射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻電纜是無(wú)線電通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中不可缺少的元件，在無(wú)線通信與廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)及儀表等方面得到了廣泛的應(yīng)用，因此射頻電纜的檢測(cè)和維護(hù)非常重要。為了能夠準(zhǔn)確及時(shí)的檢測(cè)電纜故障、減小通信電纜故障帶來(lái)的損失，越來(lái)越多的通信系統(tǒng)要求對(duì)射頻電纜進(jìn)行故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0003]現(xiàn)有的應(yīng)用最廣泛的電纜故障定位檢測(cè)儀器基于頻域反射原理和單端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)，由激勵(lì)信號(hào)源、本振信號(hào)源、定向耦合器、幅相接收機(jī)、數(shù)字處理和CPU控制、顯示等部分組成；激勵(lì)信號(hào)源產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，一路作為參考信號(hào)送入R通道表征入射波，另一路經(jīng)定向耦合器傳輸?shù)奖粶y(cè)電纜，定向耦合器將被測(cè)電纜反射信號(hào)分離出來(lái)送入A通道。本振信號(hào)源與激勵(lì)信號(hào)源同步產(chǎn)生具有固定頻差的本振信號(hào)，進(jìn)入R通道和A通道的信號(hào)與本振信號(hào)進(jìn)行基波混頻，產(chǎn)生固定的中頻信號(hào)；由于采用系統(tǒng)鎖相技術(shù)，激勵(lì)信號(hào)源和本振信號(hào)源共用時(shí)基，被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息被保留在中頻信號(hào)中，中頻信號(hào)經(jīng)放大濾波和A/D數(shù)字化，轉(zhuǎn)換為數(shù)字化中頻，F(xiàn)PGA提取被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息后發(fā)送給CPU，CPU分析出電纜阻抗變化的時(shí)間點(diǎn)和變化幅度。
[0004]但該方法在測(cè)量射頻電纜時(shí)需要進(jìn)行校準(zhǔn)和誤差修正操作，測(cè)量效率低，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將失效，必須重新進(jìn)行校準(zhǔn)操作，不能對(duì)射頻電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；且測(cè)量距離受測(cè)量?jī)x器方向性指標(biāo)限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)較長(zhǎng)距離電纜的故障定位檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置，包括激勵(lì)源、功分器、定向耦合器、測(cè)量端口、混頻器、濾波放大模塊、A/D轉(zhuǎn)化模塊、FPGA處理器和CPU，其中:
[0007]激勵(lì)源，用于產(chǎn)生線性掃頻信號(hào)，并將該線性掃頻信號(hào)傳輸至功分器；
[0008]功分器，用于接收激勵(lì)源傳來(lái)的線性掃頻信號(hào)，并將線性掃頻信號(hào)分別傳輸至所述定向耦合器和混頻器；
[0009]定向耦合器，用于接收功分器送來(lái)的線性掃頻信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)綔y(cè)量端口 ；同時(shí)接收測(cè)量端口傳來(lái)的反射信號(hào)并傳輸?shù)交祛l器；
[0010]測(cè)量端口，用于將從定向耦合器接收的線性掃頻信號(hào)輸出到被測(cè)射頻電纜；同時(shí)接收被測(cè)射頻電纜傳輸?shù)姆瓷湫盘?hào)并傳輸至定向耦合器；
[0011]混頻器，用于將功分器傳輸?shù)木€性掃頻信號(hào)和定向耦合器傳輸?shù)姆瓷湫盘?hào)混頻得到差頻信號(hào)，并將該差頻信號(hào)傳輸?shù)綖V波放大模塊；
[0012]濾波放大模塊，將接收的差頻信號(hào)濾波、放大后傳輸至A/D轉(zhuǎn)化模塊；
[0013]A/D轉(zhuǎn)化模塊，將接收的差頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸至FPGA處理器；
[0014]FPGA處理器，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，隨后傳輸至CPU ;
[0015]CPU，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到差頻信號(hào)的頻率fIF及功率P IF，根據(jù)得到的頻率和功率計(jì)算電纜故障點(diǎn)離測(cè)量端口的距離及故障點(diǎn)的駐波比。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述激勵(lì)源產(chǎn)生的線性掃頻信號(hào)頻率為780MHz?820MHz。
[0017]本發(fā)明還公開(kāi)了一種使用上述射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置的射頻電纜故障定位檢測(cè)方法，向射頻電纜發(fā)射掃寬AF、掃描時(shí)間AT的掃頻信號(hào)，隨后接收射頻電纜返回的反射信號(hào)，
[0018]將反射信號(hào)與掃頻信號(hào)進(jìn)行混頻、濾波放大得到反射信號(hào)與掃頻信號(hào)之間的差頻信號(hào)，將該差頻信號(hào)依次通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA計(jì)算處理和CPU的傅里葉變換計(jì)算處理，得到差頻信號(hào)的頻率fIF和功率Pif，根據(jù)公式(I)可計(jì)算得到故障點(diǎn)離測(cè)量端口的距離d:
