Скрутка пар и перекрестные помехи

Page 1
background image

Page 2
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

40

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ

Ñêðóòêà ïàð è 
ïåðåêðåñòíûå ïîìåõè

В 

 литературе [1—3] приведе-
ны в основном качествен-
ные и достаточно противо-

речивые сведения о зависимости 
перекрестных помех от конструк-
ции кабельных систем. Например, 
в [3] есть утверждение, что для 
минимума взаимных влияний двух 
пар 1—2 и 3—4 (номера жил) не-
обходимо обеспечить равенство: 
r

14

r

23

=r

13

r

24 

(рис. 1). Оно автома-

тически выполняется в звездной 
(четверочной) скрутке, а также 
при специальной синхронизации 
скрутки соседних пар. Тем не ме-
нее далее в [3] идут пространные 
рассуждения на предмет «согла-
сования» шагов скруток Ш, что-
бы снизить перекрестную помеху. 
В [2] есть похожие рассуждения 
«магов», но там же и такое обе-
скураживающее замечание: «Не 

О витой паре — симметричных кабелях связи с регулярной 

парной скруткой кажется уже все сказано. Однако вопросы и их 
решения продолжают возникать. Не претендуя на новизну объек-
та, авторы предлагают свою точку зрения на витую пару. 

Евгений ВИШНЯКОВ, старший преподаватель

 Озерского технологического института (филиал МИФИ),

Дмитрий ХВОСТОВ, генеральный директор ЗАО «СИМПЭК» 

рассчитывайте особо на пода-
вление наводок за счет варьиро-
вания шага скручивания пар, это 
возможно только в том случае, 
если длина фронта сигнала на-
много превышает шаг скрутки... 
К счастью, скручивание проводов 
крайне  редко дает негативный 
эффект

.

 Поэтому не стоит отка-

зываться от него, не попробовав». 

Вот так, скрутки бывают и во 

вред. И мы попадаем в ситуа-
цию, как в известном афоризме: 
про историю мидян известно, что 
она темна и непонятна. И еще по-
дозрительное обстоятельство. В 
[1, 2] есть некие количественные 
сведения о влиянии скрутки на 
помехи от местных радиостанций

.

 

И хотя они не очень достоверны 
из-за сильного разброса данных, 
но все-таки есть. В то же время 
нигде и ничего подобного нет про 
влияние скрутки на межпарные 
помехи. 

Это тем более удивительно, 

что сейчас идет освоение кабелей 
LAN-7 и LAN-8 с весьма жесткими 
требованиями к подавлению по-
мех разного типа. И давно пора 
либо отбросить науковидные рас-
суждения про скрутки и помехи, 
либо как-то обоснованно все это 
формализовать. Скажем, в виде 
расчетных формул NEXT (Ш

1

Ш

2

...).

Рис. 1. «Согласование» скрутки двух пар жил для предположи-

тельной минимизации их взаимного влияния согласно [3]

1—2 — сигнальная пара, 3—4 — приемная


Page 3
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

41

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ

Тем не менее везде видим как 

заклинание — раз каждые пол-
витка пары наводка меняет знак, 
то... И хотя применительно к 
длинным линиям такие рассужде-
ния по меньшей мере спорны, мы 
не будем этого делать, а обра-
тимся к высшему авторитету — 
опыту. Спросим сами многопар-
ные кабели, что они «думают» о 
скрутках. 

Для этого выбрали неэкраниро-

ванный кабель витая пара LAN-5е, 
98 м, 100 Ом. Диаметр жил 

=0,51 

мм, в изоляции 0,9 мм, Ш=19,0, 
16,3, 14,5 и 12,5 мм (соответ-
ственно синяя — 1—2, зеленая — 
3—4, оранжевая — 5—6 и корич-
невая — 7—8). Оболочка ПВХ — 
0,5 мм. Отметим попутно, что со-
гласно частному сообщению ав-
тора [7] результатам исследова-
ний неэкранированных кабелей 
особо доверять не следует. Но 
мы выбрали именно неэкраниро-
ванный, так как нас интересовали 
помехи, возникающие в кабелях 
из-за разных причин, в том числе 
и внешних. 

С этой же целью использо-

вали и такие «неприличные» 
вспомогательные объекты, как 
телефонные кроссировочные 
провода ПКСВ (сине-белый, дли-
на 40 м, волновое сопротивление 
119—123 Ом, диаметр жил 0,5, 
в изоляции 1,2, Ш=35 мм) и про-
вод ТРП ( соответственно 57 м, 
280—300 Ом, 0,5, 1,4, толщи-
на разделительного основания 
0,6 мм, полная ширина 4,8 мм). 
Хотя они заметно отличаются от 
LAN-кабелей, но удобнее для экс-
периментов. 

