return loss что это
Что такое Attenuation, ACR, Return Loss и др. параметры при тестировании? Просто о сложном.
Витая пара (twisted pair) – это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передачи сигнала.
Один из основных параметров NEXT мы разобрали в отдельной статье и здесь рассматривать не будем. Обратим внимание на другие не маловажные параметры.
Impedance (импеданс).
Как всякий проводник, «Витая пара» имеет сопротивление переменному электрическому току. Однако это сопротивление может быть различным для различных частот. «Витая пара» имеет импеданс обычно 100 или 120 Ом. В частности для кабеля Категории 5 импеданс измеряется в диапазоне частот до 100 МГц и должен составлять 100 Ом ±15%.
Для идеальной пары импеданс должен быть одинаковым по всей длине кабеля, поскольку в местах неоднородности возникает эффект отражения сигнала, что в свою очередь может ухудшить качество передачи информации. Чаще всего однородность импеданса нарушается при изменении в рамках одной пары шага скрутки, перегиба кабеля при прокладке или иного механического дефекта.
Attenuation (затухание).
Attenuation (затухание) — потеря мощности сигнала. Характеристика вычисляется как отношение мощности полученного на конце линии сигнала к мощности сигнала, поданного в линию. Поскольку величина затухания изменяется с ростом частоты, она должна измеряться для всего диапазона используемых частот. Оценка результата тестирования для каждой пары выводится на основании наихудшего результата.
Для увеличения длины канала связи следует использовать более качественные кабели с защитой от помех и наводок.
ACR (Attenuation Crosstalk Ratio).
Одной из самых важных характеристик, отражающих качество кабеля является разность между погонным и переходным затуханиями, выражающуюся в децибелах. Чем меньше погонное затухание, тем большую амплитуду имеет полезный сигнал на конце линии. С другой стороны чем больше переходное затухание, тем меньше взаимные наводки пар. Таким образом разность этих двух величин отображает реальную возможность выделения полезного сигнала принимающим устройством на фоне помех. Для уверенного приема сигнала необходимо чтобы Attenuation Crosstalk Ratio был не меньше заданного значения, определяемого стандартами для соответствующей категории кабеля. При равенстве погонного и переходного затухания выделить полезный сигнал становится теоретически невозможно. Так как характеристика не измеряется, а является результатом вычислений на основе измерений затуханий, которые в свою очередь зависят от используемой частоты, ACR должен вычисляться для всего диапазона применяемых частот.
Может быть представлено как разница между NEXT и Attenuation (затуханием). Этот параметр по значению аналогичен отношению сигнал/шум и характеризует возможность выделения принимающим устройством полезного сигнала на фоне помех.
ELFEXT (Equal Far End Crosstalk).
ELFEXT – приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется на основании измерений переходного затухания на дальнем конце (FEXT) и погонного затухания (Attenuation) наводимой пары. ELFEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, вычисляется для всего диапазона используемых частот и выражается в децибелах.
Фактически ELFEXT – это ACR на дальнем конце кабельного линка, т.е. разница между параметрами FEXT первой пары и Attenuation второй.
PS-ELFEXT (Power Sum Equal Far End Crosstalk).
PS-ELFEXT — суммарное приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется для каждой отдельной пары простым суммированием значений ее параметров elfext относительно всех остальных пар.
Return Loss (Обратные потери).
При передачи сигнала, возникает так называемый эффект отражения сигнала в обратном направлении. Величина отражения сигнала Return Loss или «обратное затухание» пропорциональна затуханию отраженного сигнала. Характеристика особенно важна при построении сетей с поддержкой протокола Gigabit Ethernet, использующего передачу сигналов по витой паре в обе стороны (полнодуплексная передача). Достаточно большой по амплитуде отраженный сигнал может искажать передачу информации в обратном направлении. Return Loss выражается в виде отношения мощности прямого сигнала к мощности отраженного.
Обратные потери — мера величины отражения сигналов, вызываемого несоответствием импедансов компонентов кабельной системы.
