Производство высококачественных кабелей с витыми парами для передачи данных

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2011, www.kabel-news.ru

71

У

жесточение требований к качеству харак-
терно для любых типов телекоммуникаци-
онных кабелей. Тенденция к передаче воз-
растающих объёмов данных является дви-

жущим фактором в области высокочастотных кабе-
лей для компьютерных сетей. Этот факт прекрасно 
иллюстрируется постоянно обновляющимися стан-
дартами на кабели для передачи данных, известных 
как «категории» (см. ISO/IEC 11801 [1]).

Характеристики таких кабелей существенно за-

висят от их однородности по длине. Изменения 
структуры кабеля (например, флуктуации геометрии 
или изменения диэлектрической постоянной мате-
риала изоляции) будут вызывать появление отраже-
ний высокочастотного сигнала, проходящего по ка-
белю. Связь между величиной сигнала, отражаемой 
в направлении источника, обычно называют воз-
вратными потерями (или потерями на отражение). 
Поскольку причиной отражений являются неодно-
родности в структуре кабеля, то термин «структур-
ные возвратные потери» (SRL) является общеприня-
тым. SRL определяется следующим образом:

SRL = 20 log

10 

(U

отраж. 

/ U

сигн

).

Обычно SRL для кабелей представляются в виде 

графиков зависимости SRL от частоты сигнала. 
В настоящее время соответствие изготовленных ка-
белей требованиям к SRL определяется измерения-
ми на готовых изделиях. Используя сетевой анализа-
тор, производят так называемое свип-тестирование 
изготовленных кабелей. Однако такие исследова-
ния осуществляются в конце производственного 
процесса, что часто приводит к снижению категории 
продукции или увеличению объёма отходов произ-
водства.

В этой связи весьма желательно иметь возмож-

ность выявлять отклонения SRL от заданной вели-
чины на ранних стадиях производственного процес-
са (прогнозирование характеристик готового кабе-
ля). Такая процедура обеспечивает изготовителю 
существенное сокращение временных и материаль-
ных затрат и, следовательно, повышение произво-
дительности.

Изложенное выше привело к необходимости раз-

работки более совершенной технологии мониторин-
га и анализа параметров кабеля на ранних стадиях 
производственного процесса.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ 

ЯВЛЯЮТСЯ КРИТИЧЕСКИМИ

Изготовление кабелей, которые соответствуют 

категориям САТ-5, 6, 7 и новым стандартам САТ-8, 
требует высокой точности производственных про-
цессов и предельно малых допусков и высокой од-
нородности параметров изолированных токопрово-
дящих жил. Во время экструзии такие параметры, 
как диаметр проводника, внешний диаметр по изо-
ляции, эксцентричность изоляции, толщина изоля-
ции и электрическая ёмкость, должны быть близки 
к своему среднему значению при их кратковремен-
ных флуктуациях. Последнее особенно важно с точ-
ки зрения возвратных потерь.

Влияние случайно распределённых малых изме-

нений диаметра или эксцентриситета, так же как и 
малые изменения ёмкости, обычно слишком незна-
чительно, чтобы приниматься во внимание. Однако 
если эти неоднородности периодически расположе-
ны по длине изолированной жилы (и как следствие — 
витой пары) на расстояниях нескольких десятков ме-
тров, то эффект сложения (интерференция) отраже-
ний от них приводит к появлению значительных пи-

Производство 
высококачественных 
кабелей с витыми парами 
для передачи данных

Др. Вернер БЛОМ, СИКОРА AГ, Германия

Производство

ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2011, www.kabel-news.ru

72

и/или эксцентриситет, должны постоянно контро-
лироваться и управляться. Это может быть сдела-
но в непрерывном режиме, например, на основе из-
мерения данных в режиме реального времени, для 
чего в ходе производственного процесса вычисля-
ется прогнозируемый SRL. Ключом этого метода 
прогнозирования является онлайн-декомпозиция 
полученных в результате измерения параметров 
кабеля с помощью метода быстрого преобразова-
ния Фурье [2].

ПРЕДСКАЗАНИЕ SRL: КАКАЯ 

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ НЕОБХОДИМА?

Вычисление прогнозируемого SRL во время про-

цесса экструзии сердечника является распростра-
нённым он-лайн-методом анализа для коаксиальных 
кабелей [3, 4].

Однако применение этого метода для оценки па-

раметров кабелей с витыми парами для переда-
чи данных не так просто, как это может показать-
ся. Причиной этого является тот факт, что вначале 
экструдируется изоляция на токопроводящие жилы.  
Из этих жил затем скручиваются пары (обычно на-
зываемые витыми парами. — 

Прим. ред.

). А не-

сколько таких пар в свою очередь скручиваются в 
сердечник кабеля, и таким образом получается ка-
бель с витыми парами [5]. Поведение SRL зависит в 
основном от геометрии витой пары. Измерение пер-
вичного провода (изолированной токопроводящей 
жилы) показано на рис. 2. Это измерение не позво-
лит непосредственно определять значение расстоя-
ния между осями жил в паре. Однако, как видно на 
рис. 3, если предположить, что одна жила не име-
ет дефектов, то можно оценить изменение рассто-
яния между осями жил 



D/2 на основании измене-

ния диаметра другой жилы 



D. Следовательно, бу-

дет измеряться не ёмкость между обоими жилами 

ков в возвратных потерях. Эти пики появляются на 
частотах сигнала, связанных с длиной волны, кото-
рая равна удвоенному расстоянию между дефекта-
ми (неоднородностями). Как показано на рис. 1, все 
отражения сигналов, вызванные индивидуальны-
ми дефектами, совпадают по фазе, и в этом случае 
они суммируются на передающем конце кабеля. Как 
следствие, в цифровых каналах передачи могут на-
блюдаться потери важных данных.

Периодически возникающие изменения параме-

тров кабеля могут появляться из-за различных нере-
гулярно возникающих факторов, таких, как «пульса-
ция» экструдера, вибрация кабеля, циклические из-
менения скорости, периодические неравномерности 
предварительного нагрева проводника, деформа-
ции изоляции, вызываемые вращением компонен-
тов и/или центробежными силами, а также нерав-
номерным характером процесса образования пар/
скрутки (например, флуктуациями усилий натяже-
ния).

Для производства современных кабелей с виты-

ми парами для передачи данных характерны весь-
ма жёсткие требования к производственному про-
цессу и, следовательно, к измерениям и техноло-
гии контроля. Для того чтобы оптимизировать ка-
чество кабеля и минимизировать объём бракован-
ной продукции, крайне необходимо выявлять воз-
никновение периодических неоднородностей в про-
цессе производства насколько это возможно. Соот-
ветственно, требуется адекватное измерительное 
оборудование, обладающее специальными инте-
грированными функциональными возможностями, 
которые обеспечивают решение задач контроля и 
измерений при обычно быстрых флуктуациях неод-
нородностей, возникающих из-за высокой скорости 
работы производственной линии. Сведения о та-
ких параметрах, как ёмкость, диаметр, овальность 

Рис. 2. Измерение диаметра во время процесса 

экструзии провода с использованием калибра 

LASER 2010 XY

Направление движения сигнала

Части сигнала, отраженные дефектами в геометрии кабеля

Рис. 1. Случай резонанса при расстоянии 

между дефектами кабеля, равном половине 

длины волны 



Производство

ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2011, www.kabel-news.ru

73

пары во время процесса экструзии первичного про-
вода, а коаксиальная ёмкость первичного прово-
да. Для преобразования этой коаксиальной ёмко-
сти в ёмкость между двумя проводами необходи-
мо допустить, что и другой провод также не имеет 
дефектов.

Используемое в производственной линии он-

лайн измерительное оборудование должно позво-
лять осуществлять надёжное обнаружение перио-
дических флуктуаций, которые приводят к тому, что 
уровни SRL достигают значений, близких к критиче-
скому пределу. Результаты измерений кабеля с ви-
тыми парами длиной 100 м представлены в табл. 1, 
2 и 3. Они основаны на предельно допустимом зна-
чении SRL, равном -23 дБ (что соответствует 7% от 
уровня отражённого сигнала).

Максимально допустимые значения амплитуд пе-

риодических флуктуаций диаметра первичных про-
водов кабелей категорий САТ-6 и САТ-7 для частот 
сигнала от 10 до 600 МГц приведены в табл. 1. Диа-
метр измерительной головки должен позволять об-
наруживать изменения внешнего диаметра мень-
ше, чем в 1 мкм. Поскольку должны обнаруживать-
ся весьма быстрые флуктуации, измерительная го-
ловка должна обладать именно такой чувствитель-
ностью не только для измерения усреднённых значе-
ний, но и для однократных измерений диаметра.

