Qu’est-ce que la perte de retour ?

14 février 2023 / Généralités, 101 apprentissage, installation et tests

La perte de retour est le rapport de la puissance du signal injectée à partir d’une source par rapport à la quantité qui est renvoyée ou réfléchie vers la source. Il s’agit d’un paramètre de performance critique dans les systèmes de câblage à paires torsadées en cuivre et à fibre optique, car il peut interférer avec le signal transmis et contribuer à une augmentation de la perte d’insertion mesurée (la quantité de puissance qu’un signal perd lorsqu’il se déplace le long d’une liaison câblée).

Si plus de puissance est reflétée vers la source, moins de puissance est disponible à l’extrémité du câble. Dans certains systèmes à fibre optique, la perte de retour peut même endommager la source laser de l’émetteur-récepteur.

La formule pour calculer la perte de retour

Mesurée en décibels (dB), la perte de retour est calculée en comparant la puissance d’entrée (ou incidente) à la puissance réfléchie à l’aide de la formule suivante :

Perte par réflexion = 10*log(puissance incidente/puissance réfléchie) en +dB

Le résultat est toujours un nombre positif, et une valeur plus élevée est meilleure. (Le fait que la valeur soit exprimée comme positive est une exigence des normes TIA et ISO, mais peut entraîner une confusion. En savoir plus dans Êtes-vous positif, c’est négatif ?) Sachez que si aucune puissance du signal source n’était reflétée, il y aurait une perte de retour infinie. Une perte de retour plus élevée est généralement corrélée à moins de distorsion dans le signal transmis.

Perte de retour vs Réflectance

La réflectance est essentiellement l’inverse de la perte de retour. Plutôt que la quantité de signal injectée par rapport à la quantité retournée, la réflectance est la quantité de signal retournée par rapport à la quantité injectée. La réflectance est également exprimée en dB, mais il s’agit d’un nombre négatif comme indiqué dans cette formule :

Facteur de réflexion = 10*log(puissance réfléchie/puissance incidente) en -dB

Plus le nombre est bas, plus la réflectance est élevée. Une façon de savoir si les valeurs élevées ou faibles sont meilleures est de se rappeler que les valeurs plus éloignées de zéro sont meilleures à la fois pour la perte de retour et la réflectance. Notez que si la perte de retour est utilisée pour tester l’ensemble de la liaison fibre optique, la réflectance est utilisée pour les événements individuels, c.-à-d. les points de connexion. (En savoir plus dans notre article sur la différence entre perte de retour et réflectance.)

Perte de retour dans la fibre optique

La perte de retour dans les systèmes de câblage à fibre optique est beaucoup moins importante que dans le cuivre. C’est l’une des raisons pour lesquelles la fibre optique prend en charge des distances beaucoup plus importantes. Par exemple, la perte de retour optique typique varie entre 20 dB et 75 dB, en fonction de l’application et du type, de la longueur d’onde, de la largeur d’impulsion et du coefficient de rétrodiffusion de la fibre testée. En comparaison, la limite de perte de retour pour une liaison de câblage à paires torsadées en cuivre de catégorie 6 est de 10 dB à 250 MHz.

Les points de connexion individuels ont également une valeur de réflectance, qui peut être mesurée à l’aide d’un réflectomètre optique à domaine temporel (OTDR). Toutefois, la plupart des fabricants spécifient la réflectance de leurs composants dans la perte de retour, ce qui signifie que la valeur est exprimée en nombre positif. N’oubliez pas que la réflectance est un nombre négatif ; plus le nombre est faible, plus la perte de retour globale et la perte d’insertion sur une liaison seront bonnes. Un bon connecteur de fibre multimode aura une réflectance de -35 dB ou inférieure (ou une perte de retour de 35 dB ou supérieure), tandis qu’un bon connecteur monomode aura une réflectance de -50 dB ou inférieure. Une bonne épissure par fusion sera généralement beaucoup plus faible, et ces valeurs ne peuvent souvent pas être mesurées avec la plupart des appareils de test de terrain.

