网络线缆分析仪近端串扰的校准研究

李胜海，杨桥新

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

1 引言

网络线缆分析仪是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，确定其各项连通及传输性能指标达到地方、国家或者国际标准的要求而使用的必备分析仪器。为保证网络布线质量测试的准确、可靠，网络线缆分析仪必须经过校准/检定。网络线缆分析仪的参数包括近端串扰、等效近端串扰、远端串扰、等效远端串扰、插入损耗、传播时延和长度等，其中，网络线缆分析仪特有的参数——近端串扰作为最关键的参数之一，必须得到正确的校准。

近端串扰（NEXT：Near End Cross talk），是指一条链路中，处于线缆一侧的某发送线对，对于同侧的其它相邻（接收）线对通过电磁感应所造成的信号耦合。其测量原理是分析仪从一个线对发送信号，当其沿电缆传送时，分析仪在同一侧的某相邻线对上捕捉的串扰分量。其测量原理图如图1所示。

图1 NEXT测试原理图

因为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RJ 45接口，即日常的网线插口，它不能直接通过N线或BNC线来连接常规仪器或在夹具上进行校准，必须经过阻抗转换器的外观，如图2所示。

图2 阻抗转换器外观示意图

网络线缆分析仪是由测试主机和远端辅机组成的，但是在进行近端串扰测量时，信号从主机发出并在主机接收，所以我们采用校准/检定合格的步进衰减器作为标准进行校准/检定。因为信号发送和接送都是在主机完成的，所以在测试过程中不用远端辅机。

阻抗转换器的说明：阻抗转换器是用来把RJ 45接口的100Ω特性阻抗系统转换成四路50 ΩN型或BNC型接口的转换器，其频率范围要求达到250MHz，重复性要优于0.05d B，水晶头，亦即RJ 45接头要用Cat6类的，避免转接头影响频率响应数据。

图3 阻抗转换器内部结构图

图4 阻抗转换器内部一组线对的线路图

图2和图3分别是阻抗转换器外观和内部结构图，图4是内部一组线对的线路图。

校准分析

a）使用经校准过的步进衰减器，经阻抗转换器对网络线缆分析仪的近端串扰进行校准/检定。在测试中未使用到的阻抗转换器测试口连接50Ω终端。图5是测试1_2线对到4_5线对的近端串扰N的连接示意图：

图5 校准/检定线缆分析仪NEXT示意图

b）步进衰减器设置为0d B衰减，用网络线缆分析仪测试1_2线对到4_5线对的近端串扰，记录所需频率点处的NEXT值N1。

c）改变步进衰减器衰减值设置，比如为30 d B衰减，再用网络线缆分析仪测试1_2线对到4_5线对的近端串扰，记录对应频率点处的NEXT值N2。

d）引用步进衰减器校准/检定证书上相应频率点的衰减值N0作为标准值。

e）按照下列公式计算所测线对之间在所需频率点的近端串扰误差Nx：

）f校准实验

测试环境条件：温度20～22℃、相对湿度：55%RH～65%RH。标准仪器：安捷伦8496 A步进衰减器，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）之间的近端串扰在定性分析上是没有区别的，所以下面只选取了1_2线对到4_5线对的近端串扰为代表进行说明。

测试数据

用上述阻抗转换器校准网络线缆分析仪NEXT，在网络线缆分析仪测试的数据图，在8496 A步进衰减器先后设置为0和30d B时的图分别为：（图中只选择性显示1_2线对到4_5线对的NEXT）

图6 网络线缆分析仪在测量8496A值为0 dB的显示截图

图7 网络线缆分析仪在测量8496A值为30 dB的显示截图

从以上测试图中用光标选取100 MHz和250 MHz频率点的NEXT值，填入表格1，并计算指示值：

表1 网络线缆分析仪的1_2到4_5线对的NEXT（dB）

采用步进衰减器校准证书的数据作为标准值，填入表格2，并用公式F 1计算校准误差：

表2 用8496A校准1_2到4_5线对的NEXT（dB）

7 测量结果的不确定度分析

7.1 测量结果不确定度的来源

因为网络线缆分析仪指示值的确定是通过两次示值相减得到，这样消除了阻抗转换器引入的不确定度，所以测量只用考虑如下的误差来源：

1）标准步进衰减器不准确引入的影响；

2）被校网络线缆分析仪分辨率引入的影响；

3）各种随机影响引入的测量重复性。

7.2 数学模型

数学模型为：

式中：T——被校线缆测试仪的衰减测量值；

A——8496 A衰减器的标准值不准确引入；

δ——被校网络线缆分析仪分辨率引入的；

x——各种随机影响引入的测量重复性。

以校准30d B的NEXT为分析对象。

7.3 计算各分量标准不确定度

a）7.3.1标准器8496 A最大允许误差引入的标准不确定度分量μ(A)

根据8496 A最近一次在有效期内的检定报告，其允许误差范围指标优于0.2d B，按均匀分布评定，自由度∞，B类，包含因子为，则

b）被校网络线缆分析仪分辨率引入的标准不确定度分量μ(δ)

被校网络线缆分析仪在测量NEXT时的分辨率为0.1d B，按均匀分布评定，自由度∞，B类，包含因子为则

c）各种随机影响引入的测量重复性标准不确定度分量μ(x)

为了得到测量重复性数据，在短期内用8496 A对网络线缆分析仪进行10次测量，得到表3数据：

表3 用8496A校准1_2到4_5线对的NEXT重复性（dB）

7.4 合成标准不确定度

根据《测量不确定度评定与表示》的规定，当重复性引入的不确定度分量小于被测仪器的分辨率所引入的不确定度分量时，应该用分辨率引入的不确定度分量代替重复性分量。即：在上述被校分析仪分辨率和测量重复性引起的两个不确定度分量之间，只取其中较大者计入合成标准不确定度。

7.5 扩展不确定度

网络线缆分析仪NEXT最大允许误差绝对值MEPV为0.75 d B，显然U<，即满足检定/校准的要求。

8 验证性试验

用检定/校准后的步进衰减器8496 A校准Fluke Net works公司的DTX-1800(目前性能最好的)网络线缆分析仪的NEXT，得到表4的数据。

表4 校准DTX-1800的NEXT部分数据

9 结束语

本文依据JJF（电子）30703－2008网络线缆分析仪校准规范，较详细地分析了近端串扰的校准过程，对测量结果不确定度进行了合理的评定，并通过实验数据说明了本校准方法能达到校准/检定网络线缆分析仪近端串扰的要求，为今后从事校准网络线缆分析仪的近端串扰的技术人员提供了参考。

[1]JJF1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].

[2]TIA/EIA-568-B-2008，商业建筑通信布线标准[S].

[3]IEC61935-1-2009，Specification for the testing of balanced and coaxial in form ation technology cabling - Part1:Installed balanced cabling as specified in ISO /IEC 11801 and related standards[S].

[4]JJF（电子）30703-2008，网络线缆测试仪校准规范[S].

[5]北京赛迪传媒公司编审.信息产业部电子行业职业技术培训教材――综合布线[M].北京：北京赛迪电子出版社，2004.