S-72.3310 Tietoliikenteen siirtomediat

S-72.3310 Tietoliikenteen siirtomediat Laboratoriotyö A: Johtotutkatyö Esiselostus Päiväys: Ryhmän nro: Nimet: 1. 2. 3. Tutustu huolellisesti Lauri Halmeen kirjan Johtotransmissio ja sähkömagneettinen suojaus kappaleeseen 8, Johtojen heijastusmittaukset. Saatavilla Noppa-portaalista. Vastaa seuraaviin kysymyksiin 1. Selosta kuvan 8.4-13 merkitys, pulssin etenemisnopeus koaksiaalijohdon (2,6/9,5 mm) vianpaikannuksessa. Kuva 8.4-13 Pulssin etenemisnopeus koaksiaaliparissa 2,6/9,5 mm 2. Soveltuuko "CW-burst" menetelmä - koaksiaalikaapelin vianpaikannukseen? (Lyhyet perustelut) -kaapelien laadunvalvontaan? 3. Kuvan 8.2-1 ohjausyksikkö antaa säädettävän pituisen suorakaidepulssin. Miten pulssin pituus vaikuttaa mittaustuloksiin? 1

Kuva 8.2-1 Pulssijohtotutkan periaatekaavio 4. Miten johtotutkalla mitataan johdon pään aaltoimpedanssi? (kuva ja lyhyt selitys) Keksitkö vielä toisen tavan? 2

5. Johtotutkan 275 PLH 5 etulevykuvassa (kuva 1 ja taulukko 1) on säätimet,kytkimet ja liittimet numeroituna. Merkitse kuvaan 8.2-1 liittimien paikat selvinä pisteinä ja niiden viereen vastaavat numerot. Kuva 1. Johtotutka 275 PLH 5 etulevykuva Taulukko 1. Lista johtotutkan etupaneelin toiminnoista, joista työn kannalta tärkeimmät lihavoitu 1. Vaimennin 15. Sovitusmuuntajan liitin/koaksiaalijohto 2. Lisävahvistuspainike 20 db 16. Vahvistimen tuloliitin/75 Ω 3. Näyttöajan valinta 17. Haarukkamuuntajan lähtöliitin/75 Ω 4. Viivästysajan valinta 18. Käyttötapakytkin 5. Lähtöpulssin pituus 19. Merkkivalo lataus (keltainen) 6. Harhakuvapainike 20. Merkkivalo ladattava (punainen) 7. Pulssigeneraattorin lähtöliitin/75 21. Sulake Ω 8. Haarukkamuuntajan tuloliitin/75 22. Verkkojohdon liitin Ω 9. Oikosulkupainike 23. Ulkoisen akun liitin, 12 V 10. Sovitusmuuntajan liitin/150 Ω 24. Asteikkovalon painike symmetrinen 11. Symmetrisen johdon liitin 25. Kuvan kirkkauden säädin 12. Ulkoisen tasaajan liitin 26. Kuvan terävyyden säädin 13. Sisäisen tasaajan vaihtokytkin 27. Kuvan pysysiirto 14. Sisäisen tasaajan säädin 3

6. Piirrä kuvan 2. kytkentää vastaavassa kytkennän pulssikuva. Piirrä vain suuntaa antava amplitudi, pulssien venymistä tai vaimenemista ei tarvitse ottaa huomioon. Laske tutkaa lähimmän heijastuskohdan heijastuskerroin. Kuva 2. Mittauskytkentä 7. Ylikuuluminen. Selosta miten ylikuuluminen Millaisella parikaapelin rakenteella voi vähentää ylikuulumista? Mitä tarkoittavat merkinnät UTP, FTP ja STP parikaapeleissa? 4

8. Merkitse ruutuun [+] jos väite on mielestäsi oikea tai [ - ], jos väite on mielestäsi väärä (Tehtävässä voi olla useita vääriä tai useita oikeita.) a) Pulssin etenemisnopeus riippuu - pulssin korkeudesta (amplitudista) - johdon eristemateriaalista - pulssin pituudesta b) Pulssin erottelukyky - ilmoittaa kuinka lähekkäin kaksi heijastuskohtaa saa olla, jotta ne vielä näkyvät erillisinä - riippuu lähtöpulssin pituudesta - riippuu tutkaan palaavan pulssin pituudesta c) Etäisyyden mittaustarkkuus - on sitä parempi mitä etäämmällä vikakohta on - on sitä parempi mitä paksusäikeisempi kaapeli on kyseessä d) Yllä on pulssikuva symmetrisestä n. 70 m pitkästä kaapelista Kun kaapeli kastuu sisältä, kulkuaika - pienenee - kasvaa Loppupään heijastuma siirtyy tällöin - oikealle - vasemmalle Entä, jos kastuneen kaapelin loppupään onkin oikosulussa, siirtyykö silloin heijastuma - oikealle - vasemmalle Jos talvella märkä kaapeli jäätyy, niin kumpaan suuntaan avoimen loppupään heijastuma liikkuu kuvassa? -oikealle -vasemmalle e) Jos avojohtoparin johtimia siirretään lähemmäksi toisiaan, niin johdon aaltoimpedanssi - kasvaa - pienenee 5

