Perte de retour - réflexions sur la liaison de données

Perte de retour avec des conducteurs métalliques

L'affaiblissement de retour (RL) est un paramètre haute fréquence qui échoue souvent lors des mesures de réception des liaisons de données. Cet article examine de plus près comment la mesure de ce paramètre peut échouer malgré la sélection consciencieuse de composants de haute qualité et l'installation soigneuse des câbles sur les distributeurs et les prises de données. Mais avant d'examiner les différentes erreurs, nous devons d'abord aborder la théorie qui sous-tend cette valeur mesurée afin de pouvoir tirer des conclusions sur les causes possibles des erreurs.

L'atténuation de retour, également appelée atténuation par rétrodiffusion, est une mesure des réflexions qui peuvent se produire sur une liaison de données. L'affaiblissement de retour existe pour les conducteurs métalliques et pour les fibres optiques. Il s'agit du rapport entre la puissance émise et la puissance réfléchie, exprimé sous forme de mesure logarithmique en décibels (dB). Dans le cas des conducteurs métalliques, dont il est question ici, ces réflexions se produisent au niveau des inhomogénéités de la résistance de l'onde (impédance) à l'intérieur du câble.

Une impédance stable comme caractéristique de qualité

L'impédance d'une liaison de données doit être nominalement de 100 ohms. Elle se compose des variables individuelles que sont la résistance, les fuites, l'inductance et la capacité. Sa valeur dépend également, dans une faible mesure, de la fréquence. Ces variables de base de la théorie du câble sont essentiellement définies par la construction mécanique du câble. Toute surcharge mécanique du câble qui affecte la construction modifiera automatiquement l'impédance et entraînera une détérioration du comportement de réflexion. Il est important que toutes les parties de la voie, du câble et des composants de connexion aient la même impédance de 100 ohms, sinon des réflexions indésirables se produiront aux points de transition et les performances de transmission de la voie en souffriront.

Les sources d'erreur possibles peuvent donc être tous les composants individuels d'une liaison de données, en plus des insuffisances techniques lors de la pose ou de la terminaison des liaisons. Même les cordons de raccordement utilisés pour les composants actifs peuvent transformer une bonne installation de liaison en un problème si les impédances ne sont pas harmonisées. Dans la suite de cet article, nous examinerons en détail quelle source d'erreur a quel effet, en utilisant des modèles d'erreur typiques sur l'appareil de mesure.

Mesure

La perte de retour est déterminée sur le terrain à l'aide d'un certificateur de câblage tel que le WireXpert de Softing IT Networks GmbH. Les appareils LOCAL et REMOTE sont connectés à la liaison de données et un test simple ou automatique est lancé. Les appareils envoient successivement un signal de test balayé dans la gamme de fréquences de la norme de test sélectionnée à chaque paire de fils de chaque côté de la route. Le dispositif distant respectif fournit la terminaison nominale correspondante. Chaque canal de transmission détermine maintenant la valeur spécifique de l'affaiblissement de retour via le pont de mesure de réflexion intégré et toutes les valeurs individuelles obtenues sont traitées et affichées dans un graphique collectif clair comprenant une courbe de valeur limite. En termes simples, plus la valeur mesurée obtenue est élevée et, par conséquent, plus la distance par rapport à la courbe de valeur limite est grande, meilleur est le comportement de réflexion et de transmission. Cependant, il peut aussi arriver que certaines valeurs mesurées dépassent sporadiquement la courbe de valeur limite lors de mesures dans la gamme des basses fréquences, malgré l'utilisation d'un bon matériau et d'un traitement approprié. Dans ce cas, la mesure devrait effectivement être évaluée comme défectueuse, mais il existe certaines règles d'exception dans les normes pour l'évaluation de certains paramètres haute fréquence. Étant donné que des effets spéciaux lors de la mesure ou des propriétés des trajets feraient qu'une mesure serait considérée comme défectueuse, bien que les propriétés de transmission soient suffisantes pour une transmission de données sans erreur, certaines formules de correction ont été intégrées dans les normes, qui doivent bien sûr être mises en œuvre dans les appareils de mesure.

