Кабельные тестеры / OTDR. Тестирование обратных потерь в медных кабелях и оптоволокне

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру кабельных тестеров по ссылке в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы для тестирования кабельных и сетевых инфраструктур. Также рекомендуются статьи для последующего самообразования

Что такое возвратные потери?

Возвратные потери — это отношение мощности сигнала, введенного из источника, к количеству, которое возвращается или отражается обратно к источнику. Это критически важный параметр производительности как в медных витых парах, так и в волоконно-оптических кабельных системах, поскольку этот параметр может мешать передаваемому сигналу и может способствовать увеличению измеренных вносимых потерь (количества мощности, которое сигнал теряет при прохождении по кабельной линии). Если больше мощности отражается обратно к источнику, на дальнем конце кабеля остается меньше мощности. В некоторых волоконно-оптических системах возвратные потери могут даже повредить лазерный источник приемопередатчика.

Формула расчета возвратных потерь

Измеряемые в децибелах (дБ) обратные потери рассчитываются путем сравнения входной (или падающей) мощности с отраженной мощностью по следующей формуле:

Возвратные потери = 10*log (мощность падающего сигнала/мощность отраженного сигнала) в +дБ

Результат всегда является положительным числом, и чем больше значение, тем лучше. (Тот факт, что значение выражается как положительное, является требованием стандартов TIA и ISO, но может привести к путанице — узнайте больше в статье: Вы уверены, что оно отрицательное?) Подумайте, если бы никакая часть мощности исходного сигнала не отражалась обратно, были бы бесконечные возвратные потери. Более высокие возвратные потери, как правило, коррелируют с меньшими искажениями в передаваемом сигнале.

Возвратные потери versus отражение

Отражение по сути является обратной величиной обратных потерь. Вместо количества введенного сигнала по сравнению с количеством возвращенного, отражение является количеством возвращенного сигнала по сравнению с количеством введенного. Отражение также выражается в дБ, но это отрицательное число, как показано в этой формуле:

Коэффициент отражения = 10*log (отраженная мощность/падающая мощность) в –дБ

Чем меньше число, тем лучше отражательная способность. Один из способов узнать, какие значения лучше — высокие или низкие, — это помнить, что значения, более удаленные от нуля, лучше как для обратных потерь, так и для отражательной способности. Обратите внимание, что в то время как обратные потери используются для проверки всей волоконно-оптической линии, отражательная способность используется для отдельных событий, т. е. точек соединения. (Узнайте больше в нашей статье о разнице между обратными потерями и отражательной способностью.)

Возвратные потери в оптоволокне

Возвратные потери в оптоволоконных кабельных системах намного меньше, чем в медных. Это одна из причин, по которой оптоволокно поддерживает гораздо большие расстояния. Например, типичные оптические возвратные потери колеблются от 20 дБ до 75 дБ в зависимости от применения и типа, длины волны, ширины импульса и коэффициента обратного рассеяния тестируемого волокна. Для сравнения, предел возвратных потерь для медной витой пары категории 6 составляет 10 дБ на частоте 250 МГц.

Отдельные точки соединения также имеют значение отражательной способности, которое можно измерить с помощью оптического рефлектометра временной области (OTDR). Однако большинство производителей указывают отражательную способность своих компонентов в возвратных потерях, что означает, что значение выражается положительным числом. Помните, что отражательная способность — это отрицательное число; чем меньше число, тем лучше будут общие возвратные потери и вносимые потери в линии. Хороший многомодовый волоконно-оптический разъем будет иметь отражательную способность -35 дБ или ниже (или возвратные потери 35 дБ или выше), в то время как хороший одномодовый разъем будет иметь отражательную способность -50 дБ или ниже. Хорошее сварное соединение обычно имеет гораздо более низкие значения, и эти значения часто невозможно измерить с помощью большинства полевых тестеров.

