Быстрые и простые измерения кабелей в полевых условиях с помощью FieldFox

№ 1’2016
PDF версия
Сегодня инженеры испытывают множество затруднений, измеряя параметры кабелей в полевых условиях. Недавно компания Keysight Technologies представила две инновационные измерительные опции, которые превращают ее ручные анализаторы FieldFox в самое полное и эффективное в отрасли решение, предназначенное для тестирования линий передачи и способное устранить эти проблемы.

Общие проблемы тестирования кабелей

Линии передачи (волноводы, коаксиальные кабели и витые пары), несомненно, считаются самыми распространенными компонентами современных ВЧ- и СВЧ-систем, таких как РЛС, системы спутниковой связи, беспроводные и проводные системы передачи данных. Кроме того, они являются основным источником отказов в таких системах. Вот почему соответствующее техническое обслуживание и применение правильных инструментов для тестирования линий передачи в полевых условиях играет очень важную роль.

Типовой процесс тестирования кабеля начинается с выяснения, исправен ли кабель и не вышли ли его параметры за допустимые пределы. Если кабель поврежден, то нужно определить физическое положение повреждения. Затем, после того как место повреждения найдено, необходимо понять, в чем заключается само повреждение, и устранить его. Во время диагностики и технического обслуживания инженеры могут обнаружить место повреждения методом измерения обратных потерь (RL) или методом определения расстояния до места повреждения (DTF), но оба метода не позволяют установить причину или тип отказа, что затрудняет последующий ремонт. Во многих случаях отказы (например, незатянутые или поврежденные разъемы, проникновение влаги или обрыв паяного соединения) нельзя выявить простым осмотром кабеля.

Проблема заключается еще и в том, что для измерения характеристик кабеля обычно требуется доставить к месту, где он проложен, анализатор антенно-фидерных систем, анализатор цепей, генератор сигналов и измеритель мощности. Этот процесс дополнительно усложняется, если кабели расположены в труднодоступных или даже потенциально опасных местах. Кроме того, после доставки на место измерения нужно корректно настроить приборы. Хотя такой подход достаточно эффективен, тем не менее высока вероятность ошибки и велик риск случайного повреждения приборов.

Дополнительная трудность заключается в том, что традиционные векторные анализаторы цепей сложно использовать для точных и воспроизводимых измерений по месту прокладки СВЧ-кабелей, если тестовые порты находятся далеко друг от друга.

 

Упрощение измерения кабелей с помощью пакета для тестирования кабелей анализатора FieldFox

Новая опция анализатора FieldFox (опция 215) для измерения кабелей с помощью рефлектометрии во временной области (TDR) дополняет уже имеющиеся функции RL и DTF. Функция измерения RL (потери на отражение) выявляет рассогласование в кабельных разъемах, а DTF показывает места повреждений или плохих соединений по всему кабелю. Новая опция TDR помогает глубже вникнуть в проблему, позволяя измерять изменения импеданса вдоль кабеля и устанавливать причины (типы) конкретных отказов, такие как короткое замыкание, обрыв или проникновение влаги. Сегодня FieldFox является единственным ручным анализатором, способным выполнять измерения RL, DTF и TDR.

Функция TDR в FieldFox (или ступенчатое измерение) захватывает данные аналогично функции DTF. Однако в отличие от DTF данное измерение используется, чтобы определить тип повреждения, включая индуктивный или емкостной характер неоднородности. Это реализуется за счет измерения отражений подаваемых в кабель ступенчатых сигналов. Анализируя длительность, амплитуду и форму отраженного сигнала, можно определить природу вариаций импеданса в кабеле. Режим измерения TDR анализатора FieldFox применим практически к любым ВЧ- и СВЧ-линиям передачи.

Для измерения волноводов FieldFox использует полосовой метод преобразования во временной области. Это связано с узкой полосой пропускания волноводов, что ограничивает выбор доступных методик измерений во временной области. Полосовые измерения идеально подходят для устройств с ограниченной полосой частот, однако сложнее проводить оценку типа неисправности в линии передачи.

Другая новая опция FieldFox — анализ передачи на большие расстояния (ERTA, опция 209) — помогает решить проблемы измерения длинных СВЧ-кабелей в полевых условиях. Такое портативное решение предназначено для скалярных измерений вносимых потерь по месту прокладки СВЧ-кабелей с далеко разнесенными тестовыми портами и позволяет получить одновременный доступ к обоим концам кабеля или волновода.

Применение в качестве источника сигнала скалярного анализатора и широкополосного детектора или датчика мощности в качестве измерителя может привести к снижению скорости измерений, к тому же данный метод подвержен внешним помехам и не обладает широким динамическим диапазоном. Кроме того, развертывание настольного оборудования в полевых условиях является далеко не идеальным решением из-за больших размеров и высокой стоимости приборов.

При наличии опции ERTA два анализатора FieldFox подключаются к двум концам измеряемого кабеля. Один анализатор выступает в роли источника, а второй — приемника. Оба прибора аппаратно синхронизируются. Благодаря преимуществам собственного метода спектрального анализа InstAlign компании Keysight, инженеры могут использовать эту конфигурацию для очень точного измерения потерь в кабеле без калибровки и прогрева прибора (рис. 1). Кроме того, метод обеспечивает лучший в отрасли динамический диапазон для измерения длинных кабелей с большими потерями. Эту опцию можно использовать и с отстройкой по частоте для измерения таких устройств, как смесители и преобразователи.

