JPH04305170A

JPH04305170A - 伝送線のインピーダンスの精密測定の方法

Info

Publication number: JPH04305170A
Application number: JP3019408A
Authority: JP
Inventors: Roland W Gubisch; ロランド・ダブリュ・ガビッシュ
Original assignee: Beckman Industrial Corp
Current assignee: Beckman Industrial Corp
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1992-10-28
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: US5063353A; JP3060119B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伝送線のインピーダン
スを測定することに係り、より詳細にはそのような測定
を時間領域反射測定（ｔｉｍｅ　　ｄｏｍａｉｎ　　ｒ
ｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ、ＴＤＲ）を用いて行う方法
に係る。

【０００２】

【従来の技術】伝送線の特性を測定する際に時間領域反
射測定（ＴＤＲ）を用いることがある。この場合、電圧
パルスが伝送線に印加され、線のインピーダンス或いは
不連続性が観測される。例えばこの技術により、伝送線
或いはケーブル内の大きな欠陥のある位置を突止めるこ
とができる。しかしながらこの測定技術では、「ドリブ
ル・アップ（ｄｒｉｂｂｌｅ　　ｕｐ）」と呼ばれる現
象が生ずるため、その測定能力が損われてしまう。「ド
リブル・アップ」とは、インピーダンスを測定する伝送
線の長さが長くなるにつれて、ケーブルのインピーダン
スが顕著に上方へドリフトするというものである。今ま
では、この現象は伝送線内に於ける高周波の表皮効果に
よる損失のためであるとされている。例えば、「タイム
・ドメイン・リフレクトメトリー」（“Ｔｉｍｅ　Ｄｏ
ｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｏｒｙ”，　Ｈｅｗ
ｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　
Ｎｏｔｅ　＃６２，　１９６４　）；　或いは、「メイ
キング・オートメイテッド・ＴＤＲ・メイジャーメンツ
」（“Ｍａｋｉｎｇ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌ　　ＴＤ
Ｒ　　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”Ｈａｎｄｓｈａｋｅ
，　Ｓｕｍｍｅｒ　１９８６　Ｊｏｈｎ　ＭｃＨｕｇｈ
，　Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）を参照されたい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】伝送線のインピーダン
ス測定を高精度に行うことは、しばしば非常に重要とな
る。例えば高速データ通信回線網を維持できることが要
請される場合に重要となる。しかし、これは一例でしか
ない。ところでこの測定の正確さを達成するためには、
「ドリブル・アップ」効果が、伝送線の長さ方向につい
て測定がなされる場所によらず、観測から除去されなけ
ればならない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の幾つかの目的を
次に示す：伝送線或いは伝送ケーブルのインピーダンス
を測定する方法を提供すること；前記の如き方法であっ
て、時間領域反射測定を用いる方法を提供すること；前
記の如き方法であって、伝送線のインピーダンスを測定
する際に見られる「ドリブル・アップ」効果を考慮に入
れ、これにより従来可能であった以上により精度のよい
インピーダンス測定を提供する方法を提供すること；前
記の如き方法であって、「ドリブル・アップ」が高周波
表皮効果による損失によるものではなく伝送線のループ
抵抗によるものであると認識して測定する方法を提供す
ること；前記の如き方法であって、ケーブルに大きな欠
陥があるかどうかをより簡単に確認する方法；そして、
前記のような方法であって、適当な器具を使用すること
により実行されるか、或いは線のインピーダンス特性が
測定されると素早く実行される数学的演算を含む方法を
開示すること。

【０００５】本発明は、簡単に述べれば、伝送線のイン
ピーダンスを測定する方法であり、そして先ず第一に伝
送線の長さ及び直流ループ抵抗を測定することを含む。次に伝送線に沿ってパルスが送られる。このパルスの幅
は、そのパルスがパルス源から伝送線の末端まで伝播し
、再びパルス源まで戻って来るまでに必要な時間より大
きいものである。伝送されたパルスと反射されたパルス
はモニタされ、その結果の示度は全インピーダンス測定
値に転換される。最後にその測定値は伝送線の直流ルー
プ抵抗の関数である「ドリブル・アップ」効果の分につ
いて修正される。この修正された測定値が正確な伝送線
のインピーダンスの測定値である。その他の目的及び特
徴は以下の記述に於て明らかにされ、又指摘されよう。

