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标题: [转帖]四屏蔽电缆屏蔽衰减的分析与研究 [打印本页]
作者: gzchzh 时间: 2004-9-15 23:05
标题: [转帖]四屏蔽电缆屏蔽衰减的分析与研究
摘要：在双向有线电视系统中，为使反向传输正常工作，必须减少汇流噪声。汇流噪声大部分是空间电磁干扰串入反向系统形成的。在双向CATV系统中，电缆是最容易串入干扰的部件之一。为了使反向系统正常工作需要采用屏蔽衰减高的四屏蔽电缆。本文介绍了四屏蔽电缆的两种测量方法、测量四屏蔽电缆的原理和测量中应注意的问题。对国产和进口四屏蔽电缆屏蔽衰减测量结果进行了分析。 1 射频同轴电缆屏蔽衰减的两种测量方法 测量射频同轴电缆屏蔽衰减的方法有两种：泄漏法和渗透法。泄漏法是在同轴电缆内产生强电磁场，由于电缆屏蔽不够好，电缆内、外导体间的强电磁场可通过外导体的缝隙泄漏出来。测量泄漏场强来表征电缆的屏蔽衰减，吸收钳法使用的是泄漏法。渗透法是将被测电缆放在均匀电磁场中，由于电缆的外导体有缝隙，电磁场通过缝隙渗透到电缆内部，测量渗透场强也可表征电缆的屏蔽衰减。随着电磁兼容测量设备的发展，用可以产生均匀横向电磁砀的GTEM室来测量电缆的屏蔽衰减。这种测量方法称为GTEM室法，属于渗透法，比吸收钳法复杂。但GTEM室法测量范围为直流-1GHz，比吸收钳测量范围更宽。从理论上讲，GTEM室可以产生的电磁场强度仅与输入信号功率有关，只要功率放大器足够大，就可产生很高的场强。这使GTEM室测量屏蔽衰减的灵敏度大大提高，是一种适合测四屏蔽电缆的较高屏蔽衰减的测量方法。 2 为什么要用GTEM室法代替吸收钳法来测量四屏蔽电缆呢？ 射频同轴电缆屏蔽衰减的测量，由于受测量设备的限制，吸引钳法是最传统的测量方法。这种测量方法设备简单，使用方便，但灵敏度低，通常测量范围在100dB以下。并且，测量频率范围被限制在30MHz以上。 随着CATV系统双向传输和多功能运用的发展，出现了四屏蔽电缆，四屏蔽电缆屏蔽衰减更高，一般可达100dB以上，再用吸收钳法测量，已不能准确测量四屏蔽电缆的屏蔽衰减（因已超过一般吸收钳的最高测量范围）。特别是双向HFC网，反向传输频率范围为（5-65）MHz，必须测量5MHz频率点的屏蔽衰减。这已超出了吸收钳的工作范围，显然，吸收钳法已不能适应四屏蔽电缆屏蔽衰减测量的需要，应用GTEM室法来代替。 3 GTEM室法测量四屏蔽电缆的屏蔽衰减测量原理和测量中应注意的问题 GTEM小室是根据同轴及非对称矩形传输线原理设计的。为避免内部电磁波的反射及产生高阶模式和谐振，将其设计成尖劈形。输入端采用N型同轴接头，尔后渐变至非对称矩形传输线，以减少因结构突变引起的电波反射。为使其达到良好的阻抗匹配并获得较大的均匀场区，选取并调测合适的角度、芯板高度和宽度。为使球面TEM波从输入端到负载良好传输，并具有良好的高低频特性，终端采用电阻式匹配网络与吸收材料共同组成复合负载。GTEM小室的外观为四棱锥状屏蔽箱。最左边为带N型插座的法兰盘，射频信号从此馈入。侧面有一扇门，可放入或取出被测部件。屏蔽箱底面有电缆插座，可将被测部件内渗透进去的电磁信号引出，以便测量。屏蔽箱底面还有经过滤波的220V交流电源，以便给被测有源器件供电。 GTEM小室内电磁场分布。实线为实测的电场强度变化1dB、2dB和3dB的等强度线（从内向外）。而虚线表示电场强度变化1db和2dB的均匀区。 （1）GTEM室测量屏蔽衰减的基本原理 射频信号发生器经功率放大以后，馈送到GTEM室输入端口，在GTEM室内激励起均匀电磁场。将四屏蔽电缆截下30cm长一段，两边作好压接的F型电缆插头。将此电缆一头用屏蔽良好的75Ω负载电阻终结，另一头接到GTEM室中电缆插头上，并保持电缆垂直（与电场平行）。由于，四屏蔽电缆外导体仍有很细小缝隙，GTEM室的强场会渗透到电缆内部。 渗透到电缆内部的微弱信号经前置放大器放大后，由频谱分析仪显示出来。 GTEM室测量四屏蔽电缆屏蔽衰减的基本原理如下： 30cm长的四屏蔽电缆做上压接式F头以后，电缆有效长度只剩下25cm。25cm长的导体在GTEM室内均匀电磁场中产生的感生电平为电场强度乘以导体长度。四屏蔽电缆外导体有细小缝隙（屏蔽不良），GTEM室内强的电磁场会渗透到电缆内也会产生渗透感生电平，此电平很微弱需经低噪声高增益的前置放大器放大之后，在频谱分析仪上才能显示出来。频谱分析仪上显示的电平减去前置放大器的增益就得到了四屏蔽电缆内渗透感生电平的大小。25cm长导体在GTEM室的均匀电磁场中产生的感生电平减去四屏蔽电缆内渗透感生电平，就得到四屏蔽电缆的屏蔽衰减。 &
作者: eie1992 时间: 2004-9-16 21:39
标题: re:楼主 能介绍一下文章来源吗？没...
