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(duì)布線系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試，確定其各項(xiàng)連通及傳輸性能指標(biāo)達(dá)到地方、國(guó)家或者國(guó)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(cè)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(shí)延和長(zhǎng)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(duì)，對(duì)于同側(cè)的其它相鄰（接收）線對(duì)通過電磁感應(yīng)所造成的信號(hào)耦合。其測(cè)量原理是分析儀從一個(gè)線對(duì)發(fā)送信號(hào)，當(dāng)其沿電纜傳送時(shí)，分析儀在同一側(cè)的某相鄰線對(duì)上捕捉的串?dāng)_分量。其測(cè)量原理圖如圖1所示。

圖1 NEXT測(cè)試原理圖

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)線纜分析儀測(cè)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(cè)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(cè)量時(shí)，信號(hào)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?hào)發(fā)送和接送都是在主機(jī)完成的，所以在測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀的近端串?dāng)_進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定。在測(cè)試中未使用到的阻抗轉(zhuǎn)換器測(cè)試口連接50Ω終端。圖5是測(cè)試1_2線對(duì)到4_5線對(duì)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(cè)試1_2線對(duì)到4_5線對(duì)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(cè)試1_2線對(duì)到4_5線對(duì)的近端串?dāng)_，記錄對(duì)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(cè)線對(duì)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(cè)試環(huán)境條件：溫度20～22℃、相對(duì)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(duì)（1_2線對(duì),3_6線對(duì),4_5線對(duì),7_8線對(duì)）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(duì)到4_5線對(duì)的近端串?dāng)_為代表進(jìn)行說明。

測(cè)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(cè)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(shí)的圖分別為：（圖中只選擇性顯示1_2線對(duì)到4_5線對(duì)的NEXT）

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

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

從以上測(cè)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(duì)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(duì)的NEXT（dB）

7 測(cè)量結(jié)果的不確定度分析

7.1 測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試儀的衰減測(cè)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(cè)量重復(fù)性。

以校準(zhǔn)30d B的NEXT為分析對(duì)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(bào)告，其允許誤差范圍指標(biāo)優(yōu)于0.2d B，按均勻分布評(píng)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(cè)量NEXT時(shí)的分辨率為0.1d B，按均勻分布評(píng)定，自由度∞，B類，包含因子為則

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

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

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

7.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)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(cè)儀器的分辨率所引入的不確定度分量時(shí)，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(cè)量重復(fù)性引起的兩個(gè)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(duì)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(duì)測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行了合理的評(píng)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(cè)量不確定度評(píng)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(cè)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.