T-SMA 0047-2024 軌道交通高壓屏蔽線纜及連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測試方法

CCS29.020T/SMA上海市計量協(xié)會發(fā)布IT/SMA0047-2024 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4三同軸法測量高壓屏蔽線纜的表面轉(zhuǎn)移阻抗 5管中管法測量高壓屏蔽連接器或者屏蔽線纜組件轉(zhuǎn)移阻抗 6測試報告 附錄A（規(guī)范性）阻抗匹配器 附錄B（資料性）不同負(fù)載條件對截止頻率的影響 附錄C（資料性）散射參數(shù)S21與表面轉(zhuǎn)移阻抗ZT的轉(zhuǎn)換 30附錄D（資料性）表面轉(zhuǎn)移阻抗的推薦限值與等級 T/SMA0047-2024本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由上海市計量協(xié)會電磁兼容專業(yè)委員會提出。本文件由上海市計量協(xié)會歸口。本文件起草單位：上海凌世電磁技術(shù)有限公司、上海市計量測試技術(shù)研究院、中車奇宏散熱技術(shù)有限公司、特靈頓（上海）檢測認(rèn)證服務(wù)有限公司、奧爾托射頻科技（上海）有限公司、蘇州信科檢測技術(shù)有限公司、上海三菱電梯有限公司、南京納特通信電子有限公司、上海欣項電子科技有限公司、上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院。本文件主要起草人：楊潤澤、馬士平、趙大勇、田禾箐、楊天礬、周益華、黃敏昌、王繹維、葉東輝、賈孟軍、金善益、樂玉平、陳倩、姜世玲。本文件2024年8月首次發(fā)布。T/SMA0047-2024軌道交通高壓屏蔽線纜及連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測試方法本文件規(guī)定了軌道交通高壓屏蔽線纜及連接器的屏蔽效能測試程序和技術(shù)方法，測試頻率范圍為9kHz~30MHz（可根據(jù)被測線纜長度和測試裝置進行擴展）。本文件規(guī)定的測試方法適用于GB/T2900.36-2021中定義的所有類型的車輛，如高速列車、機車、客車、地鐵、輕軌車輛、有軌電車和中低速磁懸浮列車等。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。T-CSAE189-2021電動汽車高壓屏蔽線纜及連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測試方法IEC62153-4-1金屬通信線纜試驗方法第4-1部分：電磁兼容電磁屏蔽測量的介紹（Metalliccommunicationcabletestmethods—Part4-1:Electromagneticcompatibility(EMC)—Introductiontoelectromagneticscreeningmeasurements）IEC62153-4-3金屬通信線纜試驗方法第4-3部分：電磁兼容表面轉(zhuǎn)移阻抗三同軸法（Metalliccommunicationcabletestmethods—Part4-3:Electromagneticcompatibility(EMC)—Surfacetransferimpedance—Triaxialmethod）IEC62153-4-7金屬線纜和其他無源器件試驗方法第4-7部分：電磁兼容轉(zhuǎn)移阻抗、屏蔽、耦合衰減管中管法（Metalliccableandotherpassivecomponentstestmethods—Part4-7:Electromagneticcompatibility(EMC)—TestmethodformeasuringoftransferimpedanceZTandscreeningattenuationasorcouplingattenuationacofconnectorsandassemblies—Triaxialtubeintubemethod）IEC62153-4-15金屬線纜和其他無源器件試驗方法第4-15部分：電磁兼容轉(zhuǎn)移阻抗、屏蔽、耦合衰減三同軸室法（Metalliccablesandotherpassivecomponentstestmethods—Part4-15:Electromagneticcompatibility(EMC)—Testmethodformeasuringtransferimpedanceandscreeningattenuation)—orcouplingattenuationwithtriaxialcell）cables—Part1:Genericspecification—General,definitionandrequirements）3術(shù)語和定義GB/T4365—2003界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。