洪灿标

（广东省广播电视技术中心，广州 510012）

网络分析仪在故障定位上的巧用

洪灿标

（广东省广播电视技术中心，广州 510012）

本文介绍了网络分析仪的基本原理，并详细介绍了如何巧用矢量网络分析仪对中波发射台的射频同轴电缆的故障进行定位。

矢量网络分析仪；基本原理；故障定位；同轴电缆

现代网络分析仪已广泛在研发,生产中大量使用,网络分析仪被广泛的应用于各种不同部件、材料、电路、设备和系统。无论是在研发阶段为了优化模拟电路的设计,还是为了调试检测电子元器件,矢量网络分析仪都成为一种不可缺少的测量仪器,下面以PNA3628S型号网络分析仪进行介绍。

1 网络分析仪的基本原理介绍

PNA3628S矢量网络分析仪自带了一个信号发生器,可以对一个频段进行频率扫描,它可以进行单端口和双端口测量。我们定义参数反射系数G,它是一个包含幅值和相位的矢量,代表被反射波占总入射波的比例,同样定义传输系数T,代表传输波占总入射波的矢量比。如果是单端口测量的话,将激励信号加在端口上,通过测量反射回来信号的幅度和相位,就可以判断出阻抗或者反射情况。而对于双端口测量,还可以测量传输参数。

1.1 单端口网络的测试

单端口网络的对外参数只有一个反射系数Γ,其他参数如回损、驻波比与阻抗,可由其导出,最常用的测反射系数的器件为反射电桥。

反射电桥又称电桥反射计或定向电桥,它不过是测反射系数的传感头,只能测反射并不能测入射。由于它的输出正比于反射系数,因此取名反射电桥是非常恰当的,有人称为驻波电桥,其实驻波电桥只适于那种在里面已装入检波二极管,因而只有幅度信息没有相位信息的电桥。

反射电桥原理图与惠司顿电桥完全相同,只不过结构尺寸改小适于高频连接,并且不再想法调平衡,而是直接取出误差电压而已。

图1 反射电桥

1.2 双端口网络的测试

两端口网络的外部特性,要用四个参数才能完全表示。一般只测两个参数已足,若超过两个,对于PNA3826S矢量网络分析仪只好掉头进行测试。对于无源器件,这两个参数即回损与插损。当两端口网络的出口端接上精密负载后,测其入端回损时。测试原理及方法与单端口网络完全相同,不再重复,下面主要介绍插损测试问题。对于放大器,主要的参数为增益,而仪器中测增益是利用衰减器将增益抵消后形成的插损折算后得到的。因此对仪器内部而言,仍然是在测插损。通常的作法是采用替代法,先将网络分析仪的输出端与输入端间,用两根电缆经过一个短的转接器（一般为双阴或双阳）连接起来校直通,然后将转接器去掉接入待测件即可测出插损。

1.3 散射参数介绍

在微波电路中,一个两端口网络的特性,可用4个散射参量完全表示出来。两个端口中,1表示输入端口,2表示输出端口。

⊙ S11为网络本身在端口1引入的反射,也就是当端口2接上精密负载时由端口1测出的反射系数。若端口2接的负载不理想,尚需经过修正才能得到正确的S11。

⊙ S21当端口2接上匹配负载时,对于无源网络,S21为端口1到端口2的传输系数；对于放大器,S21则为增益。

⊙ S12与S21方向相反,对于对称可逆网络,两者相同；对于不可逆网络,S12为隔离度。

⊙ S22与S11相通,是由端口2向网络内看的反射系数。

本文介绍的网络分析仪只能测S11与S21（即反射系数与传输系数,其幅值则为回损与插损）,要测S12与S22时,尚需将两端口网络掉过头来进行测试。

2 网络分析仪在故障定位领域的巧用

我台为中波发射台,由于设备改造的需要,需从机房新铺设一根SDY-50-15射频同轴电缆到调配室,全长170米。同轴馈管铺设到位后,进行常规检测时,测出阻值为零。内芯和外壳的阻值为零,说明内芯和外壳碰在一起短路了。分析原因,可能是铺设同轴馈管的时候,在很多转弯位需要弯曲馈管,不小心将某一段馈管外壳被挤压导致外壳和内芯碰在一起短路了。

