技术文章 | 浅析单端口电缆损耗测量

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。

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