Causes de perte de retour dans les systèmes à fibre optique

La perte de retour dans un système à fibre optique est principalement causée par des réflexions de Fresnel aux points de connexion (c.-à-d. connecteurs et épissures). Les extrémités de connecteur sales sont de loin la cause la plus fréquente, dégradant la perte de retour de 20 dB ou plus. La perte de retour peut également être causée par des extrémités mal polies, des connecteurs mal accouplés (c.-à-d. des espaces d’air et des désalignements du noyau), des fissures dans la fibre, des extrémités ouvertes de la fibre et des impuretés introduites dans le noyau de la fibre pendant le processus de fabrication. Les micro et macro courbures de la fibre qui peuvent survenir en raison de contraintes d’installation, telles que le dépassement du rayon de courbure ou les exigences de tension de traction, peuvent également affecter la perte de retour.

L’angle d’une extrémité de connecteur peut également avoir un impact sur la perte de retour. L’extrémité du connecteur UPC (contact ultra physique) est légèrement arrondie, tandis que l’extrémité APC (contact physique incliné) est inclinée à 8 degrés.

^{Formes des extrémités des connecteurs UPC et APC}

Lorsque deux connecteurs UPC s’accouplent, la réflectance est dirigée directement à travers le cœur de la fibre vers la source. Toutefois, l’extrémité inclinée d’un connecteur APC entraîne la plus grande partie de la lumière réfléchie dans un angle où elle se trouve absorbée dans le revêtement qui entoure le cœur de la fibre. Bien qu’un bon connecteur monomode UPC ait une valeur de -50 dB ou inférieure, un connecteur monomode APC est généralement de -60 dB ou inférieur. La connectivité APC est donc souvent déployée dans des applications à fibre optique plus sensibles à la réflectance. (En savoir plus sur la connectivité à fibre optique APC.)

Exigences en matière de perte de retour

Comme mentionné précédemment, une bonne performance de perte de retour est également une bonne indication de bonne performance de perte d’insertion, qui est le paramètre principal nécessaire pour assurer la prise en charge des applications de fibre optique et requis pour les tests de certification d’atténuation de la fibre (parfois appelés perte ou Niveau 1). De mauvaises performances de perte de retour peuvent au final entraîner l’échec de la perte d’insertion d’une liaison fibre optique et l’échec des tests de certification.

En outre, il existe des applications qui sont plus sensibles à la réflectance, où les valeurs de nombre et de perte de retour des points de connexion peuvent réduire les exigences de perte d’insertion maximale. C’est le cas des émetteurs-récepteurs à faible coût et à faible puissance utilisés dans les applications monomodes à courte portée DR et FR plus récentes. Les normes IEEE spécifient donc des valeurs de réflectance de connexion pour ces applications en fonction du nombre de paires appariées dans un canal. Cela peut nécessiter de réduire le nombre de paires couplées ou la perte d’insertion de canal maximale autorisée. (En savoir plus sur les exigences en matière de perte d’insertion en monomode à courte portée.)

Outils pour tester la perte de retour dans les systèmes à fibre optique

Alors qu’un ensemble de tests de perte optique (OLTS) comme le CertiFiber^® Pro de Fluke Networks permet de tester l’atténuation des liaisons et des canaux à faible incertitude, le test sur le terrain de la perte de retour dans un système à fibre optique nécessite un OTDR qui peut mesurer la quantité de lumière réfléchie à la source. Cela est nécessaire pour les projets qui spécifient des tests étendus (parfois appelés Niveau 2) en plus des tests d’atténuation.

Les OTDR transmettent des impulsions lumineuses de haute puissance dans une fibre optique et, lorsque ces impulsions lumineuses rencontrent des événements réfléchissants (c.-à-d. connexions, ruptures, fissures, épissures, courbures prononcées ou l’extrémité de la fibre), elles sont réfléchies, tracées et caractérisées par l’instrument. La perte de retour pour une liaison est mesurée en calculant le total de toute la lumière réfléchie à partir de tous les événements et la rétrodiffusion totale de la liaison. Un OTDR fournit également des valeurs de réflectance et l’emplacement de chaque événement individuel, ce qui est idéal pour les applications telles que le monomode à courte portée, où vous devez connaître la réflectance spécifique des connexions et pour le dépannage.

Il est important de noter que l’utilisation d’un OTDR est considérée comme une méthode de test alternative. Elle ne remplace toutefois pas l’OLTS, car la mesure d’affaiblissement totale obtenue avec un OTDR ne représente pas nécessairement la perte totale qui se produira sur une liaison une fois qu’elle est implémentée. (En savoir plus sur l’utilisation d’un OLTS et d’un OTDR pour une stratégie de test complète.)