这么长的同轴馈管,如果用肉眼检查,费时费力,而且从外形上很难判断同轴馈管在哪一点出了问题,这时候就需要用仪器测量。台内的PNA3628S网络分析仪有时域故障定位功能可以加以巧用,用来查找故障位置。下面就让我们先了解一下矢量网络分析仪进行时域故障定位的原理。

在频域工作时,网络分析仪测量的是被测器件的射频特性随频率的变化；当网络分析仪具有时域功能时,即为矢量网络分析仪,它便能通过反傅立叶变换（IDFT）将频域数据变换成时域数据。

如果观察一条同轴馈管的频率响应时,你会发现在显示的结果中经常会存在由于同轴馈管内的阻抗失配而产生的驻波,但是却不可能指出同轴馈管内大的反射发生在何处,或者可以说你并不知道是那个环节出了问题,因为你所看到的是在每个频率点上电缆内所有反射的叠加,这是整条传输线上所有部分的复合响应。然而,当在时域中观察时,就能看到同轴馈管内由于弯曲或失配引起的任何电感性或电容性的阻抗的不连续处。任何偏离特性阻抗的正反射或负反射均明显可见,这些产生阻抗不连续性的位置和大小也很容易确定,时域分析的直观性即在于此。当同轴馈管内发生短路时,在那一点反射系数就会很大,我们就可以直接从矢量网络分析仪上读出那点所在的位置。

于是我们就用矢量网络分析仪来对同轴馈管进行时域故障定位。开机后,网络分析仪显示的是主菜单。若把光标移到菜单上第一项“频域”项下面,按〖→〗键,仪器进入时域工作状态；然后将光标移到“测：××”下,屏上原有（12,30,60,120, 300,600,1200）米这几档,可按“→”或“←”键改变之,测试距离应选为待测电缆几何长度的1.5倍以上,因我们电缆有130米,故选用300米；当作用范围选定后,按“菜单”键仪器即给出机内预设扫频方案,要求不高一般不用修改；按测回损的方法连接电桥,然后进行校正即可。校正完后将测试线接在同轴馈管上,时域测量时出现直角坐标,此时右上角出现变动的频率数字,说明此时正在进行频域测量。测完后数字消失,仪器进入时域计算与显示,光点将由左向右逐点点出在给定测试距离内从头到尾（即全景）的各个距离上的反射强度；开路性质故障时反射角Φ在0°左右,短路则在180°左右。移动光标位置到故障点,即可读出故障点的电长度d,然后换算成物理长度即可。

图2所示为测试的波形,将光标移到反射特别大位置,可以看到电长度为43.5米处,经过换算（取波速比为1.4）,可以得出物理长度为31米左右,于是在31米附近查看馈管是否有被压过的痕迹,经仔细观察,果然发现有一段馈管有轻微的变形。锯下这段同轴馈管,用摇表测量果然是短路的。而测另两根同轴馈管,均为正常,再将两根馈管做连接头接好,经测试正常；连接到发射机输出端,开机试验,天线驻波比正常。

图2 测量结果

3 结束语

网络分析仪在中波发射台应用是非常广泛的,测量天线阻抗,测回损、测驻波,传输性能的测量,测插损,元器件的测量,电容、电感标称值的测量。巧用网络分析仪,能有效提高工作效率,减轻维护工作压力,更好地确保安全播出。

Application of Network Analyzer in Fault Location

Hong Canbiao
(Radio and Television Technology Center of Guangdong Province, Guangzhou, 510012)

This paper introduces the basic principle of network analyzer, and describes how to use vector network analyzer positioning MW transmitter RF coaxial cable fault. The use of network analyzers can improve efficiency, reduce maintenance work pressure, and better ensure safe broadcasting.

Vector network analyzer; Basic principle; Fault location; Coaxial cable

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.12.011

TN949.6，TN98 文献标示码：B

1672-7274（2016）12-0042-03