Причины обратных потерь в оптоволоконных системах

Возвратные потери в оптоволоконной системе в первую очередь вызваны френелевскими отражениями в точках соединения (т. е. разъемах и сращиваниях). Грязные торцевые поверхности разъемов являются наиболее распространенной причиной, ухудшая возвратные потери на 20 дБ и более. Возвратные потери также могут быть вызваны плохо отполированными торцевыми поверхностями, плохо сопряженными разъемами (т. е. воздушными зазорами и несоосностью сердечника), трещинами в волокне, открытыми концами волокон и примесями, внесенными в сердечник волокна в процессе производства. Микро- и макроизгибы в волокне, которые могут возникнуть в результате напряжений при установке, таких как превышение радиуса изгиба или требований к натяжению, также могут влиять на возвратные потери. Угол торцевой поверхности разъема также может влиять на возвратные потери. Торцевая поверхность разъема UPC (ультрафизический контакт) слегка закруглена, в то время как торцевая поверхность разъема APC (угловой физический контакт) наклонена на 8 градусов

. 

Формы торцов разъемов UPC и APC

Когда два разъема UPC соединяются, отражение направлено прямо через сердцевину волокна к источнику. Однако наклонный торец разъема APC заставляет большую часть отраженного света наклоняться и поглощаться оболочкой, которая окружает сердцевину волокна. В то время как хороший одномодовый разъем UPC будет иметь значение -50 дБ или ниже, одномодовый разъем APC обычно имеет значение -60 дБ или ниже. Поэтому подключение APC часто используется в волоконных приложениях, которые более восприимчивы к отражению. (Узнайте больше о подключении волокна APC.)

Требования к возвратным потерям

Как упоминалось ранее, хорошие показатели возвратных потерь также являются хорошим показателем хороших показателей вносимых потерь, которые являются основным параметром, необходимым для обеспечения поддержки оптоволоконных приложений и требуются для сертификационного тестирования затухания волокна (иногда называемого потерями или уровнем 1). Низкие показатели возвратных потерь могут в конечном итоге привести к тому, что оптоволоконная линия не сможет пройти сертификационное тестирование из-за вносимых потерь. Кроме того, существуют некоторые приложения, которые более восприимчивы к отражению, где количество и значения возвратных потерь точек подключения могут снизить требования к максимальным вносимым потерям. Это ситуация с недорогими маломощными трансиверами, используемыми в новых приложениях DR и FR с короткой досягаемостью в одномодовом режиме. Следовательно, стандарты IEEE указывают значения отражательной способности соединения для этих приложений на основе количества сопряженных пар в канале. Это может потребовать уменьшения количества сопряженных пар или максимально допустимых вносимых потерь канала. (Узнайте больше о требованиях к вносимым потерям в одномодовом режиме с короткой досягаемостью.)

Инструменты для тестирования обратных потерь в оптоволоконных системах

В то время как набор для тестирования оптических потерь (OLTS), такие как Кабельные тестеры/OTDR Fluke Networks CertiFiber® Pro и NOYAFA-8601S, обеспечивают тестирование затухания канала и линии связи с низкой неопределенностью, для полевых испытаний на возвратные потери, в волоконно-оптической системе требуется OTDR, который может измерять количество света, отраженного обратно к источнику. Это необходимо для проектов, которые определяют расширенное (иногда называемое Tier 2) тестирование в дополнение к тестированию затухания. OTDR передают мощные световые импульсы в волокно, и когда эти импульсы света встречают отражающие события (т. е. соединения, разрывы, трещины, сращивания, резкие изгибы или конец волокна), они отражаются обратно, отслеживаются и характеризуются прибором. Возвратные потери для линии связи измеряются путем расчета суммы всего света, отраженного от всех событий, и общего обратного рассеяния линии связи. OTDR также предоставляет значения отражательной способности и местоположение для каждого отдельного события, что идеально подходит для таких приложений, как одномодовые кабели с коротким радиусом действия, где вам необходимо знать удельную отражательную способность соединений, а также для устранения неполадок.

Важно отметить, что использование OTDR считается альтернативным методом тестирования. Он не заменяет OLTS, поскольку измерение общего затухания, достигнутое с помощью OTDR, не обязательно отображает общие потери, которые возникнут в линии после ее запуска. (Узнайте больше об использовании как OLTS, так и OTDR для полной стратегии тестирования.)

Процедура тестирования возвратных потерь для оптического волокна

Тестирование обратных потерь с помощью OTDR требует использования шнуров запуска и приема, которые позволяют измерять отражательную способность первого и последнего разъема, чтобы их можно было включить в общее измерение обратных потерь. Длины волокна запуска и шнура приема также необходимо удалить из измерения с помощью компенсации. Такие OTDR, как OptiFiber™ Pro, легко настроить, просто выбрав тип волокна и пределы тестирования, а затем установив компенсацию запуска.

При использовании OTDR тестирование выполняется в двух направлениях, поскольку отражательная способность определенных разъемов и соединений зависит от направления тестирования. Даже если два соединенных волокна одного типа, волокна могут иметь небольшие отклонения и разные коэффициенты обратного рассеяния, что может привести к тому, что после соединения будет отражаться больше света, чем до соединения.

OTDR отображает отраженный и обратно рассеянный свет в виде трассы, которая графически отображает характеристику волоконной линии. Опытные пользователи OTDR обычно могут распознавать отражающие события для шнуров запуска, разъемов, механических сращиваний, сварных сращиваний, несоответствующих волокон и конца линии связи. Однако не все являются экспертами в анализе трасс. OptiFiber Pro имеет расширенную логику, которая автоматически интерпретирует трассу и предоставляет «EventMap», которая указывает местоположение и отражательную способность разъемов, сращиваний и аномалий. (Узнайте больше о поиске и устранении неисправностей волокна, включая OTDR, в нашей белой книге «Поиск и устранение неисправностей волокна».)

Примеры EventMap и трассировки результатов OTDR на инструменте OptiFiber

Возвратные потери в меди

Возвратные потери также являются параметром производительности для медных витых парных кабельных систем. Ключевым отличием является тот факт, что возвратные потери по меди изменяются в зависимости от частоты сигнала — по сути, они считаются измерением шума и, следовательно, хуже на более высоких частотах. Например, максимально допустимые возвратные потери для категории 5e, указанной для 100 МГц, составляют около 16 дБ, в то время как для категории 6A, указанной для 500 МГц, они составляют всего 8 дБ. Помните, чем выше число, тем лучше возвратные потери. В медных кабелях слишком большие возвратные потери могут увеличить перекрестные помехи, исказить сигналы и привести к более высокому уровню битовых ошибок.

Причины возвратных потерь в медных кабельных системах

Возвратные потери в медных кабельных соединениях вызваны несоответствиями импеданса, которые могут возникать между компонентами, или незначительными изменениями импеданса по длине кабеля. Вот почему производители соединений стремятся проектировать свои вилки и гнезда с согласованным импедансом, в то время как производители кабелей стремятся измерять и контролировать однородность на протяжении всего производственного процесса. Возвратные потери также могут быть вызваны перекрученными или поврежденными кабелями или ненадлежащей практикой терминирования, такой как дополнительное ненужное раскручивание пар в точках терминирования. Другой потенциальной причиной возвратных потерь в медных кабелях является вода в кабеле.

Как проверить возвратные потери в медных кабельных системах

Поскольку обратные потери изменяются с частотой, они проверяются по всему диапазону частот для данного приложения. Например, в канале категории 5e обратные потери проверяются от 1 МГц до 100 МГц. Для категории 6A они проверяются от 1 МГц до 500 МГц. Серия тестеров Fluke Networks DSX CableAnalyzer™ автоматически проверяет каждую пару на каждой частоте в зависимости от проверяемого приложения и выводит результаты по всей частоте, как показано ниже.

