射頻電纜故障定位檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種射頻電纜故障定位檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻電纜是無線電通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中不可缺少的元件，在無線通信與廣播、電視、雷達、導(dǎo)航、計算機及儀表等方面得到了廣泛的應(yīng)用，因此射頻電纜的檢測和維護非常重要。為了能夠準確及時的檢測電纜故障、減小通信電纜故障帶來的損失，越來越多的通信系統(tǒng)要求對射頻電纜進行故障實時監(jiān)測。
[0003]現(xiàn)有的應(yīng)用最廣泛的電纜故障定位檢測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)計方案實現(xiàn)，由激勵信號源、本振信號源、定向耦合器、幅相接收機、數(shù)字處理和CPU控制、顯示等部分組成；激勵信號源產(chǎn)生激勵信號，一路作為參考信號送入R通道表征入射波，另一路經(jīng)定向耦合器傳輸?shù)奖粶y電纜，定向耦合器將被測電纜反射信號分離出來送入A通道。本振信號源與激勵信號源同步產(chǎn)生具有固定頻差的本振信號，進入R通道和A通道的信號與本振信號進行基波混頻，產(chǎn)生固定的中頻信號；由于采用系統(tǒng)鎖相技術(shù)，激勵信號源和本振信號源共用時基，被測網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息被保留在中頻信號中，中頻信號經(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間點和變化幅度。
[0004]但該方法在測量射頻電纜時需要進行校準和誤差修正操作，測量效率低，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時，校準數(shù)據(jù)將失效，必須重新進行校準操作，不能對射頻電纜進行實時監(jiān)測；且測量距離受測量儀器方向性指標限制，無法實現(xiàn)對較長距離電纜的故障定位檢測。

【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裝置。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種射頻電纜故障定位檢測裝置，包括激勵源、功分器、定向耦合器、測量端口、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]激勵源，用于產(chǎn)生線性掃頻信號，并將該線性掃頻信號傳輸至功分器；
[0008]功分器，用于接收激勵源傳來的線性掃頻信號，并將線性掃頻信號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的線性掃頻信號，并將該信號傳輸?shù)綔y量端口 ；同時接收測量端口傳來的反射信號并傳輸?shù)交祛l器；
[0010]測量端口，用于將從定向耦合器接收的線性掃頻信號輸出到被測射頻電纜；同時接收被測射頻電纜傳輸?shù)姆瓷湫盘柌鬏斨炼ㄏ蝰詈掀鳎?br>[0011]混頻器，用于將功分器傳輸?shù)木€性掃頻信號和定向耦合器傳輸?shù)姆瓷湫盘柣祛l得到差頻信號，并將該差頻信號傳輸?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，將接收的差頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸至FPGA處理器；
[0014]FPGA處理器，對接收的數(shù)字信號進行處理，隨后傳輸至CPU ;
[0015]CPU，對接收的數(shù)字信號進行傅里葉變換，得到差頻信號的頻率fIF及功率P IF，根據(jù)得到的頻率和功率計算電纜故障點離測量端口的距離及故障點的駐波比。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述激勵源產(chǎn)生的線性掃頻信號頻率為780MHz?820MHz。
[0017]本發(fā)明還公開了一種使用上述射頻電纜故障定位檢測裝置的射頻電纜故障定位檢測方法，向射頻電纜發(fā)射掃寬AF、掃描時間AT的掃頻信號，隨后接收射頻電纜返回的反射信號，
[0018]將反射信號與掃頻信號進行混頻、濾波放大得到反射信號與掃頻信號之間的差頻信號，將該差頻信號依次通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA計算處理和CPU的傅里葉變換計算處理，得到差頻信號的頻率fIF和功率Pif，根據(jù)公式(I)可計算得到故障點離測量端口的距離d:
