技术文章 | 浅析单端口电缆损耗测量
发布时间：2022-08-04 11:02:13 热度：3033
8/04/2022，光纤在线讯，在射频同轴天馈线系统中，电缆损耗是其中一个重要的测试项目。电缆损耗大小影响发射机的功率损耗，并会对系统的回波损耗产生不良的影响。
电缆损耗测量通常使用矢量，或者标量网络分析仪，也可以使用功率计测量。在现场测试中，由于线缆都是预先安装到位，而且长度为几米，甚至几十米。如果使用双端口的网络分析仪，则需要一根相同长度的馈线，同时还需要进行复杂的两端口TOSL校准。这样既增加了测试成本，又降低了系统的动态范围。为了简化测量，提高测试效率，大部分的天馈线测试仪都提供了单端口电缆损耗测量功能。
单端口电缆损耗测试是基于回波损耗测量，在电缆远端连接开路器，在全反射状态下，通过反射信号在信号传输路径中的损耗计算得到(回波损耗/2)。如下图所示，由于路径中的多次反射，造成了曲线峰峰值过高，因此，常规的处理办法是自动取平均值作为该段线缆的损耗值。虽然此方法不论是在校准过程，还是测量结果分析都简化到了极致。但是，由于测试曲线的起伏过大，很难读取到准确的测量值，对于后期的数据分析非常不方便。为了解决这个问题，安立公司在天馈线测试仪中加入了双反射平均值法。这样即解决了曲线起伏变化过大问题，同时又提高了测量的准确度。
双反射平均值法，是将短路和开路两种全反射结果进行曲线运算，从而得到较为平滑，且起伏变化小的线缆损耗测试结果。根据传输线理论，终端开路和短路的反射信号，经过相同长度反射路径后，在输入端的相位差为180度。下图中，蓝色曲线是开路(Open)状态，绿色曲线是短路状态(Short)，两条曲线相位差为180度。
具体测量步骤如下：
第一步，进行单端口校准。安立公司E系列天馈线测试仪支持ICN50B电子校准件，可对单端口的匹配参数进行快速、准确的校准。同时，安立也提供传统的机械校准件系列，适合更多的应用场合需要。
第二步，将待测线缆在系统中断开，一端连接天馈线测试仪的RF out端，另外一端连接短路器(Short)，得到测试曲线，在Trace菜单中，保存当前曲线到内存中。
第三步，取下短路器，连接开路器(Open)。这里推荐使用实体开路器，而不是悬空，目的是防止外部同频信号进入系统，造成测量误差。选择(Trace+Memory)/2，计算得到(open+short)/2的结果，得到待测线缆的插入损耗值。如下图所示，绿色和蓝色曲线分别是开路和短路两种全反射状态下的测试曲线。红色曲线为计算后得到的电缆损耗曲线。在1.8G 到2.1G频段内，插入损耗值从-1.6dB到-1.9dB，并且电缆损耗起伏减小很多。
为了进一步验证此方法的测试准确度。选取一根2m长的射频同轴电缆，分别用两端口矢量网络分析和单端口天馈线测试仪进行测量，比较两者的测试结果。
两端口VNA能够进行12项误差的修正，经过校准后，我们得到这根电缆在1.8G到2.1GHz频段内的插入损耗值。然后使用Site Master的单端口双反射平均法测量该电缆的插入损耗。如下图所示，从测量结果比对看到，两种方式，从损耗的变化趋势，以及绝对测量数值比较，都是非常相近。完全满足现场测试的精度要求。
在天馈线系统维护中，使用单端口双反射均值法的电缆损耗测试，能够准确测量传输线的传输损耗。同时，由于进行了单端口校准(OSL)，减少了端口的多次反射，降低了迹线噪声。而且，在不断开测试端口情况下，仅更换终端为匹配负载，便可同时测量传输线的驻波比(或回波损耗)等参数。这样，在保证测试精度的同时，即简化了仪表操作难度，又提高了测试效率。
关于安立
安立公司是一家拥有126年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器，支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布 90 多个国家，拥有约4,000名员工。
