李胜海
【摘 要】针对网络线缆分析仪插入损耗的校准,本文采用插入法和替代法分别进行了校准实验,并通过数据分析比较两种方法对测试结果的影响,得出了选用替代法校准更为适宜的结论.对替代法测试数据进行不确定度评定分析,证明了本文选用替代法能达到校准网络线缆分析仪插入损耗的要求.
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2010(000)004
【总页数】4页(P36-38,42)
【关键词】校准;线缆分析仪;插入损耗;RJ45接口;矢量网络分析仪
【作 者】李胜海
【作者单位】工业和信息化部电子第五研究所,计量检测中心,广东,广州,510610
【正文语种】中 文
【中图分类】TB973
0 引言
网络线缆分析仪/测试仪是用于测试局域网物理层参数、网络布线质量的主要仪器，一般用于网络先期布线安装或解决后续故障、维护网络，是对布线系统进行认证测试、确定其传输性能指标是否达到设计要求而使用的必备仪器。网络线缆分析仪的测试参数包括插入损耗、传播时延、近端串扰、等效远端串扰、长度等等。在所有参数中，插入损耗作为最基本、最重要的参数，必须得到正确的校准。
插入损耗也称衰减，是指电信号强度随着网络电缆长度增加而逐渐减弱的程度，用dB表示。网络线缆分析仪测试接口的特殊性，决定了其校准的特殊:网络线缆分析仪是RJ45接口，即日常的网线插口，它不能直接通过N线或BNC线连接到标准衰减器上进行校准，必须经过阻抗转换器。
阻抗转换器是用来把RJ45接口的100Ω系统转换成四路50ΩN线或BNC线接口的转换器，其
性能稳定，重复性优于0.05 dB。
1 校准分析
制作一条不超过8 cm的短网线和5条从10 m至100 m的不同长度的网络线，双端都做好RJ45接头。
1)选取一条网络线，用网络线缆分析仪测试其线对的插入衰减A1。连接示意图如图1所示。
2)用矢量网络分析仪通过阻抗转换器测量此网络线相应线对的插入损耗A0。
这里对插入损耗的测量有两种方法，第一种是替代法。矢量网络分析仪通过阻抗转换器连接一很短的网络线，进行置零作为参考;然后测量被测的网络线。连接示意图如图2所示。
图2 测量3_6线对的替代法连接示意图
第二种测量是插入法。网络分析仪通过阻抗转换器连接很短的网络线，进行置零作为参考;然后用一个RJ45直连器插入被测的网络线。连接示意图如图3。
图3 测量3_6线对的插入法连接示意图
3)计算上述网络线的插入损耗误差Ax。即
电力线宽带
插入90 m的网络线，测量其网络线的插入衰减值，通过此实验来比较替代法和插入法的优劣。
2 校准实验
测试环境条件:温度22～25℃、相对湿度:55%～65%。标准仪器:安捷伦E5071C网络分析仪，设置为S21测量幅度功能，设定需要测试的中心频率，带宽频率为10 MHz，(中心频率为1 MHz的带宽频率设置为0.5 MHz)，IF BW 10 Hz。因为网络线的4组线对(1_2线对，3_6线对，4_5线对，7_8线对)的衰减从定性上来说是没有区别的，有区别的只是数值的大小不同而已，所以下面的数据只选取了1_2线对。
2.1 替代法测试结果
按替代法对90 m的网络线进行10次测试，得到的数据如表1所示。
表1 用E5071C替代法测量90 m网络线的1_2线对插入损耗 dB序号频率/MHz 1 100 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1.86 1.85 1.85 1.86 1.85 1.87 1.86 1.87 1.86 1.86 17.43 17.42 17.44 17.45 17.42 17.44 17.45 17.43 17.45 17.43 27.80 27.83 27.79 27.81 27.80 27.79 27.82 27.81 27.82 27.83
2.2 插入法测量结果
按插入法对90 m的网络线进行10次测试，得到如表2所示的数据。
表2 用E5071C插入法测量90 m网络线的1_2线对插入损耗 dB序号频率/MHz 1 100 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1.91 1.91 1.92 1.92 1.93 1.93 1.94 1.93 1.94 1.93 17.66 17.67 17.69 17.70 17.73 17.72 17.70 17.68 17.69 17.71 28.43 28.42 28.46 28.50 28.53 28.52 28.53 28.43 28.44 28.49
2.3 数据分析
对两种方法测得的数据进行A类不确定度评定，分析如下:以多次测量的算术平均值作为最佳估计值，并由贝塞尔公式计算实验标准差
式中:xi为每次的测量值;x为n次测量的算术平均值，n=10。经计算，两种方法所得的结果对比见表3。
表3 两种测量方法的校准数据对比校准方法 频率点/MHz最佳估计值/dB 单次测量标准差/dB替代法1 1.859 0.0074 100 17.436 0.012 250 27.810 0.015插入法1 1.926 0.011 100 17.695 0.022 250 28.475 0.044
通过比较表3中的数据可见，插入法引入了网络直通器，由于网络直通器内部结构不同于网络线，其对测试信号的影响造成了测试数据重复性差，导致其单次测量标准差比替代法的大。
同时，根据插入损耗和网络线长度的正比关系，用于置零的短网络线因其长度不到0.08 m，该长度值与90 m的网络线相比，其引入的误差不到0.1%，可以忽略不计。
所以，在实际校准中，可采用替代法来校准网络线缆分析仪的插入损耗。
3 测量不确定度分析
3.1 数学模型
用替代法校准网络线缆分析仪的插入损耗，其数学模型为
式中:T为被校线缆测试仪的衰减测量值;D为E5071C网络分析仪的测量值;δ为E5071C测量归一化使用短接线缆引入的影响;r为阻抗转换器的测量重复性;x为各种随机影响引入的测量重复性。
以测量90 m的稳定线缆为分析对象。
3.2 标准不确定度评定
依据数学模型，测量不确定度主要来源于4个方面:①矢量网络分析仪测量不准确;②归一化时使用短网络线引入的影响;③阻抗转换器的测量重复性引入的影响;④各种随机影响引入的测量重复性。
1)标准器最大允许误差引入的标准不确定度分量u(D)。
根据E5071C技术说明书，幅度测量动态准确度指标优于0.05 dB，按均匀分布评定，包含因子为，则
2)标准器E5071C测量归一化使用短接线缆引入的标准不确定度分量u(δ)。
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