【０００６】

【実施例】図面を参照する。伝送線ＴＬのインピーダン
スを測定する方法は、伝送線の一つの端Ｅ１を検査装置
１に連結することを含む。伝送線は種々のタイプの伝送
線のうちの一つであってよく、その端Ｅ１の上に取付け
られるコネクタは種々のコネクタのうちの一つであって
よい。検査装置１は、その装置を伝送線の端に連結する
ことのできる適当なコネクタ２を有する。或いは適当な
アダプタ（図示せず）を用いて、伝送線が検査装置に取
付けられてもよい。検査装置が伝送線の端Ｅ１に連結さ
れると、適当な終端３が伝送線の他端（端Ｅ２）に取付
けられる。終端３は伝送線ＴＬを短絡することが望まし
い。

【０００７】以下の方法の記載に於て、様々な検査装置
が線ＴＬのインピーダンスを決定するのに必要な幾つか
の異った測定を行うために用いられ得ることが理解され
るであろう。或いは装置１は必要とされる検査部品の全
てを組入れていてもよい。かかる装置は例えば、米国出
願第　　　　　　，　　　　　　，　　　　　　号に開
示されている。図１に描かれている装置１は適当な一例
に過ぎない。本発明に於てここに採用されるインピーダ
ンス測定技術は使われる器械の型によらず、時間領域反
射測定（ＴＤＲ）の原理を使うものである。この分野で
よく知られているように、ＴＤＲでは、測定中のケーブ
ルの一端へ挿入される非常にはっきりと輪郭付けられた
検査パルス或いは伝送パルスの「像」を得ることが行わ
れる。そして、又、ケーブルの他端から反射されたパル
スの像もえられる。この第二の像は、線がどのように終結されているかだけ
でなく、伝送線のインピーダンスの変化、伝送線の断線
或いは短絡を示す。

【０００８】伝送線ＴＬが装置１に連結され、終端３が
線の端Ｅ２に取付けられてから、作業者がスイッチ５Ａ
−５Ｄのうちの一つを押すと検査される線の型が表示さ
れる。検査装置１の検査できる伝送線の型は四つ以上あ
る。検査装置１は図１に示すような押しボタンスイッチ
を用いずに四つ以上の複数の切換位置を有する回転式ス
イッチを用いてもよい。また、検査装置１は、電子制御
装置（図示せず）を有しその中に或るコード化された入
力或いはその他の入力によって検査される線の型を表示
するようにされてもよい。

【０００９】伝送線のインピーダンスの決定をする上で
必要な第一の過程は、線の長さＬと直流ループ抵抗ｒを
測定することである。伝送線の長さを測定するために、
検査装置１の作業者は制御スイッチ７を選択する。そう
すると検査装置１、は線ＴＬに沿ってパルスを伝送し、
パルスが線の端Ｅ２へ伝播し反射された装置まで戻った
来るのに必要な時間を測定する。パルスの伝播速度は検
査される線の型によって決定されるものであり、既に知
られている値である。従って伝送線の長さは下記の数１
で表される式で計算される。

【００１０】

【数１】すると、伝送線のループ抵抗が下記の数２で表
される式で与えられる。

【００１１】

【数２】

【００１２】上記の過程が終了すると、検査装置１は、
検査装置自身と伝送線ＴＬとのインピーダンス整合を行
う。整合が終了すると作業者はスイッチ９を押す。する
と検査装置１は伝送線ＴＬに沿って一連のパルスを伝送
し始める。ここで新たに伝送されるパルスは、そのパル
スが装置１から伝送線１の末端へ伝播し、反射されて装
置へ戻って来るまでに必要な時間よりも大きいパルス幅
を有する。この伝送されるパルスと反射されるパルスは
モニタされる。この目的ためにオシロスコープ１１が用
いられる。伝送されるパルスＰｔ及び反射されるパルス
Ｐｒはモニタされるだけでなく、その強度が測定され、
その測定された強度は線ＴＬの全インピーダンスの値に
変換される。この全インピーダンスは下記の数３で表わ
される式で計算される。