Наиболее распространённой причиной возникновения обратных потерь является различие волнового сопротивления у компонентов кабельного канала (розетка, патч-панель, кабель и т.д.). Именно поэтому рекомендуется подбирать оборудование одного производителя, обладающее одинаковыми (специально подобранными) характеристиками. Так же неоднородность может возникнуть в случае нарушения шага скрутки. Это может быть следствием брака при производстве, либо ошибки монтажников при протяжке кабеля.
Неоднородность может возникнуть в случае слишком сильного изгиба, надлома жилы кабеля. Чаще всего это результат ошибки монтажников.
Каков физический смысл параметра Return Loss при сертификации кабельной линии на кат. 5Е? В чем физический смысл «правила 3дБ»?
Каков физический смысл параметра Return Loss при сертификации кабельной линии на кат. 5Е? В чем физический смысл «правила 3дБ»?
Физический смысл возвратных потерь одинаков и для категории 5е, и для категории 6, и для прочих категорий. Возвратные потери – мера явления отражения сигналов, вызываемого несоответствием импедансов в постоянной (базовой) линии или канале. К появлению отражений приводит наличие неоднородностей в кабеле. Источниками неоднородностей могут быть дефекты кабеля (возникшие как при производстве, так и при неквалифицированном монтаже), плохо выполненные соединители и концевые заделки и т.д. Встречая подобные препятствия, электромагнитная волна частично отражается и возвращается к началу кабеля. В результате в линии возникают паразитные потоки энергии – обратный, попутный в результате двойного отражения и т.д., что приводит к искажениям передаваемого сигнала. Подобные вопросы рассматриваются в курсе по тестированию телекоммуникационных кабельных систем, который проводится в нашем Учебном центре – возможно, вам стоит посетить этот курс.
«Правило 3 дБ» было предложено недавно; скорее всего, в будущем оно будет включено в телекоммуникационные стандарты ISO и TIA. При тестировании СКС иногда наблюдается явление превышения пределов измерений перекрестных помех и возвратных потерь на сегментах малой длины и/или на низких частотах. Это явление объясняется тем, что на измерения на ближнем конце влияет сигнал, отраженный от дальнего конца – на низких частотах затухание невелико, и вернувшийся отраженный сигнал сильно искажает измерения на ближнем конце, вплоть до превышения допустимых пределов измерений. Применение «правила 3 дБ» предусматривает, что при возникновении сбоя по указанным параметрам на определенной частоте будет проанализирована величина затухания на той же частоте. Если затухание составит менее 3 дБ, измерение НЕ будет рассматриваться как сбой. Физический смысл происходящего иллюстрирует рис. 1. При сертификационном тестировании рекомендуется устанавливать настройки прибора таким образом, чтобы применялось «правило 3 дБ».
Рисунок 1. В стандартах приводятся численные значения с учетом влияния только коннектора на ближнем конце. Низкое затухание приводит к тому, что помеховые сигналы, отраженные от дальнего конца, влияют на измерения, производимые на ближнем конце.
Return loss что это
Современная радиотехника настолько сложная наука, что она уже давно разделилась на несколько отдельных областей знаний, в которых присутствуют похожие и даже тождественные понятия, которые имеют совершенно разные определения. Это приводит к большой путанице. А если учесть тот факт, что некоторые понятия, например понятие «возвратные потери», имеют определение совершенно противоположное своему названию, то это может не слабо напрячь мозг не только радиолюбителя, но и специалиста. Чем же отличаются такие понятия как коэффициент отражения, «возвратные потери», КСВ, S11? Зачем или скорее почему столько схожих понятий? Попробуем разобраться…
Разбираться начнем с S-параметров. Эти параметры были введены как универсальные для анализа любых СВЧ цепей. Такую цепь можно анализировать измеряя падающую и отраженную волны на ее входах/выходах. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассеяния или матрицей S-параметров, которые зависят от частоты. В общем случае мы можем иметь дело с многополюсником (например СВЧ-сумматор или разветвитель), в котором может присутствовать несколько источников сигнала и несколько нагрузок. Чтобы упростить расчеты, все эти источники и нагрузки заменяются одним понятием — «порт».
