同轴电缆屏蔽性能测量方法的比较

同轴电缆屏蔽性能测量方法的比较
张莉
【摘要】详细介绍了6种评价同轴电缆屏蔽性能的测量方法,并对各种方法的优缺点进行了比较,为线缆屏蔽性能的实际测试工作提供了参考和依据.
【期刊名称】《电线电缆》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】4页(P21-23,41)
【关键词】同轴电缆;屏蔽衰减;特性阻抗
【作者】张莉
【作者单位】珠海汉胜科技股份有限公司,广东珠海519180
【正文语种】中文
【中图分类】TM248.3
在信号传输过程中，非屏蔽电缆具有天线效应，不但可以向外辐射信号，还能接受外部信号，容易形成电磁干扰，导致通信失效、噪音增大、信号误差等现象产生。

因此，同轴电缆通常采用编织外导体或光滑铝管外导体等结构来增强电缆本身的屏蔽性能。

屏蔽衰减和转移阻抗是衡量同轴电缆屏蔽性能的两个重要指标，屏蔽衰减基于电磁场理论，可直接反映电缆的屏蔽性能，而转移阻抗则基于电路理论，可间接地反映电缆的屏蔽性能。

目前，测试同轴电缆屏蔽性能的方法主要有三同轴法、线注入法、电流探头法、功率吸收钳法、混响室法和GTEM小室法等。

其中，三同轴法、线注入法和电流探头法是通过测量表面转移阻抗对屏蔽性能进行间接描述
的方法，而其余三种方法则是直接测量电缆的屏蔽衰减。

三同轴法［1］源于IEC标准中所规定的转移阻抗的测量方法，当频率在100 MHz以下时，转移阻抗越低，电缆的屏蔽性能越好。

三同轴法有多种形式，包括“匹配-短路”三同轴法A型、B型、C型、D型、双短路三同轴法、简化三同轴
法和高频三同轴法等。

所谓三同轴，就是同轴电缆的芯线、屏蔽层，以及金属良导体管所构成的三同轴系统。

如图1所示，同轴电缆的芯线和屏蔽层组成内同轴回路，同轴电缆的屏蔽层和金属管组成外同轴回路，电缆的屏蔽层充当了内回路的外导体和外回路的内导体。

内同轴的近端与信号源连接，内同轴系统的远端与匹配负载连接，匹配负载值等于被测同轴电缆的特性阻抗值；外同轴系统的近端短路，而外同轴系统的远端与接收机连接。

信号源在内同轴回路施加已知的电压和电流，在外同轴回路上就会有感应电压和感应电流。

根据信号源输出电压和接收机输入电压的比值，结合测试装置的等效电路图，可以计算出被测同轴电缆的转移阻抗。

线注入法［2］也是IEC标准推荐的测试同轴电缆转移阻抗的常用方法。

该法用一根导线，即注入线，代替了三同轴法中的同轴良导体，其测试原理如图2所示。

线注入法的耦合段分为初级回路和次级回路，初级回路是由注入线和电缆的屏蔽层构成的双线传输线，而次级回路是由电缆的屏蔽层和电缆的芯线构成的同轴传输线。

在被测电缆的屏蔽层上施加已知的电流和电压，同时测试电缆芯线和屏蔽层之间的感应电压，再结合线注入法的等效电路图，就可以计算出被测电缆的转移阻抗。

尽管已经通过实验证明了线注入法和三同轴法在测量转移阻抗上具有等效性，但这两种方法还是存在一些差别的。

例如，三同轴法的外同轴系统的特性阻抗是不连续的，而线注入法要求初级回路与次级回路的特性阻抗都尽可能是连续的。

电流探头法［3］也是由三同轴法发展起来的一种测量方法，其测试装置如图3所示。

黄铜板和电缆屏蔽层构成了初级回路，而电缆芯线和屏蔽层构成了次级回路。

在电缆的两端分别安装了电流探头，一个作为电流注入源，一个作为电流测量装置，
电缆的转移阻抗值就是电缆终端电流和终端电流探头口电流的比值。

电流探头法的测量频带比较宽，一般在1～600 MHz内，并且对受试电缆长度限制较小。

功率吸收钳是一种包有线圈的磁环，同轴电缆可在磁环中心处穿过，当同轴电缆内部有信号流过时，磁环的线圈上就会有感应信号，根据感应信号的强弱就可以确定同轴电缆的屏蔽衰减［4］。