Procédure de test de perte de retour pour la fibre optique

Le test de la perte de retour avec un OTDR nécessite l’utilisation de cordons d’amorce et de queue, qui permettent de mesurer la réflectance du premier et du dernier connecteur afin qu’ils puissent être inclus dans la mesure de la perte de retour globale. Les longueurs de la bobine amorce et du cordon de queue doivent également être retirées de la mesure par compensation. Il suffit de sélectionner le type de fibre optique et les limites de test, puis de régler la compensation de lancement pour configurer les OTDR comme l’OptiFiber™ Pro.

Lors de l’utilisation d’un OTDR, les tests sont effectués de manière bidirectionnelle, car la réflectance de connecteurs et d’épissures spécifiques dépend de la direction du test. Même si deux fibres connectées sont du même type, les fibres peuvent présenter de légères variations et différents coefficients de rétrodiffusion qui peuvent causer davantage de lumière réfléchie après une connexion qu’avant.

Un OTDR présente la lumière réfléchie et rétrodiffusée dans un tracé qui montre graphiquement la caractérisation d’une liaison fibre optique. Les utilisateurs expérimentés d’OTDR reconnaîtront typiquement les événements réfléchissants pour les cordons d’amorce, les connecteurs, les épissures mécaniques, les épissures par fusion, les fibres optiques non concordantes et l’extrémité de la liaison. Tout le monde n’est toutefois pas un expert en analyse de tracé. L’OptiFiber Pro est doté d’une logique avancée qui interprète automatiquement le tracé et fournit un « EventMap » qui indique l’emplacement et la réflectance des connecteurs, épissures et anomalies. (Pour en savoir plus sur le dépannage des fibres optiques, y compris les OTDR, consultez notre livre blanc sur le dépannage des fibres optiques.)

^{Exemples d’une EventMap et d’un tracé de résultats OTDR sur un outil OptiFiber}

Perte de retour dans le cuivre

La perte de retour est également un paramètre de performance pour les systèmes de câblage à paires torsadées en cuivre. Une différence clé est le fait que la perte de retour sur le cuivre varie en fonction de la fréquence du signal. Elle est essentiellement considérée comme une mesure du bruit et est donc pire à des fréquences plus élevées. Par exemple, la perte de retour maximale autorisée pour la catégorie 5e spécifiée à 100 MHz est d’environ 16 dB, tandis que la catégorie 6A spécifiée à 500 MHz n’est que de 8 dB. N’oubliez pas que plus le nombre est élevé, plus la perte de retour est bonne. Dans le câblage en cuivre, une perte de retour trop importante peut augmenter la diaphonie, déformer les signaux et entraîner des taux d’erreur de bits plus élevés.

Causes de perte de retour dans les systèmes de câblage en cuivre

La perte de retour dans les liaisons de câblage en cuivre est causée par des discordances d’impédance qui peuvent se produire entre les composants, ou par des variations d’impédance mineures le long d’un câble. C’est pourquoi les fabricants de connectivité s’efforcent de concevoir leurs fiches et leurs prises pour obtenir une impédance adaptée, tandis que les fabricants de câbles s’efforcent de mesurer et de contrôler l’uniformité tout au long du processus de fabrication. La perte de retour peut également être causée par des câbles pliés ou endommagés ou par de mauvaises pratiques de raccordement, telles que détorsader inutilement des paires supplémentaires aux points de raccordement. Une autre cause potentielle de perte de retour dans le câblage en cuivre est la présence d’eau dans le câble.

Comment tester la perte de retour dans les systèmes de câblage en cuivre

Étant donné que la perte de retour change avec la fréquence, elle est testée sur toute la plage de fréquences pour une application donnée. Par exemple, dans un canal de catégorie 5e, la perte de retour est testée de 1 MHz à 100 MHz. Pour la catégorie 6A, elle est testée de 1 MHz à 500 MHz. La série d’appareils de test DSX CableAnalyzer™ de Fluke Networks teste automatiquement chaque paire à chaque fréquence, en fonction de l’application testée, et trace les résultats sur toute la fréquence, comme illustré ci-dessous.