Эксперименты ставили с 

помощью специально скон-
струированной измерительно-
информационной системы — 
ИИС. На рис. 2 показаны ее 
упрощенная функциональная схе-
ма и принципиальные схемы сое-
динителей объектов с ее блоками: 
генератором PCI ГСПФ-052 и си-
стемой сбора данных ЛА-н4 USB 
(оба производства ЗАО «Руднев-
Шиляев», Москва).

Генератор позволяет менять 

частоту сигнала и его форму. 
Здесь в основном применяли ко-
роткие отрицательные измери-
тельные импульсы U

0

=минус 8 — 

минус 12 В, 13 нс (

2,6 м вдоль 

оси кабеля, полоса частот 35—40 
МГц). Их в дальнейшем называем 
измерительными, зондирующими 
или просто зондами. А также ме-
андр с таким периодом (>>1 мкс), 
чтобы его фронты можно было 
трактовать как ступенчатое воз-
мущение. Зонды (U

0

) направляли 

в выбранную пару жил, которую в 
дальнейшем называем сигналь-
ной (1—2), а остальные пары (3—
4) — приемными, и такое влияние 
обозначим как 1—2 



3—4.

Восьмиразрядная двухканаль-

ная система сбора данных ЛА-н4 
принимает входные и выходные 
сигналы пар, оцифровывает их 
(с частотой до 500 МГц) и запи-
сывает в файлы данных, направ-
ляемые в достаточно мощный ПК. 
Возможности такой ИИС обшир-
ны. Здесь ее использовали в ка-
честве рефлектометра, в котором 
ЛА-н4 обеспечивала работу ПК в 
режиме двухканального запоми-
нающего осциллографа. 

С его помощью фиксировали 

измерительные сигналы и поме-
ху В

0

(t), идущую по сигнальной 

линии назад (ее называют также 
структурными возвратными по-
терями, а в [4] — обратным пото-
ком), и одновременно (точнее, с 
задержкой 2 нс) один из сигналов:
• U

1

(t) — зонд, прошедший ли-

нию и сопровождающую его 
помеху В

1

 (в [4] ее называют 

попутным потоком);

• А

0

(t) — перекрестную помеху 

назад на одной из приемных 
линий;

• А

1

(t) — там же, вперед. 

Цель предлагаемой работы — 

исследование источников и усло-
вий возникновения помех в пар-
ных кабелях. 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ПОМЕХА 

С ТРАДИЦИОННОЙ 

КОМПОНОВКОЙ ЖИЛ 

ВИТЫХ ПАР

На рис. 3 представлены осцил-

лограммы сигналов U

0

(t) и А

0

(t) 

(1—2

3—4) для кабеля LAN-5е. 

Они типичны, и мы рассмотрим их 
подробнее. Слева во всех осцил-
лограммах U

0

 — зонд, за ним — 

ряд составляющих структур: 
•  начальный «звон» (до ~0,15 мкс);
•  слабый шумоподобный сигнал 

«из тела» линий;

•  отраженный сигнал от нагруз-

ки (первое отражение 0,94 
мкс);

Рис.2. Функциональная схема ИИС для исследования 

перекрестных помех

Под ней — принципиальные электрические схемы блоков для под-
ключения линий к цепям: В — генератора ГСПФ и Н — системы сбо-
ра данных (осциллографа) ЛА-н4


Page 4
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

42

Рис.4. Осциллограммы начального «звона» и излучения 

«из тела» кабеля в увеличенном масштабе

Следует обратить внимание на сдвиг головного пика A

0

 относитель-

но зондирующего импульса (уходит глубоко под рисунок). а также на 
корреляцию пиков А

0

 и В

0

, которые могут быть как синфазными, так 

и противофазными.  

•  остаточное эхо, наблюдаемое 

в течение 3—5 мкс (на рисунке 
не показано). 
Сигнал U

0

(t), за исключением 

зонда, идентифицируем как по-

меху В

0

. Обычно сигналы началь-

ного звона A

0

 и B

0

 противофазны 

(рис. 3, 4), равно как и сигналы, 
отраженные от конечных нагру-
зок. Но это не строгое правило.