【００１３】

【数３】この計算された値は例えばデジタル読出し１３
上に表示されてよい。

【００１４】図２及び図３を参照する。図２は、均一に
５０オームである伝送線について時間領域反射測定をし
た場合の結果がどのように見えるかをグラフ化して表わ
したものである。横軸は線に沿った長さを表わし、縦軸
はｒｈｏ（ｔ）を示す。ここに示されているように、Ｌ
＝０に於て、ｒｈｏの値が実際の線インピーダンスに対
応する。長さが増加するにつれて、ｒｈｏの値は次第に
増加する。均一な伝送線の場合では、ｒｈｏの値は破線
によって示されている如く、グラフを水平に横切るよう
に延在するべきものである。全ての点に於けるこれらの
二つの差異は「ドリブル・アップ」効果の結果である。図３に於て、グラフの横軸は長さを示し、縦軸は測定さ
れた線インピーダンスＺ（ｔ）を示す。このグラフに於
ても、均一に５０オームを有する線についての「ドリブ
ル・アップ」効果が示されている。それ故正確な線イン
ピーダンス値を得るためには、「ドリブル・アップ」効
果についてＺ（ｔ）を修正することが重要である。

【００１５】既に述べた通り、「ドリブル・アップ」は
伝送線に於て高周波の表面効果による損失の結果として
生ずると考えられていた。しかしながらそのようなこと
はない。むしろ、この効果は伝送線のループ抵抗の結果
によってのみ生ずるということが示されている。この値
は上述の如く決定され、測定された伝送線インピーダン
スを修正するのに用いることができる。修正された伝送
線インピーダンスは下記の数４に表される式に従って計
算される。

【００１６】

【数４】従って、真の伝送線インピーダンスが直流ルー
プ抵抗の関数として計算される。更に、線の長さと、伝
送線の端の近くで測定されたインピーダンスと、パルス
から線の端までパルスが伝播する時間と、パルスの伝播
速度とが、修正された伝播速度を決定する際に考慮され
る。装置のパラメータがＡ＝１となるように選択された
時、数４の方程式は下記の数５で表わされる如く簡単に
することができる。

【００１７】

【数５】図４を参照すると、そこに示されているグラフ
は伝送線の真の伝送線のインピーダンスを示す。そのグ
ラフの線は実質的に水平線であり、これは長さ方向に均
一な伝送線について予測されるものである。またこの修
正されたインピーダンス値は検査装置１のデジタル表示
１５の上に表示される。

【００１８】本発明による測定されたインピーダンスを
「ドリブル・アップ」について修正することに於ける効
果を更によく理解するために、下記の表１及び表２に於
て典型的な型の同軸ケーブル及びより二線式ケーブルに
ついての測定されたインピーダンスと修正されたインピ
ーダンスを示す。この表に於て、「ドリブル・アップ」
効果は修正されたインピーダンス値に対する測定された
インピーダンス値に於ける百分率で表わされる。

