Technologia Vari-MaTriX PANDUIT czyli najcieńszy na rynku kabel UTP kat.6A

Dowiedz się w jaki sposób inżynierskie podejście do produkcji wysokowydajnego okablowania zwiększa wydajność Twojej sieci

Technologia Vari-MATRIX PANDUIT czyli najcieńszy kabel UTP kat.6A na rynku to najbardziej zaawansowany w branży kabel kategorii 6A. Vari-MATRIX to rozwiązanie, które gwarantuje najlepsze parametry transmisyjne przy najmniejszej na świecie średnicy kabla kategorii 6A (od 6,4mm – Plenum do 6,6mm LSZH) dla pełnego kanału transmisyjnego do 100m. Dodatkowo kabel Vari-MATRIX ma również najlepszą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w porównaniu z innymi kablami kategorii 6A, które wykorzystują pełne ekranowanie przy pomocy folii. Parametry takie osiągnięto dzięki owinięciu kabla metaliczną taśmą poprzerywaną w losowych odstępach.

Wraz z rozwojem aplikacji 10GBASE-T nowe instalacje okablowania strukturalnego coraz częściej sięgają po systemy kategorii 6A w celu obsługi przepływności danych z prędkością do 10Gb/s. W miarę uaktualnienia starszych sieci do współpracy z urządzeniami 10GBASE-T, niższe kategorie okablowania (kategoria 6 i 5) również będą musiały zostać zaktualizowane do kategorii 6A.

Typowy kabel kategorii 6A ma dużo większą średnicę niż dotychczasowe kable kategorii 5 i 6. Jednym z czynników wpływających na zwiększenie średnicy kabla  są wymagania dotyczące przesłuchów obcych ANEXT mających degradujący wpływ na transmisję w kanałach okablowania kategorii 6A.

Przesłuch obcy wynika z niepożądanego sprzężenia elektromagnetycznego pomiędzy sąsiadującymi przewodami w wiązkach kablowych. Prostą i bezpośrednią metodą zredukowania sprzężenia między sąsiednimi kablami jest tworzenie większych separacji pomiędzy żyłami w kablach. Większa średnica kabla naturalnie zwiększa odległość pomiędzy żyłami kabla zakłócanego i zakłócającego. Choć ta metoda okazała się skuteczna, szczególnie we wczesnych wersjach kabli kategorii 6A ich cena oscylowała na poziomie kabli o jeszcze większej średnicy.

Kable o dużych średnicach zmniejszają efektywną pojemność kanałów, drabinek oraz innych elementów służących do prowadzenia okablowania w budynkach. Powoduje to wzrost objętości infrastruktury służącej do prowadzenia i zarządzania okablowaniem oraz co za tym idzie wzrost kosztów  w porównaniu do sytuacji gdy stosujemy kable o mniejszej średnicy.

W przypadku sieci które wymagają aktualizacji z kategorii 5 lub 6 do 6A może się ziścić scenariusz, że całkowity koszt wymiany okablowania ze względu na brak miejsca w istniejących trasach kablowych będzie zbyt wysoki. Idealnie byłoby gdyby ta sama infrastruktura wykorzystywana do prowadzenia przewodów w budynku mogła wystarczyć także dla kabli kategorii 6A. Przez wiele lat od momentu wprowadzenia na rynek kabli kategorii 6A konstruktorzy kablowi wkładali wiele wysiłku w to aby skutecznie zredukować średnicę kabli jednocześnie zapewniając pełną odporność na przesłuch obcy.

Ewolucja średnicy kabli kategorii 6A

Jedną z metod ograniczania przekroju kabla była wprowadzona na rynek przez Panduit w 2007 roku bariera z metalicznej folii w postaci nieciągłych losowych segmentów owiniętych wokół skręconych par kabla (MATRIX). Nieciągła metaliczna folia skutecznie tłumi sprzężenia magnetyczne z sąsiednich kabli, zmniejszając tym samym przesłuch obcy. Osiąga się to za pomocą następującego mechanizmu:

• Dane propagowane wzdłuż czterech par skręconych przewodów wewnątrz kabla tworzą pole elektryczne i magnetyczne poprzeczne do kierunku propagacji
• Pole magnetyczne z jednej pary agresora (pary, która tworzy szum przesłuchu obcego) indukuje prąd w parach ofiar (parach, które otrzymują szum przesłuchu obcego) pobliskich kabli proporcjonalny do wielkości pola magnetycznego agresora
• Gdy pole magnetyczne agresora napotyka metaliczną folię, wytwarza prąd wirowy w metalicznej folii, co z kolei indukuje przeciwne pole magnetyczne
• Efektem netto dwóch przeciwstawnych pól magnetycznych jest zmniejszenie wielkości pola magnetycznego agresora obserwowane przez pary ofiar w metalicznej folii pobliskich kabli
• Dzięki temu zmniejszeniu sprzężenia magnetycznego, kable o mniejszej średnicy mogą być łączone w wiązki, a jednocześnie spełniają wymagania odporności na przesłuch obcy