Табл. 1. Показатели подавления

 

помех, дБ в кабеле LAN-5е

Составляющая помехи

1—2

®

3—4 5—6  7—8 

начальный звон

22,5

29,1

29,29

23,85

сигнал из тела линии 

41,1*

41,5

41,60

38,90

сигнал нагрузки 

24,9

29,5

29,68

24,24

остаточный звон

38,8

36,6

36,71

34,02

полная энергия A

0

 (NEXT )

20,4*

25,8

25,96

20,75

полная энергия B

0

 (FEXT ) 

8,74*

29,38

22,01

22,48

* для — 2 SRL, RL вместо NEXT и Att вместо FEXT

Сигналы А

0

(t) и B

0

(t) коррелиро-

ваны, что можно непосредственно 
видеть в осциллограммах. Коэф-
фициенты корреляции r не малы, 
особенно из тела кабеля. Так, для 
амплитуд А

0

(t) и B

0

(t) из тела r= 

-0,46 (то есть A

0

 и B

0

 в основном 

противофазны). И для мощности: 
r=0,95 (почти 100-процентная кор-
реляция). Для полных A

0

 и B

поху-

же: соответственно r= -0,40 и 0,33. 
Аналогично для других влияний: 
1-2

5—6

7—8 и т.д. 

В табл. 1 приведены показа-

тели подавления разных состав-
ляющих помех: 20 log(U

0

/U) [дБ], 

где U — среднеквадратичное на-
пряжение.

Показатели в строках NEXT и 

FEXT для пар 3—4, 5—6 и 7—8 
аналогичны одноименным в стан-
дарте TIA/EIA 568А. Для пары 
1—2: SRL — подавление помехи 
В0, RL — то же для всего тракта 
и Att — затухание в сигнальной 
линии. Параметры для других 
конфигураций сигнал-помеха 
(3—4

... и т.п.) близки к приве-

денным в табл. 1. 

Напоминаем во избежание не-

доразумений, что параметры в 
кавычках — «импульсные», в то 
время как в стандартах предпи-
сывают контролировать их с по-
мощью гармонических сигналов. 
Импульсный подход упрощает от-
деление сигнала собственно ка-
беля от сигналов его соедините-
лей, а также паразитных в самой 
ИИС. 

Поэтому здесь и в дальнейшем 

работаем именно с импульсными 
измерительными сигналами, не 
претендуя на получение «атте-
стованных» результатов. Для по-
ставленной в работе цели это не 
требуется. 

На рис. 5 — осциллограммы 

импульса U

1

. Он заметно уширен 

относительно U

0

. Кстати, анало-

гичный эффект зафиксирован и 
в [4]. На рис. 5 приведены также 
осциллограммы помех А

1

(t) и В

1

(t). 

В качестве В

1

 идентифицируем 

сигнал U

1

(t) «без импульса U

1

». 

В

1

, как правило, содержит эхо 

Рис.3. Осциллограммы сигналов U

0

(t) и А

0

(t)

Крайний левый отрицательный пик — зондирующий импульс. Знако-
переменные импульсы около 0,94 и 1,88 мкс — отражения от даль-
него конца. Справа — в увеличенном масштабе отчетливо виден на-
чальный звон А

0

(t) и В

0

(t), а также наводка зондирующего импульса 

на соседний («красный») канал ИИС.

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ


Page 5
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

43

Рис. 5. Осциллограммы 

помех B

1

 А

1

 

(1—2 

 3—4, 5—6, 7—8: крас-

ная, зеленая, сиреневая линии 
соответственно). Пунктир — 
форма зондирующего импульса. 
Стрелкой помечен пик в сигнале 
U

1

(t), который идентифицирова-

ли, как помеху В

1

, парную поме-

хам А

1

 в соседних линиях. 

Рис.6. Осциллограммы помех 

А

0

 и В

0

 при разных 

внешних воздействиях

Стрелки — начало и конец, на не-
экранированный кабель LAN-5е. 
Вверху — при погружении LAN-
5е в воду. Ниже — при погруже-
нии пары проводов ПКСВ в воду 
(см. текст). Здесь следует об-
ратить внимание на существен-
ную разницу в поведении А

0

    и 

В

0

. Внизу — при воздействии на 

LAN его спиральной скрутки и 
экрана поверх оболочки.

3—5 мкс, а также пики как кон-
трастно различимые на фоне зон-
да (на рис. 5 помечен стрелкой 
В

1

), так и в виде «колен» на фрон-

тах зонда (на рис. 5 — на заднем). 
Так что анализ В

1

 требует специ-

альной регрессионной процеду-
ры, но на этом здесь останавли-
ваться не будем. 