2T/SMA0047-20243.1內(nèi)回路（Innercircuit）由線纜屏蔽層和內(nèi)導(dǎo)體組成。3.2外回路（Outercircuit）由線纜屏蔽層和測試管的內(nèi)表面組成。3.3表面轉(zhuǎn)移阻抗（Surfacetransferimpedance）外回路（由測試管和屏蔽層構(gòu)成）單位長度感應(yīng)的縱向感應(yīng)電壓與內(nèi)回路饋入的電流之比，反之亦然。ZT=……………………其中：Z1,Z2——分別為內(nèi)回路和外回路的特征阻抗；I1——內(nèi)回路的電流(下角標(biāo)：n：近端，f：遠(yuǎn)端)；L——線纜長度，特指被測屏蔽層長度；λ——自由空間中的波長。zr——表面轉(zhuǎn)移阻抗。圖1ZT定義3.4耦合長度（Couplinglength）測試管中的線纜長度。3.5截止頻率（Cut-offfrequency）3T/SMA0047-2024表面轉(zhuǎn)移阻抗可測試的上限頻率。4三同軸法測量高壓屏蔽線纜的表面轉(zhuǎn)移阻抗4.1概述測試應(yīng)在（23±3℃)環(huán)境下進行。測試時周邊電磁環(huán)境不應(yīng)影響測試結(jié)果。該測試方法通過三同軸試驗裝置測量高壓屏蔽線纜表面轉(zhuǎn)移阻抗。三同軸裝置由被測屏蔽線纜、實心金屬管和匹配負(fù)載組成。被測線纜由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（或信號發(fā)生器）饋電構(gòu)成干擾回路，在外回路（由金屬管和屏蔽層構(gòu)成）的遠(yuǎn)端測量感應(yīng)電壓來確定表面轉(zhuǎn)移阻抗（見圖1）。本文件描述了采用不同負(fù)載條件的測試方法，在對應(yīng)截止頻率以下各方法的測試結(jié)果均有效。4.2測試設(shè)備測試設(shè)備包含以下儀器和部件：a）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（帶S參數(shù)測試功能和時域分析能力如采用信號發(fā)生器和接收機系統(tǒng)，則需要滿足以下要求：1）信號發(fā)生器應(yīng)具有與被測線纜相同的特性阻抗，或采用阻抗匹配器進行阻抗匹配。如果測量非常小的表面轉(zhuǎn)移阻抗，必要時可采用功率放大器。2）接收機帶有校準(zhǔn)的衰減器，并配有低噪聲放大器以測量非常小的轉(zhuǎn)移阻抗。3）信號發(fā)生器和接收機應(yīng)具有相同的系統(tǒng)阻抗。b）三同軸測試管：1）測試管的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和非鐵磁性。2）測試管的壁厚應(yīng)大于1mm。3）測試管不應(yīng)太長，建議為0.5m到1.5m以保證測量表面轉(zhuǎn)移阻抗時有足夠高的截止頻率。c）阻抗匹配器：1）初級阻抗：信號發(fā)生器的標(biāo)稱阻抗2）次級阻抗：被測線纜的特征阻抗3）回波損耗:大于10dB可選設(shè)備：上升時間小于200ps的時域反射計（TDR）或帶時域分析功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。4.3校驗步驟應(yīng)在與測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的相同頻率點上進行校驗，即按照測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的規(guī)定在整個頻率范圍內(nèi)進行對數(shù)掃描。當(dāng)使用帶有S參數(shù)測試功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時，應(yīng)建立完整的雙端口校準(zhǔn)，包括設(shè)備連接線纜。當(dāng)使用單獨的信號發(fā)生器和接收機時，應(yīng)測量連接線纜的插入損耗，并保存校驗數(shù)據(jù)，以便對結(jié)果進行校正。4T/SMA0047-2024acal=20log10=-20log10………………式中：UF,cal——校驗步驟信號發(fā)生器的輸出電壓；UR,cal——校驗步驟接收機的輸入電壓；S21——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。