網(wǎng)絡(luò)分析儀在故障定位上的巧用

洪燦標(biāo)

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣州 510012）

網(wǎng)絡(luò)分析儀在故障定位上的巧用

洪燦標(biāo)

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣州 510012）

本文介紹了網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本原理，并詳細(xì)介紹了如何巧用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對中波發(fā)射臺的射頻同軸電纜的故障進(jìn)行定位。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；基本原理；故障定位；同軸電纜

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀已廣泛在研發(fā),生產(chǎn)中大量使用,網(wǎng)絡(luò)分析儀被廣泛的應(yīng)用于各種不同部件、材料、電路、設(shè)備和系統(tǒng)。無論是在研發(fā)階段為了優(yōu)化模擬電路的設(shè)計,還是為了調(diào)試檢測電子元器件,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都成為一種不可缺少的測量儀器,下面以PNA3628S型號網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行介紹。

1 網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本原理介紹

PNA3628S矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀自帶了一個信號發(fā)生器,可以對一個頻段進(jìn)行頻率掃描,它可以進(jìn)行單端口和雙端口測量。我們定義參數(shù)反射系數(shù)G,它是一個包含幅值和相位的矢量,代表被反射波占總?cè)肷洳ǖ谋壤?同樣定義傳輸系數(shù)T,代表傳輸波占總?cè)肷洳ǖ氖噶勘取Ｈ绻菃味丝跍y量的話,將激勵信號加在端口上,通過測量反射回來信號的幅度和相位,就可以判斷出阻抗或者反射情況。而對于雙端口測量,還可以測量傳輸參數(shù)。

1.1 單端口網(wǎng)絡(luò)的測試

單端口網(wǎng)絡(luò)的對外參數(shù)只有一個反射系數(shù)Γ,其他參數(shù)如回?fù)p、駐波比與阻抗,可由其導(dǎo)出,最常用的測反射系數(shù)的器件為反射電橋。

反射電橋又稱電橋反射計或定向電橋,它不過是測反射系數(shù)的傳感頭,只能測反射并不能測入射。由于它的輸出正比于反射系數(shù),因此取名反射電橋是非常恰當(dāng)?shù)?有人稱為駐波電橋,其實駐波電橋只適于那種在里面已裝入檢波二極管,因而只有幅度信息沒有相位信息的電橋。

反射電橋原理圖與惠司頓電橋完全相同,只不過結(jié)構(gòu)尺寸改小適于高頻連接,并且不再想法調(diào)平衡,而是直接取出誤差電壓而已。

圖1 反射電橋

1.2 雙端口網(wǎng)絡(luò)的測試

兩端口網(wǎng)絡(luò)的外部特性,要用四個參數(shù)才能完全表示。一般只測兩個參數(shù)已足,若超過兩個,對于PNA3826S矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀只好掉頭進(jìn)行測試。對于無源器件,這兩個參數(shù)即回?fù)p與插損。當(dāng)兩端口網(wǎng)絡(luò)的出口端接上精密負(fù)載后,測其入端回?fù)p時。測試原理及方法與單端口網(wǎng)絡(luò)完全相同,不再重復(fù),下面主要介紹插損測試問題。對于放大器,主要的參數(shù)為增益,而儀器中測增益是利用衰減器將增益抵消后形成的插損折算后得到的。因此對儀器內(nèi)部而言,仍然是在測插損。通常的作法是采用替代法,先將網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端與輸入端間,用兩根電纜經(jīng)過一個短的轉(zhuǎn)接器（一般為雙陰或雙陽）連接起來校直通,然后將轉(zhuǎn)接器去掉接入待測件即可測出插損。

1.3 散射參數(shù)介紹

在微波電路中,一個兩端口網(wǎng)絡(luò)的特性,可用4個散射參量完全表示出來。兩個端口中,1表示輸入端口,2表示輸出端口。

⊙ S11為網(wǎng)絡(luò)本身在端口1引入的反射,也就是當(dāng)端口2接上精密負(fù)載時由端口1測出的反射系數(shù)。若端口2接的負(fù)載不理想,尚需經(jīng)過修正才能得到正確的S11。

⊙ S21當(dāng)端口2接上匹配負(fù)載時,對于無源網(wǎng)絡(luò),S21為端口1到端口2的傳輸系數(shù)；對于放大器,S21則為增益。

⊙ S12與S21方向相反,對于對稱可逆網(wǎng)絡(luò),兩者相同；對于不可逆網(wǎng)絡(luò),S12為隔離度。

⊙ S22與S11相通,是由端口2向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)看的反射系數(shù)。

本文介紹的網(wǎng)絡(luò)分析儀只能測S11與S21（即反射系數(shù)與傳輸系數(shù),其幅值則為回?fù)p與插損）,要測S12與S22時,尚需將兩端口網(wǎng)絡(luò)掉過頭來進(jìn)行測試。

2 網(wǎng)絡(luò)分析儀在故障定位領(lǐng)域的巧用

我臺為中波發(fā)射臺,由于設(shè)備改造的需要,需從機(jī)房新鋪設(shè)一根SDY-50-15射頻同軸電纜到調(diào)配室,全長170米。同軸饋管鋪設(shè)到位后,進(jìn)行常規(guī)檢測時,測出阻值為零。內(nèi)芯和外殼的阻值為零,說明內(nèi)芯和外殼碰在一起短路了。分析原因,可能是鋪設(shè)同軸饋管的時候,在很多轉(zhuǎn)彎位需要彎曲饋管,不小心將某一段饋管外殼被擠壓導(dǎo)致外殼和內(nèi)芯碰在一起短路了。

這么長的同軸饋管,如果用肉眼檢查,費(fèi)時費(fèi)力,而且從外形上很難判斷同軸饋管在哪一點(diǎn)出了問題,這時候就需要用儀器測量。臺內(nèi)的PNA3628S網(wǎng)絡(luò)分析儀有時域故障定位功能可以加以巧用,用來查找故障位置。下面就讓我們先了解一下矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行時域故障定位的原理。

在頻域工作時,網(wǎng)絡(luò)分析儀測量的是被測器件的射頻特性隨頻率的變化；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分析儀具有時域功能時,即為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,它便能通過反傅立葉變換（IDFT）將頻域數(shù)據(jù)變換成時域數(shù)據(jù)。

如果觀察一條同軸饋管的頻率響應(yīng)時,你會發(fā)現(xiàn)在顯示的結(jié)果中經(jīng)常會存在由于同軸饋管內(nèi)的阻抗失配而產(chǎn)生的駐波,但是卻不可能指出同軸饋管內(nèi)大的反射發(fā)生在何處,或者可以說你并不知道是那個環(huán)節(jié)出了問題,因為你所看到的是在每個頻率點(diǎn)上電纜內(nèi)所有反射的疊加,這是整條傳輸線上所有部分的復(fù)合響應(yīng)。然而,當(dāng)在時域中觀察時,就能看到同軸饋管內(nèi)由于彎曲或失配引起的任何電感性或電容性的阻抗的不連續(xù)處。任何偏離特性阻抗的正反射或負(fù)反射均明顯可見,這些產(chǎn)生阻抗不連續(xù)性的位置和大小也很容易確定,時域分析的直觀性即在于此。當(dāng)同軸饋管內(nèi)發(fā)生短路時,在那一點(diǎn)反射系數(shù)就會很大,我們就可以直接從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上讀出那點(diǎn)所在的位置。

于是我們就用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來對同軸饋管進(jìn)行時域故障定位。開機(jī)后,網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示的是主菜單。若把光標(biāo)移到菜單上第一項“頻域”項下面,按〖→〗鍵,儀器進(jìn)入時域工作狀態(tài)；然后將光標(biāo)移到“測：××”下,屏上原有（12,30,60,120, 300,600,1200）米這幾檔,可按“→”或“←”鍵改變之,測試距離應(yīng)選為待測電纜幾何長度的1.5倍以上,因我們電纜有130米,故選用300米；當(dāng)作用范圍選定后,按“菜單”鍵儀器即給出機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)掃頻方案,要求不高一般不用修改；按測回?fù)p的方法連接電橋,然后進(jìn)行校正即可。校正完后將測試線接在同軸饋管上,時域測量時出現(xiàn)直角坐標(biāo),此時右上角出現(xiàn)變動的頻率數(shù)字,說明此時正在進(jìn)行頻域測量。測完后數(shù)字消失,儀器進(jìn)入時域計算與顯示,光點(diǎn)將由左向右逐點(diǎn)點(diǎn)出在給定測試距離內(nèi)從頭到尾（即全景）的各個距離上的反射強(qiáng)度；開路性質(zhì)故障時反射角Φ在0°左右,短路則在180°左右。移動光標(biāo)位置到故障點(diǎn),即可讀出故障點(diǎn)的電長度d,然后換算成物理長度即可。

圖2所示為測試的波形,將光標(biāo)移到反射特別大位置,可以看到電長度為43.5米處,經(jīng)過換算（取波速比為1.4）,可以得出物理長度為31米左右,于是在31米附近查看饋管是否有被壓過的痕跡,經(jīng)仔細(xì)觀察,果然發(fā)現(xiàn)有一段饋管有輕微的變形。鋸下這段同軸饋管,用搖表測量果然是短路的。而測另兩根同軸饋管,均為正常,再將兩根饋管做連接頭接好,經(jīng)測試正常；連接到發(fā)射機(jī)輸出端,開機(jī)試驗,天線駐波比正常。

圖2 測量結(jié)果

3 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)分析儀在中波發(fā)射臺應(yīng)用是非常廣泛的,測量天線阻抗,測回?fù)p、測駐波,傳輸性能的測量,測插損,元器件的測量,電容、電感標(biāo)稱值的測量。巧用網(wǎng)絡(luò)分析儀,能有效提高工作效率,減輕維護(hù)工作壓力,更好地確保安全播出。

Application of Network Analyzer in Fault Location

Hong Canbiao
(Radio and Television Technology Center of Guangdong Province, Guangzhou, 510012)

This paper introduces the basic principle of network analyzer, and describes how to use vector network analyzer positioning MW transmitter RF coaxial cable fault. The use of network analyzers can improve efficiency, reduce maintenance work pressure, and better ensure safe broadcasting.

Vector network analyzer; Basic principle; Fault location; Coaxial cable

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.12.011

TN949.6，TN98 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2016）12-0042-03