Необходимость введения тако-

го понятия, как помеха В

1

, продик-

тована тем, что она явно парная 
синхронной ей А

1

. Кроме того, она 

родственна и упомянутому в [4] 
попутному потоку. Хотя сигналы 
А

1

 и В

1

 весьма информативны для 

кабельной диагностики, далее со-
средоточимся на более наглядных 
А

0

 и В

0

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ 

ФАКТОРОВ НА ПОМЕХИ 

Коль самые мощные сигналы 

А

0

(t) и В

0

(t) идут от концов LAN-5е, 

для выявления источников помех 
в самом кабеле эксперименты с 
объектами осуществляли на до-
статочном удалении от их соеди-
нителей с ИИС (не менее чем 
на 10 м). Например: погружение 
LAN-5е (60 м) в водную среду в 
оболочке; то же (10 м) для ПКСВ 
без оболочки; скрутку 20 м кабеля 

LAN-5е в плотную спираль диаме-
тром 40 мм с длиной 1,5 м; обо-
рудование LAN-5е внешним экра-
ном (20 м поверх ПВХ-оболочки).

На рис. 6 представлены осцил-

лограммы сигналов А

0

 и В

0

, свя-

занных с модифицированными 
такими способами участками 
кабеля (помечены стрелками). 
Здесь головные пики помех син-
фазны, в отличие от приведенных 
на рис. 3. За исключением полно-
го погружения сигнальной и при-
емной пар ПКСВ в водную среду, 
где сигнал А

0

 не имеет видимых 

особенностей, в то время как 
мощность пиков В0 подскакивает 
на ~20 дБ. 

Подчеркнем, что LAN-5е по-

гружали в воду только в оболоч-
ке, а опыт с полным погружением 
пар в водную среду произвели с 
помощью свитых друг с другом 
проводов ПКСВ. Дело в том, что 
с LAN-5е такой опыт нельзя про-
делать без удаления оболочки 
или ввода воды внутрь ее (напри-
мер, с помощью шприца). Но и то 
и другое нарушает чистоту опыта 
(в первом случае — удаление обо-
лочки, а во втором — ее наличие), 
и в обоих случаях есть проблема 
оценки длины залитого водой 
объема. 

Помимо водных процедур, ма-

кет из двух пар ПКСВ оказался 
полезным для исследований усло-
вий генерации А

0

, В

0

, А

1

, В

1

, так 

как с его помощью можно вклю-
чать и выключать электромагнит-
ное взаимодействие пар: отдале-
нием друг от друга; прокладкой 
алюминиевой фольги или сталь-
ной ленты; погружением в воду, 
которая из-за высокого значения 

=78—81 играет роль хорошего 

диэлектрического экрана. 

Кроме того, меняли шаг скрут-

ки ПКСВ. В частности, при ис-
следовании влияния внешних 
(эфирных) радиопомех его дово-
дили до 2,5 мм. Результаты этих 
опытов тоже весьма поучитель-
ны и достойны отдельного об-
стоятельного обсуждения. Здесь 
ограничимся лишь замечанием, 

что подтвержден отмеченный в 
[1] факт сильного разброса мощ-
ности помех по частоте радио-
волн (15—250 МГц) и по времени 
наблюдений. Тем не менее не за-
фиксировано влияние скрутки на 
мощность помех. И, к слову, тео-
ретическое исследование позво-
лило выяснить, почему это так. Не 
вдаваясь в подробности, отметим, 
что внешние радиоволны создают 
помехи лишь в области концов 
длинных линий. А в самой линии 
однородная радиоволна никаких 
помех не создает, так как для это-
го проекция скорости радиоволны 

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ


Page 6
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

44

на ось линии должна совпадать 
со скоростью собственных волн в 
линии, что практически нереали-
зуемо. 

Аналогичные опыты провели и 

с парой проводов ТРП. Их особое 
преимущество в том, что в них 
жилы прямые и широко разнесе-
ны (3,7 мм). Кроме того, расчеты в 
программной среде ELCUT [www.
tor.ru] показали значительное пре-
имущество ТРП для исследова-
ния перекрестных помех, так как 
взаимодействие проводов ТРП 
существенно сильнее, чем пар 
ПКСВ или LAN. Кроме того, ТРП 
можно произвольно поворачивать 
и сдвигать друг относительно дру-
га, регулируя взаимодействие. И 

главное — нет начальной скрут-
ки. И потому можно проследить 
явления вплоть до Ш=25 мм (при 
меньших шагах ТРП сворачивает-
ся в трубочку). 