Pour le comportement de réflexion, par exemple, la règle suivante s'applique : Si la perte d'insertion du trajet mesuré est inférieure à 3 dB, la perte de retour n'est pas évaluée, mais seulement indiquée pour information. La légitimation derrière cela est que cela ne peut se produire que dans la gamme de fréquence la plus basse où il n'y a pas de transmission de données importante et donc les signaux ne sont pas affectés de manière pertinente.

L'effet des règles d'exception peut être reconnu dans l'appareil de mesure WireXpert par une ligne limite bicolore. La première partie de la courbe limite est représentée en vert, une règle d'exception y est appliquée et les valeurs mesurées sont indépendantes de leur position par rapport à la courbe limite. 
La première partie de la courbe de limite est représentée en vert. Ici, une règle d'exception s'applique et les valeurs mesurées, indépendamment de leur position par rapport à la courbe de limite, sont "uniquement informatives" et ne contribuent pas à une évaluation. Ensuite, la courbe devient rouge et à partir de là, l'évaluation bon/mauvais s'applique.

Perte de retour du localisateur

Si la mesure de l'affaiblissement de retour pour le parcours échoue, le WireXpert offre la fonction de localisation de l'affaiblissement de retour pour une localisation rapide des défauts, qui fournit un profil détaillé des réflexions du signal sur toute la longueur du parcours. Le graphique montre le comportement de la réflexion sous forme de déviation d'amplitude à chaque position le long du parcours de câblage. Un curseur librement mobile peut être déplacé manuellement sur un événement de réflexion ou réglé successivement sur les pics d'interférence individuels au moyen d'un détecteur de pics. Sous le graphique collectif, l'appareil affiche un tableau récapitulatif qui, d'une part, montre les indicateurs bons/mauvais par paires et par pages et, d'autre part, contrôle le contenu de l'affichage du graphique. De cette manière, la paire de fils concernée et l'emplacement concerné peuvent être clairement localisés.

Recherche causale

Nous voulons examiner les sources d'erreur possibles en théorie afin de les retrouver plus tard dans des exemples de mesure réels. Commençons par les composants installés, qui, dans le cas normal le plus simple, comprennent les câbles d'installation, le panneau de distribution et la prise de données. Supposons que les catégories de puissance appropriées ont été utilisées ici pour atteindre la classe de puissance souhaitée, et supposons une installation professionnelle.

Comment de telles inhomogénéités d'impédance peuvent-elles se produire sur un câble de données, au point que les valeurs de réflexion s'effondrent ? Cela se produit lorsque les processus de production ont été perturbés et qu'une ou plusieurs paires de conducteurs ne sont pas torsadées correctement sur une longue distance, ou que la feuille de blindage autour d'une paire s'est éventuellement retournée. Heureusement, de tels défauts de production sont généralement déjà découverts lors du contrôle de qualité du fabricant et atteignent rarement le marché. Il en va de même pour les composants de terminaison. Ici aussi, il peut arriver sporadiquement qu'une qualité insuffisante ait été produite et que des erreurs apparaissent dans les paramètres haute fréquence lors du calibrage de la piste. Mais là aussi, l'assurance qualité permet d'y mettre un terme, du moins chez les fabricants connus.

Câble

Les problèmes de perte de retour les plus courants d'un système sont probablement enfouis dans l'état du câble installé. Comme mentionné ci-dessus, l'impédance caractéristique stable est probablement le paramètre le plus important du câble auquel il faut prêter attention. Tout changement mécanique entraînera immédiatement une modification des paramètres du plot et un décalage de la valeur de l'impédance. Il en résultera des réflexions qui affecteront la transmission des données.