[0019]d = fIFX AT/AFX1.5X 18XVp; (I)
[0020]其中，△ F為掃頻信號的掃寬，△ T為掃頻信號的掃描時間，Vp為被測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的功率Pif、反射信號從測試端口到A/D轉(zhuǎn)化模塊前的增益S21，代入公式(2)可以計算測量端口接收的反射信號的實際功率Pin:
[0022]Pin= S21+PIF (2)
[0023]隨后將Pin代入下述公式(3)可計算出故障點的回波損耗RL:
[0024]RL = Pout-Pin+dXloss (3)
[0025]其中，P-為測量端口向被測射頻電纜輸出的線性掃頻信號的功率、loss為被測射頻電纜的單位距離電纜損耗，d為故障點離測量端口的距離。
[0026]本發(fā)明在測量電纜時無需校準操作，提高了測試效率，能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)中的射頻電纜故障進行實時監(jiān)測，同時測量距離明顯提高，降低了通信系統(tǒng)中射頻電纜的安裝和維護成本。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明中射頻電纜故障定位檢測裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖2為本發(fā)明中根據(jù)時域測量數(shù)據(jù)得到的時頻域變化圖；
[0029]圖3為本發(fā)明中使用射頻電纜故障定位檢測裝置進行功率補償定標的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]1、激勵源；2、功分器；3、定向耦合器；
[0031]4、測量端口；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、被測射頻電纜；11、全反射開路器。
【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
[0035]本發(fā)明中射頻電纜故障定位檢測裝置，如圖1所示，包括激勵源1、功分器2、定向耦合器3、測量端口 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]激勵源1，用于產(chǎn)生線性掃頻信號，并將該線性掃頻信號傳輸至功分器2 ;
[0037]功分器2，用于接收激勵源傳來的線性掃頻信號，并將線性掃頻信號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送來的線性掃頻信號，并將該信號傳輸?shù)綔y量端口 4 ;同時接收測量端口 4傳來的反射信號并傳輸?shù)交祛l器5 ；
[0039]測量端口4，用于將從定向耦合器3接收的線性掃頻信號輸出到被測射頻電纜；同時接收被測射頻電纜傳輸?shù)姆瓷湫盘柌鬏斨炼ㄏ蝰詈掀? ;
[0040]混頻器5，用于將功分器2傳輸?shù)木€性掃頻信號和定向耦合器3傳輸?shù)姆瓷湫盘柣祛l得到差頻信號，并將該差頻信號傳輸?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，將接收的差頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸至FPGA處理器8 ;
[0043]FPGA處理器8，對接收的數(shù)字信號進行處理，隨后傳輸至CPU9 ;
[0044]CPU9，對接收的數(shù)字信號進行反傅里葉變換，得到時域測量數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的時域測量數(shù)據(jù)計算電纜故障的相關(guān)參數(shù)。
[0045]上述激勵源產(chǎn)生的線性掃頻信號頻率為780MHz?820MHz。
[0046]本發(fā)明還公開了一種使用上述射頻電纜故障定位檢測裝置的射頻電纜故障定位檢測方法，根據(jù)得到的時域測量數(shù)據(jù)計算得到混頻器5接收的反射信號與線性掃頻信號的瞬時差值fIF，根據(jù)公式(I)可計算得到故障點離測量端口的距離d:
[0047]d = fIFX AT/AFX1.5X 18XVp; (I)
[0048]其中Δ F為掃描寬度，Δ T為掃描時間，Vp為被測射頻電纜的速率因子。
[0049]上述技術(shù)方案中，通過檢測的數(shù)據(jù):A/D轉(zhuǎn)化模塊7接收到的差頻信號的功率PIF、反射信號進入A/D轉(zhuǎn)化模塊7前后的增益S21，帶入公式⑵可以計算測量端口 4接收的反射信號的實際功率Pin:
[0050]Pin= S21+PIF (2)
[0051]隨后將Pin帶入下述公式(3)可計算出故障點的回波損耗RL:
[0052]RL = Pout-Pin+dXloss (3)