Data Kablolarının ve Benzer Ekranlı Kabloların Ekran Tasarımı İle İlgili Ekranlama ve Denge Performansı

Dengeli yüksek frekanslı kablolar, günümüzün veri iletişim altyapısının temelini oluşturmaktadır. Dengeli mod sinyal yayılımı nedeniyle data kabloları, ekransız olsalar bile elektromanyetik etkilere karşı doğal bir koruma sağlarlar. Ekranlama yapılarak koruma daha da artırılabilir. Uluslararası standartlar, bu koruma derecesini ölçülmesi
için çeşitli parametreler belirlerler. Farklı ekran tasarımları, bu parametrelerin belirtilen seviyeleri ile ilişkilendirilebilir. Bu teknik yazımızda, tek başına kablolar ve kablolama
sistemlerinin gereken özellikleri ile arasındaki farklara değinilmektedir.

EKRAN TASARIMLARININ İSİMLENDİRİLMESİ

ISO/IEC 11801 ve IEC 61156 standart serisine göre, farklı kablo türleri “oo/iii” gibi bir kısaltma ile tanımlanır.

“oo”, kablonun genel ekranını belirtir,
“iii”, tek başına dengeli elemanın ekranlamasını ifade etmektedir.

Dengeli kablolar çift veya dörtlü olabilir ve bu çiftler veya dörtlüler, genellikle folyoyla ayrı ayrı ekran ile korunabilir.
Bunun sonucunda:

“iii” FTP (Folyo ekranlı çift bükümlü) veya FTQ (Folyo ekranlı dörtlü bükümlü),
Eğer herhangi bir ekran yoksa UTP veya UTQ (U – Ekransız) olarak adlandırılır.

Genel ekran için iki seçenek bulunmaktadır:

Folyo “F” ile gösterilir,
Örgü “S” olarak gösterilecektir.
“U”, ekranın olmadığı anlamına gelir ve
UTP kablo damarları “SF” ekranlama seçeneği yaygındır (folyo ve ilave örgü).

Cat.7 ile üzeri tüm kablolarda ayrı ayrı ekranlanmış çiftler gerekte iken, Cat.5e kablolarda ise karmaşık yapıları nedeniyle ayrı ayrı ekranlanmış çiftler şeklinde kullanımları pek yaygın değildir. Ekranlama ve ekran tasarım seçenekleri, Tablo-1'de gösterildiği gibi farklı kategorilerle ilişkilendirilebilir.

EKRANLAMA PERFORMANS PARAMETRELERİ

ISO/IEC 11801'e tabi olan kablolar, IEC 61156 serisi standartlarda belirtilirken, IEC 61156-5 ise tesisat kablolarını tanımlamaktadır. Esnek “çalışma alanı” kabloları IEC 61156-6'da açıklanmıştır. Bu standartların güncel yayını, ekran performansını ölçen iki parametre anlatır: transfer empedansı ve kuplaj zayıflaması (Coupling Attenuation).

Transfer empedansı Şekil 1'de gösterildiği gibi tanımlanır. Ekrandaki bir parazit akımı (i), bir gerilim düşüşüne (u) neden olur. Ekranlama performansı ne kadar iyi olursa gerilim o kadar düşük olur. Parazit gerilimi ve akımın oranı bir empedans boyutuna sahip olduğundan bu parametreye transfer empedansı (RK) denir. Elbette bu parametre yalnızca ekranlı kablolar için geçerlidir. Bu parametrenin ölçümü IEC 62153-4-3 standarttında detaylandırılmıştır.

Kuplaj zayıflaması (Coupling Attenuation) ekranlı ve ekransız kablolar için ölçülebilen bir parametredir. Ölçüm genel olarak yüksek frekanslı akım trafoları ile yapılır. Bu trafo ile, dengeli ve sürekli bir dalga sinyali ile belirli bir frekans aralığında beslenen kablonun dış yüzeyindeki kaçak akımlar algılanır. Bu akım trafoları genel olarak ferrit sönümleyiciler ile birleştirilir ve sönümleyici kelepçe olarak da adlandırılır. Belirli bir kablo uzunluğunun üzerinde tanımlanmış koşulları sağlarlar ve durağan dalgaları önlerler. Bu parametrenin ölçümü IEC 62153-4-5 standarttında açıklanmıştır.