如果采用了放大器，放大器的增益應(yīng)該在上述提到的頻段中進行測試并保存測試數(shù)據(jù)。如果采用阻抗匹配器，阻抗匹配器的衰減值應(yīng)該在上述提到的頻段進行測試并保存數(shù)據(jù)。（關(guān)于阻抗匹配器請參見附錄A）4.4測試樣品4.4.1單芯導(dǎo)體屏蔽線纜如圖2所示準(zhǔn)備單芯導(dǎo)體屏蔽線纜，線纜內(nèi)導(dǎo)體和屏蔽層構(gòu)成準(zhǔn)同軸系統(tǒng)。測試樣品長度不應(yīng)超過耦合長度的150%。圖2測試樣品（單芯導(dǎo)體屏蔽線纜）單芯導(dǎo)體屏蔽線纜的一端匹配一個良好屏蔽的電阻R1，R1的值取決于測試方法，即短路或者等于內(nèi)回路的特征阻抗Z1。R1的標(biāo)稱電阻值與Z1的誤差應(yīng)小于10%。如果內(nèi)回路特征阻抗Z1未知，可以通過TDR功能進行測試或者采用如下公式進行計算：…………式中：εr——線纜相對介電常數(shù)D——屏蔽層內(nèi)徑d——內(nèi)導(dǎo)體外徑被測線纜另一端準(zhǔn)備一個連接器用于連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或者信號發(fā)生器，所有的連接應(yīng)保證直流接觸電阻不影響最終的表面轉(zhuǎn)移阻抗測量結(jié)果，直流接觸電阻應(yīng)小于2mΩ。5T/SMA0047-2024測試樣品應(yīng)放置在測試裝置中，測試裝置是一個三同軸形式的裝置。線纜屏蔽層同時構(gòu)成了內(nèi)回路的外導(dǎo)體和外回路的內(nèi)導(dǎo)體。外回路的外導(dǎo)體是一個測量管，測量管在近端與線纜屏蔽層短路。圖3測試管的搭接示意圖R2是阻尼電阻，它影響測試截止頻率上限（具體參加附錄B）。R2值取決于測試方法，即短路模式下R2等于0Ω;在阻抗匹配模式下，R2等于外回路特征阻抗的函數(shù)。為了獲得最大的截止頻率，R2的值可以通過以下公式計算：……………(4)……………(4)式中：d——線纜屏蔽層的外徑；εr1——內(nèi)回路的相對介電常數(shù)；εr2——外回路的相對介電常數(shù)。4.4.2多芯導(dǎo)體屏蔽線纜多芯導(dǎo)體屏蔽線纜也被視為準(zhǔn)同軸系統(tǒng)。因此，所有芯線的兩端分別連接在一起，所有芯線的屏蔽層應(yīng)在兩端連接在一起，如圖4所示。測試樣品長度不應(yīng)超過耦合長度的150%。圖4測試樣品（多芯導(dǎo)體屏蔽線纜）6T/SMA0047-20244.5測試布置4.5.1概述三同軸法測量表面轉(zhuǎn)移阻抗有三種不同負(fù)載匹配的方法，所有方法在其截止頻率以下的測量結(jié)果都是相同的。方法A：內(nèi)回路匹配且外回路有阻尼電阻在方法A中，內(nèi)回路端接一個匹配的終端（負(fù)載）電阻（R1=Z1），在外回路近端測試管與線纜屏蔽層短路，在外回路遠(yuǎn)端通過阻尼電阻連接到接收端。如果內(nèi)回路的特性阻抗與信號發(fā)生器阻抗不同，則使用匹配電路進行阻抗匹配。該方法的優(yōu)點是具有較高的測試截止頻率，但是阻尼電阻和匹配電路的使用降低了測試動態(tài)范圍。方法B：內(nèi)回路端接終端（負(fù)載）電阻且外回路無阻尼電阻該方法與方法A類似，區(qū)別在于沒有采用匹配電路和阻尼電阻，因此有更高的測試動態(tài)范圍。方法C：（不匹配）-無阻尼電阻短路在方法C中，內(nèi)回路和外回路都在一側(cè)短路，即阻尼電阻和內(nèi)回路終端（負(fù)載）電阻被短路取代，并且不采用匹配電路。這種方法的優(yōu)點在于它適用于測量非常低的表面轉(zhuǎn)移阻抗值。4.5.2測試裝置三個測試裝置原理框圖如圖5所示。被測線纜一端應(yīng)連接到信號發(fā)生器（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）端，測試管輸出端應(yīng)連接到接收端。被測線纜由信號發(fā)生器饋電構(gòu)成干擾回路，在外回路（由測試管和屏蔽層構(gòu)成）遠(yuǎn)端測量感應(yīng)電壓。T/SMA0047-2024ZG——信號發(fā)生器阻抗；UR——外回路電壓；LC——耦合長度；R2——阻尼電阻；I1——內(nèi)回路中的輸入電流。圖5三同軸法測量屏蔽線纜表面轉(zhuǎn)移阻抗的測試裝置4.5.3測試步驟衰減值ameas應(yīng)在整個測試頻段內(nèi)以對數(shù)掃描方式進行測量并用于計算表面轉(zhuǎn)移阻抗，測試頻點與校準(zhǔn)過程保持一致。