同軸電纜屏蔽性能測量方法的比較

張 莉

（珠海漢勝科技股份有限公司，廣東珠海519180）

同軸電纜屏蔽性能測量方法的比較

張 莉

（珠海漢勝科技股份有限公司，廣東珠海519180）

詳細介紹了6種評價同軸電纜屏蔽性能的測量方法，并對各種方法的優缺點進行了比較，為線纜屏蔽性能的實際測試工作提供了參考和依據。

同軸電纜；屏蔽衰減；特性阻抗

0 引 言

在信號傳輸過程中，非屏蔽電纜具有天線效應，不但可以向外輻射信號，還能接受外部信號，容易形成電磁干擾，導致通信失效、噪音增大、信號誤差等現象產生。因此，同軸電纜通常采用編織外導體或光滑鋁管外導體等結構來增強電纜本身的屏蔽性能。屏蔽衰減和轉移阻抗是衡量同軸電纜屏蔽性能的兩個重要指標，屏蔽衰減基于電磁場理論，可直接反映電纜的屏蔽性能，而轉移阻抗則基于電路理論，可間接地反映電纜的屏蔽性能。目前，測試同軸電纜屏蔽性能的方法主要有三同軸法、線注入法、電流探頭法、功率吸收鉗法、混響室法和GTEM小室法等。其中，三同軸法、線注入法和電流探頭法是通過測量表面轉移阻抗對屏蔽性能進行間接描述的方法，而其余三種方法則是直接測量電纜的屏蔽衰減。

1 三同軸法

三同軸法［1］源于IEC標準中所規定的轉移阻抗的測量方法，當頻率在100 MHz以下時，轉移阻抗越低，電纜的屏蔽性能越好。三同軸法有多種形式，包括“匹配-短路”三同軸法A型、B型、C型、D型、雙短路三同軸法、簡化三同軸法和高頻三同軸法等。所謂三同軸，就是同軸電纜的芯線、屏蔽層，以及金屬良導體管所構成的三同軸系統。如圖1所示，同軸電纜的芯線和屏蔽層組成內同軸回路，同軸電纜的屏蔽層和金屬管組成外同軸回路，電纜的屏蔽層充當了內回路的外導體和外回路的內導體。內同軸的近端與信號源連接，內同軸系統的遠端與匹配負載連接，匹配負載值等于被測同軸電纜的特性阻抗值；外同軸系統的近端短路，而外同軸系統的遠端與接收機連接。信號源在內同軸回路施加已知的電壓和電流，在外同軸回路上就會有感應電壓和感應電流。根據信號源輸出電壓和接收機輸入電壓的比值，結合測試裝置的等效電路圖，可以計算出被測同軸電纜的轉移阻抗。

圖1 “匹配-短路”三同軸法測試系統圖

2 線注入法

線注入法［2］也是IEC標準推薦的測試同軸電纜轉移阻抗的常用方法。該法用一根導線，即注入線，代替了三同軸法中的同軸良導體，其測試原理如圖2所示。線注入法的耦合段分為初級回路和次級回路，初級回路是由注入線和電纜的屏蔽層構成的雙線傳輸線，而次級回路是由電纜的屏蔽層和電纜的芯線構成的同軸傳輸線。在被測電纜的屏蔽層上施加已知的電流和電壓，同時測試電纜芯線和屏蔽層之間的感應電壓，再結合線注入法的等效電路圖，就可以計算出被測電纜的轉移阻抗。盡管已經通過實驗證明了線注入法和三同軸法在測量轉移阻抗上具有等效性，但這兩種方法還是存在一些差別的。例如，三同軸法的外同軸系統的特性阻抗是不連續的，而線注入法要求初級回路與次級回路的特性阻抗都盡可能是連續的。

圖2 線注入法測試原理圖

3 電流探頭法

電流探頭法［3］也是由三同軸法發展起來的一種測量方法，其測試裝置如圖3所示。黃銅板和電纜屏蔽層構成了初級回路，而電纜芯線和屏蔽層構成了次級回路。在電纜的兩端分別安裝了電流探頭，一個作為電流注入源，一個作為電流測量裝置，電纜的轉移阻抗值就是電纜終端電流和終端電流探頭口電流的比值。電流探頭法的測量頻帶比較寬，一般在1～600 MHz內，并且對受試電纜長度限制較小。

4 功率吸收鉗法

功率吸收鉗是一種包有線圈的磁環，同軸電纜可在磁環中心處穿過，當同軸電纜內部有信號流過時，磁環的線圈上就會有感應信號，根據感應信號的強弱就可以確定同軸電纜的屏蔽衰減［4］。圖4是功率吸收鉗法測試電纜屏蔽衰減的原理圖，初級回路由受試電纜的內導體和屏蔽層構成，次級回路由電纜屏蔽層與周圍環境構成。