La pire contrainte que vous pouvez exercer sur un câble de données est probablement de tirer trop fort, éventuellement sur un rayon de courbure trop petit lors de l'installation du câble. Selon le fabricant, un câble Cat 7 moderne à double blindage a une charge de traction maximale d'environ 100 à 350 N, c'est-à-dire environ 10 à 35 kg. Ce n'est pas beaucoup, si l'on considère les chemins de câbles souvent (trop) petits qui résistent aux câbles. Une telle surcharge du câble entraîne une forte modification de la structure géométrique interne, qui entraîne à son tour une modification des valeurs de recouvrement. Il en résulte un changement d'impédance, ce qui entraîne des désadaptations et, par conséquent, des réflexions qui affaiblissent les propriétés de transmission. Ce n'est pas un hasard si le professionnel parle d'"insertion" lors de la mise en place des câbles et frémit au mot "tirage". Un tel câble peut être reconnu dans le localisateur de pertes de retour par une courbe de mesure qui montre les amplitudes de perturbation sur tout le parcours. Malheureusement, de (trop) nombreux installateurs croient encore qu'un pull-in n'est plus "visible" une fois que tous les couvercles sont fermés et que le câble n'est plus visible. Un certificateur révèle un tel "mauvais traitement" d'un câble par une seule mesure. Dans ce contexte, il convient également de souligner le respect des rayons de courbure autorisés. Les valeurs autorisées ici diffèrent selon le cas d'installation et l'exploitation ultérieure. Veuillez consulter les fiches techniques des fabricants respectifs.

Défauts des tiers

Cependant, il existe également un certain nombre de dommages à un câble qui ne peuvent être attribués à un installateur et qui ne sont remarqués qu'après l'installation, lors du calibrage. Un exemple classique est le chariot élévateur qui a roulé sans qu'on le remarque sur les câbles posés et qui a détruit la structure interne par son poids, mais qui n'a pas laissé de marques extérieures graves sur la gaine. Si vous faites ensuite échouer la mesure RL et que vous affichez le graphique de localisation, vous trouverez deux amplitudes d'interférence bien visibles sur le parcours du câble à une distance d'environ 2 mètres, soit la même largeur que la voie du chariot élévateur.

La seule chose qui peut aider ici est de remplacer le câble. Les pannes causées par d'autres corps de métier sont également désagréables, par exemple le plaquiste qui a accidentellement coupé un câble de données et l'a ensuite réparé en amateur avec une borne à brillance. Un pic important apparaîtra sur l'écran du compteur à l'endroit de l'opération. Si vous regardez également le graphique de localisation de la diaphonie à ce point, vous verrez également une grande amplitude parasite ici. Si ces deux importants paramètres haute fréquence sont défaillants, on peut supposer que la connexion est insuffisante. Les mécanismes de blindage et la structure géométrique du câble ont été détruits. Contrairement à notre chariot élévateur ci-dessus, où c'est surtout la géométrie qui a souffert et où les mécanismes de blindage sont encore intacts, la diaphonie peut être considérée comme OK.

Composants de connexion et technologie de connexion

La source suivante d'interférence par réflexion se trouve dans les composants de connexion ou plutôt dans leur contact avec le câble. Dans ce qui précède, nous avons déjà supposé l'utilisation de composants appropriés de la catégorie de puissance respective, de sorte que la cause d'erreur d'une inadéquation entre la puissance possible et la puissance requise est déjà exclue. Cependant, il reste le facteur du technicien et de ses compétences en matière de connexion. Pour être juste, il faut admettre que ces problèmes sont devenus plus rares de nos jours grâce à l'utilisation de modules individuels modernes. Avec les anciens boîtiers compacts équipés de bandes LSA, il arrivait souvent que les propriétés des hautes fréquences souffrent des modifications massives de la géométrie des câbles dans le boîtier, par exemple en tordant les paires de fils trop ouverts. Souvent, des erreurs de diaphonie et de réflexion sont apparues lors du remesurage. Si tel est le cas, la fonction de localisation du WireXpert peut être utilisée pour déterminer immédiatement l'emplacement du défaut au début ou à la fin du tronçon. Si le composant n'est pas défectueux en interne, une reconnexion propre permet généralement de retrouver les caractéristiques haute fréquence.

Schémas d'erreurs

Voici quelques commentaires sur les schémas d'erreurs affichés. Le WireXpert est capable d'afficher les caractéristiques haute fréquence à la fois par fréquence et en fonction de l'emplacement. La combinaison des deux modes permet une analyse exacte et rapide des défauts.

