技術文章 | 淺析單端口電纜損耗測量

8/04/2022，光纖在線訊，在射頻同軸天饋線系統中，電纜損耗是其中一個重要的測試項目。電纜損耗大小影響發射機的功率損耗，并會對系統的回波損耗產生不良的影響。

電纜損耗測量通常使用矢量，或者標量網絡分析儀，也可以使用功率計測量。在現場測試中，由于線纜都是預先安裝到位，而且長度為幾米，甚至幾十米。如果使用雙端口的網絡分析儀，則需要一根相同長度的饋線，同時還需要進行復雜的兩端口TOSL校準。這樣既增加了測試成本，又降低了系統的動態范圍。為了簡化測量，提高測試效率，大部分的天饋線測試儀都提供了單端口電纜損耗測量功能。



單端口電纜損耗測試是基于回波損耗測量，在電纜遠端連接開路器，在全反射狀態下，通過反射信號在信號傳輸路徑中的損耗計算得到(回波損耗/2)。如下圖所示，由于路徑中的多次反射，造成了曲線峰峰值過高，因此，常規的處理辦法是自動取平均值作為該段線纜的損耗值。雖然此方法不論是在校準過程，還是測量結果分析都簡化到了極致。但是，由于測試曲線的起伏過大，很難讀取到準確的測量值，對于后期的數據分析非常不方便。為了解決這個問題，安立公司在天饋線測試儀中加入了雙反射平均值法。這樣即解決了曲線起伏變化過大問題，同時又提高了測量的準確度。




雙反射平均值法，是將短路和開路兩種全反射結果進行曲線運算，從而得到較為平滑，且起伏變化小的線纜損耗測試結果。根據傳輸線理論，終端開路和短路的反射信號，經過相同長度反射路徑后，在輸入端的相位差為180度。下圖中，藍色曲線是開路(Open)狀態，綠色曲線是短路狀態(Short)，兩條曲線相位差為180度。

具體測量步驟如下：
第一步，進行單端口校準。安立公司E系列天饋線測試儀支持ICN50B電子校準件，可對單端口的匹配參數進行快速、準確的校準。同時，安立也提供傳統的機械校準件系列，適合更多的應用場合需要。



第二步，將待測線纜在系統中斷開，一端連接天饋線測試儀的RF out端，另外一端連接短路器(Short)，得到測試曲線，在Trace菜單中，保存當前曲線到內存中。

第三步，取下短路器，連接開路器(Open)。這里推薦使用實體開路器，而不是懸空，目的是防止外部同頻信號進入系統，造成測量誤差。選擇(Trace+Memory)/2，計算得到(open+short)/2的結果，得到待測線纜的插入損耗值。如下圖所示，綠色和藍色曲線分別是開路和短路兩種全反射狀態下的測試曲線。紅色曲線為計算后得到的電纜損耗曲線。在1.8G 到2.1G頻段內，插入損耗值從-1.6dB到-1.9dB，并且電纜損耗起伏減小很多。



為了進一步驗證此方法的測試準確度。選取一根2m長的射頻同軸電纜，分別用兩端口矢量網絡分析和單端口天饋線測試儀進行測量，比較兩者的測試結果。

兩端口VNA能夠進行12項誤差的修正，經過校準后，我們得到這根電纜在1.8G到2.1GHz頻段內的插入損耗值。然后使用Site Master的單端口雙反射平均法測量該電纜的插入損耗。如下圖所示，從測量結果比對看到，兩種方式，從損耗的變化趨勢，以及絕對測量數值比較，都是非常相近。完全滿足現場測試的精度要求。




在天饋線系統維護中，使用單端口雙反射均值法的電纜損耗測試，能夠準確測量傳輸線的傳輸損耗。同時，由于進行了單端口校準(OSL)，減少了端口的多次反射，降低了跡線噪聲。而且，在不斷開測試端口情況下，僅更換終端為匹配負載，便可同時測量傳輸線的駐波比(或回波損耗)等參數。這樣，在保證測試精度的同時，即簡化了儀表操作難度，又提高了測試效率。

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