Ekransız kabloların kuplaj zayıflaması (Coupling Attenuation), test edilen kablonun dengeli olması ile yakından ilgilidir. Denge genel olarak TCL (Enine Dönüşüm Kaybı - Transverse Conversion Loss) ve EL TCTL (Eşdeğer Düzey Enine Dönüşüm Transfer Kaybı - Equivalent Level Transverse Conversion Transfer Loss) ile belirtilir. Bu parametrelerin tanımı ve detayları IEC TR 61156-1-2 standarttında açıklanmıştır.

EKRANLAMA PARAMETRELERİ LİMİT DEĞERLERİ VE KABLOLAR İÇİN İLGİLİ TASARIMLAR

IEC 61156-5 ve -6'ya göre belirli performans kademeleri vardır:

Farklı tipler ve dereceler birbirinden bağımsız gibi görünseler de belirli bir performansı sağlamak için kullanılan genel tasarımlar vardır. Kademe-1 transfer empedansı gereksinimlerini karşılamak için genel olarak bir örgü/folyo ekran kullanılır. Kademe-2 gerekliliklerini yerine getirmek için ise belirli özelliklere sahip bir folyo ekran yeterlidir. Bu nedenle Tip I ve Tip II kuplaj zayıflaması (Coupling Attenuation) sırasıyla Kademe-1 ve Kademe-2 ile ilgilidir.

Örgülü ekran yalnızca en iyi ekranlama performansını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda kablolar ve bağlantı donanımı arasındaki elektrik temasını da önemli ölçüde iyileştirir. Maksimum ekranlama performansının gerekli olmadığı durumlarda, Tip Ib kuplaj zayıflaması (Coupling Attenuation) daha düşük performanslı ve maliyet tasarrufu sağlayan örgülü kablolar olarak kullanılmaktadır. Bu tasarımların transfer empedansı genellikle Kademe-2'nin üzerinde önemli bir toleransa sahiptir. U/UTP kabloları için sadece kuplaj zayıflama (Coupling Attenuation) ölçümü uygulanır. U/UTP kabloları genel olarak Tip II veya Tip III performansına sahiptirler.

KABLOLAMA SİSTEMLERİNE GÖRE KABLOLARIN EKRANLAMA VE DENGE PERFORMANS GEREKSİNİMLERİ

ISO/IEC 11801'e göre uygun ekransız kablolama sistemi için, yalnızca sistemin EMC performansını kapsayan TCL ve EL TCTL denge parametreleri belirtilir. ISO/IEC 11801 ise ekranlı kablolama sistemi için yalnızca EMC ile ilgili parametre olarak kuplaj zayıflamasını (Coupling Attenuation) belirtir. Sınıf I ve Sınıf II (“Cat.8”) dışındaki ekranlı kablolama sistemleri için denge parametrelerini belirtmez (ISO/IEC 11801-1 Ed1.(2017) – Madde 6.3.3.12.1).

Denge parametreleri ekranlı kablolama saha testine dahil edilmişse, bu parametreler sadece bilgi amaçlıdır. İletim performansının daha derin bir analizi için öngörü sunabilir.
Aşağıdaki Tablo-3 ’te, en yaygın olan ekranlı Sınıf EA ve ekransız Sınıf EA kanallarına ait denge parametresi gereksinimlerini özetlemektedir. E1 ila E3 arası çevresel sınıflandırma olup, ilgili Mekanik / IP Koruma / İklim / Elektromanyetik Etkilere Karşı Sınıflandırma Seviyesi (M.I.C.E levels) seviyelerini yansıtır.

DRAKA UC-CABLE SERİSİ KAPSAMINDAKİ EKRANLAMA PERFORMANSI
Draka UC portföyündeki çeşitli kablo tasarımları, ekranlama performansı ve pazar talepleri için farklı gereksinimlerin çoğunu karşılamaktadır. Tesisat kablolarına ve kuplaj zayıflamasına (Coupling Attenuation) ait genel durum Tablo-4'te verilmiştir.