網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀近端串?dāng)_的校準(zhǔn)研究

李勝海，楊橋新

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

1 引言

網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀是用于網(wǎng)絡(luò)先期布線安裝或解決后續(xù)故障、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，是對布線系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證測試，確定其各項(xiàng)連通及傳輸性能指標(biāo)達(dá)到地方、國家或者國際標(biāo)準(zhǔn)的要求而使用的必備分析儀器。為保證網(wǎng)絡(luò)布線質(zhì)量測試的準(zhǔn)確、可靠，網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀必須經(jīng)過校準(zhǔn)/檢定。網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀的參數(shù)包括近端串?dāng)_、等效近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_、等效遠(yuǎn)端串?dāng)_、插入損耗、傳播時延和長度等，其中，網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀特有的參數(shù)——近端串?dāng)_作為最關(guān)鍵的參數(shù)之一，必須得到正確的校準(zhǔn)。

近端串?dāng)_（NEXT：Near End Cross talk），是指一條鏈路中，處于線纜一側(cè)的某發(fā)送線對，對于同側(cè)的其它相鄰（接收）線對通過電磁感應(yīng)所造成的信號耦合。其測量原理是分析儀從一個線對發(fā)送信號，當(dāng)其沿電纜傳送時，分析儀在同一側(cè)的某相鄰線對上捕捉的串?dāng)_分量。其測量原理圖如圖1所示。

圖1 NEXT測試原理圖

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)線纜分析儀測試接口的特殊性，決定了其校準(zhǔn)的特殊：網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀是RJ 45接口，即日常的網(wǎng)線插口，它不能直接通過N線或BNC線來連接常規(guī)儀器或在夾具上進(jìn)行校準(zhǔn)，必須經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)換器的外觀，如圖2所示。

圖2 阻抗轉(zhuǎn)換器外觀示意圖

網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀是由測試主機(jī)和遠(yuǎn)端輔機(jī)組成的，但是在進(jìn)行近端串?dāng)_測量時，信號從主機(jī)發(fā)出并在主機(jī)接收，所以我們采用校準(zhǔn)/檢定合格的步進(jìn)衰減器作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定。因?yàn)樾盘柊l(fā)送和接送都是在主機(jī)完成的，所以在測試過程中不用遠(yuǎn)端輔機(jī)。

阻抗轉(zhuǎn)換器的說明：阻抗轉(zhuǎn)換器是用來把RJ 45接口的100Ω特性阻抗系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成四路50 ΩN型或BNC型接口的轉(zhuǎn)換器，其頻率范圍要求達(dá)到250MHz，重復(fù)性要優(yōu)于0.05d B，水晶頭，亦即RJ 45接頭要用Cat6類的，避免轉(zhuǎn)接頭影響頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)。

圖3 阻抗轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖4 阻抗轉(zhuǎn)換器內(nèi)部一組線對的線路圖

圖2和圖3分別是阻抗轉(zhuǎn)換器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖4是內(nèi)部一組線對的線路圖。

校準(zhǔn)分析

a）使用經(jīng)校準(zhǔn)過的步進(jìn)衰減器，經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)換器對網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀的近端串?dāng)_進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定。在測試中未使用到的阻抗轉(zhuǎn)換器測試口連接50Ω終端。圖5是測試1_2線對到4_5線對的近端串?dāng)_N的連接示意圖：

圖5 校準(zhǔn)/檢定線纜分析儀NEXT示意圖

b）步進(jìn)衰減器設(shè)置為0d B衰減，用網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀測試1_2線對到4_5線對的近端串?dāng)_，記錄所需頻率點(diǎn)處的NEXT值N1。

c）改變步進(jìn)衰減器衰減值設(shè)置，比如為30 d B衰減，再用網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀測試1_2線對到4_5線對的近端串?dāng)_，記錄對應(yīng)頻率點(diǎn)處的NEXT值N2。

d）引用步進(jìn)衰減器校準(zhǔn)/檢定證書上相應(yīng)頻率點(diǎn)的衰減值N0作為標(biāo)準(zhǔn)值。

e）按照下列公式計(jì)算所測線對之間在所需頻率點(diǎn)的近端串?dāng)_誤差Nx：

）f校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

測試環(huán)境條件：溫度20～22℃、相對濕度：55%RH～65%RH。標(biāo)準(zhǔn)儀器：安捷倫8496 A步進(jìn)衰減器，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)線的4組線對（1_2線對,3_6線對,4_5線對,7_8線對）之間的近端串?dāng)_在定性分析上是沒有區(qū)別的，所以下面只選取了1_2線對到4_5線對的近端串?dāng)_為代表進(jìn)行說明。

測試數(shù)據(jù)

用上述阻抗轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀NEXT，在網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀測試的數(shù)據(jù)圖，在8496 A步進(jìn)衰減器先后設(shè)置為0和30d B時的圖分別為：（圖中只選擇性顯示1_2線對到4_5線對的NEXT）

圖6 網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀在測量8496A值為0 dB的顯示截圖

圖7 網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀在測量8496A值為30 dB的顯示截圖

從以上測試圖中用光標(biāo)選取100 MHz和250 MHz頻率點(diǎn)的NEXT值，填入表格1，并計(jì)算指示值：

表1 網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀的1_2到4_5線對的NEXT（dB）

采用步進(jìn)衰減器校準(zhǔn)證書的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)值，填入表格2，并用公式F 1計(jì)算校準(zhǔn)誤差：

表2 用8496A校準(zhǔn)1_2到4_5線對的NEXT（dB）

7 測量結(jié)果的不確定度分析

7.1 測量結(jié)果不確定度的來源

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)線纜分析儀指示值的確定是通過兩次示值相減得到，這樣消除了阻抗轉(zhuǎn)換器引入的不確定度，所以測量只用考慮如下的誤差來源：

1）標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)衰減器不準(zhǔn)確引入的影響；

2）被校網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀分辨率引入的影響；

3）各種隨機(jī)影響引入的測量重復(fù)性。

7.2 數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型為：

式中：T——被校線纜測試儀的衰減測量值；

A——8496 A衰減器的標(biāo)準(zhǔn)值不準(zhǔn)確引入；

δ——被校網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀分辨率引入的；

x——各種隨機(jī)影響引入的測量重復(fù)性。

以校準(zhǔn)30d B的NEXT為分析對象。

7.3 計(jì)算各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

a）7.3.1標(biāo)準(zhǔn)器8496 A最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μ(A)

根據(jù)8496 A最近一次在有效期內(nèi)的檢定報告，其允許誤差范圍指標(biāo)優(yōu)于0.2d B，按均勻分布評定，自由度∞，B類，包含因子為，則

b）被校網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀分辨率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μ(δ)

被校網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀在測量NEXT時的分辨率為0.1d B，按均勻分布評定，自由度∞，B類，包含因子為則

c）各種隨機(jī)影響引入的測量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μ(x)

為了得到測量重復(fù)性數(shù)據(jù)，在短期內(nèi)用8496 A對網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀進(jìn)行10次測量，得到表3數(shù)據(jù)：

表3 用8496A校準(zhǔn)1_2到4_5線對的NEXT重復(fù)性（dB）

7.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)《測量不確定度評定與表示》的規(guī)定，當(dāng)重復(fù)性引入的不確定度分量小于被測儀器的分辨率所引入的不確定度分量時，應(yīng)該用分辨率引入的不確定度分量代替重復(fù)性分量。即：在上述被校分析儀分辨率和測量重復(fù)性引起的兩個不確定度分量之間，只取其中較大者計(jì)入合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

7.5 擴(kuò)展不確定度

網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀NEXT最大允許誤差絕對值MEPV為0.75 d B，顯然U<，即滿足檢定/校準(zhǔn)的要求。

8 驗(yàn)證性試驗(yàn)

用檢定/校準(zhǔn)后的步進(jìn)衰減器8496 A校準(zhǔn)Fluke Net works公司的DTX-1800(目前性能最好的)網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀的NEXT，得到表4的數(shù)據(jù)。

表4 校準(zhǔn)DTX-1800的NEXT部分?jǐn)?shù)據(jù)

9 結(jié)束語

本文依據(jù)JJF（電子）30703－2008網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀校準(zhǔn)規(guī)范，較詳細(xì)地分析了近端串?dāng)_的校準(zhǔn)過程，對測量結(jié)果不確定度進(jìn)行了合理的評定，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明了本校準(zhǔn)方法能達(dá)到校準(zhǔn)/檢定網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀近端串?dāng)_的要求，為今后從事校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀的近端串?dāng)_的技術(shù)人員提供了參考。

[1]JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].

[2]TIA/EIA-568-B-2008，商業(yè)建筑通信布線標(biāo)準(zhǔn)[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（電子）30703-2008，網(wǎng)絡(luò)線纜測試儀校準(zhǔn)規(guī)范[S].

[5]北京賽迪傳媒公司編審.信息產(chǎn)業(yè)部電子行業(yè)職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教材――綜合布線[M].北京：北京賽迪電子出版社，2004.