S-72.3310 Tietoliikenteen siirtolinjat, Laboratoriotyö A: Johtotutkatyö Jälkiselostus Päiväys: Ryhmän nro: Nimet: 1. 2. 3. 1. Koaksiaalikaapeliharjoitus a) Aaltoimpedanssin mittaus. Liitä ulkoinen haarukkamuuntajan ja ulkoinen kalibroitu tasaaja oheiseen (CCITT 2,6/9,5 mm) koaksiaalikaapeliin (ruskea, kannettava). Haarukkamuuntaja ja tasaaja on jo liitetty toisiinsa. Liitä johtotutkan lähtö (Kuva 1, liitin 7) haarukkamuuntajaan (pulssi-liitäntä) ja johtotutkan tulo (Kuva 1, liitin 16) Y -liittimeen (Kuva 3). Kytke mitattavan kaapelin A-pää tasaajaan X -liittimeen. Kuva 3. Koaksiaalikaapeleiden mittaus Käytä johtotutkassa asetuksia viive = 0 μs, pulssin pituus 50 ns. Ruudulla pitäisi näky W -muotoinen kuvio. Vähennä vaimennusta että kuvio näkyy suurempana. Säädä tasaajan avulla impedanssia niin että kuvio on symmetrinen ja amplitudi on mahdollisimman matala. Nyt tasaajan näyttämä impedanssi vastaa aaltoimpedanssia. Suorita sama myös kaapelin B-päälle, ja merkitse aaltoimpedanssit alle. Aaltoimpedanssit: Z a : Ω, Z b : Ω b) Epäsovituksen tutkiminen Liitä edellisen CCITT-kaapelin A-pään jatkoksi asennuskaapelin AJS-75-5 (pituus 37 m) A-pää. Asenna 75 Ω päätevastus asennuskaapelin kaukopäähän. Mittaa liitoskohdan heijastusvaimennus ja laske siitä asennuskaapelin A-pään aaltoimpedanssi. 6

Heijastusvaimennus voidaan mitata säätämällä johtotutkan vaimennusta niin, että lähtöpulssilla (näkyy ruudulla kun kaapeli on irrotettu) ja kaapelin päästä heijastuneella pulssilla on sama amplitudi (esim. 4 ruutua). Heijastusvaimennus (50 ns pulssi) = db Aaltoimpedanssi (laske myöhemmin): Z C = c) Mittaa molempien kaapelien kulkuajat 50 ns pulssilla ja arvioi myös lukematarkkuus. Säädä näyttö- (t n ) ja viivästysaikoja (t v ) niin että pulssin heijastuskohta näkyy ruudulla. Heijastuskohdan suhteellinen paikka on kerroin k (esim. ruudun keskellä k=0,5). Kulkuaika lasketaan aina pulssin alkupisteessä, ja sen tarkkaan määrittämiseen vaimennusta voi kokeilla vähentää. Voit myös oikosulkea kaapelin johtotutkan napista mikä auttaa heijastuskohdan määrittämisessä. Kun olet ottanut numerot ylös, irrota kaapeli tasaajasta. Mittaa alkupään heijastus esim. oikosulkemalla ja asettamalla viivästys=0 μs ja lyhyt näyttöaika. Ota kaapelin pituutta laskiessa huomioon että näytöllä näkyvä pulssi on kulkenut kaapelin edestakaisin. Kulkuaika: t1 = tv + k tn t2 t v = viivästys, k = kerroin, t n = näyttöaika, t 2 = alkupisteen aika - CCITT 2,6/9,5 koaksiaalikaapeli t = ± μs - Mittaa CCITT 2,6/9,5 kaapelin säde: m - Asennuskaapeli AJS-75-5 t = ± μs Tee myöhemmin: - Arvioi CCITT-kaapelin pituus fyysisten mittojen perusteella. -Laske CCITT 2,6/9,5 kaapelin pituus L kulkuajasta ( v = 289 m/μs) L = m - asennuskaapelin AJS-75-5 pulssin etenemisnopeus v (L=37 m ) v= m/μs Kiinnitä silmukat niihin johtotutkan koaksiaaliliittimiin joita käytit edellisissä kohdissa 2. Symmetrisen kaapelin harjoitus a) Mittaa etenemisnopeudet 2x503 1006 m pitkässä MHBUK 15x4x0.5mm symmetrisessä kaapelissa, eli iso kaapelikela johon on liitetty kytkinrasia(kuva 4). Kytke kaapeli johtotutkan liittimeen SYMM. JOHTO (kuva 1, numero 11).. Mittaa pulssin etenemisnopeudet käyttäen 50 ns ja 300 ns pulsseja. 7