【００１９】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表
　　　　１　　ＲＧ／５８、ＭＩＬ　　Ｃ１７　　同軸
ケーブル、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　５０オームＺ、４６メートル（ｍ）長
　　　　長さ（ｍ）　　　　測定された　　　　　　　
　　　修正された　　　　　　　　誤差％　　　　　　
　　　　　　　　　　インピーダンス値　　　　インピ
ーダンス値　　　　　　　５．０　　　　　　　　　　
　５３．１５＊　　　　　　　　　　　　　　４８．３
２＊　　　　　　　　　　１０．０　　　　　　　１０
．０　　　　　　　　　　　５４．８２　　　　　　　
　　　　　　　　４８．５２　　　　　　　　　　　１
１．３　　　　　　　１５．０　　　　　　　　　　　
５８．２９　　　　　　　　　　　　　　　５０．２７
　　　　　　　　　　　１６．０　　　　　　　２０．
０　　　　　　　　　　　５８．２９　　　　　　　　
　　　　　　　４９．００　　　　　　　　　　　１９
．０　　　　　　　２５．０　　　　　　　　　　　５
８．２９　　　　　　　　　　　　　　　４９．４１　
　　　　　　　　　　１８．０　　　　　　　３０．０
　　　　　　　　　　　６０．１０　　　　　　　　　
　　　　　　５０．７６　　　　　　　　　　　１８．
４　　　　　　　３５．０　　　　　　　　　　　５６
．５３　　　　　　　　　　　　　　　４７．５６　　
　　　　　　　　　１８．９　　　　　　　４０．０　
　　　　　　　　　　５８．２９　　　　　　　　　　
　　　　　４８．８５　　　　　　　　　　　１９．３
　　　　　　　４５．０　　　　　　　　　　　５４．
８２　　　　　　　　　　　　　　　４５．７７　　　
　　　　　　　　１９．８　＊これらの欄内データは小数点以下３桁を四捨五入した
。

【００２０】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表
　　　　２　　ＩＢＭ　　ＴＹＰＥ　　Ｉ　　より二線
式、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１５０オームＺ、１００メートル（ｍ）
長　　　　長さ（ｍ）　　　　測定された　　　　　　
　　　　修正された　　　　　　　　誤差％　　　　　
　　　　　　　　　　　インピーダンス値　　　　イン
ピーダンス値　　　　　　１０．６５　　　　　　　　
　１６４．８７＊　　　　　　　　　　　　　１５２．
３７＊　　　　　　　　　　　８．２　　　　　　　２
１．３０　　　　　　　　　１６８．８３　　　　　　
　　　　　　　　１４７．４１　　　　　　　　　　　
１４．５　　　　　　　３１．９５　　　　　　　　　
１７２．８５　　　　　　　　　　　　　　１４９．２
２　　　　　　　　　　　１５．８　　　　　　　４０
．４７　　　　　　　　　１７２．８５　　　　　　　
　　　　　　　１４７．８８　　　　　　　　　　　１
６．９　　　　　　　５１．１２　　　　　　　　　１
７６．９４　　　　　　　　　　　　　　１４９．７０
　　　　　　　　　　　１８．２　　　　　　　５９．
６４　　　　　　　　　１８１．１０　　　　　　　　
　　　　　　１５１．８７　　　　　　　　　　　１９
．２　　　　　　　７０．２９　　　　　　　　　１８
５．３３　　　　　　　　　　　　　　１５３．７３　
　　　　　　　　　　２０．６　　　　　　　８０．９
４　　　　　　　　　１８５．３３　　　　　　　　　
　　　　　１５２．０７　　　　　　　　　　　２１．
９　　　　　　　８９．４６　　　　　　　　　１８５
．３３　　　　　　　　　　　　　　１５０．７８　　
　　　　　　　　　２２．９　　　　　　１００．１１
　　　　　　　　　１８９．６４　　　　　　　　　　
　　　　１５２．６５　　　　　　　　　　　２４．２
　＊これらの欄内データは小数点以下３桁を四捨五入した
。

【００２１】これらの表を見て明らかな如く、「ドリブ
ル・アップ」効果による測定されたインピーダンス値と
修正されたインピーダンス値の間の差は無視できないほ
ど大きいものであると言えるであろう。測定された伝送
線の幾つかに於ては、その差は４０％に及んだ。本発明
の方法を使うことにより、伝送線のインピーダンスのよ
り正確な測定ができることとなる。更に本発明の方法は
、測定が種々の装置を使うことによってなされるか或い
は単一の検査装置１によってなされるかに拘らず、簡単
に使うことのできるアルゴリズムを採用する。本発明の
方法を使うことによって、重大な欠陥を有する伝送線或
いは伝送ケーブルを取替えられるように、これらの欠陥
を有する線をより簡単に見つけ出すことができる。もし
そうしなければ、「ドリブル・アップ」効果が悪いケー
ブル即ちそれによって伝送される情報について有害な結
果をもたらすケーブルを隠してしまうことになるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】伝送線のインピーダンスの時間領域反射測定を
実行するために必要な測定機構の略図。

【図２】５０オームの伝送線についての実際の時間領域
反射測定の結果を表わすグラフ図。

【図３】「ドリブル・アップ」効果について修正してい
ない伝送線についての計算されたインピーダンス、即ち
、測定されたインピーダンスを示すグラフ図。

【図４】「ドリブル・アップ」効果について修正した真
の伝送線インピーダンス、即ち、修正されたインピーダ
ンスを示すグラフ図。

【符号の説明】

ＴＬ…測定される伝送線或いはケーブルＬ…伝送線ＴＬ
の長さＥ１…検査装置１に取付けられる側の伝送線ＴＬの端Ｅ
２…伝送線ＴＬの装置１に取付けられない側の端Ｐｔ…
検査装置１から伝送されるパルスの波形Ｐｒ…伝送線Ｔ
Ｌの端Ｅ２で反射されたパルスの波形１…検査装置２…コネクタ３…終端５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…検査される伝送線の型を選択
するスイッチ７…コントロールスイッチ９…パルスの発生を始めるスイッチ１１…オシロスコープ１３…測定されたインピーダンスを表示するデジタル読
出し１５…修正されたインピーダンスを表示するデジタル表
示

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伝送線のインピーダンスを測定する方法で
あって、伝送線の長さ及び直流ループ抵抗を測定するこ
とと、前記伝送線に伝送されるパルスであって該パルス
がそのパルス源から前記伝送線の末端まで伝播し反射さ
れて前記パルス源まで戻ってくるのに必要な時間より大
きいパルス幅を有するパルスを伝送することと、伝送さ
れたパルス及び反射されたパルスをモニタしそこで読ま
れる示度を全インピーダンスの測定値へ転換することと
、「ドリプル・アップ」効果を前記伝送線内の前記直流
ループ抵抗の関数として該「ドリプル・アップ」効果に
ついて前記全インピーダンスの測定値を修正し、その修
正された測定値を伝送線のインピーダンスの正確な測定
値とすること、とを含む方法。
【請求項２】請求項１に記載された方法であって、伝送
線の末端が短絡されていることを含む方法。
【請求項３】請求項１に記載された方法であって、伝送
線の長さを、該伝送線に沿って前記パルス源からパルス
を伝送し該パルスが伝送線の末端まで伝播し反射されて
前記パルス源へ戻って来るまでの所要時間を測定し、下
記の数１で表される式によって演算することにより測定
する方法。【数１】
【請求項４】請求項３の方法であって、伝送線のループ
抵抗を下記の数２で表される式によって決定する方法。【数２】
【請求項５】請求項４の方法であって、前記パルス源と
前記伝送線の特性インピーダンスの整合をすることを含
む方法。
【請求項６】請求項４の方法であって、前記全インピー
ダンスの測定値を下記の数３によって表される式によっ
て計算する方法。【数３】
【請求項７】請求項６の方法であって、前記修正された
インピーダンスを下記の数４で表される式によって計算
する方法。【数４】
【請求項８】請求項７の方法であって、Ａ＝１として、
前記修正されたインピーダンスが下記の数５で表される
式によって計算される方法。【数５】
【請求項９】請求項１の方法であって、前記全インピー
ダンスの測定値を前記伝送線の長さと前記伝送線の末端
近くで測定されたインピーダンスと前記パルス源から前
記伝送線の末端まで伝播するパルスの所要時間との関数
として修正し、パルス伝播速度を修正されたインピーダ
ンスを決定する際に考慮する方法。