Следует отметить, что величина возвратных потерь, выраженная через |S11| всегда меньше единицы (в децибельном выражении всегда отрицательна), ведь отраженная мощность не может превышать падающую. Что логично. Тем не менее, в теории уже давно присутствует понятие с тем же названием RL — «возвратные потери», но определяется оно «вверх тормашками», как отношение падающей мощности к отраженной, и в децибельном выражении величина таких «потерь» всегда положительна. При этом, при КСВ стремящемся к единице такие «возвратные потери» стремятся к бесконечности. У нас идеальный КСВ, а какие то там «потери» просто зашкаливают! Это у кого угодно может вызвать нешуточный разрыв шаблона. На самом деле эта величина характеризует степень ослабления отраженной волны в сравнении с падающей, но какие же это потери/убытки черт возьми! Скорее прибыль. 
Такое вопиющее несоответствие понятия его определению даже отмечено в Википедии, цитата:
From a certain perspective ‘Return Loss’ is a misnomer. The usual function of a transmission line is to convey power from a source to a load with minimal loss. If a transmission line is correctly matched to a load, the reflected power will be zero, no power will be lost due to reflection, and ‘Return Loss’ will be infinite. Conversely if the line is terminated in an open circuit, the reflected power will be equal to the incident power; all of the incident power will be lost in the sense that none of it will be transferred to a load, and RL will be unity. Thus the numerical values of RL tend in the opposite sense to that expected of a ‘loss’. Wikipedia
Данное определение «возвратных потерь» с большим положительным значением более старое, было введено в обиход еще в 60-х годах прошлого века с легкой руки инженеров фирмы Hewlett Packard. Отказаться от старого очень сложно и споры о том какое определение возвратных потерь правильное, первоначальное от Hewlett Packard или более логичное через S11, в инженерной среде не утихают по сей день. Однако в децибельном выражении они отличаются только знаком и многие даже не обращают внимания на эту коллизию.
Параметр S21/S12 («transmission coefficient») — это отношение волны на выходе устройства к волне на входе. Модуль параметра S21 в теории СВЧ устройств иногда называют «insertion loss» — вносимые потери. В случае нашего примера с линией передач «insertion loss» — это реальные тепловые потери линии. Тут все совпало. Волна в этом случае на самом деле частично рассеялась при прохождении по линии и ее энергия преобразовалась в тепло. Но так бывает не всегда. Например теми же S-параметрами описываются и свойства СВЧ транзисторов. В этом случае S21 — это коэффициент передачи транзистора, близкий по смыслу к параметру h21 — коэффициенту усиления, а не потерь.
В антенне с одним портом мы имеем дело только с одним параметром — S11 или, иначе говоря, со старым добрым теплым-ламповым коэффициентом отражения. Рассчитав в симуляторе или измерив его векторным анализатором мы однозначно можем вычислить и входной импеданс, и полосу пропускания и КСВ антенны. В двухпортовой MIMO антенне S-параметров уже четыре. Причем S21/S12 в этом случае характеризуют развязку между MIMO портами. Вообще в антенной технике энергия должна идти куда надо, т. е. излучаться в пространство, а не «рассеиваться» где ни попадя и «болтаться в проруби» туда сюда между портами и по линиям передач. Поэтому модуль любого S-параметра антенны должен быть минимальным или в децибельном выражении как можно более отрицательным.
Как видим, радиотехника в широком смысле, в силу своей сложности, разделилась на лоскутный набор узких дисциплин. Инженеры, работающие в отдельной такой дисциплине, придумывают для себя удобное для работы понятие, особо не задумываясь, что оно где то в смежной области уже давно изобретено. В итоге одно и тоже явление в разных дисциплинах описывается разными терминами, либо совершенно разные явления названы одним термином. Как в старой доброй сказке «Королевство кривых зеркал». А куда деваться? Так уже сложилось. Нужно просто «понимать глубину наших глубин».
Причины сбоев по возвратным потерям
Не могли бы вы перечислить основные (самые распространенные) причины сбоев тестирования по возвратным потерям?
Тестирование медных кабельных систем – неоднозначная область, и иногда даже опытные монтажники часами ломают голову над причиной очередного сбоя. Тем не менее, основные причины перечислить можно, хотя мы и не возьмемся сравнивать, какие из них встречаются чаще других, а какие реже. То, что перечислено далее – случаи, с которыми наши специалисты сталкивались на объектах (своих и чужих) лично за многолетнюю историю работы в области телекоммуникаций.