Отметим, что приведенные 

здесь результаты касаются опы-
тов с согласованными нагрузками 
на обоих концах всех линий. Этим, 
однако, не ограничивались: испы-
тания проводили в разных комби-
нациях, как с короткозамкнутыми 
концами, так и в режимах холо-
стого хода. В целом все это весь-
ма поучительно, но даже краткое 
описание слишком объемно. И по-
тому ограничимся лишь одним, на 
наш взгляд, наиболее поучитель-
ным опытом. 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ПОМЕХА С 

«ВЫКЛЮЧЕНИЕМ» СКРУТКИ 

Итак, как видно из рис. 3 и 

табл. 1, основной сигнал помех А

и В

0

 исходит от концов линии, где 

нет скрутки. И на последнем ме-
сте — сигналы из самого тела ви-
тых пар. Так что на первый взгляд 
скрутка хорошо защищает их от 
взаимного влияния. 

Тем не менее она практически 

не работает. И чтобы в этом убе-
диться, достаточно просто поме-
нять местами клеммы жил 2 и 3 на 
входном и выходном устройстве 
ИИС (рис. 7). Как видно из ри-
сунка, эта операция ликвидирует 
смену знака наводки, на чем со-
гласно традиционной трактовке и 
основан принцип действия витых 
пар, да еще с разным шагом. Кро-
ме того, здесь реализован также 
максимум амплитуды наводки. 
Так что, следуя традиционной 
логике, помеха А

0

 из тела линии 

должна подскочить до уровня по-
мехи от концов линии или даже 
превысить ее.

Но ничего подобного, как это 

можно видеть на рис. 8 в сравне-
нии с рис. 3 и 4, а также из табл. 2, 
данные которой мало отличаются 
от приведенных в табл. 1. 

При желании можно даже 

усмотреть некоторое усиление 
взаимной помехозащищенности 
линий, которые, подчеркиваем, в 
данном опыте максимально силь-
но взаимодействуют без смены 
знака. Аналогично поведение 
столь же сильно связанных 5—7 
и 6—8.

Такое поразительное поведе-

ние LAN-кабеля настолько проти-
воречит традиционному взгляду 
на генерацию перекрестных по-
мех, что ряд опытов поставили с 
использованием более простых 
объектов: ПКСВ и ТРП (с тем же 
результатом). Хотя и не столь 
контрастным, как у LAN, но тоже 
вполне достоверным. 

Следует обратить внимание на 

несколько меньшее затухание в 
паре 1—3 по сравнению с парой 
1—2. Видимо, это связано с тем, 

Рис. 7. Формирование перекрестной помехи в системе 

двух витых пар

Следует обратить внимание, что в традиционной компоновке пар 

наводка 1—2 

 3—4 меняет знак. Для 1—3 

 2—4 смены знака нет. 

Рис. 8. Осциллограммы помех А

0

 и В

0

 в системе пар 1—3 и 2—4

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ


Page 7
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

45

что волновое сопротивление у 
пары 1—3 (108 Ом) больше, чем у 
1—2 (102 Ом). Что вполне понят-
но: расстояние между жилами 1 и 
3 больше, чем между 1 и 2. 

ОБСУЖДЕНИЕ 

Если посмотреть на табл. 1 

и 2, то по параметру NEXT ис-
следованный LAN-5е формально 
уступает требованиям катего-
рии 5: NEXT>39 дБ (31,25 МГц) и 
NEXT>35 дБ (62,5 МГц). Но это, 
конечно, не свойство кабеля, а 
скорее самой ИИС в целом, так 
как энергия помехи А

0

, излучен-

ной кабелем, составляет всего 
около 1,5% полной. Аналогично 
по параметру В

0

 (0,9%). 

NEXT собственно кабеля 

LAN-5е (сигнал линии) близок 
к нормативу LAN-6: NEXT>42 
дБ (31,25 МГц) и NEXT>40 (62,5 
МГц). А SRL с большим запасом 
(~ 20 дБ) превышает норматив 
LAN-6: SRL>17,1 дБ (31,25 МГц) и 
SRL>14,1 (62,5 МГц) [4].

Высокая, почти единица, сте-

пень корреляции мощности А

0

(t) и 

В

0

(t) из тела линии — свидетель-

ство их общего происхождения. 
В то же время пониженная корре-
ляция их амплитуд (~ -0,5) — при-
знак наличия двух независимых 
механизмов генерации А

0

(t) и 

В

0

(t): в 

1/3 случаев синфазных, а 

в 

2/3 — противофазных. 