Ograniczenia rozmiarów średnicy zewnętrznych kabli kat.6A UTP są zwykle związane z wymaganiami przesłuchu obcego. Dzięki konstrukcji Vari-MATRIX firmy Panduit, nieciągła bariera z folii metalowej zapewnia znacznie lepszą wydajność dla tłumienia przesłuchu obcego, eliminując w ten sposób tradycyjne ograniczenia dotyczące rozmiaru kabla. Zamiast obcego przesłuchu dyktującego minimalne rozmiary kabli, rozmiar kabla Vari-MATRIX jest ograniczony przede wszystkim grubością żył i ich izolacji wewnątrz kabla.

Rezultatem jest kabel kat.6A o rozmiarze podobnym do kabli o niższych kategoriach i  i odporności na przesłuch obcy przewyższający standardowe kable UTP.

Historię kabli kategorii 6A UTP Panduit obrazuje poniższy rysunek.

Rysunek 1 – Historia kabli kategorii 6A UTP  PANDUIT

Od tamtej pory inne firmy także wprowadziły na rynek swoje propozycje kabli UTP z metalowymi barierami aby zmniejszyć średnicę swoich kabli oraz zabezpieczyć przed przesłuchem obcym. Jednakże niektóre z tych kabli realizują barierę z folii w postaci taśmy ciągłej (ekran pływający) która może pogarszać odporność elektromagnetyczną systemu, ponieważ folia nie jest nigdzie zakończona. Użycie tego typu konstrukcji kabla UTP w kanale oznacza nic innego jak użycie kabla ekranowanego F/UTP bez zakończenia ekranu (antena). Przy każdym module i wtyku mamy przerwy w ekranie. Niektórzy producenci na rynku wprowadzili nawet nieciągłe bariery metalowe ale w segmentach o jednakowej długości. Chociaż takie konstrukcje mają dużą przewagę nad barierą ciągłą w kablu to mogą one nadal być podatne na specyficzne zakłócenia elektromagnetyczne w paśmie lub poza pasmem w zależności od tego jakie segmenty stałe znajdują się w barierach metalowych.

Nieciągła i losowa długość bariery metalowej na kablu Vari-MATRIX firmy PANDUIT zapobiega pogorszeniu parametrów EMC systemu zarówno w paśmie jak i poza nim.

Porównanie wzorów folii pokazano na Rysunku 2.

Kabel z ciągłą barierą (pływający ekran, zdegradowany EMI)

Kabel z nieciągłą barierą (ulepszone EMI)

Rysunek 2 – Przykład kabla z ciągłą barierą oraz Vari-MATRIX

Niniejszy dokument opisuje jaki wpływ mają na odporność elektromagnetyczną kabla poszczególne technologie i jak wpływają one na transmisję 10GBASE-T. Pomiary wskazały, że kable z niezakończonym ekranem mogą pogarszać wydajność EMC systemu o współczynnik 3. W działającej sieci pływające ekrany zwiększają podatność na zakłócenia elektromagnetyczne co przekłada się na wysoką stopę błędów w przesyłanych pakietach oraz prowadzi do poważnego ograniczenia przepustowości łączy. Kabel Vari-MATRIX firmy PANDUIT pozwala uniknąć niepotrzebnego ryzyka związanego z kompatybilnością elektromagnetyczną, jednocześnie zapewniając najmniejszą na rynku średnicę kabla oraz ochronę przed przesłuchem obcym.

Opis zjawiska anteny

Metaliczne folie zwykle są spotykane jedynie w kablach ekranowanych. Kiedy te kable z ciągłą folią są montowane w kanale, w którym są odpowiednio uziemione do ekranowanych gniazd i wtyczek, ekranowany system zapewnia doskonałą wydajność EMC zarówno w odniesieniu do emisji promieniowania jak i odporności na zakłócenia elektromagnetyczne.

W niektórych trudnych warunkach przemysłowych, w których mogą występować silniki, generatory, spawarki i inne ciężkie maszyny, ekranowane systemy okablowania mogą być najlepszym wyborem dla zapewnienia bezbłędnej komunikacji w sieci.