Примеры результатов тестирования медного кабеля, отображаемые на Кабельном тестере DSX CableAnalyzer, демонстрирующие отказ из-за возвратных потерь (слева), частотный график возвратных потерь (в центре) и экран «Информация о неисправности», диагностирующий причину отказа из-за возвратных потерь.

Когда возвратные потери происходят в одной частотной точке, а все остальные частоты проходят с запасом, это обычно указывает на проблему с кабелем. Как правило, когда все четыре пары выходят из строя (особенно на более низких частотах), это может указывать на некачественный кабель или наличие воды в кабеле. Интерпретация частотных графиков отказов возвратных потерь требует значительных знаний, но эта способность включена в функцию «Информация о неисправностях» в DSX CableAnalyzer. (Узнайте больше о том, как измерять и тестировать возвратные потери в медных системах.)

Что делает Кабельные тестеры/OTDR для тестирования возвратных потерь хорошими?

Независимо от того, тестируете ли вы оптоволокно или медь, ключ к хорошему тестеру обратных потерь — точность.

Для тестирования сертификации оптоволокна вам нужен тестер, который поддерживает тестирование OTDR с возможностью тестирования многомодовых и одномодовых волоконных линий на нескольких длинах волн и в соответствии с отраслевыми стандартами или пользовательскими тестовыми пределами. Кроме того, возможность простой настройки тестера и автоматической интерпретации трассы OTDR с графической картой, показывающей местоположение событий отражения, может иметь большое значение для более плавного устранения неполадок. Являясь частью модульного семейства продуктов для сертификации кабелей Versiv™, OptiFiber™ Pro — это высокоточный OTDR, который обеспечивает удобство использования без громоздких и сложных функций для инженеров корпоративных сетей и установщиков кабелей как в корпоративных, так и в OSP-средах. OptiFiber Pro поддерживает управление результатами на основе облака LinkWare™ Live, может быть легко обновлен с помощью последней версии прошивки для поддержки новых приложений и подкреплен комплексным планом защиты с круглосуточной технической поддержкой.

Для сертификационного тестирования меди важно выбрать тестер, который независимо сертифицирован технически квалифицированной лабораторией для соответствия требованиям точности TIA и IEC для кабелей, которые вы планируете тестировать. Например, для тестеров TIA категории 6A / IEC класса EA требуется точность уровня IIIe. Для максимальной гибкости и обеспечения высокой точности измерений выбирайте тестер с точностью TIA уровня 2G или IEC уровня VI. Тестер должен иметь возможность сертифицировать производительность всех категорий кабелей и текущих приложений. Он должен показывать результаты для всех параметров на всех четырех парах кабеля, включая возвратные потери. (Также стоит помнить, что Alien Crosstalk является частью стандарта, поэтому наличие тестера, который измеряет его, бесценно в тех редких случаях, когда это требуется.) Наконец, тестер с диагностическими возможностями может сократить время, необходимое для устранения причин возвратных потерь. Серия тестеров сертификации медных кабелей DSX CableAnalyzer отвечает всем этим требованиям — и как часть платформы Versiv (как OptiFiber Pro), поддерживает LinkWare Live, может легко обновлять прошивку и поддерживается комплексной защитой Fluke Networks.

Если ваша команда работает как с оптоволоконными, так и с медными кабелями, ищите тестер, который может выполнять оба типа тестирования через один и тот же пользовательский интерфейс, что может значительно сократить как время обучения, так и вероятность ошибок. Программное обеспечение для создания отчетов и архивирования, которое поддерживает результаты тестирования медных и оптоволоконных кабелей, сэкономит еще больше времени — и Versiv также отвечает этим требованиям, имея единый пользовательский интерфейс для сертификации медных кабелей и тестирования OLTS и OTDR (и даже осмотра торцевой поверхности). Versiv позволяет указывать все четыре типа тестирования как часть одного проекта, гарантируя, что тесты не будут пропущены по ошибке. А для создания отчетов LinkWare предоставляет единую платформу для всех этих тестов как в версиях для ПК, так и в облачных версиях.