简析D电缆特性检测仪

王国英

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

简析D电缆特性检测仪

王国英

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

介绍D电缆检测仪开发背景，D电缆的故障模型和检测原理，以及现场应用情况。重点介绍D电缆特性检测仪的系统接口和模块设计组成。

同轴特性；特性阻抗；驻波比；回波损耗；故障点距离

1 开发背景

车载设备BTM（Balise Transmission Module）与CAU（Compact Antenna Unit）通过D电缆连接，有源和无源应答器报文信息均通过CAU和D电缆进行传送。车载ATP出现的报应答器丢失或应答器报文错误（如：全零报文）的信息较多，该类故障定位往往在D电缆与CAU两设备之间，以及D电缆与CAU的接头处。为明确故障点，减少现场更换CAU或D电缆的工作量，基于现场的这些需求，因此开发了D电缆特性检测仪。

2 同轴电缆

同轴电缆是一种典型的传输线，是一种常用的通讯电缆。电缆结构由绝缘材料隔离铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。有两种广泛使用的同轴电缆，分别为50 Ω电缆和75 Ω电缆。

D电缆属于50 Ω同轴电缆，多用于基带传输，也被称为基带同轴电缆。

3 D电缆故障模型

D电缆远离理想值即为故障状态。D电缆的故障模型有如下5种。

一是D电缆发生断路；

二是D电缆发生短路；

三是D电缆敷设不当，如电缆弯曲半径过严重等情况；

四是D电缆处于虚断的状态，某些时候也能正常传输信号；

五是D电缆处于虚短的状态，某些时候也能正常传输信号。

4 D电缆检测原理

因为D电缆属于同轴电缆，故其检测原理缘于同轴电缆的自身特性。同轴电缆的自身特性介绍如下。

同轴电缆的反射系数Γ：Γ=U-/U+=（Zc-Z0）/ （ZC+Z0），式中U-为反射电压，U+为入射电压，Zc为传输线路的负载阻抗，Z0为传输线路的特性阻抗。因此在理想情况下，D电缆的反射系数Γ近似等于0。

同轴电缆的回波损耗S11：S11=-20logΓ，式中Γ为反射系数。因此在理想情况下，D电缆的回波损耗S11近似等于0。

同轴电缆的驻波比VSWR：VSWR=Vmax/Vmin= （1+Γ）/（1-Γ），式中Vmax为入射波与反射波的电压同相位点相加的波峰，Vmin为入射波与反射波的电压同相位点相减的波谷，Γ为反射系数。因此在理想情况下，D电缆的驻波比VSWR近似等于1。

5 D电缆特性检测仪

5.1 系统接口

D电缆检测仪由D电缆校准件、D电缆检测套件、单同轴电缆校准件、单同轴电缆检测套件和检测仪主机5部分组成。接口示意如图1所示。

图1 D电缆检测仪接口示意图

D电缆校准件由1个CT63插针、4个N型插座和4个UCL CFTE2-A的假负载3部分组装而成，主要用来完成D电缆的自检测试。

D电缆检测套件由1个CT63插座装孔、4个N型插座和4个UCL CFTE2-A的假负载3部分组装而成，主要用来完成D电缆的同轴特性测试。

单同轴电缆校准件由1个N-50KFK的转接头和1个N型公头50 Ω假负载UCL CFTE2-A组成，主要用来完成单同轴电缆的自检测试。

单同轴电缆检测套件由1个N型公头50 Ω假负载UCL CFTE2-A组成，主要用来完成单同轴电缆的同轴特性测试。

检测仪主机主要分控制电路、网分采集数据和上位机3部分；上位机与控制电路采用串口通信方式，控制网分采集哪路数据；上位机与网分采用LAN通信方式，控制网分参数设置和测试数据的读取；上位机测试分析的数据可以通过USB接口转存。

5.2 模块设计组成

5.2.1 硬件模块设计组成

矢量网络分析模块采用外购Agilent N9912A进行改装。平板电脑通过LAN网口与矢量网络分析模块进行通信。

D电缆特性检测仪与控制电路采用USB串口通信，并通过USB给控制电路板供电。

控制电路板通过ARM芯片STM32F103CBT6实现与平板电脑的异步串口通信，实现D电缆四路同轴电缆的自动切换。

平板电脑与ARM芯片间的串口通信通过FT232RL-REEL实现USB到串口的集成电路来实现，该集成电路具有高可靠的即插即用和热插拔的功能。

控制电路板的ARM芯片与平板电脑的串口通信采用如下协议，及帧头+命令+数据+16 bitCRC。

控制电路与平板电脑的通信协议采用相同的16 bit的CRC算法，控制电路板接收平板电脑和平板电脑接收控制电路板均对“命令+数据”进行CRC运算。

5.2.2 软件模块设计组成

D电缆特性检测仪软件功能包括用户管理、电缆检测、数据分析、设备自检、记录回放、错误查询等功能。设计组成如图2所示。

D电缆特性检测仪软件主要功能包括：电缆检测、数据分析、记录回放、错误查询和用户管理等功能。

电缆检测功能包括手动测试和自动测试，测试对象为D电缆；测试项包括驻波比测试、回波损耗检测、特性阻抗检测及故障点距离检测。

数据分析功能包括驻波比数据、回波损耗数据、特性阻抗数据及故障点距离数据的查看分析。

记录回放功能包括在线记录及离线数据的查看和回放。

错误查询功能包括在线测试时D电缆特性检测仪自身的串口、网分及其他测试过程错误的查看分析。

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