楼主 能介绍一下文章来源吗？没有图，看不大明白。
作者: xmznt 时间: 2004-9-16 21:51
标题: re:请一楼楼主回答二楼的提问,谢谢!
请一楼楼主回答二楼的提问,谢谢!
作者: gzchzh 时间: 2004-9-16 23:02
标题: re:原本就没有图的！！本人也是看了不太清...
原本就没有图的！！本人也是看了不太清楚，所以转过来让大家探讨嘛！！不好意思啊，各位大虾！！！
作者: eie1992 时间: 2004-9-17 01:15
标题: re:原文所说测量的核心依据（推测）是：“电缆...
原文所说测量的核心依据（推测）是：“电缆内、外导体间的强电磁场可通过外导体的缝隙泄漏出来”，“渗透法是将被测电缆放在均匀电磁场中，由于电缆的外导体有缝隙，电磁场通过缝隙渗透到电缆内部”.................................本人对作者这个依据（推测）有以下质疑:1)四屏蔽电缆有两层编织网和两层铝箔组成的一个电气屏蔽层。要说编织网有缝隙，那铝箔也有缝隙吗？2）同轴电缆，又叫同轴波导，属于腔体型传输线，电磁场只在内外导体之间，以横电磁波（TEM）传播，其编织网密度（缝隙），远远少于波长；完全可以等效于一个“面导体”，它没有切断外导体内层上的“壁电流”，也就不会产生辐射和泄露，地铁中是用的泄露电缆是要专门设计，需要有和波长可比拟的开槽，开槽要切断外导体内层上的“壁电流”，才能形成有效辐射的。编织网的缝隙，不符合这个条件，怎么会产生辐射呢？3）从另一方面看，“电缆放在均匀电磁场中，由于电缆的外导体有缝隙，电磁场通过缝隙渗透到电缆内部”。电缆具备了传输电磁波的必要条件，但外部电磁场要进入电缆内部传输，还必须有一个“有效的激励条件”，才能实现，这个缝隙是属于电耦合激励，还是磁耦合激励呢？找不出任何“有效的激励条件”来。不能拿“水桶缝隙漏水”的生活常识来理解这种电磁场关系；4）许多人都见过网状抛物面天线（大锅），用在4000MHz,波长只有7.5cm,网眼最大尺寸有7、8毫米（1/10波长），仍具有极高的电磁波反射率，它漏风漏雨但不漏电磁波，这就是一个例证。电缆编织网的缝隙尺寸，只有几百到几千分之一波长，完全等效成一个面导体；5）我认为，同轴电缆这个缝隙泄露理论假设，值得怀疑，没有理论和实践的支持，难以相信。6） 据我了解和分析，因为在同轴传输中，发现有外界干扰，便假设是缝隙泄露，于是就增加上一层“密不透风”的铝箔，但实践发现还有干扰，于是猜想可能是屏蔽层“太薄”，少于电磁波的“穿透深度”，于是再加一层铝箔和一层编织网，形成现在的四屏蔽电缆。但是还是有干扰。只是干扰弱了一些。四屏蔽电缆既没有缝隙，厚度又远远大于“穿透深度”，实践证明还有干扰，这不是从实践上对缝隙渗透理论的一个有力的否定吗？愿与大家共同探讨。
作者: gzchzh 时间: 2004-9-21 01:48
标题: re:谢谢！！上楼的点评！！！给我的提示很深！...
谢谢！！上楼的点评！！！给我的提示很深！！！！
作者: 犁叟 时间: 2004-9-21 07:21
标题: re:我只反问一句，同样的高频头、同样...
我只反问一句，同样的高频头、同样的馈线、同样的接收机，为什么网状天线的过面要比板状锅的反射面积要大，才具有基本等同的接收效果？
作者: eie1992 时间: 2004-9-21 09:38
标题: re:这是因为网状天线抛物面成型精度，不可能做...
这是因为网状天线抛物面成型精度，不可能做的像板状天线那么高，降低了抛物面反射效率，使天线增益降低，不是网子漏掉电磁波引起的。天线增益和口径平方成正比，所以把口径做的大一点，弥补效率损失，以网代板还能有效减少凤负荷，降低天线强度要求，使总造价可以有效降低。
作者: 犁叟 时间: 2004-9-21 23:44
标题: re:呵呵~~我在问你两个问题~~~~~...
呵呵~~我在问你两个问题~~~~~ 1：菊花瓣式拼接的抛物面反射天线为什么也和一次压模成型的抛物面反射天线面积上差不多？为什么广播事业等接收单位的楼顶或群楼顶尽可能用一次压模成型的抛物面反射天线？ 2：不知道先生玩无线电吗？耳机线有一种如同纱包线方式的屏蔽方式，只是没有将屏蔽层编织成网装，但也就信号线包裹了~~~~使用使为什么容易感应到一些讨厌外来干扰，同一副耳机，换了屏蔽线就好多了~~~` 如果先生是音响发烧友，就看看一些国外线材对屏蔽层的介绍和观点~~~~ 既然有屏蔽接地等措施，为什么外部的信号也能够感应进来，那内部的信号就不能够感应后辐射出去吗？以前在火车上收收音机比较困难，车厢是个铁盒子屏蔽了，现在我的一台多波段的在火车上听的不错啊~~~~~~~先生一定也在火车上接过手提行动电话吧~~~~~你可不要告诉我，铁轨没有接地啊，电气火车是怎么跑起来的？ 所以没有完全的、绝对的屏蔽！理论还是结合实际好~~~~~
作者: eie1992 时间: 2004-9-22 08:47
标题: re:回犁叟：我尽量离主题近一些。1）...
回犁叟：我尽量离主题近一些。1） 抛物面天线问题：一次成型天线不仅成型精度高，而且在工程安装和使用过程中“保型性能也高”，容易保证高增益特性。而多瓣拼接板状天线，尽管设计和测试也能做的较高，但在工程中“保型性能”不易保证；网状天线的“保型性能”更差一些，所以要加大口径来弥补效率损失；2） 关于有屏蔽的电缆在强电磁环境下仍然会有干扰问题，这是客观事实。问题是对这一现象的产生原理和机制的认识和解释。“缝隙泄漏”就是目前占主流地位的认识和解释。不知你是否也同意这个观点；3） 你的一句话说得好：“理论还是结合实际好”。我在本帖5楼提出的质疑，就是觉得“缝隙泄漏”论，从理论上和实践上，都有很多自相矛盾的问题存在。4） 我是抱着共同探讨的态度来谈这个问题的，探讨“缝隙泄漏”论是否合乎实际，是否真有道理。所以在这里也很想听听你的看法。
作者: 犁叟 时间: 2004-9-22 18:45
标题: re:EIE先生，时间关系，匆笔~~~~...
EIE先生，时间关系，匆笔~~~~ 关于“缝隙泄露”我是这样看的，有存在的条件，1：工艺 比如，线材的工艺，屏蔽层采用的工艺，正如我提到的劣质耳机线一样，2：屏蔽层结构上与使用频率不当 一般来说，频率越高，电磁辐射能力越强，辐射的穿透方式也不同，长波主要是以地表波传递，短波主要是空间电离层传递~~~对于不同的频率段使用的屏蔽方式上也有一定的针对性~~~~也就有了多层屏蔽方式~~~~~ 我的另一种认识，仅个人观点，愿与EIE先生探讨 可以将屏蔽电缆看成----等效成一个电容，信号芯接一个电容极，屏蔽层接电容的另一个极，电容的介质就是我们的电缆内层隔离体~~~~~~ 高频信号也就容易在这两极间形成一个旁路的回路，也就是高频具有的微带传输，不需要物理连接，接收体靠近发射体就通了，以无线的能量方式传递~~~ 当然由于的频率上的差异，绝缘的芯材和结构形式也有不同，改变了介质常数，也就改变了单位长度上的电容值，改变了电缆的电气特性，而适用到不同的频率范围，比如有低发泡芯、高发泡芯、藕状芯、实芯等~~~~ 由于该等效电容的存在，就容易耦合到相应的干扰频率了，也就是容易谐振的频率引入后，而又在使用频率范围内，干扰就要严重些~~ 当然其他的频率波也能够引入~~~~ 同样也能够将内部信号，通过这个等效电容传递到外层屏蔽层，再由外层屏蔽层辐射出去~~~~同理，外部的干扰频率也可以通过这样途径进来~~~~ 理论上，屏蔽层接地，外来干扰和对外辐射都被旁路到地，但线路上都有电阻，不为零，就会形成电势~~~~~这样就形成了，辐射和干扰~~ 当然，还有其他方式的耦合感应了，比如平行导线间的相互电磁作用等~~~~
作者: eie1992 时间: 2004-9-22 19:29
标题: re:谢谢楼上，我会积极参与探讨，现在正忙，对...
谢谢楼上，我会积极参与探讨，现在正忙，对不起。希望楼主和更多的网友也能参加，大家一起探讨，抱着共同追求真理的态度和精神。
作者: eie1992 时间: 2004-9-23 08:33
标题: re:1） 同轴电缆不同于一般电磁线，它的传输...
1） 同轴电缆不同于一般电磁线，它的传输原理都是在电磁场和微波技术里介绍，其内部的电磁场结构属于“束缚场”，即电磁场只能被束缚在内外导体之间存在和沿纵向传播，高频电流也只能在内导体的外表面和外导体（屏蔽层）的内表面存在。电磁能量只能存在于这两个表面层之间的绝缘空间里，“趋肤效应”使芯线的内部没有高频电流也没有电磁场存在，同样，在有一定厚度的屏蔽层的内表面以外的导体里，也没有电流、没有电磁场存在，更不用说屏蔽层以外的空间里了。2） 如果说“缝隙泄露”辐射要存在，就必须有符合电磁辐射条件的结构，有切断壁电流的结构，有对外开放的电磁辐射环境条件，但到目前为止，还没有见到有人在同轴电缆上找到这种结构和环境条件；3） 微波电磁场所以难学，是因为它的许多现象，用一般的生活常识难以理解，它完全是一种“陌生的概念和现象”。如用水管原理来理解，管壁的缝隙可以漏水，管子端口完全敞开更有利于水的流出。但这里不同，当缝隙远远少于波长时，电流只沿着（编织网的）导体走,不会被缝隙切断，也就不会产生辐射。同样如果电缆端口开路，电磁波反而会有一大部分被反射回来。4） 地电位干扰形成分析比较符合实际，由于电缆两端接大地，地电位差会在屏蔽层纵向电阻上与“地电阻”产生分压，形成“干扰电势”，这个“干扰电势”便与内外导体和两端的匹配负载（75欧姆）形成回路，在终端负载上产生干扰电压；不妨设想一下：如果屏蔽层是“超导体”，纵向电阻是零，我想地电位干扰应该不会产生吧？！这个例子应该给我们探讨干扰产生原理一个很好的启示吧。
作者: gzchzh 时间: 2004-9-24 18:03
标题: re:好，太好了！！！！！各位大哥，你好利害哦...
好，太好了！！！！！各位大哥，你好利害哦！！看了你的深入的讲解，让小弟也想起在485总线布线中，一定要接信号地的好处！但是具体的作用是什么呢！！你们可以给小弟点明啊！！！！谢谢了！！！
作者: eie1992 时间: 2004-9-26 08:49
标题: re:引一段论述工参考：............
引一段论述工参考：..................RS-422与RS-485的接地问题 电子系统接地是很重要的，但常常被忽视。接地处理不当往往会导致电子系统不能稳定工作甚至危及系统安全。RS-422与RS-485传输网络的接地同样也是很重要的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下，连接RS-422、RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有下面二个原因： 1．共模干扰问题：正如前文已述，RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，如RS-422共模电压范围为-7～+7V，而RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。以图11为例，当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD。那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-422与RS-485标准均规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。 2．（EMI）问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。 由于上述原因，RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-422或RS-485网络，必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线），或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法。 值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。当共模干扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。笔者认为，可以采取以下三种措施： （1） 如果干扰源内阻不是非常小，可以在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高，但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信。 （2） 采用浮地技术，隔断接地环路。这是较常用也是十分有效的一种方法，当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的工作环境的现场设备）浮置起来（也就是系统的电路地与机壳或大地隔离），这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流。 （3） 采用隔离接口。有些情况下，出于安全或其它方面的考虑，电路地必须与机壳或大地相连，不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接地回路，但是仍然应该有一条地线将隔离侧的公共端与其它接口的工作地相连。参见图12。 
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作者: gzchzh 时间: 2004-9-27 19:00
标题: re:谢谢，收到！！！
谢谢，收到！！！
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