выше, так как в нем учитываются дополнительные потери, вызванные рассогласованием нагрузки и затухание вызванное соединениями и разъемами.

Как следствие изменяется от частоты и затухание. Оно растет приблизительно пропорционально квадратному корню из частоты. Точная зависимость определяется конструкцией конкретного кабеля, однако затухание во всем частотном диамазоне не должно превышать норм, определенных стандартами. В зависимости от категории кабеля требования к затуханию выражаются как:

Частота, МГц
Затухание, дБ
кат.З
кат.4
кат.5
100м
305м
100м
305м
100м
305м
0.772
2,2
6,8
1.9
5.7
1.8
5,5
1,00
2.6
7.8
2,2
6.5
2,0
6,3
4,00
5,6
17
4,3
13
4,1
13
10,00
9.7
30
6.9
22
6.5
20
16,00
13.1
40
8,9
27
8.2
25
20,00
-
-
10,0
31
9,3
28
31,25
-
-
-
-
11,7
36
62,50
-
-
-
-
17,0
52
100,00
-
-
-
-
22.0
67

Затухание прямо пропорционально длине кабеля. Вследствие зависимости сопротивления от сечения кабеля затухание также растет.

2. Переходные затухания - NEXT и FEXT

В кабелях на основе витой пары передача информации происходит по двухпроводным цепям, расположенным рядом под общей оболочкой. Электромагнитные поля соседних цепей оказывают воздействие друг на друга, что приводит к искажениям полезного сигнала и ухудшению качества связи - в сетях передачи данных к "потерянным пакетам".

Количественно этот параметр оценивают при помощи переходного затухания. Переходное затухание подразделяется на 2 величины - переходные затухания на ближнем и на дальнем концах (В иностранной литературе: NEXT - Near-End-Crosstalk и FEXT - Far-End-Crosstalk). Различия между ними заключаются в следующем:

     

Для вычисления NEXT используется отношение излученной мощности к мощности пришедшей вследствие наведенных токов на тот же конец кабеля, на котором расположен генератор:

, где NEXT (или A0) - переходное затухание на ближнем конце, дБ. P10 - мощность излученная генератором, P20 - мощность, пришедшая к ближнему от генератора концу подверженной влиянию линии.

, где FEXT (или Al) - переходное затухание на дальнем конце, дБ. P10 - мощность излученная генератором, P21 - мощность, пришедшая к дальнему от генератора концу подверженной влиянию линии.

Зависимости NEXT и FEXT от длины линии показаны на следующем графике:

Как видим, NEXT снижается с ростом линии, приходя к некоему стабильному значению. Это связано с тем, что влияющие токи уменьшаются по амплитуде по длине кабеля, и, следовательно их вклад в общую картину наводок становится меньше и меньше и значение NEXT стабилизируется. Иная картина наблюдается с FEXT, где имеется явно выраженный минимум переходного затухания.

В отличие от собственного затухания, большее значение переходного затуххания соответствует лучшей помехозащищенности, то есть более качественному кабелю.

Нормы переходного затухания для различных категорий кабеля выглядят следующим образом:

Частота, МГц
NEXT, дБ
кат.З
кат.4
кат. 5
0,772
43
58
64
1,00
41
56
62
4,00
32
47
53
10,00
26
41
47
16,00
23
38
44
20,00
-
36
42
31,25
-
 
40
62,50
-
 
35
100,00
-
-
32

Защищенность - ACR.

Под защищенностью (в иностранной литературе - ACR - Attenuation / Crosstalk Ratio) понимают разность между уровнем полезного сигнала и помехи в данной точке кабеля, или по определению:

Нетрудно убедиться, что ACR=NEXT-Attenuation, то есть ACR полностью зависит от других характеристик:

Считается, что кабель (как, впрочем, разъем, шнур и весь тракт целиком) обеспечивает устойчивую полнодуплексную работу любого приложения с такой верхней граничной частотой, на которой параметр ACR составляет 10 дБ. Это положение отдельно выделено на рис. Исключением из данного правила являются кабели категории 4, у которых на частоте 20 МГц величина ACR равна 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, когда понятие переходной помехи и, соответственно, защищенности от нее элементарно теряет смысл.

"Структурированные кабельные системы (2-е издание)" © компания АйТи, 2000"

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно