CN109474332A - 一种基于驻波测量的线缆故障测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于驻波测量的线缆故障测量系统，所述系统信号发生电路、幅度调理电路、第一定向耦合器、可调衰减电路、幅相测量电路、数据处理模块、第二定向耦合器、外接端口；所述信号发生电路产生一个发射信号，所述发射信号通过所述第一定向耦合器传输至所述幅相测量电路，并通过外接端口输出；接着由第二定向耦合器从外接端口接收反射信号，输出至所述幅相测量电路；由所述幅相测量电路测量信号的幅度差和相位差，并交由数据处理模块做数据处理，以定位线缆故障。通过一个高精度宽带锁相环产生射频信号，两个定向耦合器分别耦合发射出去和发射回来的信号，能够适用于多频段信号的故障定位，该测试系统准确度较高、具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于驻波测量的线缆故障测量系统。
背景技术
在局域网中，各物理层设备之间通过双绞线来链接通信，通常双绞线会被作为建筑物的一部分敷设在墙壁等隐蔽区域，在网络故障诊断和网络维护中需要对线缆进行诊断，判断线缆是否被正确敷设、线缆出现故障的位置以及故障的类型是开路还是短路。
现有技术中对线缆的故障检测常采用TDR(Time Domain Reflection，时域反射)法或FDR(Frequency Domain Reflectometer，频域反射)技术。TDR法检测设备在线缆的检测端发射一个发射波，该发射波在线缆中传播，当遇到线缆故障点时该发射波被反射回检测端，检测设备通过在检测端检测反射回来的反射波的波形来判断所述线缆的故障是开路还是短路。和TDR比较，FDR技术通过对事件点插入损耗和频率的正确计算，不单能判断开路和碰线点，还能够判断更多的线路障碍类型如接续不良、桥接抽头等。FDR在线路承载业务相匹配的频带内进行测试，而TDR是一种DC直流测量方式。所以FDR更适合宽带线路测试。
现有通信系统中，主要通过驻波检测来判断天馈系统的连接状况，确保从基站到空口的通道连接正常，良好的连接能有效的将能量从天线口辐射出去。 FDR(FrequencyDomain Reflectometer，频域反射)技术是常用的在线驻波检测方法。但是，现有的FDR驻波检测方法仅适用于宽带信号，对于窄带信号，现有的FDR驻波检测方法信噪比提升速度慢，驻波检测效率低。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于驻波检测的线缆故障测量系统及方法，该测量系统性能优良、准确度较高、具有较强的实用性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种基于驻波检测的线缆故障测量系统，所述包括：信号发生电路、幅度调理电路、第一定向耦合器、可调衰减电路、幅相测量电路、数据处理模块、第二定向耦合器、外接端口；
所述信号发生电路产生一个发射信号，所述发射信号经过幅度调理电路放大后输出至第一定向耦合器；所述第一定向耦合器一个输出端与所述幅相测量电路连接，以使幅相测量电路接收所述发射信号，另一输出端与所述可调衰减电路连接，经由所述可调衰减电路将所述发射信号输出至第二定向耦合器，所述发射信号通过第二定向耦合器从外接端口向线缆进行信号发射；并由第二定向耦合器从外接端口接收线缆产生的反射信号，第二定向耦合器对所述反射信号进行耦合后输出至所述幅相测量电路；由所述幅相测量电路测量所述发射信号、反射信号的幅度差和相位差，并输出至数据处理模块进行数据处理，从而根据所得数据定位线缆故障。
优选的，所述线缆故障测量系统中，所述信号发生电路包括一个高精度宽带锁相环，所述高精度宽带锁相环型号为HMC830，其产生的发射信号为30～ 400MHz的射频信号。
优选的，所述线缆故障测量系统中，所述幅度调理电路包括运算放大器，所述运算放大器型号为F101A、F201A、F301A、F108、F308中的一种。
优选的，所述线缆故障测量系统中，所述幅相测量电路为型号为AD8302的幅相测量芯片；其第一输入端与所述第一定向耦合器第三端口连接，以接收所述发射信号；其第二输入端与所述第二定向耦合器第三端口连接，以接收所述反射信号。
优选的，所述线缆故障测量系统中，所述数据处理模块中设置有信号幅度差和相位差数据处理的处理器芯片和存储器芯片，用于根据所述信号幅度差和相位差计算驻波比。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过一个高精度宽带锁相环产生射频信号，两个定向耦合器分别耦合发射出去和发射回来的信号，能够适用于多频段信号的故障定位，该测试系统准确度较高、具有较强的实用性。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的一种基于驻波检测的线缆故障测量系统原理框图；
图2是根据本发明示例性实施例的一种基于驻波检测的线缆故障测量系统电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的一种基于驻波检测的线缆故障测量系统原理框图。该实施例的线缆故障测量系统主要包括：
信号发生电路、幅度调理电路、第一定向耦合器、可调衰减电路、幅相测量电路、数据处理模块、第二定向耦合器、外接端口；所述信号发生电路产生一个发射信号，所述发射信号经过幅度调理电路放大后输出至第一定向耦合器；所述第一定向耦合器一个输出端与所述幅相测量电路连接，以使幅相测量电路接收所述发射信号，另一输出端与所述可调衰减电路连接，经由所述可调衰减电路将所述发射信号输出至第二定向耦合器，所述发射信号通过第二定向耦合器从外接端口向线缆进行信号发射；(线缆接收所述发射信号后会反射一个信号)并由第二定向耦合器从外接端口接收线缆产生的反射信号，第二定向耦合器对所述反射信号进行耦合后输出至所述幅相测量电路；由所述幅相测量电路测量所述发射信号、反射信号的幅度差和相位差，并输出至数据处理模块进行数据处理，从而根据所得数据定位线缆故障。
具体的，图2示出了根据本发明示例性实施例的基于驻波检测的线缆故障测量系统电路图，本系统中所述信号发生电路包括一个型号为HMC830高精度宽带锁相环，所述高精度宽带锁相环可以产生30～400MHz的射频信号。 HMC830拥有较好的噪声性能和杂散，因此其应用较广。采用其作为本系统的信号发生装置可以提高信号质量和信号信噪比性能，由此产生的信号对最后驻波比的测量误差较小，能够使系统测量更精确。在所述高精度宽带锁相环与第一定向耦合器之间还包括一个幅度调理电路(图2中未示出)所述幅度调理电路采用常规通用型运算放大器或者宽带型运算放大器(F101A、F201A、F301A、F108、 F308等)。从图2可以看出所述第一定向耦合器、第二定向耦合器是多端口定向耦合器，其中第一定向耦合器的端口1为输入端、端口6为直通输出端、端口3 为耦合输出端、端口4为隔离端、端口2接地了；所述第二定向耦合器的端口1 为输入端、端口6为直通输出端、端口3为耦合输出端、端口4为隔离端、端口 2接地。从前端传来的发射信号经过第一定向耦合器的6端口输出至第二定向耦合器，并通过第二定向耦合器的1端口经过可调衰减电路(一个0.01u的电容) 后输出至外接端口进行发射。所述第一耦合器的耦合输出端与幅相测量电路(型号为AD8302DE幅相测量芯片)连接，用于耦合所述发射信号传输给所述幅相测量电路(从第一定向耦合器的第三端口传输至所述幅相测量芯片的第一输入端(图2中INPA端口)。在系统实际测量线路故障时，从系统外接端口发射的发射信号在外部电缆信号的作用下产生一个反射信号，当该反射信号辐射至系统的外接端口时，由第二定向耦合器的输入端(1端口)接收所述反射信号，并耦合所述反射信号，通过3端口将所述反射信号输出至幅相测量芯片AD8302的第二输入端(图2中INPB端口)。所述幅相测量芯片测出发射信号和反射信号的幅度差和相位差，并将数据传输至数据处理模块，所述数据处理模块(是通用处理器、单片机的一种，采用惯常的硬件加软件程序的方式实现数据处理)其设置有信号幅度差和相位差数据处理的处理器芯片和存储器芯片，用于根据所述信号幅度差和相位差计算驻波比。所述数据处理模块通过幅度分析可计算出驻波系数，所述驻波系数计算公式为：
通过对驻波比进行数据处理，由傅里叶变换得到相应的时频分布，从而得到信号频率，并由相位差计算出传输线的长度即可定位到故障点。其中，传输线长度由：其中式中代表相位，λ代表不同频率下的波长。
本系统测量线路故障的原理在于：通过HMC830(高精度宽带锁相环)产生一个30～400MHz的射频信号，幅度调理后经过两个定向耦合器输出，定向耦合器分别耦合发射出去和反射回来的信号，两个信号经过AD8302(幅相测量芯片)可测出其幅度差和相位差。通过幅度分析可计算出驻波系数。根据驻波比公式可计算得到相应的驻波比。扫频测出不同频率下的相位差，则可计算出传输线的长度。定向耦合器的方向性指标将在很大程度上决定了驻波测试指标。同时该指标还会受到器件本身的驻波，线路的匹配度，测量误差等因数的影响。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于驻波检测的线缆故障测量系统，其特征在于，所述包括：信号发生电路、幅度调理电路、第一定向耦合器、可调衰减电路、幅相测量电路、数据处理模块、第二定向耦合器、外接端口；
所述信号发生电路产生一个发射信号，所述发射信号经过幅度调理电路放大后输出至第一定向耦合器；所述第一定向耦合器一个输出端与所述幅相测量电路连接，以使幅相测量电路接收所述发射信号，另一输出端与所述可调衰减电路连接，经由所述可调衰减电路将所述发射信号输出至第二定向耦合器，所述发射信号通过第二定向耦合器从外接端口向线缆进行信号发射；并由第二定向耦合器从外接端口接收线缆产生的反射信号，第二定向耦合器对所述反射信号进行耦合后输出至所述幅相测量电路；由所述幅相测量电路测量所述发射信号、反射信号的幅度差和相位差，并输出至数据处理模块进行数据处理，从而根据所得数据定位线缆故障。
2.根据权利要求1所述的线缆故障测量系统，其特征在于，所述信号发生电路包括一个高精度宽带锁相环，所述高精度宽带锁相环型号为HMC830，其产生的发射信号为30～400MHz的射频信号。
3.根据权利要求1所述的线缆故障测量系统，其特征在于，所述幅度调理电路包括运算放大器，所述运算放大器型号为F101A、F201A、F301A、F108、F308中的一种。
4.根据权利要求1所述的线缆故障测量系统，其特征在于，所述幅相测量电路为型号为AD8302的幅相测量芯片；其第一输入端与所述第一定向耦合器第三端口连接，以接收所述发射信号；其第二输入端与所述第二定向耦合器第三端口连接，以接收所述反射信号。
5.根据权利要求1所述的线缆故障测量系统，其特征在于，所述数据处理模块中设置有信号幅度差和相位差数据处理的处理器芯片和存储器芯片，用于根据所述信号幅度差和相位差计算驻波比。
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