电缆测试中的常见挑战
电缆（例如波导电缆、同轴电缆或双绞线）是现代射频和微波系统（例如移动和数据通信、卫星或雷达）中最广泛使用的组件。它们也是这些系统故障的主要原因。因此，正确的维护和使用合适的测试工具至关重要。

典型的电缆测试流程首先要确定电缆是否存在缺陷或其性能是否超出预期规格。在这种情况下，必须找到电缆上的故障点。一旦确定了故障点的位置，就必须识别并修复故障。在维护和故障排除过程中，工程师和技术人员可以使用回波损耗 (RL) 和故障距离 (DTF) 方法来精确定位故障点，但他们无法确定故障的原因或类型，这使得维修变得困难。在许多情况下，仅通过目视检查电缆无法识别问题（例如，连接器松动或损坏、进水或焊点断裂）。.

另一个难题是，迄今为止，为了测量电缆性能，工程师和技术人员必须携带天线电缆分析仪、网络分析仪、信号发生器和功率计到现场。当电缆用于位于难以到达的位置或危险环境中的系统时，这个过程就变得更加复杂。到达现场后，必须正确配置仪器才能执行测试。尽管这种方法有效，但容易出错，而且仪器也可能损坏。.

更复杂的是，考虑到矢量网络分析仪 (VNA) 难以对微波电缆中高损耗进行准确和可重复的现场测量，而微波电缆的测试端口相距很远。.

借助增强型 FieldFox 测试套件，电缆测量更加便捷。
新增的 FieldFox 时域反射计 (TDR) 电缆测量选件（选件 215）是对分析仪现有 RL 和 DTF 测量功能的补充。RL 测量功能可识别电缆连接中的任何不匹配，而 DTF 方法则可精确定位电缆内部的故障或错误连接位置。新增的 TDR 选件使工程师能够获取更多数据，从而测量沿电缆的阻抗变化，并确定特定故障的原因（类型），例如短路、开路或进水。迄今为止，FieldFox 是唯一一款能够使用单台仪器执行 RL、DTF 和 TDR 测量的分析仪。

FieldFox 的时间距离 (TDR) 或阶跃测量采用与 DTF 选项相同的数据采集流程。然而，与 DTF 方法不同的是，此测量方法能够表征故障类型，包括感性或容性不连续性。其原理是通过观察从电缆中传播的阶跃信号反射的波形。通过分析反射信号的持续时间、幅值和波形，可以确定电缆的阻抗变化。FieldFox 的 TDR 测量模式仅适用于直流电缆（例如，双芯传输线）。.

为了测量波导，FieldFox采用了一种带通时域变换技术。这是因为波导的窄带响应限制了可执行的时域测量类型。带通测量非常适合被测仪器的频率范围有限；然而，它只能提供故障位置，而无法确定故障是感性的、容性的还是阻性的。.

FieldFox推出的另一项新方案——扩展范围传输分析（ERTA，方案209）——克服了现场测量长距离微波电缆的难题。这款便携式解决方案可测量测试端口间距较大的微波电缆中的标量插入损耗，并允许同时访问电缆或波导的两端。.

使用标量分析仪作为信号源，配合功率传感器或宽带检测器来测量电缆损耗，速度可能较慢且容易受到外部干扰；此外，其动态范围也不高。另一方面，由于体积庞大且成本较高，不建议在现场部署台式解决方案。.

借助 ERTA 选件，可部署两台 FieldFox 分析仪，分别位于待测电缆的两端。一台作为信号源，另一台作为接收​​器，并通过硬件触发实现步进同步。利用 Keysight 独有的 InstAlign 频谱分析技术，工程师和技术人员无需校准或预热即可使用此设置进行高精度电缆损耗测量（图 1）。它还提供一流的动态范围，能够测量长距离、高损耗电缆。此外，该选件还可配置频率偏移，用于测量混频器和转换器等设备。.


FieldFox：功能最全面的手持式测试套件。
除了FieldFox新增的TDR和ERTA选项外，该分析仪还提供多种附加测量功能，使其成为功能最全面的手持式测试仪器（图2）。这些附加测量功能包括：
• 宽带和通带电缆子系统的RL、VSWR和DTF；
• S参数、群延迟、相位、史密斯圆图和时域分析；
• 变频器的转换损耗/增益；
• 混合模式、单端口S参数和时域分析。

     
FieldFox Figure2-w

实际示例
为了更好地理解 FieldFox 时域测量技术如何帮助识别电缆故障的位置和原因，我们以两根短的 50 欧姆同轴电缆为例，它们通过一个同轴适配器连接在一起。较短的电缆连接到 FieldFox 的端口 1，而较长的电缆则连接了一个 50 欧姆的负载。如图 3 所示，对电缆进行 DTF 测量对于定位故障点非常有效。

请注意，标记点位于测得的DTF响应的三个峰值处。这些峰值代表来自不连续点的每次反射的幅度。标记点1代表校准后的FieldFox仪器与第一根同轴电缆之间的接口，指示距离为0米。标记点2位于两根电缆之间的适配器处，指示距离为4米。这也表明第一根电缆的长度为4米。标记点3位于50欧姆负载处，指示距离为13.8米。根据这些数据，我们可以计算出第二根电缆的长度（13.8米 - 4米 = 9.8米）。在50欧姆负载右侧观察到的测量幅度下降表明电缆末端的位置。由于此反射测量代表的是双向信号路径，FieldFox会将标记点值和x轴格式调整为相应的单向长度。.

FieldFox Figure3-w 
现在我们来看一根同轴电缆，它有两个损坏区域（图 4A 和 4B）。故障 A 是电缆弯曲，弯曲半径超过了制造商规定的最小弯曲半径 1 英寸。在故障 A 中，电缆弯曲的半径远远超过了允许的范围，因此这部分电缆会产生不必要的反射。故障 B 是电缆外导体被割破。部分编织屏蔽层脱落，暴露出同轴电缆的内部介质材料。这两种故障都可以使用 FieldFox 的 DTF 和 TDR 模式进行检测，但只有 TDR 测量才能确定故障类型。.

图 4C 显示了使用 FieldFox 在 TDR 模式下对损坏电缆的测量结果。从 TDR 响应可以看出，在时域响应的大部分时间内，电缆阻抗通常为 50 欧姆，直到出现不连续点。这些不连续点分别出现在输入连接器处、故障 A 的折叠处、故障 B 的切断处以及末端的 50 欧姆终端处。.

在所有电缆断点中，指示故障 B 的断点表现出最大的阻抗失配，这可以从相应峰值的幅度看出。TDR 响应中的断点在正方向上呈现一个单峰，表明存在电感失配。这在同轴电缆外导体断点的情况下很常见。一般来说，如果电缆端接的负载电阻小于其特性阻抗，则 TDR 响应会在负方向上出现一个阶跃。如果负载电阻大于特性阻抗，则 TDR 响应会在正方向上出现一个阶跃。.  

 FieldFox 图4a-w
FieldFox 图4b-w 
图 4。左上图 (A) 和右上图 (B) 显示了同轴电缆的损坏情况。下图 (2C) 是使用 FieldFox TDR 功能测量损坏电缆后得到的。FieldFox 可以在 TDR 模式下识别多种类型的不连续性，包括：R > Z0、R < Z0、感性不连续性和容性不连续性。.

摘要：
现场电缆测试可能非常复杂。确定电缆是否存在故障仅仅是第一步。接下来，工程师和技术人员必须确定故障的物理位置和原因。为此，可以使用各种时域技术。FieldFox 全面的电缆测试功能套件，包括全新的 TDR 和 ERTA 选项，是现场测试任何电缆系统的理想解决方案。FieldFox 的 TDR 和 DTF 时域测量可以精确定位同轴电缆中的故障位置和原因，而带通测量则可以检测波导中的故障物理位置。借助 FieldFox，工程师和技术人员现在可以更快、更轻松地进行现场电缆测试。

有关传输线建模或时域测量技术的更多信息，请参阅 Keysight 电缆测试网络直播（网址：www.keysight.com/find.fieldfoxwebcasts）和 FieldFox 电缆测试应用说明（网址：www.keysight.com/find/fieldfoxapps）。.

Tom Hoppin，是德科技公司*
*是德科技公司，前身为安捷伦科技的电子测量业务部门

作者简介：
汤姆·霍平 (Tom Hoppin) 是 Keysight Technologies 的应用顾问。他最初在美国海军陆战队担任航空电子技术员。1973 年退伍后，他加入惠普公司。多年来，他先后在惠普、安捷伦以及现在的 Keysight 担任过各种工程和管理职位，专注于测试系统设计和频谱分析。汤姆于 2009 年退休。然而，他现在重返 Keysight，担任手持式射频和微波分析仪的应用专家。