La figure 1 montre une courbe de réflexion discrète sur toute la gamme de fréquences de l'étalon 500 MHz sélectionné comme référence. La résolution spatiale ne montre également aucune anomalie et toutes les combinaisons du tableau sont jugées bonnes. C'est ainsi que les choses devraient toujours être.

Dans l'image 2 (Figure 2), vous pouvez voir une section qui a été fortement surtendue pendant l'insertion, l'impédance a été modifiée ici et donc les désaccords créent des réflexions qui font échouer la mesure. Dans le localisateur, on peut voir très joliment comment la courbe montre des déflexions sur presque toute la longueur de la voie.

La mesure 3 (figure 3) est un classique. L'affaiblissement de retour diminue et, en regardant de plus près, on peut voir deux pics d'interférence d'environ la même hauteur sur toutes les paires de câbles. La distance entre les pics est d'environ 2 mètres, soit à peu près la largeur de la voie d'un véhicule, peut-être un chariot élévateur à fourche, qui a roulé sur les câbles posés, mais qui n'a pas été remarqué lors de l'installation des câbles. Le comportement de la diaphonie sur la voie est également illustré ici. Puisqu'un bon signal est émis malgré les "dommages RL", les mécanismes de protection contre la diaphonie (torsion, feuille de protection) semblent être intacts, c'est-à-dire que le câble n'est pas déchiré, les fils ne sont pas exposés et détortillés. Mais le câble doit sortir !

Dans la quatrième mesure (figure 4), une erreur de perte de retour s'est à nouveau produite. Cette fois, le localisateur RL montre un pic d'interférence important en un seul point, mais aussi à nouveau sur toutes les paires de fils. En guise de vérification croisée, l'évolution de la diaphonie est à nouveau observée et cette fois-ci, un pic clair est également visible au même endroit. Cela signifie que les mécanismes de blindage mutuel des paires de fils et la géométrie du câble ont été détruits. Quelle en est la cause ? Le câble a été accidentellement coupé à cet endroit et "rafistolé" de manière très peu professionnelle avec une simple cosse à lustrer. Mais malheureusement, les propriétés haute fréquence des cosses lustrées ne sont pas suffisantes pour cet usage. Quels sont les remèdes dans un tel cas ? Vous avez trois possibilités : soit vous remplacez complètement le câble, soit vous fermez la voie ferrée, soit vous le rebranchez, mais pas avec une cosse à lustrer, mais avec des connecteurs de câble spéciaux, qui sont maintenant disponibles auprès de certains fabricants connus. Mais n'en faites pas trop, un seul connecteur de ce type est autorisé par voie..

La figure 5 montre le schéma d'interférence lorsqu'un composant inadéquat, tel qu'une prise compacte de catégorie trop basse, a été installé à une extrémité de la ligne, ou que les valeurs haute fréquence ont été causées par un mauvais raccordement, par exemple avec des fils tordus trop loin. Dans la plupart des cas, il est utile d'utiliser des composants appropriés ou de reconnecter en respectant toutes les réglementations en vigueur, par exemple ne pas tordre les fils de plus de 13 mm et ne pas inventer ses propres schémas de connexion.

La dernière mesure (figure 6) montre l'utilisation de la règle des 3 dB. La courbe limite est dépassée par les valeurs mesurées dans la partie inférieure (verte), mais le résultat reste positif. L'affichage du localisateur RL est également positif. Si une seule valeur dans la partie rouge de la courbe des valeurs limites devait dépasser la ligne, la mesure serait évaluée comme "échouée". Aucune intervention dans le système n'est nécessaire à ce stade.

Conclusion

La règle générale pour l'installation des liaisons de données est que les câbles utilisés ne doivent pas être "tirés", mais seulement "insérés". Il faut également faire attention à la manipulation des câbles de données. Toute contrainte mécanique doit être évitée. Lors du raccordement, il ne faut pas faire d'expériences, ni réaliser son propre schéma de raccordement, ni manipuler grossièrement la structure et le système de torsion du câble. De même, lors de la réparation des lignes, n'oubliez pas que nous essayons de transmettre des signaux à haute fréquence et non du courant alternatif de 50 Hz.

AUTEUR

Alfred Huber
Chef de la technologie,
Softing IT Networks GmbH