measURmeas,a=20log10UF,meas=-20log10(S21)measURmeas,(5)式中：UF,meas——測試步驟提供的電壓；UR,meas——測試步驟接收器處的電壓；S21——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。4.6測試結(jié)果4.6.1表面轉(zhuǎn)移阻抗計算8T/SMA0047-2024測試的衰減值根據(jù)以下公式轉(zhuǎn)換得到表面轉(zhuǎn)移阻抗（具體細(xì)節(jié)請參考附錄C對于測試方法A：………………對于測試方法B：……………對于測試方法C：………………式中：Z0Z1ZTameasacalapadLC——耦合長度；R2——外回路中的阻尼電阻。4.6.2截止頻率截止頻率長度乘積根據(jù)以下公式給出（詳細(xì)過程請參考附錄B對于測試方法A：fcut×LC≈80MHz×m (9)例如耦合長度為1m的被測樣品，對應(yīng)的表面轉(zhuǎn)移阻抗可測試上限頻率為80MHz。對于測試方法B：fcut×LC≈30MHz×m 對于測試方法C：fcut×LC≈25MHz×m 9T/SMA0047-2024式中：fcut——表面轉(zhuǎn)移阻抗可測試上限頻率；LC——耦合長度。5管中管法測量高壓屏蔽連接器或者屏蔽線纜組件轉(zhuǎn)移阻抗5.1概述測試應(yīng)在（23±3℃)環(huán)境下進行。測試時周邊電磁環(huán)境不應(yīng)影響測試結(jié)果。管中管法測試對象為高壓屏蔽連接器或者由屏蔽線纜及連接器組成的屏蔽線纜組件。管中管法是基于三同軸裝置，該裝置由被測樣品（屏蔽連接器或屏蔽線纜組件）、實心金屬管和射頻延伸管組成。如果將射頻延伸管連接到靠近被測連接器的線纜上（見圖7則測量的是連接器與其測試適配器之間以及連接器與連接線纜之間的表面轉(zhuǎn)移阻抗總成。如果不將延伸管連接到線纜上（見圖8），則測量的是連接器與其測試適配器之間、連接器與連接線纜之間以及連接線纜的表面轉(zhuǎn)移阻抗總成。這種測試步驟再現(xiàn)了連接器的實際應(yīng)用場景。沒有連接線纜的單獨連接器測試是毫無意義的。5.2測試設(shè)備測試設(shè)備包含以下儀器和部件：a）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（帶有S參數(shù)測試功能）或滿足以下要求的信號發(fā)生器和接收機系統(tǒng)：1）信號發(fā)生器應(yīng)具有與被測裝置相同的特性阻抗，或采用阻抗匹配器進行阻抗匹配。如果測量非常小的表面轉(zhuǎn)移阻抗，必要時可采用功率放大器。2）接收機帶有校準(zhǔn)的衰減器，并配有低噪聲放大器以測量非常小的轉(zhuǎn)移阻抗。3）信號發(fā)生器和接收機應(yīng)具有相同的系統(tǒng)阻抗。b）三同軸測試管（對于尺寸較大的連接器或線纜組件，可以用三同軸測試室取代三同軸測試管）1）三同軸測試管或三同軸測試室的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和非鐵磁性。2）三同軸測試管或三同軸測試室的壁厚應(yīng)大于1mm。3）三同軸測試管或三同軸測試室不應(yīng)太長，建議為0.5m到1.5m以保證測量表面轉(zhuǎn)移阻抗時有足夠高的測試截止頻率。c）射頻延伸管（管中管）1）射頻延伸管的材料應(yīng)具有非鐵磁性和良好導(dǎo)電性。2）射頻延伸管與三同軸測試管構(gòu)成的回路特性阻抗應(yīng)設(shè)計為50Ω。3）射頻延伸管壁厚應(yīng)大于1mm，使得射頻延伸管的轉(zhuǎn)移阻抗相較于被測樣品的轉(zhuǎn)移阻抗可以忽略不計。d）測試適配器包括兩個匹配部件，以匹配測試中的連接器，如圖6所示。在測試過程中，將兩個被測連接器連接至其測試適配器端。測量中無法分離被測連接器和測試適配器各部分對結(jié)果的影響，也不可能單獨對測試適配器進行校準(zhǔn)。因此，測試報告中應(yīng)標(biāo)注適配器的類型和設(shè)計細(xì)節(jié)。來自不同制造商的不同測試適配器可能導(dǎo)致不同的測試結(jié)果。測試適配器的設(shè)計應(yīng)遵循以下要求：T/SMA0047-20241）測試適配器外殼的材料應(yīng)與實際應(yīng)用中保持一致。例如，如果被測連接器是應(yīng)用在牽引逆變器端口處，那么測試適配器外殼的材料應(yīng)該與牽引逆變器箱體的材料一致。2）測試適配器外殼的厚度應(yīng)大于1mm，其轉(zhuǎn)移阻抗相當(dāng)于被測連接器的轉(zhuǎn)移阻抗才能夠忽略。3）匹配頭以及它與測試適配器外殼的連接應(yīng)該與實際應(yīng)用保持一致。