Анализ емкости кабелей передачи данных типа “витая пара” с помощью LCR-метра

Самым распространенным кабелем, используемым при построении компьютерных сетей различного масштаба, является кабель «Витая пара». Кабель состоит из одного или нескольких пар проводов, скрученных между собой и покрытых внешним защитным слоем.

Рис 1. Внешний вид разных категорий

Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников. Различают множество категорий и видов данного кабеля.

кабеля «Витая пара»

Категории витой пары

Категория	Полоса пропускания	Описание
1	0.1 МГц	1 пара, тепефонная связь
2	1 МГц	2 пары, сети до 4 Мб/с
3	16 МГц	4 пары, сети 10 и 100 Мб/с
4	20 МГц	4 пары, сети до 16 Мб/с
5	100 МГц	4 пары, сети 100 Мб/с (испопьзуется 2 пары)
5е	125 МГц	4 пары. 100 Мб/с (2 пары). 1 Гб/с (4 пары)
6	250 МГц	4 пары, 1-10 Гб/с
7	600 МГц	4 пары, только экранированный, до 10 Гб/с

Для компьютерных систем применяется 4-парный кабель (обозначается как 4х2х0,51). Все четыре пары задействуются только при создании сетей со скоростью до 1 Гбит/с. В большинстве же случаев: сети малых офисов, подключение

домашнего интернета и др. сети со скоростью до 100 Мбит/с - используются только две пары. Внешняя оболочка зависит от условий прокладки и эксплуатации кабеля. Чаще можно встретить следующие виды оболочки: PVC -ПВХ-пластиката. Для внутреннего применения, PP - полипропилен. Для внешней прокладки в основном для высоких температур – 60 до +140°С, PE -полиэтилен. Скорость передачи данных зависит от электрических параметров кабеля, в частности от емкости по переменному току. В связи с этим, были проведены данное исследование.

Эксперимент

Для определения электрических свойств витой пары, мы применяли стандартный набор параметров: R, L, G, С. Данные параметры были определены с помощью прибора LCR- метр CPM-2840 (Рис.2)

Рис. 2 Внешний вид LCR- метра CPM-2840.

Рис. 3 Упрощенная эквивалентная электрическая схема витой пары

В наших экспериментах использовались следующие кабели произведённых в Республике Узбекистан: 1. Кабель Андижан UTP 4 пары, КСВПВ-5е, 4x2x0.52, 305м. Проводник медь, жила 0,52мм. Производитель СП ОАО

«Андижанкабель»; 2. Кабель NETLAN F/UTP 4 пары, Кат.5e (Класс D), 100МГц, одножильный, BC (чистая медь), внутренн. PVC нг (B), серый, 305м. Производитель Ташкентский кабельный завод, Ташкент, Узбекистан.

Обсуждение полученных результатов

При наших измерениях величина активного сопротивления (R, сопротивление постоянному току) оказалось зависима от размера самого проводника и материала из которого он изготовлен (медь и покрытие медом провода) и от его температуры. Его величина оказалась в пределах 20-30 Ом при условии короткозамкнутого шлейфа (длиной в 100 м) при температуре 20°С. Нами определены, что активное сопротивление увеличивается с ростом частоты сигнала. Это объясняется эффектом близости, который возникает вследствие прохождения тока по той части кабеля, которая обращена к другому проводнику. Экспериментально найдено, что на проводимость изоляции оказывают влияние только расходы на поляризацию диполей материала диэлектрика. Таких диполей очень много в поливинилхлориде, из которого изготавливается изоляция для кабелей витой пары низкой категории. Гораздо меньшее их количество в полиэтилене или тефлоне (как следствие, рассеяние энергии в них на порядок ниже), которые применяются в кабелях более высокого качества. Самый низкий показатель рассеивания характерен для вспененных материалов. Емкость кабеля измерялась как между проводами одной пары, так и проводами разных пар. Найдено, что эта величина почти не зависит от частоты сигнала примененного в данном эксперименте (12 Гц- 100 кГц, 100 частотных точек). Ее значение изменяется только в зависимости от материала проводников, их размеров, формы и расстояния между ними. Емкость на кабеле длиной 100 м не превысила 6,0 нФ, что хорошо согласуются со стандартом. Определено, что при эксплуатации кабеля с экраном величина емкости увеличивается примерно на 30 процентов. В результате падают эксплуатационные показатели таких кабелей.

Заключение

В данном диапазоне измеренных частот переменного тока (12 Гц- 100 кГц, 1,5 В) межпроводная емкость протестированных кабелей существенно не изменялась и

20 КГц

40 КГц

60 Кгц

80 КГц

100 Кгц

согласуется со стандартом изготовления. Общее качество кабеля проанализированного по четырем параметрам (R, L, G, C) падает в цепочке покрытий «тефлон- полиэтилен- поливинилхлорид». По результатам эксперимента составлена подробная рекомендация по выбору качественного кабеля «Витая пара» для прокладки локальных сетей внутри здания со скоростью передачи до 1000 Мб/сек.