FieldFox можно легко дополнить новой опцией ERTA, позволяющей очень точно измерять потери в кабелях

Рис. 1. FieldFox можно легко дополнить новой опцией ERTA, позволяющей очень точно измерять потери в кабелях

 

FieldFox — всеобъемлющее решение для ручного тестирования

Кроме новых опций TDR и ERTA, анализатор FieldFox предлагает множество других дополнительных измерений, что делает его наиболее полным измерительным решением среди ручных приборов (рис. 2). Эти дополнительные измерения включают:

  • RL, КСВ и DTF для широкополосных и узкополосных кабельных подсистем;
  • S‑параметры, групповую задержку, фазу, диаграмму Смита и анализ во временной области;
  • усиление преобразования и потери на преобразование в преобразователях частоты;
  • смешанный режим, 1‑портовое измерение S‑параметров, анализ во временной области.
FieldFox предлагает наиболее полное в отрасли решение для измерения кабелей в формате ручного прибора, обладающее достаточной точностью для работы в лаборатории и достаточной надежностью для полевых условий

Рис. 2. FieldFox предлагает наиболее полное в отрасли решение для измерения кабелей в формате ручного прибора, обладающее достаточной точностью для работы в лаборатории и достаточной надежностью для полевых условий

 

Реальные примеры

Для того чтобы лучше понять, как методы измерения во временной области анализатора FieldFox помогают определять местоположение и причины повреждения кабелей, давайте рассмотрим два коротких коаксиальных кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, соединенных между собой коаксиальным адаптером. Более короткий кабель подключен к порту 1 анализатора FieldFox, а второй кабель терминирован нагрузкой 50 Ом. Как показано на рис. 3, измерение DTF позволяет легко определить положение любых неоднородностей.

Измерение DTF анализатором FieldFox для двух последовательно соединенных коаксиальных кабелей, терминированных нагрузкой 50 Ом

Рис. 3. Измерение DTF анализатором FieldFox для двух последовательно соединенных коаксиальных кабелей, терминированных нагрузкой 50 Ом

Обратите внимание, что маркеры установлены на три пика кривой DTF. Эти пики представляют одиночные отражения от мест неоднородностей. Маркер 1, соответствующий точке подключения калиброванного анализатора FieldFox к первому коаксиальному кабелю, показывает расстояние 0 м. Маркер 2, соответствующий адаптеру между двумя кабелями, показывает расстояние 4 м. Кроме того, он показывает, что длина первого кабеля равна 4 м. Маркер 3, соответствующий нагрузке 50 Ом, показывает расстояние 13,8 м. Это помогает рассчитать длину второго кабеля (13,8 м – 4 м = 9,8 м). Заметное падение амплитуды справа от 50‑Ом заглушки означает конец кабеля. Поскольку это измерение использует прохождение сигнала туда и обратно, FieldFox соответствующим образом корректирует показания маркеров и форматирует ось X сообразно длине кабеля.

Теперь давайте рассмотрим коаксиальный кабель, поврежденный в двух местах (точки A и B на рис. 4а). Повреждение A представляет собой изгиб кабеля с радиусом, меньшим указанного в спецификациях производителя минимального радиуса, равного 1. Радиус изгиба в точке A существенно меньше допустимого значения, что создает нежелательное отражение от этого участка кабеля. Повреждение B представляет собой порез внешнего экранирующего проводника коаксиального кабеля. Оба повреждения можно обнаружить в режимах DTF и TDR анализатора FieldFox, но тип повреждения определяет только измерение TDR.

Повреждения коаксиального кабеля, обозначенные буквами A и B

Рис. 4.
а) Повреждения коаксиального кабеля, обозначенные буквами A и B;
б) результат изменения TDR этого поврежденного кабеля с помощью опции TDR анализатора FieldFox. В режиме TDR FieldFox может определять различные типы неоднородностей, включая: R > Z0, R < Z0, индуктивную и емкостную

На рис. 4б показано измерение поврежденного кабеля с помощью FieldFox в режиме TDR. Как видно из кривой TDR, импеданс кабеля почти везде равен 50 Ом, пока не встречается неоднородность. Неоднородность появляется на входном разъеме, на изгибе у повреждения A, на порезе у повреждения B и на нагрузке 50 Ом в конце кабеля.

Из всех неоднородностей самое большое рассогласование дает порез в точке повреждения B, что видно из амплитуды соответствующего пика. На кривой TDR порез дает один пик в положительном направлении, свидетельствуя об индуктивном характере рассогласования. Это типично для порезов внешнего экранирующего проводника коаксиальных кабелей.

 

Заключение

Измерения кабелей в полевых условиях сопряжены с определенными трудностями. Выявление наличия повреждения в кабеле — это лишь первый этап процесса. Инженерам нужно определить физическое положение повреждения и его причину, что выполняется с помощью разных методов анализа во временной области. Всеобъемлющий набор кабельных измерений анализатора FieldFox, включая новые опции TDR и ERTA, предлагает идеальное решение для тестирования любых кабельных систем в полевых условиях. Измерения во временной области DTF и TDR анализатора FieldFox определяют местоположения повреждений в коаксиальных кабелях и вызвавшие их причины, а полосовой режим измерения позволяет находить физические положения повреждений в волноводах. Теперь с помощью FieldFox инженеры могут быстрее и проще тестировать кабельные системы в полевых условиях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *