CN217820596U - 三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3m圆形测试工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，该三同轴电缆屏蔽效能测试系统包括矢量网络分析仪和高频3M圆形测试工装。所述高频3M圆形测试工装，包括外回路近端短路结构、屏蔽帽结构及金属筒体结构，其中，所述外回路近端短路结构包括左端盖、短路夹片；所述屏蔽帽结构包括内回路远端屏蔽盒、外回路远端组件、支撑组件以及连接器；所述金属筒体包括外铜管一、外铜管二。

Description

三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装

技术领域

本实用新型属于电气测量技术及仪器领域，尤其是一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统。

背景技术

国内存在分布于电动汽车、航天航空、船舶等领域涉及电缆屏蔽效能评估的研究专利，鲜有针对射频同轴电缆屏蔽效能基于三同轴法的高频段测试系统，在轨道交通的高压屏蔽电缆领域也处于空白区。

随着多种通信业务的不断出现，通信向高频发展已经成为一种趋势，宽带通信的需求成为同轴电缆发展创新的动力，高频通信对传输射频信号的同轴电缆提出了更高的要求。中国光电线缆及光器件行业“十二五”发展规划纲要中指出，作为国家“十二五”期间九个重点产品的领域发展方向和目标之中的两个，射频同轴电缆和CATV同轴电缆在高频网络中将得到更为长远的发展。

实际应用中，用户经常需要了解电缆的屏蔽效能以便使用和设计。由于屏蔽电缆的屏蔽层结构多种多样，且电缆屏蔽效能在理论上仅能做出理想化的分析。如果能针对不同规格屏蔽电缆通过测试直接获取电缆屏蔽效能，会使得在工程评定、比较、设计和使用屏蔽电缆时提供准确的考察依据。

电缆屏蔽效能测试方法和系统基本都是在IEC标准方法的基础上进行微改甚至不改动，且改动位置多集中于输入输出接口，测试设备输入输出接口的特点的改进方案较多，但操作灵活性、结构简洁的现有技术方案较为少见。

电缆及连接器屏蔽效能解析算法的相关研究目前只有湖南大学涉及，且是在国外keyli学者的表面转移阻抗模型上进行调整，相关公开技术方案还较为少见。

电缆及连接器屏蔽效能测试系统控制软件方面目前业内只有Rosenberger的winCOMET 软件，但并无公开的现有技术资料。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的技术缺陷，提高高频三同轴法电缆屏蔽测量的科学性和准确性，同时在外回路近端的短路结构、外回路远端的屏蔽帽结构以及绝缘支撑结构的设计上，提高装置设计的简洁与使用的灵活便捷性，本实用新型提供一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其属于三同轴电缆屏蔽效能测试系统的一部分。

该三同轴电缆屏蔽效能测试系统包括矢量网络分析仪以及高频3M圆形测试工装。其中高频3M圆形测试工装主要应用于频率在30MHz-3GHz时针对被测电缆屏蔽衰减的测试。

高频3M圆形测试工装的测试原理为短路-匹配三同轴法，即外回路近端短路，内回路终端连接匹配电阻。

针对30MHz-3GHz的测试频段，提供一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，包括外回路近端短路结构、屏蔽帽结构及金属筒体结构，其中，所述外回路近端短路结构包括左端盖、短路夹片；所述屏蔽帽结构包括内回路远端屏蔽盒、外回路远端组件、支撑组件以及连接器；所述金属筒体包括外铜管一、外铜管二以及外铜管连接管；所述外铜管连接管根据不同电缆长度进行匹配使用；特别地，外铜管一、外铜管二以及外铜管连接管也可以一体化，即金属筒体也可以选择一个整体铜管，但其测试便利性将会打折扣。

其中，所述左端盖设置在所述外铜管二的外侧，所述短路夹片设置在所述左端盖内侧；所述外回路远端组件设置外铜管一的外侧，所述内回路远端屏蔽盒和支撑组件设置在外回路远端组件内，所述支撑组件用于固定所述内回路远端屏蔽盒于外回路远端组件内；

其中，所述短路夹片用于固定夹持被测电缆一端并与所述电缆屏蔽层相接触；所述被测电缆穿过金属筒体，且位于金属筒体中轴线上；所述内回路远端屏蔽盒固定夹持所述被测电缆另一端。