图4是功率吸收钳法测试电缆屏蔽衰减的原理图，初级回路由受试电缆的内导体和屏蔽层构成，次级回路由电缆屏蔽层与周围环境构成。

信号从被测电缆注入，泄漏的信号沿屏蔽层向两个方向传播，利用功率吸收钳近端和远端进行测试，并取最大功率值，其屏蔽衰减A可由式（1）进行计算。

式中：P1为被测电缆的输入功率（W）；P2n为功率吸收钳近端测试的功率（W）；P2f为功率吸收钳远端测试的功率（W）；max（P2n，P2f）为近端测
试功率和远端测试功率的最大值（W）；AM为测试装置的插入损耗（dB）。

功率吸收钳有十几分贝的插入损耗，所以在测试前需要用测试曲线进行校准。

此外，因功率吸收钳法是一种开放的测试方法，周围的电磁环境会对其测试数据造成影响。

混响室［5］是一种新型的电磁兼容测试环境，近年来受到越来越多的关注。

混响室，也称为模搅拌室，通过模式搅拌器连续地改变屏蔽室内部的电磁场结构，从而改变各模式的能量分布，最终，在混响室的整个测试区域中形成均匀且各向同性的场分布。

图5是混响室法的测试示意图，在混响室中，被测电缆的一端接匹配负载，另一
端与接收机相连。

当发射天线馈入足够的功率Pin时，模式搅拌器开始旋转，接收机测试电缆上产生的信号功率Pout。

然后，将接收机与标准天线连接，发射天线
馈入相同的功率Pin，接收机测试标准天线上产生的信号功率Pref。

在不同频点上重复进行上述操作，屏蔽衰减可由式（2）计算得到。

由于受到屏蔽室最低谐振频率的影响，混响室法的测试频率下限受到限制，但其测试频率上限在理论上没有限制，所以这种方法尤其适合几百兆赫兹以上的频段。

此
外，混响室可以产生高的场强，而且场分布均匀，因此可以测试屏蔽性能非常好的电缆，测试的动态范围也很大。

GTEM小室法是在横电磁波小室（TEM）基础上发展起来的一种测量屏蔽衰减的新方法。

该法不仅突破了TEM小室在频率和尺寸上的局限性［6］，而且能够更好地模拟自由空间环境，特别适合测定电缆及其组件的电磁辐射敏感度和干扰性。

为了避免内部电磁波的反射和抑制高次模和谐波，GTEM小室在结构上采用了同轴及非对称矩形传输线的设计原理。

GTEM小室法的测试原理如图6所示，GTEM小室是一个四棱锥状的屏蔽箱，输入端口与平板状内导体通过N型同轴连接器进行连接。

由于平板状内导体与顶板张角很小，因此，GTEM小室传播的球面波可以近似为平面波。

此外，小室终端采用了电阻式匹配网络和高性能吸波材料制成的负载结构，因而GTEM小室的测试区域是均匀的，能够较好地模拟自由空间电磁场环境。

上述6种屏蔽性能测量方法各有优势和局限性，表1总结归纳了这些测试方法的频率范围和相关特点，为实际测试工作提供了选择依据。

屏蔽性能是同轴电缆非常重要的特性参数之一，决定了电缆在实际工程中的使用效果，因而受到行业内越来越多的关注和重视。

为了能够准确而稳定地评价同轴电缆的屏蔽性能，需要根据线缆产品的使用场合，选择合理而有效的测试方法。

通过对6种屏蔽性能测试方法的比较，三同轴法的发展比较成熟，精度高，数据可靠，逐渐成为屏蔽性能测试的首选。

【相关文献】
［1］朱荣华，李谦若.表面转移阻抗的测量---三同轴方法［J］.光纤与电缆及其应用技术，2005（4）：8-11.
［2］ IEC 62153-4-6-2006 Metallic communication cable testmethods［S］.
［3］ A.Morriello，T.M.Benson，A.P.Duffy.Surface transfer impedancemeasurement：a comparison between current probe and pull-on braid methods for coaxial cables ［J］.IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，1998（2）：69-76.
［4］周香，蒋全兴，陈旻，等.功率吸收钳法与线注入法电缆屏蔽性能测试对比分析［J］.东南大学学报（自然科学版），2009，39（6）：1161-1164.
［5］周香，蒋全兴，曹锐.混波室法电缆屏蔽性能测试分析［J］.测控技术，2008，27（10）：83-85.
［6］殷海成，朱荣华.射频同轴电缆屏蔽衰减测试方法的比较［J］.光纤与电缆及其应用技术，2010（2）：19-22.。