W większości innych środowisk, takich jak przedsiębiorstwa i lokalizacje centrów danych, systemy okablowania UTP zapewniają wystarczającą odporność elektromagnetyczną dla sieci BASE-T. Wymagania regulacyjne dla emisji promieniowania są również spełnione przez systemy okablowania UTP w tych środowiskach.

Przy prawidłowym zakończeniu ekranowanego kabla w całym kanale, ekran zapewnia ścieżkę o niskiej impedancji do ziemi dla dowolnego zakłócenia wywołanego przez zewnętrzne źródła zakłóceń elektromagnetycznych. Oprócz zapewnienia doskonałej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne, poprawnie ekranowany system okablowania zapobiegnie niepożądanym emisjom emitowanym z kabla do otaczającego środowiska. Systemy komunikacyjne BASE-T zostały zaprojektowane z myślą o zrównoważonym charakterze, przenosząc sygnały różnicowe na skręcone pary przewodów. Z powodu tolerancji produkcyjnych i praktycznych ograniczeń, żaden system nie jest idealnie zrównoważony i pewien poziom energii wspólnego trybu pracy będzie obecny w całym kanale okablowania. Odpowiednio zakończony ekran kanału transmisyjnego zapewnia ścieżkę powrotną o niskiej impedancji dla tej energii wspólnego trybu.

Chociaż systemy ekranowane mają te zalety, są zwykle droższe w instalacji i stwarzają ryzyko gdy zostaną niewłaściwie uziemione lub zakończone. Słabe lub niewłaściwe zakończenia ekranu niszczy ścieżkę o niskiej impedancji od ekranu do ziemi, co jest kluczem do zapewnienia wymaganego poziomu EMC w trudnych warunkach. Złe zakończenie może spowodować, że ekran będzie skuteczny tylko przy bardzo niskich częstotliwościach i zapewni obniżoną ochronę przed zakłóceniami o wyższej częstotliwości. Najgorszy scenariusz miałby miejsce, gdy ekran jest w ogóle nie podłączony i nie ma ścieżki do ziemi dla jakiegokolwiek indukowanego przez EMI prądu na ekranie. Przy słabych lub brakujących zakończeniach ekranów prądy indukowane przez EMI na ekranach wprowadzają dodatkowy szum do systemu okablowania, który negatywnie wpływa na komunikację w sieci. W takich warunkach obniżona wydajność EMC ekranowanego systemu okablowania jest gorsza niż stosowanie nieekranowanego system okablowania.

Budowanie nieekranowanego kanału z nieekranowanymi wtykami, nieekranowanymi złączami i kablem, który zawiera ciągłą metaliczną folię zewnętrzną, zasadniczo stwarza najgorszy scenariusz dla systemów ekranowanych opisanych powyżej. Chociaż sieci mogą pomyślnie działać z systemami okablowania UTP w środowiskach EMC znajdujących się w różnych przedsiębiorstwach i centrach danych, wdrożenie nieuziemionego ekranowanego systemu okablowania w tych środowiskach wprowadza brak kompatybilności EMC, które będzie zakłócało komunikację w sieci. W obecności zakłóceń elektromagnetycznych prąd może być indukowany w metalicznej folii otaczającej kabel. W przeciwieństwie do układów ekranowanych, w których prąd ten jest sprowadzony do ziemi z powodu ciągłości ekranu i jego niskiej impedancji  w kanale, indukowany prąd będzie odbijany na każdym złączu UTP i/lub interfejsie wtyku, gdzie ciągłość ekranu się kończy. Odbicia będą również występować w miejscach wzdłuż długości kabla, w których zmienia się impedancja trybu wspólnego dla nieciągłego ekranu.

Powierzchnie metalowe znajdujące się w pobliżu kabla obniżają impedancję w tych miejscach. Przykładami tych metalicznych powierzchni są drabinowe stojaki, kanały HVAC, kanał i belki konstrukcyjne, jak pokazano na Rysunku 3. Te zmiany impedancji spowodują odbicie części indukowanego prądu w miejscu nieciągłości.