电缆损耗测量通常使用矢量，或者标量网络分析仪，也可以使用功率计测量。在现场测试中，由于线缆都是预先安装到位，而且长度为几米，甚至几十米。如果使用双端口的网络分析仪，则需要一根相同长度的馈线，同时还需要进行复杂的两端口TOSL校准。这样既增加了测试成本，又降低了系统的动态范围。为了简化测量，提高测试效率，大部分的天馈线测试仪都提供了单端口电缆损耗测量功能。
单端口电缆损耗测试是基于回波损耗测量，在电缆远端连接开路器，在全反射状态下，通过反射信号在信号传输路径中的损耗计算得到(回波损耗/2)。如下图所示，由于路径中的多次反射，造成了曲线峰峰值过高，因此，常规的处理办法是自动取平均值作为该段线缆的损耗值。虽然此方法不论是在校准过程，还是测量结果分析都简化到了极致。但是，由于测试曲线的起伏过大，很难读取到准确的测量值，对于后期的数据分析非常不方便。为了解决这个问题，安立公司在天馈线测试仪中加入了双反射平均值法。这样即解决了曲线起伏变化过大问题，同时又提高了测量的准确度。
双反射平均值法，是将短路和开路两种全反射结果进行曲线运算，从而得到较为平滑，且起伏变化小的线缆损耗测试结果。根据传输线理论，终端开路和短路的反射信号，经过相同长度反射路径后，在输入端的相位差为180度。下图中，蓝色曲线是开路(Open)状态，绿色曲线是短路状态(Short)，两条曲线相位差为180度。
具体测量步骤如下：
第一步，进行单端口校准。安立公司E系列天馈线测试仪支持ICN50B电子校准件，可对单端口的匹配参数进行快速、准确的校准。同时，安立也提供传统的机械校准件系列，适合更多的应用场合需要。
第二步，将待测线缆在系统中断开，一端连接天馈线测试仪的RF out端，另外一端连接短路器(Short)，得到测试曲线，在Trace菜单中，保存当前曲线到内存中。
第三步，取下短路器，连接开路器(Open)。这里推荐使用实体开路器，而不是悬空，目的是防止外部同频信号进入系统，造成测量误差。选择(Trace+Memory)/2，计算得到(open+short)/2的结果，得到待测线缆的插入损耗值。如下图所示，绿色和蓝色曲线分别是开路和短路两种全反射状态下的测试曲线。红色曲线为计算后得到的电缆损耗曲线。在1.8G 到2.1G频段内，插入损耗值从-1.6dB到-1.9dB，并且电缆损耗起伏减小很多。
为了进一步验证此方法的测试准确度。选取一根2m长的射频同轴电缆，分别用两端口矢量网络分析和单端口天馈线测试仪进行测量，比较两者的测试结果。
两端口VNA能够进行12项误差的修正，经过校准后，我们得到这根电缆在1.8G到2.1GHz频段内的插入损耗值。然后使用Site Master的单端口双反射平均法测量该电缆的插入损耗。如下图所示，从测量结果比对看到，两种方式，从损耗的变化趋势，以及绝对测量数值比较，都是非常相近。完全满足现场测试的精度要求。
在天馈线系统维护中，使用单端口双反射均值法的电缆损耗测试，能够准确测量传输线的传输损耗。同时，由于进行了单端口校准(OSL)，减少了端口的多次反射，降低了迹线噪声。而且，在不断开测试端口情况下，仅更换终端为匹配负载，便可同时测量传输线的驻波比(或回波损耗)等参数。这样，在保证测试精度的同时，即简化了仪表操作难度，又提高了测试效率。
关于安立
安立公司是一家拥有126年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器，支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布 90 多个国家，拥有约4,000名员工。