其中，所述内回路远端屏蔽盒，包括，屏蔽套筒、半圆夹片、锥形顶杆；其中，所述屏蔽套筒和所述锥形顶杆通过螺纹连接；所述半圆夹片通过锥度配合设置在所述屏蔽套筒内部，用于夹紧所述被测试电缆的另一端，优选地，所述半圆夹片根据不同外径的被测试电缆屏蔽层进行匹配使用夹紧在被测试电缆屏蔽层上，能够实现夹持不同外径被测试电缆屏蔽层时，合适夹紧力的适配，从而保证夹持状态对屏蔽层形变的影响保持恒定，从而提高测试系统的测量精度与稳定性；所述锥形顶杆随着螺纹的拧入逐渐压紧所述半圆夹片。

优选地，所述外回路远端组件，包括，右端盖、过渡套筒、内锥形适配端盖；其中，所述右端盖设置在所述外铜管一的外侧，所述过渡套筒与所述右端盖连接，所述内锥形适配端盖设置在所述过渡套筒的外侧。

优选地，所述支撑组件，包括，大绝缘支撑、小绝缘支撑；所述过渡套筒与所述内锥形适配端盖之间设置所述大绝缘支撑，所述锥形顶杆尾部穿过所述大绝缘支撑，所述小绝缘支撑设置在所述内锥形适配端盖的顶部，所述锥形顶杆的头部穿过所述小绝缘支撑。

优选地，所述连接器通过螺钉压装在所述内锥形适配端盖外侧；所述连接器与所述锥形顶杆头部电连接。

优选地，所述连接器内导体端面同所述锥形顶杆头部通过插接实现对接。

优选地，所述内锥形适配端盖实现对外回路内径变化(外铜管和同轴连接器的尺寸存在差异)比值大于5的锥形过渡。

优选地，所述大绝缘支撑和小绝缘支撑通过内、外径设计，厚度设计及圆形槽设计实现标称特性阻抗匹配；所述大绝缘支撑和所述小绝缘支撑的表面均设置圆环凹槽，凹槽的作用在于对引入大、小绝缘支撑后产生的阻抗干扰进行补偿，从而提高系统测量的精度。

其中，所述被测电缆屏蔽层、匹配电阻和所述被测电缆内导体构成内回路；所述被测电缆屏蔽层、所述内回路远端屏蔽盒、所述外回路远端组件及所述金属筒体构成外回路。

优选地，所述短路夹片与所述电缆屏蔽层相接触的区域360度环绕所述电缆屏蔽层，提高短路夹片与所述电缆屏蔽层相接触的区域面积有助于提高系统测量的精度。

优选地，所述屏蔽套筒和所述锥形顶杆通过螺纹连接；装配时，所述锥形顶杆随着螺纹的拧入逐渐压紧所述半圆夹片。

高频3M圆形测试工装铜管设计包含外铜管一一件、外铜管二一件以及外铜管连接管四件。测试过程中，外铜管一和外铜管二必不可少，分别实现内回路远端匹配和外回路近端短路的功能；四件外铜管连接管用于适配不同长度的被测电缆，可根据被测电缆的长度进行增减。

上文描述了高频3M圆形测试工装屏蔽套装装配及整体测试工装连接的实现，整体设计考虑到三同轴装置的特点和要求，体现出模块化的设计思路，在保证装置连接可靠、电连续性好的同时，整套装置的装配和测试也利于实现。

本实用新型的有益效果：该测试系统可应用于轨道交通、新能源汽车、光伏和航天航空等领域，通过三同轴法对被试电缆的屏蔽衰减进行测量从而评估电缆的屏蔽效能。该测试系统具备对测试环境基本无要求，测试结果精度高，适用范围广等特点。整套测试系统的装置设计，不仅保证了测量的科学性和准确性，同时在外回路近端的短路结构、屏蔽帽结构以及绝缘支撑结构的设计上，凸显了装置设计的简洁性和创新性。基于测试系统设计简洁的特点，在使用该测试系统、对接输入输出接口的过程中灵活便捷。

附图说明

关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及所附图得到进一步的了解。

图1是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装示意图；

图2是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装剖面图；

图3是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的外回路近端短路结构的左端盖的示意图；

图4是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的外回路近端短路结构的短路夹片的示意图；

图5是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的金属筒体结构的外铜管二的示意图；

图6是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的金属筒体结构的外铜管一的示意图；

图7是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的过渡套筒的示意图；

图8是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的右端盖的示意图；

图9是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的屏蔽套筒的示意图；

图10是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的半圆夹片的示意图；

图11是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的锥形顶杆的示意图；

图12是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的大绝缘支撑的示意图；

图13是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的内锥形适配端盖的示意图；

图14是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的小绝缘支撑的示意图；

图15是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽结构的连接器N-KF50的示意图；

图16是本实用新型所涉及的一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装的屏蔽帽部分结构整体组件的示意图；

附图标记：

1、连接器；2、内锥形适配端盖；3、大绝缘支撑；4、过渡套筒；5、右端盖；6、左端盖；7、短路夹片；8、屏蔽套筒；9、半圆夹片；10、锥形顶杆；11、小绝缘支撑

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了克服现有技术中存在的技术缺陷，提高测量的科学性和准确性，同时在外回路近端的短路结构、外回路远端的屏蔽帽结构以及绝缘支撑结构的设计上，提高装置设计的简洁与使用的灵活便捷性，提供一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统。

本实用新型提供一种三同轴法电缆屏蔽效能测试系统，该三同轴电缆屏蔽效能测试系统由矢量网络分析仪以及高频3M圆形测试工装构成。高频3M圆形测试工装主要应用于频率在30MHz-3GHz时针对被测电缆屏蔽衰减的测试。

该测试工装的测试原理为短路-匹配三同轴法，即外回路近端短路，内回路终端连接匹配电阻。

高频3M圆形测试工装包括外回路近端短路结构、屏蔽帽结构及金属筒体结构，其中，所述外回路近端短路结构包括左端盖6、短路夹片7；所述屏蔽帽结构包括内回路远端屏蔽盒、外回路远端组件、支撑组件以及连接器1；所述金属筒体包括外铜管一、外铜管二以及外铜管连接管；

其中，所述左端盖6设置在所述外铜管二的外侧，所述短路夹片7设置在所述左端盖6 内侧；所述外回路远端组件设置外铜管一的外侧，所述内回路远端屏蔽盒和支撑组件设置在外回路远端组件内，所述支撑组件用于固定所述内回路远端屏蔽盒于外回路远端组件内；

其中，所述短路夹片7用于固定夹持被测电缆一端并与所述电缆屏蔽层相接触；所述被测电缆穿过金属筒体，且位于金属筒体中轴线上；所述内回路远端屏蔽盒固定夹持所述被测电缆另一端。

其中，所述内回路远端屏蔽盒，包括，屏蔽套筒8、半圆夹片9、锥形顶杆10；其中，所述屏蔽套筒8和所述锥形顶杆10通过螺纹连接；所述半圆夹片9通过锥度配合设置在所述屏蔽套筒8内部，用于夹紧所述被测试电缆的另一端，优选地，所述半圆夹片9根据不同外径被测试电缆屏蔽层进行匹配使用夹紧在被测试电缆屏蔽层上，能够实现夹持不同外径被测试电缆屏蔽层时，合适夹紧力的适配，从而保证夹持状态对屏蔽层形变的影响保持恒定，从而提高测试系统的测量精度与稳定性；

优选地，所述外回路远端组件，包括，右端盖5、过渡套筒4、内锥形适配端盖2；其中，所述右端盖5设置在所述外铜管一的外侧，所述过渡套筒4与所述右端盖5连接，所述内锥形适配端盖2设置在所述过渡套筒4的外侧。

优选地，所述支撑组件，包括，大绝缘支撑3、小绝缘支撑11；所述过渡套筒4与所述内锥形适配端盖2之间设置所述大绝缘支撑3，所述锥形顶杆10尾部穿过所述大绝缘支撑3，所述小绝缘支撑11设置在所述内锥形适配端盖2的顶部，所述锥形顶杆10的头部穿过所述小绝缘支撑11。

优选地，所述连接器1通过螺钉压装在所述内锥形适配端盖2外侧；所述连接器1与所述锥形顶杆10头部电连接。

优选地，所述连接器1内导体端面同所述锥形顶杆10头部通过插接实现对接。

优选地，所述内锥形适配端盖2实现对外回路内径变化比值大于5的锥形过渡。

优选地，所述大绝缘支撑3和小绝缘支撑11通过内、外径设计，厚度设计及圆形槽设计实现标称特性阻抗匹配；所述大绝缘支撑3和所述小绝缘支撑11的表面均设置圆环凹槽，凹槽的作用在于对引入大、小绝缘支撑11后产生的阻抗干扰进行补偿，从而提高系统测量的精度。

其中，所述被测电缆屏蔽层、匹配电阻和所述被测电缆内导体构成内回路；所述被测电缆屏蔽层、所述内回路远端屏蔽盒、所述外回路远端组件及所述金属筒体构成外回路。优选地，所述短路夹片7与所述电缆屏蔽层相接触的区域360度环绕所述电缆屏蔽层，提高短路夹片7与所述电缆屏蔽层相接触的区域面积有助于提高系统测量的精度。

优选地，所述屏蔽套筒8和所述锥形顶杆10通过螺纹连接；装配时，所述锥形顶杆10 随着螺纹的拧入逐渐压紧所述半圆夹片9。

高频3M圆形测试工装铜管设计包含外铜管一一件、外铜管二一件以及外铜管连接管四件。测试过程中，外铜管一和外铜管二必不可少，分别实现内回路远端匹配和外回路近端短路的功能；四件外铜管连接管用于适配不同长度的被测电缆，可根据被测电缆的长度进行增减。

此外，在高频测试环境下，由于趋肤效应会直接影响测试系统的电连续性，使得接触电阻增大。为了保证测试系统良好的电连续性，该高频3M圆形测试工装各部件均选用H62黄铜进行设计加工，其良好的加工特性、机械强度、抗腐蚀性以及优秀的导电性均符合设计要求。

一方面，提供该测试系统的高频3M圆形测试工装的外回路近端短路结构，其设计思路为实现被测电缆屏蔽层和测试工装铜管的有效电气短路。

如图1-15所示，高频3M圆形测试工装(如图1-2)的外回路近端短路结构如图3所示的左端盖6以及如图4所示的短路夹片7构成。外回路近端短路的实现：选取与被测电缆适配的短路夹片7，利用短路夹片7中心位置设置的中心孔，夹紧被测电缆屏蔽层后，将被测电缆端1置入如图5所示的外铜管二的A端，被测电缆端2穿过如图3所示的左端盖6，通过拧紧如图3所示的左端盖6，有效实现被试电缆屏蔽层和金属圆筒之间的电气短路。

短路夹片7第一版的中心孔径仅设计了Φ4和Φ7两种规格，后续可根据不同被测电缆线径或客户需求被测线径进行相应适配尺寸的加工。

一方面(如图2所示)，提供该测试系统的屏蔽帽结构，其包括，右端盖5、过渡套筒4、屏蔽套筒8、半圆夹片9、大绝缘支撑3、锥形顶杆10、小绝缘支撑11、内锥形适配端盖2、连接器1(优选N-KF50连接器1)。

内回路远端电阻匹配及屏蔽帽结构设计：该测试系统基于三同轴短路-匹配测试原理，远端电阻匹配通过在被测电缆端1屏蔽层和内导体之间焊接贴片电阻实现，贴片电阻的阻值大小等于被测电缆的特征阻抗(高频3M圆形测试工装针对射频同轴电缆为测量对象，射频同轴电缆常见特征阻抗：50Ω、75Ω)。贴片电阻具备良好的射频特性以及较小的机械尺寸，综合考虑针对此测试系统适配贴片电阻的结构尺寸、功率容量以及高频特性，优选50ΩCRS 0805型贴片电阻(具体实施过程选用特征阻抗为50Ω的同轴电缆)。为了防止匹配电阻和外回路直接耦合，被试电缆1端需要加入屏蔽帽结构加以屏蔽；考虑到被测电缆需要过渡到外部连接器1，屏蔽帽结构在实现屏蔽功能的同时还需起到过渡导体的作用。

高频3M圆形测试工装屏蔽帽结构由如图7所示的过渡套筒4、如图8所示的右端盖5、如图9所示的屏蔽套筒8、如图10所示的半圆夹片9、如图11所示的锥形顶杆10、如图12所示的大绝缘支撑3、如图13所示的内锥形适配端盖2、如图14所示的小绝缘支撑11以及如图15所示的连接器1构成。

高频3M圆形测试工装铜管设计包含外铜管一一件、外铜管二一件以及外铜管连接管四件。测试过程中，外铜管一和外铜管二必不可少，分别实现内回路远端匹配和外回路近端短路的功能，图2中，左边是外铜管二，右边是外铜管一；四件外铜管连接管用于适配不同长度的被测电缆，可根据被测电缆的长度进行增减。

高频3M圆形测试工装屏蔽帽结构装配及整体测试工装连接的实现方式如下：装配的实现针对仅选用如图5所示的外铜管二和如图6所示的外铜管一时的情形进行描述。根据上文所描述高频3M圆形测试工装外回路近端短路的实现，被测电缆端1由如图5所示外铜管二的A端置入；如图5所示外铜管二的B端和如图6所示外铜管一的B端通过螺纹拧紧；接着将如图6所示外铜管一的A端和如图7所示的过渡套筒4B端的对接，通过如图8所示右端盖5和如图7所示的过渡套筒4B端通过螺纹压紧至外铜管一的A 端；随后被测电缆端1穿入如图9所示屏蔽套筒8A端，从屏蔽套筒8B端(螺纹端)穿出；利用如图10所示半圆夹片9夹紧被测电缆端1处屏蔽层后，整体置入屏蔽套筒8；接着向屏蔽套筒8A端方向拉动被测电缆，直至半圆夹片9卡紧至屏蔽套筒8A端末端处；之后将如图12所示的大绝缘支撑套入如图11所示锥形顶杆10螺纹端末端，通过螺纹将如图11所示锥形顶杆10同如图9所示屏蔽套筒8B端相连，形成一个良好的屏蔽盒结构；如图11所示锥形顶杆10螺纹端内侧设置一定深度的盲孔，孔的直径视被试电缆护套外径以及如图9所示的屏蔽套筒26内径而定；最后在如图13所示内锥形适配端盖2内部顶端置入如图14所示的小绝缘支撑11，将如图11所示的锥形顶杆10的顶杆端嵌入小绝缘支撑后整体插入如图13所示的内锥形适配端盖2中，通过内锥形适配端盖2末端设置的螺纹和如图7所示的过渡套筒4A端实现连接。选用的同轴连接器1 (例如N-KF50型)通过螺钉压装在内锥形适配端盖2顶端，如图11所示锥形顶杆10 的头部通过插接与同轴连接器1内导体端面对接(普通商用N型同轴连接器1其插头内导体上存在一个缺口，插接之前必须将此缺口磨平，以保证端面平整；锥形顶杆10的头部和N型连接器1内导体的对接深度需保证在2mm以上，以此确保两者之间的可靠连接)。锥形顶杆10内锥形适配端盖2的设计：因锥形过渡连接结构可以显示出良好的阻抗匹配特性，故外铜管和同轴连接器1采用锥形过渡连接结构进行连接。在保证锥体段同轴线特征阻抗为50Ω的情况下，进一步可确定出内锥形适配端盖2以及锥形顶杆 10的锥度。

如图9所示屏蔽套筒8、如图10所示半圆夹片9、如图11所示锥形顶杆10、如图 12所示大绝缘支撑3、如图13所示内锥形适配端盖2以及如图14所示小绝缘支撑11 可装配成一个整体组件，装配完成后不轻易进行拆卸，便于后续重复性测试。整体组件如图16所示。

上文描述了高频3M圆形测试工装屏蔽套装装配及整体测试工装连接的实现，整体设计考虑到三同轴装置的特点和要求，体现出模块化的设计思路，在保证装置连接可靠、电连续性好的同时，整套装置的装配和测试也利于实现。之后详细说明对于铜管及零件尺寸确定的计算方法。

针对外回路(由被测同轴电缆屏蔽层以及外铜管等构成，设计过程中视为同轴线)的尺寸设计方法：同轴线正常工作状态下均以TEM模工作(TEM模式电磁波的传输方向上没有电场和磁场分量的一种波导模式)，在工作波长接近同轴线横截面尺寸时会出现高次模，即TE 模和TM模(TE模和TM模为凋落场，不具备波动性，也无法传播)。为了在频率给定时确保同轴线中只传输TEM模，设计外铜管尺寸过程中必须考虑高次模出现的截止波长问题。同轴线中最低次TM模为

模，最低次TE模为TE₁₁模，截止波长λ_c可根据如下两式进行确定：

(1)

(2)

其中d—同轴线内导体直径mm，D—同轴线外导体直径mm，ε_r—同轴线内外导体间填充介质相对介电常数，μ_r—同轴线内外导体间填充介质相对磁导率

为了保证同轴线中仅存在TEM模，必须保证最短工作波长大于最低次的高次模TE₁₁模的截止波长。即使得

由此可以确定(D+d)的取值范围。为获取D和d的实际取值，还需要通过传输线最大传输功率或最小损耗进行进一步的确认。由于同轴线无法兼顾最大传输功率和最小损耗，实际设计过程中采取折中的方式，此时损耗比最小损耗情况大10％，传输功率容量比最大传输功率容量小15％，由此可得出D和d的比值关系。

同轴线的截止使用频率即指TE₁₁模刚开始出现的频率，高次模出现的截止频率f_c是内、外导体尺寸和同轴线传播速度的函数，即

其中C₀—光速，ε_re—同轴线的填充介质等效介电常数。

同轴线的填充介质等效介电常数可根据下式进行计算：

其中ε_r1—被测电缆护套的相对介电常数，ε_r0—空气的相对介电常数，d₁—被测电缆护套外径mm

考虑到在三同轴装置屏蔽帽端形成50Ω的特征阻抗以及方便零件加工和保证一定的被试电缆外径范围，最终可确定出内回路远端屏蔽盒的屏蔽套筒筒径尺寸，以及在保证50Ω特征阻抗基础上外铜管的内径尺寸。

根据确定的屏蔽套筒筒径尺寸以及外铜管内径尺寸由式1验算可得此时屏蔽套筒端同轴线上限截止频率符合测试范围至3GHz的设计要求。

设计过程中，为了保证该三同轴法电缆连接器1屏蔽效能测试系统的被测电缆内导体、内回路远端屏蔽盒以及外铜管同轴，必须在如图13所示内锥形适配端盖内加入支撑结构。但支撑结构的引入会导致该测试系统的外回路阻抗特性发生改变，同时支撑结构会额外增加电磁反射及介质损耗，最终影响测试结果的准确性。因此，需要在支撑结构的材料选取和结构尺寸设计上加以考虑，尽量减小加入支撑结构所带来的负面影响。

首先，考虑支撑结构的材料。选取的材料和如图13、14所示的绝缘连接板1、2相同，均为聚四氟乙烯，该材料具备硬度较高，易于加工以及较其他两种常用绝缘材料聚苯乙烯和聚乙烯更小的相对介电常数。绝缘支撑结构的引入，会无法避免的引起内、外导体的同轴出现高度差异，形成阶梯电容，导致支撑部位的电磁场结构发生改变，进而影响支撑处的特性阻抗。为了减小阶梯电容对测试结果准确性的影响，需要在设计尺寸以及设计工艺上做出补偿。补偿的实质是在支撑部位引入一段电感，利用电感较好的补偿阶梯电容，实现支撑部位的特性阻抗等于其余部分的特性阻抗。

绝缘支撑结构的补偿设计如下：

1.绝缘支撑结构的内、外径尺寸(内、外导体槽深设计)及厚度设计。

2.共面补偿设计，即确定绝缘支撑上两端面的环形槽尺寸。

针对补偿设计1，绝缘支撑件的厚度会影响该测试系统的最高工作频率，绝缘支撑件厚度越薄，最高工作频率就越接近空气介质情况下的截止频率，但是绝缘支撑件厚度过薄，难以保证其足够的支撑强度。所以在保证工作频率以及支撑强度的前提下，绝缘支撑件厚度设计需要尽可能薄。为了避免高次模的出现，绝缘支撑件的厚度B应该满足如式2所示关系并最好保证厚度小于最高工作频率时的四分之一波长。

其中：λ_g—工作波长，f_c—以空气为介质的同轴线理论截至频率，f—工作频率，ε_r—绝缘支撑的相对介电常数

经过计算确定出绝缘支撑结构的具体尺寸B。

在内、外导体上开槽一定会引入不连续电容，为保证总的阶梯电容最小，需考虑内、外导体开槽深度的组合。根据射频同轴电缆传输理论可得特征阻抗计算公式为

其中ε_r—绝缘介质的相对介电常数，D—外导体内径mm，d—内导体内径mm

为了保证绝缘支撑处的特征阻抗为50Ω，根据式3进行计算可确定最终绝缘支撑内、外径尺寸。

针对补偿设计2，加入补偿设计1的开槽组合后，绝缘支撑件引入的不连续电容已经有了很大改观，为了进一步减小测试频段的电磁反射，还需要对上述已经做过开槽处理的绝缘支撑件进行共面补偿设计。共面补偿的补偿方式是在绝缘支撑件两端面各加工一条环形槽，如此便可以引入补偿电感，实现对不连续电容的补偿。环形槽的大小和深度可以进行计算获得：

根据前文所述式3可以在支撑件内、外直径确定时，通过加工环形槽使得支撑件的相对介电系数发生变化，以此保证绝缘支撑件处的特征阻抗仍然保持在50Ω，加工环形槽后，绝缘支撑件的等效相对介电常数可通过式4进行计算获得：

其中：ε_re--加入环形槽后绝缘支撑件的等效相对介电常数

ε_r1—绝缘介质的相对介电常数

ε_r2—空气的相对介电常数

v₁—加入环形槽后绝缘支撑的体积

v₂—环形槽的体积

综上可得出完整的绝缘支撑件尺寸，涉及参数包含绝缘支撑件厚度B、外径D、内径d、圆环槽大半径R、圆环槽小半径r以及环形槽深度b。

本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。

Claims (12)

1.三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，包括外回路近端短路结构、屏蔽帽结构及金属筒体结构，其中，所述外回路近端短路结构包括左端盖、短路夹片；所述屏蔽帽结构包括内回路远端屏蔽盒、外回路远端组件、支撑组件以及连接器；所述金属筒体包括外铜管一、外铜管二；

其中，所述左端盖设置在所述外铜管二的外侧，所述短路夹片设置在所述左端盖内侧；所述外回路远端组件设置在外铜管一的外侧，所述内回路远端屏蔽盒和支撑组件设置在外回路远端组件内，所述支撑组件用于固定内回路远端屏蔽盒于外回路远端组件内；

其中，所述短路夹片用于固定夹持被测电缆一端并与所述被测电缆的电缆屏蔽层相接触；所述内回路远端屏蔽盒固定夹持所述被测电缆另一端。

2.根据权利要求1所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述金属筒体还包括外铜管连接管，所述外铜管连接管接合外铜管一和外铜管二。

3.根据权利要求1或2所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述内回路远端屏蔽盒，包括，屏蔽套筒、半圆夹片、锥形顶杆；其中，所述屏蔽套筒和所述锥形顶杆连接；所述半圆夹片通过锥度配合设置在所述屏蔽套筒内部，用于夹紧所述被测电缆的另一端；所述锥形顶杆压紧所述半圆夹片。

4.根据权利要求3所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述外回路远端组件，包括，右端盖、过渡套筒、内锥形适配端盖；其中，所述右端盖设置在所述外铜管一的外侧，所述过渡套筒与所述右端盖连接，所述内锥形适配端盖设置在所述过渡套筒的外侧。

5.根据权利要求4所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述支撑组件，包括，大绝缘支撑、小绝缘支撑；所述过渡套筒与所述内锥形适配端盖之间设置所述大绝缘支撑，所述锥形顶杆尾部穿过所述大绝缘支撑，所述小绝缘支撑设置在所述内锥形适配端盖的顶部，所述锥形顶杆的头部穿过所述小绝缘支撑。

6.根据权利要求5所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述连接器压装在所述内锥形适配端盖外侧；所述连接器与所述锥形顶杆头部电连接。

7.根据权利要求6所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述连接器内导体端面同所述锥形顶杆头部通过插接实现对接。

8.根据权利要求4所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述内锥形适配端盖实现对外回路内径变化比值大于5的锥形过渡。

9.根据权利要求5所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述大绝缘支撑和所述小绝缘支撑的表面均设置圆环凹槽。

10.根据权利要求1或2所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述短路夹片与所述电缆屏蔽层相接触的区域360度环绕所述电缆屏蔽层。

11.根据权利要求3所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述屏蔽套筒和所述锥形顶杆通过螺纹连接；装配时，所述锥形顶杆随着螺纹的拧入逐渐压紧所述半圆夹片。

12.根据权利要求1或2所述的三同轴法电缆屏蔽效能测试系统的高频3M圆形测试工装，其特征在于，所述被测电缆穿过金属筒体，且位于金属筒体中轴线上。

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