В табл. 2 показаны максимально допустимые 

амплитуды периодических изменений эксцентриси-
тета изоляции для первичных проводов кабелей ка-
тегорий САТ-6 и САТ-7. Данные в этой таблице по-
казывают, что чувствительность устройства для из-
мерения эксцентриситета должна быть значитель-
но ниже 1 мкм. В этом случае такая чувствитель-
ность должна быть и при однократных изменениях 
эксцентриситета.

Устройство для измерения ёмкости должно 

определять быстрые изменения значений менее 
1 пФ/м. Максимально допустимые амплитуды пе-
риодических флуктуаций коаксиальной ёмкости 
первичных проводов кабелей САТ-6 и САТ-7 пред-
ставлены в табл. 3.

Допустимые отклонения от номинальных величин 

в табл. 1, 2 и 3 соответствуют предельному значе-
нию SRL = -23 дБ. Если требования к величине SRL 
более жёсткие (например, в будущих новых стандар-
тах), то и эти допуски также будут ужесточены соот-
ветственно.

Рис. 3. Общая геометрия двух изолированных 

проводов, формирующих витую пару

проводник

изоляция

Табл.1. Максимальные значения амплитуд периодических изменений внешнего 

диаметра первичного провода

f, МГц

10

20

100

200

300

600



D, мкм (SRL = -23 дБ)

UTP CAT-6

16,9 (0,66 мм)

11,0

4,8

3,6

3,1

—

UTP CAT-7

16,3 (0,64 мм)

10,4

4,3

3,0

2,5

1,9(0,007 мм)

Табл. 2. Максимальные амплитуды периодических флуктуаций эксцентричности 

первичного провода

f , МГц

10

20

100

200

300

600



е, мкм (SRL = -23 дБ)

UTP CAT-6

8,4 (0,33 мм)

5,5

2,4

1,8

1,5

—

UTP CAT-7

8,2 (0,32 мм)

5,2

2,1

1,5

1,2

0,9 (0,03 мм)

Табл. 3. Максимальные амплитуды периодических флуктуаций коаксиальной 

ёмкости первичного провода

f , МГц

10

20

100

200

300

600

Δ

С, пФ/м (SRL = -23 дБ)

UTP CAT-6

7,5 (2,3 пФ/фут)

4,9

2,2

1,6

1,4

—

UTP CAT-7

7,3 (2,3 пФ/фут)

4,6

1,9

1,3

1,1

0,8 (0,2 пФ/фут)

Производство

ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2011, www.kabel-news.ru

74

ИЗМЕРЕНИЯ 

И ПРИНЦИП ПРОГНОЗИРОВАНИЯ SRL 

Для контроля качества кабелей в процессе их 

производства в компании СИКОРА разработаны 
специальные устройства, обеспечивающие необхо-
димые точность измерений, разрешение измеряе-
мой величины и скорость измерений, которые удо-
влетворяют всем требованиям успешного прогно-
зирования величины SRL готового продукта во вре-
мя производства. Эти прогнозные оценки основаны 
на спектральном анализе измеряемых параметров 
кабеля с использованием быстрого преобразова-
ния Фурье (БПФ). Мощные цифровые процессоры 
обработки сигналов являются неотъемлемой ча-
стью измерительных головок этой серии. Благода-
ря большой вычислительной мощности весь циф-
ровой анализатор спектра вместе с вычислителем 
SRL размещены внутри измерительной головки ка-
либра (рис. 4). 

В этом случае он-лайн-вычисление спектра БПФ 

флуктуаций параметров кабеля, а также он-лайн 
прогнозный расчёт характеристики SRL полностью 
осуществляются на основании измеренных с высо-
кой точностью и разрешением входных данных (ди-
аметр, овальность, эксцентриситет или ёмкость). 
Благодаря полной цифровой обработке сигнала не-
посредственно в измерительных головках обеспе-
чивается минимальный уровень шума.