Rysunek 3 – Przykład powierzchni metalowych, które mogą tworzyć nieciągłości impedancji

Fale stojące

Fala stojąca może być budowana przez prąd odbijający się w przód i w tył pomiędzy co najmniej dwoma z tych nieciągłości. Podobnie jak antena dipolowa, połączenie kolejnych odbić spowodowanych przez nieciągłości ekranu spowoduje powstanie fali stojącej o częstotliwości, której połowa długości fali jest równa odległości między nieciągłościami. Rysunki 4 i 5 pokazują przykłady, gdzie mogą wystąpić nieciągłości impedancji i wielokrotne odbicia. Pobliskie powierzchnie metalowe, takie jak stojaki i szafy sprzętowe, mogą również działać jako płaszczyzna referencyjna dla prądu indukowanego na metalowej folii służąca do wzmacniania zachowania rezonansowego niezakończonej folii. Ta fala stojąca na niezakończonej folii wystąpi, gdy zakłócenia elektromagnetyczne padające na kabel znajdują się w pobliżu wyżej wymienionej częstotliwości.

W wyniku tego, niezakończona osłona może mieć maksymalne i minimalne napięcia wzdłuż długości folii pomiędzy kolejnymi nieciągłościami.

Odpowiednie napięcie szumu zostanie wywołane na przewodach w kablu przy częstotliwości fali stojącej z powodu silnego sprzężenia pojemnościowego między folią i przewodami. Zakłócenia w kanale okablowania zamieniają część tego szumu na sygnał różnicowy, podczas gdy pozostałe szumy pozostaną jako sygnał trybu wspólnego. Ten mechanizm, za pomocą którego szum łączy się w kanale okablowania ze źródła zakłóceń elektromagnetycznych, jest unikalny dla kabli które mają nieciągłe bariery foli metalowej. Tradycyjne kanały okablowania UTP nie będą podatne na to zjawisko w ten sam sposób, ponieważ nie ma nieuziemionego przewodnika do obsługi fali stojącej.

Rysunek 4 – Nieciągłości impedancji tworzące falę stojącą, przykład 1

Rysunek 5 – Nieciągłości impedancji tworzące falę stojącą, przykład 2

Rozwiązywanie problemu fali stojącej

Kabel Vari-MATRIX kategorii 6A nie jest również podatny na to zjawisko EMC. Dzięki wprowadzeniu nieciągłości do folii metalowej w krótkich przypadkowych odstępach, powiązane segmenty między nieciągłościami będą proporcjonalne do długości fal o częstotliwościach wyższych niż szerokość pasma pracy. Chociaż taka konstrukcja kabla może nadal być podatna na zakłócenia ze względu na fale stojące przy wyższych częstotliwościach poza pasmem, odbiorniki BASE-T są zaprojektowane z filtrowaniem danych wejściowych, aby zapobiec zakłóceniom poza pasmem wpływającym na komunikację. Ponadto, zmienne długości nieciągłych segmentów folii zapewniają, że każdy segment będzie proporcjonalny do innej poza pasmowej długości fali, minimalizując w ten sposób jakąkolwiek spójną interakcję pomiędzy kablem i zewnętrznym źródłem interferencji przy jednej konkretnej częstotliwości poza pasmem. Zapobiegając możliwości wywoływania fal stojących w paśmie roboczym, kabel Vari-MATRIX firmy Panduit zachowuje się tak samo jak tradycyjny kabel UTP w odniesieniu do zakłóceń elektromagnetycznych. Zastosowanie kabla Vari-MATRIX w przedsiębiorstwach i centrach danych zapewnia optymalną wydajność EMC równoważną z tradycyjnym kablem UTP, jednocześnie gwarantując doskonałe parametry przesłuchu obcego oraz najmniejszą na rynku średnicę kabla.

Istnieje wiele czynników i zmiennych, które ostatecznie określą, czy zjawisko EMC wpłynie na sieć. Wiele z tych zmiennych nie można przewidzieć ani kontrolować. Te zmienne obejmują:

  • Orientacja kabla względem polaryzacji zakłóceń elektromagnetycznych. Gdy pole E z sygnału zakłócającego jest wyrównane z orientacją kabla, indukowany prąd na folii metalicznej zostanie zmaksymalizowany.

  • Lokalizacja wzdłuż kanału, w którym występują zakłócenia, również odgrywa ważną rolę. Zakłócenia występujące w pobliżu końców kanału nie będą musiały przebywać dalekiej drogi, zanim dotrą do odbiornika, dlatego nie będą znacznie wytłumione przez straty wtrąceniowe kabla.

  • Długość kanału narażonego na zakłócenia elektromagnetyczne również będzie miała wpływ na ogólny wpływ. Podczas gdy pewien poziom zakłóceń może zakłócać komunikację na długich kanałach, ten sam poziom EMI może nie powodować żadnych zakłóceń na krótszych kanałach, ponieważ będą one miały z natury wyższy stosunek sygnału do szumu (SNR) i będą bardziej tolerancyjne na dodatkowy szum.