Видимо, из-за высокой корре-

ляции автор [6] предлагает огра-
ничиться контролем SRL. Впро-
чем, опыт с полным погружением 
ПКСВ в воду показывает, что по-
меха В

0

, даже мощная, не всегда 

сопровождается помехой А

0

. И в 

этом смысле параметр SRL может 
быть и обманчивым.

Пониженная корреляция помех 

А

0

(t) и В

0

(t) от всего тракта пока-

зывает, что их источники (рас-
положенные главным образом в 
области входа и выхода линии) в 
значительной степени независи-
мые, хотя тоже преимущественно 
противофазные. 

Знак головных пиков В

0

 во 

всех осциллограммах рис. 6 про-

тивоположен знаку зонда. Это со-
ответствует отражению сигнала 
от участка линии с пониженным 
значением волнового сопротивле-
ния Z

0

=(L/C)

1/2

. Что логично: вода 

повышает емкость С и, стало 
быть, снижает Z

0

. Металлические 

предметы (фольга или соседние 
витки спирали) тоже повышают 
С. Отметим попутно, что в опытах 
с локальным механическим отда-
лением друг от друга пар ПКСВ 
наоборот: головной пик В

0

 имел 

знак зонда. Что тоже логично: от-
даление взаимодействующих ли-
ний ведет к снижению С и росту 
Z

0

. То же с проводами ТПР. 

Некоторое снижение затуха-

ния в паре 1—3 в сравнении с 
1—2 вызвано по крайней мере 
двумя причинами. Первая: повы-
шенное значение Z

0

 ведет к сни-

жению затухания из-за омических 
потерь: Att=434,4 R/Z

0

 [дБ/100 м] 

(R [Ом/м] — сопротивление по-
терь). А вторая особенно интерес-
на: в конфигурации 1—3

2—4 

из-за сильного взаимодействия 
жил 1 и 2 и 3 и 4 четные жилы как 
бы помогают нечетным (это по-
казало моделирование в ELCUT). 
Дело в том, что ток жилы 1 вызы-
вает противоток наводки в жиле 
2, который, в свою очередь, вызы-
вает противоток в жиле 1, то есть 
направленный вдоль нее. Четные 
жилы как бы параллельно под-
ключаются к нечетным. Впрочем, 
это, может быть, и не правило, так 
как в ПКСВ зафиксировали неко-
торое (на 2 %) повышение затуха-
ния.

Следует особо подчеркнуть: 

основной источник помех — неод-
нородности кабеля. Кстати, кос-
венно на это указано и в курсах 

магии [1, 2], содержащих весьма 
обстоятельные обсуждения помех 
и механизмов их возбуждения. В 
частности, по мнению «магов», 
основной источник помех — скач-
ки потенциалов (токов) сигналь-
ной линии. 

На самом деле, если посмо-

треть на рис. 9, то впечатление 
такое, что помеха А

0

 действует, 

пока передний фронт прямоуголь-
ного импульса летит к нагрузке 
t=0,24 мкс (t=Д/V , Д — длина ли-
нии ПКСВ, V — скорость сигнала) 
и пока оттуда не пришел сигнал, 
отраженный от нагрузки. Это еще 
0,24 мкс, и возникают малень-
кие пики на вершинах зондов. И 
тут помеха в основном исчезает 
(к слову, в [1, 2] приведены ана-
логичные осциллограммы). Но 
ведь зонд-то никуда не делся: 
напряжение-ток в сигнальной ли-
нии есть, проводники-изоляторы 
на месте, их взаимодействие — 
тоже... По традиционной логике 
помеха должна оставаться, а она 
почти исчезает. И тут лучше ра-
ботает логика «магов»: помеха 
А

0

 «живет», пока «не знает», что 

передний фронт зонда линию уже 
прошел. 

Тем не менее и она недоста-

точно полна. Так, не ясно, как с ее 
помощью понять низкочастотное 
поведение А

0

 и А

1

, существенно 

отличающееся от высокочастот-
ного, как это видно на рис. 9, где 
представлена реакция приемной 
3—4 линии на прямоугольные им-
пульсы в сигнальной 1—2 с дли-
тельностью 1,25 и 64 мкс. 

 И тут помеха А

0

 существует 

в основном в течение времени 
2t=0,48 мкс, а потом в виде спа-
дающей экспоненты. Это очень 

1—3

2—4

5—7

6—8

сигнал линии 

37,34*

42,89

40,36

39,76

NEXT 22,44*

26,06

19,59

19,97

FEXT 6,30*

21,38

19,06

22,56

* для 1—3 SRL, RL вместо NEXT и Att, вместо FEXT

Табл.. 2. Параметры подавления

 

помех (дБ) в кабеле LAN-5е 

с «выключенной» скруткой

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ


Page 8
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

46

похоже на работу дифференци-
рующей цепочки, где роль емко-
сти играет электрическая связь 
сигнальной и приемной линий, а 
роль сопротивления — нагрузка 
последней. Но это — на клемме 
А

0

. А вот А

1

 ей противофазна, что 

уже больше похоже на другую 
клемму вторичной обмотки транс-
форматора. И то за исключением 
случая: 1—2

3—4 в интервале 

~0,1—1 мкс (это область резо-
нансных частот линии, и, похоже, 
только здесь скрутка как-то себя 
проявляет). 

Кабель нельзя рассматривать 

как сосредоточенный элемент. И 
даже на самых низких частотах 
вряд ли можно адекватно понять 
его работу в рамках аппарата те-
ории цепей (узловые потенциалы, 
уравнения Кирхгофа и т.д.). По-
ведение же помех вообще не впи-
сывается в традиционную логику, 
логику «магов». В целом физика 
работы кабеля связи требует осо-
бо обстоятельного обсуждения, 
которое надеемся сделать позд-
нее. Здесь ограничимся лишь не-
которым качественным объясне-
нием. 

Прямые двухпроводные линии 

отличаются от других волноводов 
тем, что в них распространяются 
Т-волны, электрическое Е и маг-
нитное Н, поле которых перпенди-
кулярно оси линии. В результате 
поток энергии Т-волны (вектор 
Умова) У=[ЕН] течет строго па-

раллельно линии. И она не может 
передаваться в параллельные ей 
соседние, даже самые близкие. 

С другой стороны, чтобы в при-

емных линиях возникли помехи А

0

 

и А

1

, туда надо передать энергию. 

А из Т-волны эта энергия посту-
пить не может. Этот вывод можно 
сформулировать в виде теоремы: 
в идеальных бесконечно длинных 
кабелях связи с однородными 
прямыми парами перекрестных 
помех нет.

Но если на пути Т-волны есть 

рассеивающая неоднородность 
(вход и выход линии, соседний 
предмет, изгиб линии, скрутка...), 
то здесь могут возникать волно-
вые моды под углом к соседним 
проводникам, способные пере-
дать туда энергию. В этом месте 
и происходит генерация помех: 
назад А

0

 и вперед А

1

. А в сигналь-

ной линии — волны реакции на 
локальную убыль энергии, но уже 
в виде помех В

0

 и В

1

И тут встает вопрос: а как же 

витые пары? Ведь получается, 
что их витки — источники помех? 
Да, и неслабых. Это подтвержде-
но, в частности, численными экс-
периментами по моделированию 
электромагнитных полей витых 
пар и рядом других опытов. И по-
лучается парадокс: общеизвест-
но, что скрутка пар — хороший 
прием в борьбе против помех, а 
оказывается, они сами их мощ-
ный источник. 

Но на самом деле парадокса 

нет. Все дело в СВЧ — сверх-
высокой частоте «виты» помех: 
F=2V/Ш, где V — скорость вол-
ны. К примеру, для Ш=10—40 
мм и V=2—108 м/с F=40—10 ГГц. 
Это намного выше рабочей ча-
стоты средств связи, и их филь-
тры эти СВЧ-помехи подавля-
ют. 

Более того, витые пары с той 

же частотой модулируют помехи 
от всех остальных источников, 
«подставляя» их под те же филь-
тры. И в этом смысле витые пары 
работают. Но, разумеется, со-
всем не так, как пишут в учебни-
ках. 

В результате витые пары 

верой и правдой служили свя-
зистам, пока рабочие частоты 
были намного меньше ~1 ГГц. 
И с этим, скорее всего, связан 
ошеломляющий рост быстродей-
ствия систем связи в прошедшее 
десятилетие: на порядок за 4—
5 лет [5]. Но в последние годы, 
как началось освоение частот 
1—1,2 ГГц, налицо резкое тор-
можение. Это, скорее всего, 
связано со стечением ряда не-
благоприятных обстоятельств: 
снижением NEXT с ростом часто-
ты, ростом Att, ростом мощности 
собственных шумов приемников 
и ухудшением эффективности 
их фильтров. А если в линии или 
приемниках есть еще и нели-
нейности, выпрямляющие СВЧ-
помеху, то становится понятным 
замечание «магов» о том, что 
скрутки иногда ухудшают ситуа-
цию. 