^{Exemples de résultats des tests de câble en cuivre affichés sur un DSX CableAnalyzer montrant une défaillance de perte de retour (à gauche), un tracé de fréquence de la perte de retour (au centre) et l’écran « Infos de défaut » diagnostiquant la cause de la défaillance de perte de retour.}

Lorsque la perte de retour se produit à un point de fréquence unique et que toutes les autres fréquences passent avec une marge, cela indique typiquement un problème de câble. Généralement, lorsque les quatre paires sont défaillantes (en particulier à basses fréquences), cela peut indiquer un câble de faible qualité ou la présence d’eau dans le câble. L’interprétation des tracés de fréquence des défaillances de perte de retour nécessite une expertise significative, mais cette capacité est intégrée à la fonctionnalité « Fault Info » du DSX CableAnalyzer. (En savoir plus sur la façon de mesurer et de tester la perte de retour dans les systèmes en cuivre.)

Qu’est-ce qui fait un bon équipement de test de perte de retour ?

Que vous testiez la fibre optique ou le cuivre, la clé d’un bon appareil de test de perte de retour est la précision.

Pour les tests de certification des fibres optiques, vous aurez besoin d’un appareil de test qui prend en charge les tests OTDR avec la capacité de tester les liaisons fibre optique multimodes et monomodes à plusieurs longueurs d’onde et selon les normes de l’industrie ou les limites de test personnalisées. De plus, la capacité de configurer un appareil de test facilement et d’interpréter automatiquement le tracé OTDR à l’aide d’une carte graphique montrant l’emplacement des événements de réflexion peut contribuer à un dépannage plus fluide. Dans le cadre de la gamme modulaire de produits de certification de câblage Versiv™, OptiFiber™ Pro est un OTDR très précis qui offre une facilité d’utilisation sans fonctionnalités fastidieuses et compliquées pour les ingénieurs réseau d’entreprise et les installateurs de câbles dans les environnements d’entreprise et OSP. L’OptiFiber Pro prend en charge la gestion des résultats basée sur le cloud LinkWare™ Live, peut être facilement mise à jour avec le dernier micrologiciel pour prendre en charge de nouvelles applications, et bénéficie d’un plan de protection complet avec une assistance technique 24 h/24, 7 j/7.

Pour les tests de certification du cuivre, il est important de sélectionner un appareil de test certifié indépendamment par un laboratoire techniquement qualifié pour répondre aux exigences de précision de la TIA et de la CEI, pour le câblage que vous prévoyez de tester. Par exemple, une précision de niveau IIIe est requise pour les appareils de test TIA de catégorie 6A/CEI de classe E_A. Pour une flexibilité maximale et pour garantir des mesures très précises, choisissez un appareil de test TIA avec une précision de niveau 2G ou CEI de niveau VI. L’appareil de test doit pouvoir certifier les performances de toutes les catégories d’applications de câble et de courant. Il doit afficher les résultats de tous les paramètres sur les quatre paires d’un câble, y compris la perte de retour. (Il est également important de se rappeler que la diaphonie exogène fait partie de la norme, donc avoir un appareil de test qui la mesure est inestimable dans les cas occasionnels où elle est requise.) Enfin, un appareil de test doté de capacités de diagnostic peut réduire le temps nécessaire pour corriger les causes de perte de retour. La série DSX CableAnalyzer des appareils de test de certification de liaisons cuivre répond à toutes ces exigences et, dans le cadre de la plate-forme Versiv (comme OptiFiber Pro), prend en charge LinkWare Live, peut mettre à jour le micrologiciel facilement et bénéficie d’une protection Fluke Networks complète.

Si votre équipe travaille avec des câbles à fibre optique et en cuivre, recherchez un appareil de test capable d’effectuer les deux types de tests via la même interface utilisateur, ce qui peut réduire considérablement le temps d’apprentissage et le risque d’erreurs. Les logiciels de génération de rapports et d’archivage qui prennent en charge les résultats des liaisons en cuivre et à fibre optique vous feront gagner encore plus de temps, et Versiv répond également à ces exigences, avec une interface utilisateur unique pour la certification des liaisons cuivre et les tests OLTS et OTDR (et même l’inspection des extrémités). Versiv permet de spécifier les quatre types de test dans le cadre d’un seul projet, pour garantir que les tests ne sont pas ignorés par erreur. Pour ce qui est du reporting, LinkWare fournit une plate-forme unique pour tous ces tests sur les versions PC et cloud.