Każda instalacja okablowania jest inna, a natura zakłóceń elektromagnetycznych może być dynamiczna i nieprzewidywalna. Chociaż wszystkie nieekranowane typy kabli mogą być podatne na zakłócenia elektromagnetyczne, różnica polega na tym, że nieekranowane kable z nieuziemioną folią stwarzają ryzyko zaostrzenia podatności i emisji ze względu na fale stojące, które mogą być indukowane na nieuziemionej folii.

Kabel Panduit Vari-MATRIX nie wnosi takiego ryzyka do systemu okablowania strukturalnego.

Opis konfiguracji testów i wyników

Aby zobaczyć wpływ niezakończonych barier foliowych na podatność elektromagnetyczną, skonstruowano układ testowy, aby zademonstrować wpływ EMI na komunikację 10GBASE-T. Kanał został zbudowany z czterech złączy i całkowitej długości kanału 40m, co jest reprezentatywne dla wielu rzeczywistych instalacji okablowania. Przy zaledwie 40m tłumienia przez kanał zapewniony jest rozsądnie wysoki stosunek sygnału do szumu (SNR) na każdym końcu łącza. Wewnętrzne źródła szumów wynikające z przesłuchów i echa będą niewielkie w porównaniu z siłą sygnału w odbiornikach. Począwszy od tych solidnych podstawowych warunków pracy, dodanie szumu wywołanego EMI będzie dominującym wpływem na komunikację 10GBASE-T. Aby dokładnie porównać parametry podatności różnych konstrukcji kabli, ważne jest, aby wpływ podatności był dominującym źródłem zakłóceń wpływających na przesyłanie danych podczas testu.

Test został skonfigurowany do emulowania jednego możliwego środowiska aplikacji w świecie rzeczywistym. Na Rysunku 6 wykorzystano kartę linii IXIA 10GBASE-T (LSM10GXM2GBT-01) do dwukierunkowego generowania i monitorowania ruchu 10GBASE-T w kanale. Jeden port generatora ruchu IXIA został podłączony do ekranowanego portu w stojaku na sprzęt wewnątrz komory bezodbiciowej za pośrednictwem ekranowanego okablowania. Wszystkie połączenia ekranu od skrzynki IXIA do szafy sprzętowej w komorze bezodbiciowej były ciągłe i prawidłowo zakończone zgodnie z najlepszymi praktykami.

To połączenie służy do doprowadzenia źródła danych (IXIA) do szafy sprzętowej bez konieczności ustawiania urządzenia IXIA fizycznie w komorze bezodbiciowej, gdzie byłby narażony na zakłócenia elektromagnetyczne. Część badanego kanału wystawiona na działanie EMI została następnie podłączona do stojaka na sprzęt.

Test przeprowadzono porównując wydajność 1m poziomych kabli zakończonych nieekranowanymi wtykami (podobnie jak patchcord). W każdym scenariuszu zmieniono typ kabla na typy poddawane ocenie (kabel UTP bez folii, folia pełna i kabel Vari-MaTriX).  Testowane urządzenia (DUT) połączono z gniazdem UTP i 10m kablem poziomym UTP, który został skierowany z powrotem do komory bezodbiciowej. Kabel krosowy UTP o długości 2m zakończył połączenie między kablem poziomym a drugim portem generatora ruchu IXIA, jak pokazano na rysunku 6. Konkretne urządzenia testowane to:

• Urządzenie objęte testem 1 (DUT1): 1-metrowy przewód sieciowy UTP (urządzenie badane 1 lub DUT1)
• Urządzenie badane 2 (DUT2): 1-metrowy patchcord wykonany z pływającej nie zakończonej folii wokół przewodów. W tej konfiguracji występuje 1 metr długości między nieciągłościami ekranu.
• Urządzenie badane 3 (DUT3): 1-metrowy kabel krosowy wykonany za pomocą kabla Vari-MATRIX, który wykorzystuje barierę z folii metalowej z nieciągłościami o zmiennej długości w folii.