Причина 1
Нарушение правил монтажа: заломы кабеля и пар, перегибы, чрезмерное расплетение пар (особенно критично для категории 6), плохая опрессовка, передавливание кабелей хомутами, укладывание запаса в бухты и т.п.
Обычно одновременно со сбоем по возвратным потерям Return Loss наблюдаются и сбои по семейству перекрестных наводок, или, по крайней мере, существенно меньшие запасы, чем могли бы быть, выполни монтажники заделку правильно.
Причина 2
Бракованный кабель: вода под оболочкой, нестабильный состав изоляции проводников, посторонние включения в меди.
Обычно в таких случаях дает сбой только параметр Return Loss. Приборы, оснащенные хорошими диагностическими функциями, могут подсказать, в каком месте расположена точка сбоя.
Причина 3
Бракованные модули, кроссы или патч-панели – то есть брак оконечного оборудования.
В этом случае могут давать сбой все параметры тестирования или наблюдаться самые разные их сочетания. Приборы с хорошей диагностикой в такой ситуации незаменимы. Полезно также попробовать заменить оконечное оборудование и протестировать для сравнения модули или патч-панели из другой серии.
Причина 4
Повреждения кабеля при транспортировке: вмятины при укладке пластиковых и деревянных катушек «внавал».
В таких случаях тоже могут «сыпаться» все параметры, но лучше, конечно, до этого дело вообще не доводить – если внешний вид продукции говорит о том, что ее транспортировали без соблюдения правил, лучше вообще воздержаться от ее использования. Разумеется, и специалисты-монтажники при работе не должны небрежничать и, например, ходить ногами по кабелю.
Причина 5
Проблема «short link» – сегменты, выполненные без нарушений, но имеющие слишком маленькую длину (короче 15-20 метров).
Обычно наблюдается сбой по семейству перекрестных наводок NEXT и по возвратным потерям Return Loss. Чтобы не допускать возникновения таких проблем, телекоммуникационные стандарты рекомендуют всегда доводить длину сегмента до 15 метров, даже если физическое расстояние составляет меньшую величину. Опытные монтажники и проектировщики предпочитают перестраховаться и доводят это расстояние даже до 20 метров, укладывая запас кабеля в виде восьмерки в трассе. Более подробная информация по этой теме содержится в ответе на вопрос 78 про «Правило 3 дБ»
Возможных причин для сбоев много, к тому же иногда встречаются их сочетания, поэтому правильным подходом в случае сбоя теста будет детальный разбор каждой конкретной ситуации. В ответе на вопрос 173 также есть полезная информация о том, что можно предпринять в случае сбоя или при подозрении на брак продукции.
Расчет и связь между КСВ, коэффициентом отражения и возвратными потерями
Возвратные потери, коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны служат для оценки согласованности/совпадения комплексных сопротивлений (электрических импедансов) источника, нагрузки и линии передачи. Рассмотрим физический смысл данных параметров и их взаимосвязь.
Определения
Возвратные потери (обратные потери, return loss) – это потери мощности в сигнале, возвращенном/отраженном от неоднородности в линии передачи или оптоволокне. Данная величина, как правило, выражается в децибелах (дБ):
Коэффициент отражения по напряжению, Γ – отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной и падающей волн.
Коэффициент отражения определяется комплексными сопротивлениями нагрузки Zнагр и источника Zист:
Обратите внимание, что отрицательный коэффициент отражения означает, что отраженная волна сдвигается по фазе на 180°.
Коэффициент стоячей волны (КСВ, КСВН, коэффициент стоячей волны по напряжению, SWR, VSWR) – отношение наибольшего значения амплитуды напряжения стоячей волны к наименьшему.
Поскольку неравномерность распределения амплитуды стоячей волны вдоль линии обусловлена интерференцией («сложением и вычитанием») падающей и отраженной волн, то наибольшее значение амплитуды Uст.волн.max волны вдоль линии (то есть значение амплитуды в пучности) составляет:
а наименьшее значение амплитуды (то есть значение амплитуды в узле) составляет
Взаимосвязь между КСВ, возвратными потерями и коэффициентом отражения
С помощью подстановки в формулы, приведенные ниже, и их простого преобразования можно получить следующее: