Katedra telekomunikační techniky Fakulty elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze se dlouhodobě věnuje problematice měření a modelování parametrů metalických kabelů se symetrickými páry, které se využívají v přístupových sítích (do kmitočtů až 30 MHz) a lokálních sítích (běžně do stovek MHz). Bylo vytvořeno nové měřicí pracoviště, jehož součástí je přípravek ke spolehlivému připojení vedení k měřicí aparatuře a bezodrazovému navázání měřicího signálu o vysokém kmitočtu. K variabilnímu měření na kabelech s větším počtem prvků byl pořízen vysokofrekvenční přepínač k snadné volbě měřeného prvku a typu měření (útlum vedení, útlum přeslechu FEXT, útlum přeslechu NEXT). Funkčnost pracoviště byla otestována v různých variantách, jak je prezentováno např. v článcích [4] a [5]. Díky použití vysokofrekvenčních přepínačů došlo ke zrychlení a zpřesnění měření. Přepínací matice ve vysokofrekvenčních přepínačích zajišťuje i korektní zakončení nevyužitých párů.
Bylo využito dvojitého čtyřportového VF přepínače Agilent 44478A. Dva moduly 44478A jsou osazeny v rámu univerzální měřicí platformy Agilent 3499B. Principiální zapojení modulu převzaté z [3] ukazuje obr. 1.
Obr. 1 Zapojení dvojitého čtyřportového VF přepínače Agilent 44478A
Kanály CH00 až CH03 se přepínají na port COM00 a kanály CH10 až CH13 se přepínají na port COM10. Konektory J101 až J110 slouží k připojení zakončovacích odporů 50 Ω na kanály, které nejsou aktuálně vybrány. Volba kanálů je možná ručně na předním panelu 3499B nebo elektronicky pomocí sériového portu či sběrnice GPIB. Použití přepínačů v měřícím pracovišti ukazuje obr. 2.
Obr. 2 Zapojení měřícího pracoviště pro symetrické kabely s přepínačem Agilent 44478A
Pracoviště obsahuje vedle VF přepínačů obvodový analyzátor ZVRE Rohde&Schwarz připojený na porty COM00 a COM10. Jsou osazeny vnitřními zakončovacími odpory, které jsou důležité zejména pro měření přeslechu na vzdáleném konci. Na obr. 2 je červeně čárkovaně naznačena poloha přepínačů pro měření útlumu prvního vedení (mezi CH00 a CH10). Čtyři měřící kanály jsou připojeny na začátek a konce měřeného kabelu prostřednictvím přípravků pro zakončení a symetrizaci (převod z koaxiálního rozhraní 50 Ω na symetrické 100 Ω). Přizpůsobení zajišťují transformátory 0319NA od firmy North Hills s šířkou kmitočtového pásma od 100 kHz do 300 MHz. Zajišťují nízký vložný útlum, jak ukazuje obr. 3, na kterém se projevuje vliv obou VF přepínačů, dvou symetrizačních transformátorů a propojovacích koaxiálních kabelů.
Obr. 3 Kalibrační křivka měřícího přípravku
Uvedená kalibrační křivka se použije pro korekci měření útlumu (přenosové funkce) vedení a útlumu (přenosové funkce) přeslechu na vzdáleném konci v režimu měření parametru S21 (směr od začátku na konec) a S12 (směr od konce na začátek) zvoleném na obvodovém analyzátoru. V tomto uspořádání je možno měřit i útlum odrazu či vstupní impedanci vedení v režimu měření parametru S11 (na začátku vedení) a S22 (na konci vedení). Všechny parametry se změří v jednom sledu bez nutnosti manipulace a přepojování párů měřeného kabelu.
Poněkud odlišné zapojení vyžaduje měření přeslechu na blízkém konci, jak ukazuje obr. 4, kdy je třeba přepínat generátor i přijímač na různé kanály na tomtéž konci měřeného vedení. K tomu jsou s výhodou využity konektory určené k zakončení, přes něž jsou vedeny propojky ke druhému přepínači.
Obr. 4 Zapojení měřicího pracoviště pro zjištění přeslechu na blízkém konci
Čárkovanou červenou čarou je naznačeno přepnutí pro měření přeslechu z prvního páru (CH00 připojen na Port 1) do druhého páru (CH01 připojen přes CH11 na Port 2). Při tomto typu měření by měly být konce vedení korektně zakončeny. K tomu je možno využít druhý modul 44478A zapojený identicky na konec kabelu. Tak je možno měřit všechny parametry jako při zapojení na obr. 2 a rovněž útlumy přeslechu na blízkém konci na obou koncích vedení.
Příklad měření vzorku kabelu PEPKFH párové konstrukce s průměrem měděného jádra 0,5 mm je uveden na obr. 5. Zkreslení měřicí aparatury bylo kompenzováno při kalibraci měřicí cesty.
Obr. 5 Příklad měření útlumu vedení přepočteného na délku 100 m v porovnání s mezemi pro kategorii 5 kabelážních systémů
Změřené průběhy pro kmitočtové závislosti útlumu všech čtyř měřených párů (vynášeny plnou čarou) jsou porovnány s čárkovanou červenou čarou, která představuje meze kategorie 5 ve smyslu standardů TIA/EIA-568-A, resp. EN 50288 (specifikace kabelů používaných pro analogové i digitální přenosy; stíněné/nestíněné, horizontální/páteřní/propojovací) a EN 50289 (specifikace testovacích metod komunikačních kabelů). Měřící pracoviště splnilo svůj účel a poslouží k zrychlení a zpřesnění měření sdělovacích kabelů se symetrickými páry až v rozsahu kmitočtů řádově stovek MHz.
Článek vznikl za podpory grantu FRVŠ číslo 1267/2010 a výzkumného záměru MSM6840770014.
[1] Vodrážka, J.: Modelování metalických účastnických přípojek.
Access server. ISSN 1214-9675.
[2] Vodrážka, J.: Modelování přeslechů. Access server. ISSN
1214-9675.
[3] Popis systému - 3499 Switch/Control Systém. Firemní
dokumentace Agilent Technologies.
[4] Kozák, M. - Čepa, L. - Vodrážka, J.: New Values of
Cross-talk Parameters for Twisted Pair Model. Advances in Electrical and
Electronic Engineering. 2010, vol. 8, no. 5, p. 130-133. ISSN 1804-3119.
[5] Čepa, L. - Kozák, M. - Vodrážka, J.: Different Methods
for Measurement and Modelling of Twisted Pair Parameters. In RTT 2010
Proceedings [CD-ROM]. Ostrava: VŠB - TUO, FEI, 2010, p. 218-221. ISBN
978-80-248-2261-7.