Za pomocą generatora sygnału, wzmacniacza mocy i okresowej anteny rejestracyjnej można dokładnie kontrolować częstotliwość i natężenie pola zakłóceń elektromagnetycznych. Przeprowadzenie testu w całkowicie bezodbiciowej komorze umożliwia sterowanie polaryzacją sygnału zakłócającego względem położenia badanego kabla. Jest to kluczowa zmienna związana z zakłóceniami elektromagnetycznymi i niemożliwa do przewidzenia w każdym rzeczywistym środowisku. Najgorszy scenariusz powstaje, gdy pole elektryczne fali zakłócającej jest wyrównane z położeniem kabla, ponieważ indukowany prąd w kablu zostanie zmaksymalizowany. Podczas tego eksperymentu badany kabel ustawiono poziomo na stole, aby wyrównać go z poziomą polaryzacją logarytmiczną anteny okresowej. Całkowicie wypełniony stojak na sprzęt tworzy metaliczną powierzchnię, która będzie działała jako płaszczyzna referencyjna dla prądu indukowanego na testowanym kablu. Pozycja i orientacja DUT narażonych na EMI i wszystkie inne komponenty kanału były identyczne podczas testowania DUT1, DUT2 i DUT3 w celu zapewnienia dokładnego porównania warunków testu.

Rysunek 6 – Konfiguracja testu używana do oceny folii ciągłej i Vari-MATRIX

Przy ruchu 10GBASE-T działającym dwukierunkowo w kanale, częstotliwość została przesunięta z 101 MHz na 131 MHz w odstępach 2 MHz. W każdym punkcie częstotliwości siła pola zakłóceń elektromagnetycznych była zwiększana aż do momentu, w którym błędy pakietów zostały przechwycone przez tester ruchu IXIA. Natężenie pola zostało następnie zwiększone, aż interferencja była wystarczająco silna, aby spowodować przerwanie łącza, przerywając całą komunikację 10GBASE-T. Poziomy mocy zarówno przy „początkowym błędzie pakietów”, jak i „zerwaniu łącza” rejestrowano na każdej częstotliwości dla wszystkich trzech DUT.

W działającej sieci wpływ błędów w pakietach może być poważnie destrukcyjny. Wszelkie błędne pakiety w łączu ethernetowym TCP/IP zostaną odrzucone przez odbiornik, a następnie muszą zostać przesłane ponownie z nadajnika. W zależności od czynników sieciowych, takich jak rozmiar pakietu, rozmiar bufora i czas podróży w obie strony, nawet niewielka utrata pakietów (1 na 10 000) może spowodować spadek przepustowości nawet o 90%. Prowadzi to do spowolnienia lub nawet braku możliwości korzystania z aplikacji korzystających z łącza Ethernet. Konsekwencje całkowitego zerwania połączenia mogą być jeszcze bardziej problematyczne, ponieważ całe połączenie Ethernet będzie musiało przejść przez sekwencję automatycznej negocjacji, aby przywrócić komunikację przez łącze. Wiele aplikacji nie będzie w stanie przetrwać tego typu zdarzeń.

Porównanie wrażliwości elektromagnetycznej między trzema rodzajami zestawów pomiarowych przedstawiono na Rys. 7 i Rys. 8 poniżej. Rys. 7 pokazuje degradację EMC przy błędach pakietów / porównanie dla dwóch rodzajów kabla UTP, z pływającym ekranem oraz konstrukcji Vari-MATRIX. Maksymalną degradację nieco ponad 5dB zaobserwowano przy około 105MHz z DUT2 (pływajacy ekran – Floating Shield). Połowa długości fali sygnału propagującego się na kablu o częstotliwości 105MHz wynosi około 1 metra. Jest to dokładna długość między nieciągłościami w pływającym ekranie. Ze względu na falę stojącą indukowaną na pływającym ekranie przez interferencję przy częstotliwości 105MHz, wrażliwość łącza 10GBASE-T była o 5dB gorsza niż tradycyjnego kabla UTP. Rys. 8 pokazuje degradację EMC przy zerwaniu łącza – dla porównania dwa rodzaje kabla UTP, z pływającym ekranem oraz konstrukcji Vari-MATRIX. Ponownie, przy około 105MHz obserwowano najgorszą degradację wynoszącą 6dB przy użyciu DUT2 (pływajacy ekran – Floating Shield), co pokazuje, że nieuziemiona folia pogarsza podatność kanału w porównaniu z tradycyjnym UTP. Degradacja 6dB odpowiada zmniejszeniu odporności elektromagnetycznej o współczynnik 2. Dla porównania, nie wystąpiła degradacja EMC przy wykorzystaniu kabla Vari-MATRIX dla błędów pakietów lub zerwania łącza.

Rysunek 7 – Pływający ekran vs Vari-MATRIX –  Degradacja EMC przy początkowym błędzie, testowane urządzenie w odległości 1m

Rysunek 8. Pływający ekran vs Vari-MATRIX –  Degradacja EMC przy spadku łącza, testowane urządzenie w odległości 1m.

Aby przełożyć ten współczynnik 2 na przykład ze świata rzeczywistego, jak pokazano na rysunku 9, rozważ źródło EMI o częstotliwości 105 MHz, takie jak transmisja radiowa FM, która wytwarza bezpieczny poziom EMI w centrum danych, gdy znajduje się co najmniej dwie mile dalej i zainstalowane są kanały okablowania Vari-MATRIX. Gdyby zainstalowano okablowanie z niezakończonymi ciągłymi barierami foliowymi, bezpieczna odległość do wieży nadawczej FM wynosiłaby teraz co najmniej cztery mile (2X). „Bezpieczna” odległość oznacza, że nawet jeśli wszystkie zmienne związane z podatnością zostaną wyrównane w najgorszy możliwy sposób, zakłócający szum nie wpłynie na sieć.

Rysunek 9 – Vari-MATRIX bezpieczna odległość od źródła EMI zmniejszona o 2X

Aby jeszcze bardziej zweryfikować to zjawisko, wykonano inny test z krótszymi DUT wynoszącymi około 0,5 metra. Przy prędkości 10GBASE-T działającej dwukierunkowo w kanale częstotliwość została przesunięta z 198MHz na 228MHz w odstępach 2MHz. W każdym punkcie częstotliwości siła pola zakłóceń elektromagnetycznych była zwiększana aż do momentu, w którym błędy pakietów zostały przechwycone przez tester ruchu IXIA. Natężenie pola zostało następnie zwiększone, aż interferencja była wystarczająco silna, aby spowodować przerwanie łącza, przerywając całą komunikację 10GBASE-T. Poziomy mocy zarówno przy „początkowym błędzie pakietów”, jak i „zerwaniu łącza” rejestrowano na każdej częstotliwości dla wszystkich trzech DUT.

Porównanie wrażliwości elektromagnetycznej pomiędzy trzema rodzajami DUT przedstawiono poniżej na Rys. 10 i Rys. 11. Rys. 10 pokazuje degradację EMC przy błędach pakietów dla porównania dwa rodzaje kabla UTP, z pływającym ekranem oraz konstrukcji Vari-MATRIX. Maksymalną degradację 8,5dB zaobserwowano przy około 220MHz z DUT2 (pływajacy ekran – Floating Shield). Połowa długości fali sygnału propagującego się na kablu przy 220MHz to około 1m. Jest to dokładna długość między nieciągłościami w kablu z ekranem pływającym. Ze względu na falę stojącą indukowaną na pływającym ekranie przez interferencję przy 220MHz, wrażliwość łącza 10GBASE-T była o 8,5dB gorsza niż w tradycyjnym kablu UTP. Rys. 11 pokazuje degradację EMC przy zerwaniu łącza – dla porównania dwa rodzaje kabla UTP, z pływającym ekranem oraz konstrukcji Vari-MATRIX. Ponownie, przy około 220MHz zaobserwowano najgorszy rozpad 9,5dB z DUT2 (pływajacy ekran – Floating Shield), pokazując, że nieuziemiony ekran pogarsza podatność kanału w porównaniu z tradycyjnym kablem UTP. Degradacja 9,5dB oznacza zmniejszenie odporności elektromagnetycznej o współczynnik 3. Dla porównania, nie wystąpiła degradacja EMC za pomocą kabla Vari-MATRIX ani w przypadku wystąpienia błędów w pakiecie, ani w przypadku zerwania łącza. Podobnie jak w poprzednim przykładzie, współczynnik 3 wymaga, aby bezpieczna odległość od źródła zakłóceń elektromagnetycznych przy częstotliwości 220MHz była trzykrotnie większa, gdy stosowane są kable z nieuziemionym ciągłym ekranem w porównaniu do kabla Vari-MATRIX lub tradycyjnego kabla UTP.

Rysunek 10 – Pływający ekran vs Vari-MATRIX – Degradacja EMC przy wystąpieniu błędu, testowane urządzenie w odległości 0,5m

Rysunek 11 – Pływający ekran vs Vari-MATRIX – Degradacja EMC przy spadku łącza, testowane urządzenie w odległości 0,5m

Perspektywa przemysłowa

Wpływ EMC nieuziemionych lub pływających ekranów został zbadany i udokumentowany przez innych również w przeszłości. Przykład można znaleźć w  standardzie IEEE802.3an zatytułowanym „Używanie kabli połączeniowych ScTP do łagodzenia przesłuchu obcego” opublikowanego w styczniu 2006 r. Ten standard udokumentował sposób, w jaki pływający ekran w kablu krosowym użytym w kanale UTP powodował zwiększoną emisję promieniowania w porównaniu do tradycyjnych kabli krosowych UTP. Zwiększona emisja promieniowania może spowodować, że sprzęt sieciowy nie przejdzie testów zgodności z FCC.

