簡(jiǎn)析D電纜特性檢測(cè)儀

王國(guó)英

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

簡(jiǎn)析D電纜特性檢測(cè)儀

王國(guó)英

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

介紹D電纜檢測(cè)儀開發(fā)背景，D電纜的故障模型和檢測(cè)原理，以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。重點(diǎn)介紹D電纜特性檢測(cè)儀的系統(tǒng)接口和模塊設(shè)計(jì)組成。

同軸特性；特性阻抗；駐波比；回波損耗；故障點(diǎn)距離

1 開發(fā)背景

車載設(shè)備BTM（Balise Transmission Module）與CAU（Compact Antenna Unit）通過D電纜連接，有源和無源應(yīng)答器報(bào)文信息均通過CAU和D電纜進(jìn)行傳送。車載ATP出現(xiàn)的報(bào)應(yīng)答器丟失或應(yīng)答器報(bào)文錯(cuò)誤（如：全零報(bào)文）的信息較多，該類故障定位往往在D電纜與CAU兩設(shè)備之間，以及D電纜與CAU的接頭處。為明確故障點(diǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)更換CAU或D電纜的工作量，基于現(xiàn)場(chǎng)的這些需求，因此開發(fā)了D電纜特性檢測(cè)儀。

2 同軸電纜

同軸電纜是一種典型的傳輸線，是一種常用的通訊電纜。電纜結(jié)構(gòu)由絕緣材料隔離銅線導(dǎo)體組成，在里層絕緣材料的外部是另一層環(huán)形導(dǎo)體及其絕緣體，然后整個(gè)電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護(hù)套包住。有兩種廣泛使用的同軸電纜，分別為50 Ω電纜和75 Ω電纜。

D電纜屬于50 Ω同軸電纜，多用于基帶傳輸，也被稱為基帶同軸電纜。

3 D電纜故障模型

D電纜遠(yuǎn)離理想值即為故障狀態(tài)。D電纜的故障模型有如下5種。

一是D電纜發(fā)生斷路；

二是D電纜發(fā)生短路；

三是D電纜敷設(shè)不當(dāng)，如電纜彎曲半徑過嚴(yán)重等情況；

四是D電纜處于虛斷的狀態(tài)，某些時(shí)候也能正常傳輸信號(hào)；

五是D電纜處于虛短的狀態(tài)，某些時(shí)候也能正常傳輸信號(hào)。

4 D電纜檢測(cè)原理

因?yàn)镈電纜屬于同軸電纜，故其檢測(cè)原理緣于同軸電纜的自身特性。同軸電纜的自身特性介紹如下。

同軸電纜的反射系數(shù)Γ：Γ=U-/U+=（Zc-Z0）/ （ZC+Z0），式中U-為反射電壓，U+為入射電壓，Zc為傳輸線路的負(fù)載阻抗，Z0為傳輸線路的特性阻抗。因此在理想情況下，D電纜的反射系數(shù)Γ近似等于0。

同軸電纜的回波損耗S11：S11=-20logΓ，式中Γ為反射系數(shù)。因此在理想情況下，D電纜的回波損耗S11近似等于0。

同軸電纜的駐波比VSWR：VSWR=Vmax/Vmin= （1+Γ）/（1-Γ），式中Vmax為入射波與反射波的電壓同相位點(diǎn)相加的波峰，Vmin為入射波與反射波的電壓同相位點(diǎn)相減的波谷，Γ為反射系數(shù)。因此在理想情況下，D電纜的駐波比VSWR近似等于1。

5 D電纜特性檢測(cè)儀

5.1 系統(tǒng)接口

D電纜檢測(cè)儀由D電纜校準(zhǔn)件、D電纜檢測(cè)套件、單同軸電纜校準(zhǔn)件、單同軸電纜檢測(cè)套件和檢測(cè)儀主機(jī)5部分組成。接口示意如圖1所示。

圖1 D電纜檢測(cè)儀接口示意圖

D電纜校準(zhǔn)件由1個(gè)CT63插針、4個(gè)N型插座和4個(gè)UCL CFTE2-A的假負(fù)載3部分組裝而成，主要用來完成D電纜的自檢測(cè)試。

D電纜檢測(cè)套件由1個(gè)CT63插座裝孔、4個(gè)N型插座和4個(gè)UCL CFTE2-A的假負(fù)載3部分組裝而成，主要用來完成D電纜的同軸特性測(cè)試。

單同軸電纜校準(zhǔn)件由1個(gè)N-50KFK的轉(zhuǎn)接頭和1個(gè)N型公頭50 Ω假負(fù)載UCL CFTE2-A組成，主要用來完成單同軸電纜的自檢測(cè)試。

單同軸電纜檢測(cè)套件由1個(gè)N型公頭50 Ω假負(fù)載UCL CFTE2-A組成，主要用來完成單同軸電纜的同軸特性測(cè)試。

檢測(cè)儀主機(jī)主要分控制電路、網(wǎng)分采集數(shù)據(jù)和上位機(jī)3部分；上位機(jī)與控制電路采用串口通信方式，控制網(wǎng)分采集哪路數(shù)據(jù)；上位機(jī)與網(wǎng)分采用LAN通信方式，控制網(wǎng)分參數(shù)設(shè)置和測(cè)試數(shù)據(jù)的讀取；上位機(jī)測(cè)試分析的數(shù)據(jù)可以通過USB接口轉(zhuǎn)存。

5.2 模塊設(shè)計(jì)組成

5.2.1 硬件模塊設(shè)計(jì)組成

矢量網(wǎng)絡(luò)分析模塊采用外購(gòu)Agilent N9912A進(jìn)行改裝。平板電腦通過LAN網(wǎng)口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析模塊進(jìn)行通信。

D電纜特性檢測(cè)儀與控制電路采用USB串口通信，并通過USB給控制電路板供電。

控制電路板通過ARM芯片STM32F103CBT6實(shí)現(xiàn)與平板電腦的異步串口通信，實(shí)現(xiàn)D電纜四路同軸電纜的自動(dòng)切換。

平板電腦與ARM芯片間的串口通信通過FT232RL-REEL實(shí)現(xiàn)USB到串口的集成電路來實(shí)現(xiàn)，該集成電路具有高可靠的即插即用和熱插拔的功能。

控制電路板的ARM芯片與平板電腦的串口通信采用如下協(xié)議，及幀頭+命令+數(shù)據(jù)+16 bitCRC。

控制電路與平板電腦的通信協(xié)議采用相同的16 bit的CRC算法，控制電路板接收平板電腦和平板電腦接收控制電路板均對(duì)“命令+數(shù)據(jù)”進(jìn)行CRC運(yùn)算。

5.2.2 軟件模塊設(shè)計(jì)組成

D電纜特性檢測(cè)儀軟件功能包括用戶管理、電纜檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備自檢、記錄回放、錯(cuò)誤查詢等功能。設(shè)計(jì)組成如圖2所示。

D電纜特性檢測(cè)儀軟件主要功能包括：電纜檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析、記錄回放、錯(cuò)誤查詢和用戶管理等功能。

電纜檢測(cè)功能包括手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試對(duì)象為D電纜；測(cè)試項(xiàng)包括駐波比測(cè)試、回波損耗檢測(cè)、特性阻抗檢測(cè)及故障點(diǎn)距離檢測(cè)。

數(shù)據(jù)分析功能包括駐波比數(shù)據(jù)、回波損耗數(shù)據(jù)、特性阻抗數(shù)據(jù)及故障點(diǎn)距離數(shù)據(jù)的查看分析。

記錄回放功能包括在線記錄及離線數(shù)據(jù)的查看和回放。

錯(cuò)誤查詢功能包括在線測(cè)試時(shí)D電纜特性檢測(cè)儀自身的串口、網(wǎng)分及其他測(cè)試過程錯(cuò)誤的查看分析。

The paper introduces the development background of D cable tester, the fault models and test principles of D cables, as well as its on-site application. It mainly introduces the system interface and module design of the D cable tester.

coaxial characteristics; characteristic impedance; standing wave ratio; return loss; distance to fault point

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.004