Понятно также, почему в ли-

тературе нет расчетных формул 
NEXT (Ш

1

, Ш

2

...): витые пары не 

подавляют помехи, а, напротив, 
возбуждают. 

В целом же следует констати-

ровать, что прогресс в повышении 
рабочих частот и быстродействия 
систем связи на базе многопар-
ных кабелей вряд ли возможен 
без отказа от витых пар. А что мо-
жет быть взамен — тема отдель-
ного разговора. 

Рис.9. Помеха А

0

 (красные линии) и A

1

 (сиреневые) в случае 

длительных сигналов прямоугольной формы

Следует обратить внимание на симметрию А

0

 и А

1

 везде, кроме 

левых верхних осциллограмм. 

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ


Page 9
background image

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

47

ВЫВОДЫ

Весь объем проведенной нами работы позволяет 

констатировать следующее. 
1.  В многопарных линиях связи могут действовать по-

мехи по крайней мере четырех типов, которые це-
лесообразно объединить в «родственные» связки 
А

0

, В

0

 назад и А

1

, В

1

 вперед.

2.  Генерация помех происходит в местах неоднород-

ностей кабеля: входа, выхода, изгибов, около со-
седних предметов, изгибов, скруток... А по тем при-
чинам, о которых можно прочитать в учебниках и 
других фолиантах, ее нет.

3.  Вопреки широко распространенному мнению скрут-

ка витых пар не влияет на мощность перекрестных 
и других помех. В лучшем случае. А в худшем — 
является их дополнительным источником. И на по-
вестке дня вопрос об отказе от витых пар в много-
парных кабелях связи. 

4.  Получение столь неожиданных результатов и выво-

дов было бы практически невозможно без приме-
нения в диагностике свойств кабелей интеллекту-
альной ИИС на базе мощной ЭВМ, оборудованной 
ВЧ-генератором импульсов произвольной формы и 
быстродействующей системой сбора данных. 

5. Для оценки помехозащищенности кабелей свя-

зи надо отказаться от гармонических сигналов в 

пользу импульсных. Так как последние позволяют 
надежно отделить сигналы кабеля от паразитных, 
идущих от других звеньев тракта: соединителей 
кабеля с измерительной системой и внутри самой 
этой системы. 

ЛИТЕРАТУРА

Г. Джонсон, М. Грэхем. Конструирование высоко-

скоростных цифровых устройств. Начальный курс чер-
ной магии. — М: Вильямс, 2006.

Г. Джонсон, М. Грэхем. Высокоскоростная передача 

цифровых данных. Высший курс черной магии. — М: 
Вильямс, 2005.

В.Е. Власов, Ю.А. Парфенов. Кабели цифровых се-

тей электросвязи. — М: Эко-трендз, 2005.

С.Ф. Глаголев, М.С. Былина, А.С. Дюбов. «КАБЕЛЬ-

news», № 8, 2010, с. 48-54. Оценка неоднородностей 
цепей кабелей для цифровой передачи импульсным 
рефлектометром. 

Д. Гальперович, Ю. Яшнев. Инфраструктура ка-

бельных сетей. — М: Русская панорама, 2006, с. 218.

 И.Г. Бакланов. Технологии ADSL/ADSL2+: теория и 

практика применения. — М: Метротек, 2007.

А. Кочеров. Что нужно измерять для определения 

причин недостаточной эксплуатационной надежности 
xDSL. Телемультимедиа № 5 (33), ноябрь 2005.

Актуально

ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ


Читать онлайн

Сегодня хорошо известна витая пара — симметричные кабели связи с регулярной парной скруткой, однако вопросы и решения продолжают возникать. Например, как зависят перекрестные помехи от конструкции кабельных систем? Анализ этих проблем и своя точка зрения у авторов этой статьи.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

Технологический суверенитет в российской энергетике: энергоэффективные трансформаторы с сердечниками из аморфной стали

Энергоснабжение / Энергоэффективность Оборудование Экология
ООО «НПК «АВТОПРИБОР»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

Разработка методики точной оценки фактической загрузки трансформаторов 6(10)–0,4 кВ с помощью данных от интеллектуальных систем учета электрической энергии

Энергоснабжение / Энергоэффективность Оборудование
Мусаев Т.А. Хабибуллин М.Н. Шагеев С.Р. Федоров О.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

О ремонтах оборудования распределительных устройств 220‑500 кВ узловых подстанций и их схемах

Управление производственными активами / Техническое обслуживание и ремонты / Подготовка к ОЗП Оборудование
Гринев Н.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»