圖3 電流探頭法測試裝置示意圖

圖4 功率吸收鉗法測試電纜屏蔽衰減原理圖

信號從被測電纜注入，泄漏的信號沿屏蔽層向兩個方向傳播，利用功率吸收鉗近端和遠端進行測試，并取最大功率值，其屏蔽衰減A可由式（1）進行計算。

式中：P1為被測電纜的輸入功率（W）；P2n為功率吸收鉗近端測試的功率（W）；P2f為功率吸收鉗遠端測試的功率（W）；max（P2n，P2f）為近端測試功率和遠端測試功率的最大值（W）；AM為測試裝置的插入損耗（dB）。

功率吸收鉗有十幾分貝的插入損耗，所以在測試前需要用測試曲線進行校準。此外，因功率吸收鉗法是一種開放的測試方法，周圍的電磁環境會對其測試數據造成影響。

5 混響室法

混響室［5］是一種新型的電磁兼容測試環境，近年來受到越來越多的關注。混響室，也稱為模攪拌室，通過模式攪拌器連續地改變屏蔽室內部的電磁場結構，從而改變各模式的能量分布，最終，在混響室的整個測試區域中形成均勻且各向同性的場分布。

圖5 混響室測試系統示意圖

圖5是混響室法的測試示意圖，在混響室中，被測電纜的一端接匹配負載，另一端與接收機相連。當發射天線饋入足夠的功率Pin時，模式攪拌器開始旋轉，接收機測試電纜上產生的信號功率Pout。然后，將接收機與標準天線連接，發射天線饋入相同的功率Pin，接收機測試標準天線上產生的信號功率Pref。在不同頻點上重復進行上述操作，屏蔽衰減可由式（2）計算得到。

由于受到屏蔽室最低諧振頻率的影響，混響室法的測試頻率下限受到限制，但其測試頻率上限在理論上沒有限制，所以這種方法尤其適合幾百兆赫茲以上的頻段。此外，混響室可以產生高的場強，而且場分布均勻，因此可以測試屏蔽性能非常好的電纜，測試的動態范圍也很大。

6 GTEM小室法

GTEM小室法是在橫電磁波小室（TEM）基礎上發展起來的一種測量屏蔽衰減的新方法。該法不僅突破了TEM小室在頻率和尺寸上的局限性［6］，而且能夠更好地模擬自由空間環境，特別適合測定電纜及其組件的電磁輻射敏感度和干擾性。為了避免內部電磁波的反射和抑制高次模和諧波，GTEM小室在結構上采用了同軸及非對稱矩形傳輸線的設計原理。GTEM小室法的測試原理如圖6所示，GTEM小室是一個四棱錐狀的屏蔽箱，輸入端口與平板狀內導體通過N型同軸連接器進行連接。由于平板狀內導體與頂板張角很小，因此，GTEM小室傳播的球面波可以近似為平面波。此外，小室終端采用了電阻式匹配網絡和高性能吸波材料制成的負載結構，因而GTEM小室的測試區域是均勻的，能夠較好地模擬自由空間電磁場環境。

圖6 GTEM法測試同軸電纜屏蔽衰減示意圖

7 屏蔽性能測量方法的比較

上述6種屏蔽性能測量方法各有優勢和局限性，表1總結歸納了這些測試方法的頻率范圍和相關特點，為實際測試工作提供了選擇依據。

表1 同軸電纜屏蔽性能測量方法的比較

8 結束語

屏蔽性能是同軸電纜非常重要的特性參數之一，決定了電纜在實際工程中的使用效果，因而受到行業內越來越多的關注和重視。為了能夠準確而穩定地評價同軸電纜的屏蔽性能，需要根據線纜產品的使用場合，選擇合理而有效的測試方法。通過對6種屏蔽性能測試方法的比較，三同軸法的發展比較成熟，精度高，數據可靠，逐漸成為屏蔽性能測試的首選。

［1］ 朱榮華，李謙若.表面轉移阻抗的測量---三同軸方法［J］.光纖與電纜及其應用技術，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，蔣全興，陳 旻，等.功率吸收鉗法與線注入法電纜屏蔽性能測試對比分析［J］.東南大學學報（自然科學版），2009，39（6）：1161-1164.

［5］ 周 香，蔣全興，曹 銳.混波室法電纜屏蔽性能測試分析［J］.測控技術，2008，27（10）：83-85.

［6］ 殷海成，朱榮華.射頻同軸電纜屏蔽衰減測試方法的比較［J］.光纖與電纜及其應用技術，2010（2）：19-22.

Com parison of Coaxial Cable Shielding Effectiveness M easurement M ethods

ZHANG Li
（Zhuhai Hansen Technology Co.，Ltd.，Zhuhai519180，China）

In order to provide the references and experiences for practical work，six differentmeasurementmethods for shielding effectiveness of coaxial cable have been described.The advantages and disadvantages of thesemethods are also compared and discussed here.

coaxial cable；screening attenuation；characteristic impedance

TM248.3

A

1672-6901（2014）06-0021-04

2014-04-29

張 莉（1981-），女，博士，工程師.

作者地址：廣東珠海市斗門區新青科技工業園珠峰大道1號［519180］.