За счёт интегрирования устройства для расчёта 

SRL в измерительные головки (например, устрой-
ства для измерения эксцентриситета CENTERVIEW 
8000, показанного на рис. 5) у производителя кабе-
ля нет необходимости в размещении и соединении 
проводами и кабелями различных устройств (из-
мерительная головка, анализатор спектра, устрой-
ство вычисления SRL и т.п.). Кроме того, устраня-
ется риск искажения сигнала электромагнитными 
наводками. Это обеспечивается отсутствием ана-
логовой передачи широкополосных данных, кото-
рые наиболее чувствительны к воздействию посто-
ронних электромагнитных излучений (например, не 

используется передача однократных отсчётов на 
внешний анализатор спектра).

Как показано на рис. 4, каждое измерительное 

устройство компании СИКОРА имеет разнообраз-
ные интерфейсы (среди них, кроме прочего, Profi-
bus, DeviceNet, CANOpen, Ethernet). Используя один 
из этих интерфейсов, можно передавать узкополос-
ные цифровые данные БПФ/SRL, например, на цен-
тральный блок контроля и управления производ-
ственной линии. 

Визуализация результатов прогнозного вычисле-

ния SRL на дисплее ECOCONTROL 2000 компании 
СИКОРА представлена на рис. 6.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кабели с витыми парами наилучшим образом 

подходят для передачи данных. Функционирование 
таких кабелей существенно зависит от однородно-
сти их структуры и количественно характеризуется 
величиной структурных возвратных потерь — SRL 

(structural return loss). Не-
значительные дефекты, 
которые появляются пе-
риодически, оказывают 
критическое влияние на 
величину SRL и кабеля 
в целом.

Следовательно, для из-

готовления кабелей для 
передачи данных с витыми 
парами необходимы про-
изводственные линии с са-
мым современным изме-
рительным оборудовани-
ем, обладающим больши-

Рис. 5. Комбинированное измерение диаметра 

и эксцентричности во время процесса экструзии 

провода с использованием калибра 

CENTERVIEW 8010

Рис. 4. Анализ с использованием БПФ и вычисление SRL внутри 

измерительной головки

к центральному блоку 
контроля и отображения

ECOCONTROL 6000 или другой 

внешний дисплей (например, 

обычный монитор РС)

Profibus, DeviceNet, Ethernet

Аналоговый 

измеряемый 

сигнал

Измерительная головка

Спект-

ральный 

фильтр

А/Ц пре-

образова-

тель

Анализ БПФ
Вычисление 
SRL

RS 232

RS 485

Производство

ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2011, www.kabel-news.ru

75

ми возможностями анализа. Именно такие возмож-
ности предоставляет быстрое преобразование Фу-
рье измеряемых параметров кабеля. Незначитель-
ные периодические флуктуации параметров кабе-
ля практически не могут быть определены физиче-
скими измерениями, а он-лайн-анализ этих параме-
тров в частотной области позволяет их оценивать 
быстро и точно. Кроме того, рассчитанный частот-
ный спектр предоставляет полезную информацию 
для определения причин возникновения периодиче-
ских дефектов. 

Решающим условием надёжной регистрации пе-

риодических флуктуаций и предотвращения их вли-
яния на конечный продукт является получение дан-
ных о кабеле с высоким разрешением.

Точность измерения диаметра, эксцентриситета и 

овальности должна быть не менее 0,2 мкм, и такая 
точность измерений должна сохраняться в течение 
длительного времени (годами). Следовательно, точ-
ность однократных измерений имеет весьма важное 
значение. Каждый индивидуальный замер диаметра, 
эксцентриситета или овальности должен осущест-
вляться с максимальной точностью. Любое усредне-
ние однократных отсчётов будет сглаживать и скры-
вать кратковременные флуктуации. При измерени-

ях диаметра, овальности, эксцентриситета в спек-
тре БПФ необходимо иметь разрешающую способ-
ность по амплитуде около 0,2 мкм. Скорость работы 
измерительных устройств является ещё одним важ-
ным фактором. Высокая скорость работы линий из-

Рис. 6. Представление результатов вычисления 

SRL на дисплее блока ECOCONTROL 2000 

компании СИКОРА

Производство

ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2011, www.kabel-news.ru

76

готовления кабелей с витыми парами требует скоро-
сти измерения, соответствующей 2 тыс. отсчётов в 
секунду. При этом необходимо уделять соответству-
ющее внимание времени экспозиции измерительных 
устройств, т.е. времени, необходимому для регистра-
ции информации. Для того чтобы избежать фикса-
ции несуществующих периодических ошибок, кото-
рые могут вызываться, например, вибрациями кабе-
ля, время экспозиции должно быть не более 1 мкс. 

Требования к точности измерений, предъявля-

емые к устройствам для измерения ёмкости, так-
же чрезвычайно жёсткие. Точность измерений в 
этом случае должна быть не хуже 0,1 пФ/м и долж-
на поддерживаться на этом уровне в течение про-
должительного времени. Каждый отсчёт при одно-
кратном измерении ёмкости должен быть произве-
дён с весьма большой точностью. Любое влияние 
качества охлаждающей воды (температура, элек-
тропроводность и т.д.) на результаты измерений не-
допустимо. Для достижения высокой точности од-
нократного отсчёта необходимо иметь разреше-
ние по амплитуде по меньшей мере 0,01 пФ/метр 
во всём спектре измерений ёмкости с помощью 
БПФ. 

Для получения лучших результатов измерения ко-

роткий и длинный измерительные электроды долж-
ны использоваться в одном канале для измерения 
ёмкости.

Длинный электрод предназначен для точного из-

мерения средних значений ёмкости, а более корот-
кий (длина не более 10 мм) позволяет осуществлять 
достоверные измерения быстрых флуктуаций ёмко-
сти. Измерительный канал с коротким электродом 
должен иметь полосу частот приблизительно 2 кГц. 
В этом случае возможно получение оценки величи-
ны SRL на частотах до 2 ГГц при скоростях работы 
линии вплоть до 3750 м/мин. 

Поскольку входные данные, полученные с высо-

кой точностью и высоким разрешением, не искажа-
ются при передаче по электрическим цепям, наибо-
лее достоверные результаты получаются в том слу-

Рис. 7. Оптимизация расхода материала 

изоляции за счет периодического уменьшения 

флуктуаций диаметра

наружный слой материала

гарантированная толщина покрытия

чае, когда он-лайн-вычисления SRL и процедура 
БПФ осуществляются непосредственно внутри спе-
циальной измерительной головки. Обработка сигна-
ла должна осуществляться только цифровыми мето-
дами для минимизации уровня шумов. 

Для того чтобы быть на шаг впереди конкурентов, 

производителю кабелей для передачи данных необ-
ходимо превосходное качество кабельной продук-
ции, обладающей совершенными передаточными 
характеристиками. Кроме того, есть и второе усло-
вие — увеличение скорости производственного про-
цесса, например, за счёт экономии материала изо-
ляции. 

С другой стороны, экономия материала возмож-

на за счёт уменьшения объёма отходов производ-
ства, благодаря своевременному обнаружению не-
допустимых значений SRL. Кроме того, как это пока-
зано на рис. 7, возможна дополнительная экономия 
материала, если уменьшать периодические флукту-
ации диаметра до минимума, гарантируя при этом 
требуемую минимальную толщину изоляционного 
покрытия.

В типовой линии для экструзии кабеля с витыми 

парами каждый микрон избыточной толщины стенки 
изолирующего материала приводит к избыточным 
затратам 1,5 тонны этого материала в год.

Таким образом, представленное в настоящей 

работе оборудование для измерений и анализа не 
только помогает производить высококачественную 
кабельную продукцию, но и способствует осущест-
влению производственного процесса наиболее эко-
номичным путём.

 ЛИТЕРАТУРА
1. ISO/IEC 11801: 2002, Information technology — 

Generic cabling for customer premises.

2. W. Blohm: “On-line Fast Fourier Transform and 

structural return loss analysis during cable extrusion”, 
Int. IWMA Conf. Wires & Cables Europe, May 26—
28, 1999, Dusseldorf, Germany.

3.  J.A. Olszewski and H. Lubars. “Structure return loss 

phenomenon in coaxial cables”, Proc. IEEE, vol. 58, 
pp. 1036 — 1050, July 1970. 

4. r. Mathieu, Y. Peltier and A.J. Ghali, “Structural 

return loss performance evaluation of materials and 
elements for high quality coaxial cables”, Proc. 25 Int. 
Wire & Cable Symposium, Nov. 16-18, 1976, Cherry 
Hill, NJ, pp. 82 — 90.

5. H. Huges, “Communication cables — Design, 

Manufacture and Installation”. John Wiley, New York, 
1997.

Статья опубликована в журнале

 «Wire & Cable Technology International»,

 March 2010.

Перевод Святослава ЮРЬЕВА

Производство

ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