Kuva 4. Mittauskytkentä symmetriselle kaapelille. Säädä viivästysaikaa niin että näet heijastuskuvion ruudulla. Mittaa heijastus ilman kaapelia ja kaapelin kanssa samalla tavalla kuin edellisessä kohtaa ja laske kulkuaikojen erotus. Voit oikosulkea kaapelin kaukopään kytkemällä kytkinyksikön OUT -liitäntään silmukan - 50 ns pulssi: t = μs v = - 300 ns pulssi t = μs v = Kommentoi tuloksia lyhyesti (myöhemmin): b) Pulssin vaimennus ja vastaanotetun pulssin venyminen Käytä samaa kaapelia kun edellisessä kohdassa, ja suorita mittaukset ensin 1000 m ja sitten 2000 m mittaisella johdolla käyttämällä kytkintä. Selvitä pulssin pituus ja vaimeneminen 300 ns ja 2000 ns pulsseilla tutkimalla avoimen loppupään heijastumaa (ρ=1). Pulssin pituus lasketaan pituudesta 1/2 amplitudin korkeudella. Vaimennus lasketaan samalla tavalla kuin kohdassa 1 b). Lähtöpulssi Vaimenn 1000 Vaimenn 2000 Pituus 1000 Pituus 2000 300 ns 2000 ns Tutki myöhemmin pitävätkö liitteen 1 säännöt paikkaansa mittauksissa. Vaimennus (matkan ja lähtöpulssin pituuden vaikutus): Venyminen (matkan ja lähtöpulssin pituuden vaikutus): 8

c) Vianpaikannus johtotutkan avulla (Lyhyt symmetrinen kaapeli laatikossa, OKO ) Selvitä symmetrisen kaapelin viat: -Mittaamalla kaapelin resistanssi ohmi-mittarin avulla. -Tekemällä heijastusmittauksia johtotutkan avulla, käytä 50 ns pulssia (pulssin etenemisnopeus v= 200 m/μs ). Piirrä suunnista A-B ja B-A mitatut pulssikuvat ja merkitse 3 merkittävintä vikaa. Laske niiden etäisyys kaapelin lähipäästä.mistä viat johtuvat? Voit käyttää tulkinnassa apuna johtotutkan ohjekirjaa. 3. Datakaapeliharjoitus a) Ylikuulumismittaukset. Aseta parikaapelin yksi pari SYMM JOHTO - liitäntään,ja toinen pari SOVITUSMUUNTAJA -liitäntään. Kytke silmukka vaakatasoon liittimien 15 ja 16 välille (kuva 1). Nyt näet näytöllä sovitusmuuntajaan liitetyn kaapelin ja voit päätellä ylikuulumista. Lähipään ylikuulumisvaimennus: NEXT Kaukopään ylikuulumisvaimennus: FEXT P 0 = Häiritsevän johdon lähetysteho P n = Lähipään vastaanotettu teho P f = Kaukopään vastaanotettu teho = 10lg P 0 P n = 10lg Mittaa lähi- ja kaukopään ylikuulumisvaimennus 50 ja 300 ns pulsseilla: 50 ns pulse 300 ns pulse NEXT FEXT NEXT FEXT Cat 5 UTP Cat 6 UTP Miten ylikuulumisvaimennus riippuu taajuudesta? Category 6 -kaapeli on tarkoitettu esim. Gigabit Ethernetiä varten ja toimii jopa 10 G Ethernetin kanssa lyhyillä etäisyyksillä. Miten laajakaistaisen tiedonsiirron vaatimukset näkyvät mittauksissa? P 0 P f 9

Liite 1 Lähde: Lauri Halme, (1989): Johtotransmissio ja sähkömagneettinen suojaus, kappale 8.4.1, sivu 268. Otakustantamo Pulssin vaimenemiselle ja muodon muuttumiselle voidaan teoreettisesti johtaa eräitä yksinkertaisia sääntöjä, jotka pätevät kun lähtöpulssi on vaimentunut n. 15 db tai enemmän. - Pulssin vaimennus kasvaa tällä alueella verrannollisena matkan logaritmiin. Vaimennuskäyrän kaltevuus lähenee matkan kasvaessa asymptoottisesti johdon impulssivasteen kaltevuutta, joka on 12 db/pituusoktaavi l ΔA= 40 lg ( 1 ) [ db] l 2 - Pulssin vaimeneminen on kääntäen verrannollinen lähtöpulssin pituuteen. Lähtöpulssin pidentäminen kaksinkertaiseksi pienentää pulssivaimennusta 6 db. - Pulssin nousuaika kasvaa likimain suoraan verrannollisesti pulssin kulkeman matkan neliöön. 10