Une mesure de réflexion sur les liaisons de données

Un paramètre à haute fréquence qui échoue souvent dans les mesures d'acceptation des liaisons de données est ce que l'on appelle la perte de retour (Return Loss / LR). Cet article montrera comment il est possible que, malgré une sélection rigoureuse de composants de haute qualité et une pose minutieuse des câbles sur les répartiteurs et les boîtes de données, les mesures de ce paramètre puissent échouer. Mais avant d'aborder les erreurs individuelles, nous devons d'abord examiner la théorie qui sous-tend cette valeur de mesure afin de pouvoir tirer des conclusions sur les causes possibles de l'erreur.

La perte de retour, également appelée perte de rétrodiffusion, est une mesure des réflexions qui peuvent se produire sur un chemin de données. La perte de retour est disponible 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, qui font l'objet de cet article, de telles réflexions se produisent en raison d'inhomogénéités dans l'impédance caractéristique (impédance) au sein du parcours du câble.

 

Une impédance stable comme caractéristique de qualité

L'impédance d'un chemin de données doit être nominalement de 100 ohms. Elle est composée de la couche de résistance des quantités individuelles, de la couche de fuite, de la couche d'inductance et de la couche de capacité. La valeur dépend également, dans une faible mesure, de la fréquence. Ces quantités de base de la théorie de la conduction sont essentiellement définies par la structure 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 ligne, du câble et des composants de connexion aient la même impédance de 100 Ohm, sinon des réflexions indésirables se produiront aux points de transition et les performances de transmission de la ligne en souffriront.

Les sources d'erreur possibles peuvent donc être tous les éléments individuels d'une liaison de données, en plus des insuffisances techniques lors de la mise en place ou de l'interruption des liaisons. Même les cordons de raccordement utilisés pour les composants actifs peuvent poser problème si les impédances ne s'harmonisent pas ici. Dans la suite de cet article, nous examinerons de plus près quelle source d'erreur a quel effet et comment, en utilisant des modèles d'erreur typiques sur l'appareil de mesure.

 

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Messung

La perte de retour est déterminée sur le terrain avec un certificateur de câblage (par exemple, le WireXpert). Les deux dispositifs LOCAL et REMOTE sont connectés à la liaison de données et un test individuel ou automatique est lancé. Les dispositifs envoient successivement un signal de test oscillant dans la gamme de fréquences de l'étalon de test sélectionné à chaque paire de fils de chaque côté de la ligne. Le dispositif à distance respectif fournit la terminaison nominale correspondante. Chaque canal de transmission détermine maintenant la valeur spécifique de l'atténuation de retour par l'intermédiaire du 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 valeurs limites. En termes simples, plus la valeur mesurée obtenue est élevée et, par conséquent, plus la distance par rapport à la courbe des valeurs limites est grande, meilleures sont les caractéristiques de réflexion et de transmission. Cependant, il peut également arriver que, lors de mesures dans la gamme des basses fréquences, les valeurs mesurées individuelles dépassent sporadiquement la courbe des valeurs limites malgré l'utilisation d'un bon matériau et d'un traitement approprié. Dans ce cas, la mesure doit effectivement être évaluée comme défectueuse, mais les normes contiennent certaines exceptions pour l'évaluation de certains paramètres à haute fréquence. Étant donné que des effets spéciaux lors de la mesure ou des caractéristiques des lignes permettraient d'évaluer une mesure comme étant défectueuse, bien que les caractéristiques de transmission soient suffisantes pour une transmission de données sans erreur, certaines formules de correction ont été intégrées dans les normes, qui doivent bien entendu être également appliquées dans les appareils de mesure.

Ce qui suit s'applique, par exemple, au comportement de réflexion : si la perte d'insertion du trajet mesuré est inférieure à 3 dB, la perte de retour n'est pas évaluée mais seulement indiquée de manière informative. La légitimité de cette démarche est que cela ne peut se produire que dans la gamme des fréquences les plus basses, dans laquelle aucune transmission de données focales n'a lieu et où les signaux ne sont donc pas affectés de manière significative.

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 indiquée en vert, ici une règle d'exception prend effet et les valeurs mesurées sont indépendantes de leur position par rapport à la
La courbe des valeurs limites est "uniquement informative" et ne contribue pas à une évaluation. La courbe devient alors rouge et à partir de là, l'évaluation est bonne/mauvaise.

 

Localisateur Perte de rendement

Si la mesure de la perte de retour pour le chemin échoue, WireXpert propose la fonction Locator pour la perte de retour pour la localisation rapide des défauts, qui fournit un profil détaillé des réflexions du signal sur toute la longueur du chemin. Le graphique montre le comportement de la réflexion sous forme de déviation d'amplitude à chaque position le long de la section de câblage. Un curseur librement mobile peut être soit guidé manuellement vers un événement de réflexion, soit placé successivement sur les différents pics d'interférence au moyen d'un détecteur de pics. Sous le graphique collectif, l'instrument affiche un tableau synoptique, qui présente les bons/mauvais indicateurs par paires et par pages et contrôle le contenu de l'affichage du graphique. De cette façon, la paire de fils affectée et le point affecté peuvent être clairement localisés.

 

Étude des causes

Nous voulons examiner les sources d'erreur possibles en théorie afin de les retrouver plus tard sur des exemples de mesures réelles. Commençons par les composants installés, qui dans le cas normal le plus simple comprennent les câbles de pose, le champ de distribution et la boîte de données. Supposons que les catégories de puissance appropriées aient été utilisées ici pour atteindre la classe de performance souhaitée et supposons que l'installation ait été réalisée de manière professionnelle.

Comment de telles inhomogénéités d'impédance peuvent-elles se produire sur un câble de données, de sorte que les valeurs de réflexion diminuent ? Cela se produit lorsque les processus de production ont été perturbés et qu'une ou plusieurs paires de fils peuvent ne pas être toronnés correctement sur une plus longue distance ou que la feuille de protection peut avoir été enroulée autour d'une paire. Heureusement, ces défauts de production sont généralement déjà découverts dans le service de contrôle de la qualité du fabricant et sont rarement mis en circulation. Il en va de même pour les composants finaux. Là aussi, il peut arriver sporadiquement que la qualité produite soit insuffisante et que des erreurs apparaissent maintenant dans les paramètres de haute fréquence lors du calibrage de la piste. Mais là aussi, l'assurance qualité, du moins pour les fabricants connus, doit mettre un terme à cette situation.

 

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 qui doit être pris en compte. Toute modification mécanique entraîne immédiatement une modification des paramètres du revêtement et un changement de la valeur de l'impédance. En conséquence, il se produira des réflexions qui entraveront la transmission des données.

La pire contrainte que vous puissiez exercer sur un câble de données est probablement une traction trop forte, peut-être sur des rayons de courbure trop petits lors de l'installation du câble. Un câble Cat7 moderne à double blindage a une charge de traction maximale d'environ 100 à 350 N, selon le fabricant, soit 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 entraînera une forte modification de la structure géométrique intérieure, qui à son tour modifiera les valeurs de revêtement. Cela entraîne une modification de l'impédance, qui conduit à une mauvaise adaptation et aux réflexions qui en résultent et qui affaiblissent les propriétés de transmission. Ce n'est pas un hasard si le spécialiste parle d'"insertion" lorsqu'il installe les câbles et s'interroge sur le mot "tirage". Un tel câble peut être reconnu dans le localisateur de perte de retour par une trace qui montre les amplitudes d'interférence sur l'ensemble du parcours. Malheureusement, (trop) d'installateurs croient encore que le tirage du câble n'est plus "visible" une fois que tous les couvercles sont fermés et que le câble n'est plus visible. Un certificateur peut détecter un tel "mauvais traitement" d'un câble avec une seule mesure. Dans ce contexte, il convient également de souligner que les rayons de courbure autorisés doivent être respectés. Les valeurs autorisées ici diffèrent selon le cas d'installation et l'exploitation ultérieure. Veuillez vous référer aux fiches techniques respectives du fabricant.

Défauts de tiers

Cependant, il existe également un certain nombre de dommages à un câble qui ne sont pas imputables à un installateur et qui ne sont constatés que lors du calibrage après la pose du câble. Un exemple classique est le chariot élévateur qui a roulé sans être remarqué sur les câbles posés et a détruit la structure interne en raison de son poids, mais n'a pas laissé de traces importantes sur l'extérieur de la gaine. Si vous échouez ensuite à la mesure RL et que vous affichez le graphique de localisation, vous trouverez deux amplitudes d'interférence frappantes sur le parcours du câble à une distance d'environ 2 mètres, soit la largeur de la voie du chariot élévateur.

La seule chose qui aide ici est de remplacer le câble. Les erreurs qui sont ajoutées au système par d'autres métiers sont également désagréables, par exemple le spécialiste de l'installation à sec qui a accidentellement coupé un câble de données et l'a ensuite réparé en amateur avec un terminal de brillance. Un pic d'interférence important apparaîtra sur l'écran de l'appareil de mesure sur le site de l'opération. Si vous regardez également le graphique de localisation de la diaphonie, vous verrez également une grande amplitude d'interférence ici. Si les deux paramètres de haute fréquence importants échouent, 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 par le haut, dont la géométrie a surtout souffert et dont les mécanismes de protection sont toujours intacts, la diaphonie peut donc encore être considérée comme OK.

 

 

Composants de connexion et technologie de connexion

La prochaine source d'interférence par réflexion se trouve dans les composants de connexion ou plutôt lorsqu'ils sont fixés au câble. Nous avons déjà supposé à l'avance l'utilisation de composants appropriés de la catégorie de puissance respective, de sorte que la cause de l'erreur est déjà exclue d'une inadéquation entre la puissance possible et la puissance requise. Cependant, le facteur technicien et ses compétences en matière de connexion demeurent. Pour être juste, il faut admettre qu'aujourd'hui, grâce à l'utilisation de modules individuels modernes, ces problèmes sont devenus moins fréquents. Dans le cas des anciens boîtiers compacts équipés de bandes LSA, il arrivait encore plus souvent que les caractéristiques haute fréquence souffrent de modifications massives de la géométrie du câble dans le boîtier, par exemple une torsion excessive des paires de fils. Des erreurs de diaphonie et de réflexion se sont souvent produites ici lors de la remesure. Si tel est le cas, la fonction de localisation du WireXpert permet de déterminer immédiatement l'emplacement de l'erreur au début ou à la fin du chemin. Si le composant n'est pas défectueux en interne, une reconnexion propre permet généralement de retrouver les caractéristiques de haute fréquence.

Images d'erreur

Voici quelques remarques sur les schémas d'erreurs présentés. Le WireXpert est capable d'afficher les caractéristiques des hautes fréquences à la fois en fonction de la fréquence et du lieu. La combinaison des deux modes permet une analyse exacte et rapide des erreurs.

La figure 1 montre une courbe de réflexion discrète sur toute la gamme de fréquences de l'étalon de 500 MHz sélectionné comme référence. La résolution spatiale ne présente pas non plus d'anomalies et toutes les combinaisons du tableau sont jugées bonnes. Il devrait toujours en être ainsi.

Abbildung 1: Strecke in Ordnung, keine übermäßigen Reflexionen

Sur l'image 2 (figure 2), vous pouvez maintenant voir un chemin qui a été fortement étiré lors de l'insertion, l'impédance a été modifiée ici et ainsi une mauvaise correspondance provoque des réflexions qui font échouer la mesure. Dans le localisateur, il est très agréable de voir comment la courbe présente des déviations sur presque toute la longueur de la voie.

Abbildung 2: Kabel wurde beim Einlegen stark überdehnt

Un classique est la mesure 3 (figure 3). La perte de retour diminue et, en y regardant de plus près, on peut voir deux pics d'interférence d'environ la même ampleur sur toutes les paires de fils. La distance entre les pics est d'environ 2 mètres, soit à peu près la largeur de la voie d'un véhicule, éventuellement un chariot élévateur, qui a roulé sur les câbles posés, mais cela n'a pas été remarqué lors de l'insertion des câbles. Ici aussi, on a montré le comportement de diaphonie sur la piste. Étant donné que, malgré les dommages causés par la RL, une bonne partie du câble sort encore ici, les mécanismes de blindage de la diaphonie (torsion, feuille de blindage) semblent être encore intacts, c'est-à-dire que le câble n'est pas déchiré, les fils ne sont pas exposés et ne sont pas tordus. Mais le câble doit sortir !

Abbildung 3: Kabel wurde vor dem Einlegen vom Gabelstapler überfahren

Dans la quatrième mesure (figure 4), une erreur de perte de rendement 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 contre-vérification, le cours de la diaphonie est à nouveau pris en compte 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 était la cause ? À ce moment-là, le câble a été accidentellement coupé et très peu professionnellement "rafistolé" à nouveau avec un simple terminal lustré. Mais malheureusement, les propriétés de haute fréquence des terminaux à lustre ne sont pas suffisantes à cette fin. Quels sont les recours dans un tel cas ? Il existe trois possibilités, soit remplacer complètement le câble, soit fermer la voie ou la reconnecter réellement, mais pas avec un terminal lustré, mais avec des connecteurs de câble spéciaux, qui sont maintenant disponibles chez certains fabricants bien connus. Mais n'exagérez pas, seul un maximum d'UN tel connecteur par piste est autorisé.

Abbildung 4: Kabel wurde mittels Lüsterklemme „geflickt“

La figure 5 montre le schéma d'interférence si un composant inadéquat, tel qu'un boîtier compact de catégorie trop basse, a été installé à une extrémité de la ligne, ou si les valeurs de haute fréquence ont été obtenues par une connexion incorrecte, par exemple avec des fils torsadés trop loin. Dans la plupart des cas, l'utilisation de composants appropriés ou un raccordement répété en conformité avec toutes les réglementations en vigueur, par exemple en ne tordant pas les fils de plus de 13 mm et en n'inventant pas vos propres schémas de connexion, vous aidera ici.

Abbildung 5: Komponente oder Anschluss der Komponente am fernen Ende unzureichend

La dernière mesure (figure 6) montre la règle des 3 dB en vigueur. Bien que la courbe des valeurs limites soit dépassée par les valeurs mesurées dans la partie inférieure (verte), le résultat est toujours positif. L'affichage du RL-Locator est également positif. Si ne serait-ce qu'une seule valeur dans la partie rouge de la courbe des valeurs limites dépasse la ligne, la mesure sera évaluée comme "Non dépassée". À cette ligne, aucune intervention dans le système n'est nécessaire.

Abbildung 6: 3-dB-Regel kompensiert unzureichende Refl exionen am fernen Ende

Conclusion

En général, lors de l'installation de liaisons de données, les câbles utilisés ne doivent pas être "tirés", mais seulement "insérés". Il faut également être prudent dans la manipulation des câbles de données. Toute contrainte mécanique doit être évitée. Lors de la connexion des câbles, aucune expérience ne doit être effectuée, aucun schéma de connexion séparé ne doit être mis en œuvre et la structure et le système de torsion du câble ne doivent pas être manipulés de manière grossière. Lors de la réparation des voies, il faut également se rappeler que nous essayons de transmettre des signaux à haute fréquence et n'utilisons pas de courant alternatif de 50 Hz.

Auteur : Alfred Huber Directeur Technique

 

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