[0019]d = fIFX AT/AFX1.5X 18XVp; (I)
[0020]其中，△ F為掃頻信號(hào)的掃寬，△ T為掃頻信號(hào)的掃描時(shí)間，Vp為被測(cè)射頻電纜的速率因子。
[0021]上述技術(shù)方案中，將A/D轉(zhuǎn)化模塊接收到的差頻信號(hào)的功率Pif、反射信號(hào)從測(cè)試端口到A/D轉(zhuǎn)化模塊前的增益S21，代入公式(2)可以計(jì)算測(cè)量端口接收的反射信號(hào)的實(shí)際功率Pin:
[0022]Pin= S21+PIF (2)
[0023]隨后將Pin代入下述公式(3)可計(jì)算出故障點(diǎn)的回波損耗RL:
[0024]RL = Pout-Pin+dXloss (3)
[0025]其中，P-為測(cè)量端口向被測(cè)射頻電纜輸出的線性掃頻信號(hào)的功率、loss為被測(cè)射頻電纜的單位距離電纜損耗，d為故障點(diǎn)離測(cè)量端口的距離。
[0026]本發(fā)明在測(cè)量電纜時(shí)無(wú)需校準(zhǔn)操作，提高了測(cè)試效率，能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)中的射頻電纜故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)測(cè)量距離明顯提高，降低了通信系統(tǒng)中射頻電纜的安裝和維護(hù)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明中射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖2為本發(fā)明中根據(jù)時(shí)域測(cè)量數(shù)據(jù)得到的時(shí)頻域變化圖；
[0029]圖3為本發(fā)明中使用射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置進(jìn)行功率補(bǔ)償定標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]1、激勵(lì)源；2、功分器；3、定向耦合器；
[0031]4、測(cè)量端口；5、混頻器；6、濾波放大模塊；
[0032]7、A/D 轉(zhuǎn)化模塊；8、FPGA 處理器；9、CPU;
[0033]10、被測(cè)射頻電纜；11、全反射開(kāi)路器。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0035]本發(fā)明中射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置，如圖1所示，包括激勵(lì)源1、功分器2、定向耦合器3、測(cè)量端口 4、混頻器5、濾波放大模塊6、A/D轉(zhuǎn)化模塊7、FPGA處理器8和CPU9，其中:
[0036]激勵(lì)源1，用于產(chǎn)生線性掃頻信號(hào)，并將該線性掃頻信號(hào)傳輸至功分器2 ;
[0037]功分器2，用于接收激勵(lì)源傳來(lái)的線性掃頻信號(hào)，并將線性掃頻信號(hào)分別傳輸至所述定向耦合器3和混頻器5 ;
[0038]定向耦合器3，用于接收功分器2送來(lái)的線性掃頻信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)綔y(cè)量端口 4 ;同時(shí)接收測(cè)量端口 4傳來(lái)的反射信號(hào)并傳輸?shù)交祛l器5 ；
[0039]測(cè)量端口4，用于將從定向耦合器3接收的線性掃頻信號(hào)輸出到被測(cè)射頻電纜；同時(shí)接收被測(cè)射頻電纜傳輸?shù)姆瓷湫盘?hào)并傳輸至定向耦合器3 ;
[0040]混頻器5，用于將功分器2傳輸?shù)木€性掃頻信號(hào)和定向耦合器3傳輸?shù)姆瓷湫盘?hào)混頻得到差頻信號(hào)，并將該差頻信號(hào)傳輸?shù)綖V波放大模塊6 ;
[0041]濾波放大模塊6，將接收的差頻信號(hào)濾波、放大后傳輸至A/D轉(zhuǎn)化模塊7 ;
[0042]A/D轉(zhuǎn)化模塊7，將接收的差頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸至FPGA處理器8 ;
[0043]FPGA處理器8，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，隨后傳輸至CPU9 ;
[0044]CPU9，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反傅里葉變換，得到時(shí)域測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的時(shí)域測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算電纜故障的相關(guān)參數(shù)。
[0045]上述激勵(lì)源產(chǎn)生的線性掃頻信號(hào)頻率為780MHz?820MHz。
[0046]本發(fā)明還公開(kāi)了一種使用上述射頻電纜故障定位檢測(cè)裝置的射頻電纜故障定位檢測(cè)方法，根據(jù)得到的時(shí)域測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到混頻器5接收的反射信號(hào)與線性掃頻信號(hào)的瞬時(shí)差值fIF，根據(jù)公式(I)可計(jì)算得到故障點(diǎn)離測(cè)量端口的距離d:
[0047]d = fIFX AT/AFX1.5X 18XVp; (I)
[0048]其中Δ F為掃描寬度，Δ T為掃描時(shí)間，Vp為被測(cè)射頻電纜的速率因子。
[0049]上述技術(shù)方案中，通過(guò)檢測(cè)的數(shù)據(jù):A/D轉(zhuǎn)化模塊7接收到的差頻信號(hào)的功率PIF、反射信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)化模塊7前后的增益S21，帶入公式⑵可以計(jì)算測(cè)量端口 4接收的反射信號(hào)的實(shí)際功率Pin:
[0050]Pin= S21+PIF (2)
[0051]隨后將Pin帶入下述公式(3)可計(jì)算出故障點(diǎn)的回波損耗RL:
[0052]RL = Pout-Pin+dXloss (3)