Niektóre raporty i materiały marketingowe zostały opublikowane w branży, twierdząc, że pływające ekrany w kablach nie stanowią zagrożenia dla pogorszenia wydajności sieci EMC. Niektóre raporty posuwają się do twierdzenia, że ekrany kabli pływających poprawiają wydajność sieci EMC. Raporty te czasami odnoszą się do testów przeprowadzonych w komorach bezodbiciowych związanych z emisjami promieniowania lub podatnością na promieniowanie. Kiedy badane są szczegółowe dane tych testów, jasne jest, że jedna lub więcej ważnych zmiennych związanych z konfiguracją testu zapobiega wpływowi niezakończonego ekranu. Przypadki w których może to wystąpić, to:

• Gdy częstotliwość sygnału zakłócającego nie jest skorelowana z odległością między nieciągłościami pływającego ekranu, nie będzie można zaobserwować mierzalnej różnicy między kablem UTP i nieciągłym ekranem
• Jeśli orientacja badanego kabla nie jest zgodna z polaryzacją zakłóceń elektromagnetycznych, nie będzie żadnej zauważalnej różnicy w porównaniu do tradycyjnego kabla UTP
• Niektóre raporty testują odporność kabla bez żadnego mechanizmu trybu konwersji, takiego jak złącza, które są głównym sposobem, w jaki interferencja jest przekształcana w szum różnicowy
• Inni przetestowali cały kabel zawieszony w powietrzu bez żadnej pobliskiej struktury, który działałby jako płaszczyzna odniesienia, ukrywając w ten sposób prawdziwego potencjał kabla do zachowywania się jak antena
• Niektóre kable zostały przetestowane w sposób niezwiązany z komunikacją BASE-T. Na przykład podłączenie tylko jednej pary kabli do nadajnika, podczas gdy pozostałe trzy pary są zakończone dopasowanymi obciążeniami na obu końcach kabla

Wyniki tych testów nie są zaskakujące ani zasadniczo błędne. W rzeczywistości potwierdzają unikalne wyrównanie czynników, które są wymagane, aby spowodować pogorszenie wydajności EMC. Są one niepoprawne, gdy twierdzą ogólnie, że nieuziemione ekrany nigdy nie pogarszają właściwości EMC kabla.

O ile nieuziemione ekrany nie zawsze powodują pogorszenie działania EMC, wprowadzają niepotrzebne ryzyko potencjalnych problemów związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną.

Wniosek

Można wyraźnie wykazać negatywny wpływ, jaki nieuziemione ekrany mogą mieć na odporność elektromagnetyczną sieci. Chociaż istnieje wiele czynników, które mogą wpływać na odporność systemu okablowania w rzeczywistych warunkach, kabel Vari-MATRIX firmy Panduit pokazuje, że nie mają na niego wpływu te czynniki, tak jak ma to miejsce dla kabla z ciągłą folią a dodatkowo zapewnia lepszą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Poprawiona odporność oznacza, że kabel Vari-MATRIX może być umieszczony bliżej źródeł zakłóceń i wnosi mniejsze ryzyko zmniejszenia przepustowości.

Podczas gdy niniejszy artykuł koncentruje się na odporności kabla na zewnętrzne źródła szumów, kabel, który jest podatny na pewne częstotliwości, będzie również emitował szum na tych samych częstotliwościach, ze względu na wzajemny związek między emisją a podatnością. Wpływ zwiększonego promieniowania elektromagnetycznego spowodowanego nieuziemionymi ekranami może spowodować, że system naruszy wymagania krajowe i międzynarodowe. W warunkach rzeczywistych  może to oznaczać zakłócanie normalnej pracy dowolnych pobliskich urządzeń elektronicznych, takich jak bezprzewodowe punkty dostępowe, kamery monitorujące wideo, sprzęt do automatyki budynkowej i inne urządzenia monitorujące powszechnie stosowane w obiektach dla przedsiębiorstw i w centrach danych.

Ogólnie, niniejszy dokument wykazał, że kabel Vari-MATRIX jest najbardziej zaawansowanym w branży kablem kategorii 6A. Zapewnia doskonałą odporność na przesłuch obcy, najmniejszą średnicę w branży i ma najlepszą wydajność EMC w porównaniu do innych kabli, które wykorzystują folie ciągłe. Panduit zaleca używanie tego kabla do następnej instalacji z 10GBASE-T, aby zapewnić optymalną wydajność sieci.

Strona producenta: Panduit | VariMatriX