圖6測試適配器可選設(shè)備：上升時間小于200ps的時域反射計（TDR）或帶時域分析功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。5.3測試樣品5.3.1屏蔽連接器當(dāng)測量屏蔽連接器的表面轉(zhuǎn)移阻抗時，測試布置如圖7所示。帶有射頻延伸管的被測裝置應(yīng)置于測試管中。射頻延伸管與測試管應(yīng)在近端短接，連接線纜應(yīng)按照連接器制造商的相關(guān)規(guī)范與被測連接器及其測試適配器進行連接。連接線纜的一端應(yīng)匹配一個良好屏蔽的終端電阻R1，R1的值取決于測試方法，即短路或者等于內(nèi)電路的特征阻抗Z1。連接線纜的另一端應(yīng)穿過射頻延伸管后與信號發(fā)生器（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）連接，這樣連接線纜就會被射頻延伸管屏蔽。在被測裝置一端，連接器線纜的屏蔽層應(yīng)該與射頻延伸管連接并且直流接觸電阻應(yīng)小于2mΩ。在信號發(fā)生器（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）端，連接線纜的屏蔽層與射頻延伸管不進行連接。另外，測試樣品與射頻延伸管之間的距離應(yīng)小于10mm，這樣能夠減小裸露在外的連接線纜的屏蔽層對測試結(jié)果的影響。T/SMA0047-2024圖7測試樣品（屏蔽連接器）5.3.2屏蔽線纜組件當(dāng)測量屏蔽線纜組件的表面轉(zhuǎn)移阻抗時，測試布置如圖8所示。連接線纜不應(yīng)被延伸管屏蔽，這樣測量的結(jié)果就是連接線纜、連接器與其測試適配器之間、連接器與連接線纜之間的表面轉(zhuǎn)移阻抗總成。圖8測試樣品（屏蔽線纜組件）5.4校驗步驟5.4.1測試連接線纜校驗應(yīng)在與測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的相同頻率點上進行校驗，即按照測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的規(guī)定在整個頻率范圍內(nèi)進行對數(shù)掃描。當(dāng)使用帶有S參數(shù)測試功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時，應(yīng)建立完整的雙端口校準(zhǔn)，包括設(shè)備的連接線纜。當(dāng)使用單獨的信號發(fā)生器和接收機時，應(yīng)測量連接線纜的插入損耗，并保存校驗數(shù)據(jù)，以便對結(jié)果進行校正。acal=20log10=-20log10(S21)…………(12)T/SMA0047-2024式中：UF,cal——連接線纜校驗過程中提供的電壓；UR,cal——連接線纜校驗過程中接收器處的電壓；S21——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。如果采用了放大器，放大器的增益應(yīng)該在上述提到的頻段中進行測量并保存測試數(shù)據(jù)。如果采用阻抗匹配器（匹配電路阻抗匹配器的衰減值應(yīng)該在上述提到的頻段進行測量并保存數(shù)據(jù)。（關(guān)于阻抗匹配器請參見附錄A）5.4.2剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗連接線纜與射頻延伸管的連接所產(chǎn)生的阻抗為剩余轉(zhuǎn)移阻抗。當(dāng)僅測量屏蔽連接器的表面轉(zhuǎn)移阻抗時，應(yīng)通過測量確定剩余轉(zhuǎn)移阻抗。如圖9所示，連接線纜通過終端（負(fù)載）電阻R1與其特性阻抗Z1匹配。在沒有測試樣品的條件下，射頻延伸管應(yīng)采用與正式測試中同樣的連接方式與連接線纜的屏蔽層進行連接，射頻延伸管與屏蔽罩之間的線纜長度應(yīng)小于10mm。圖9剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗射頻延伸管與連接線纜的連接帶來的衰減值an如下所示：an=20log10=-20log10(S21)……………(13)式中：UF,cal——剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗過程中提供的電壓；UR,cal——剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗過程中接收器處的電壓；S21——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。衰減值水平應(yīng)該比正式測量值大10dB。射頻延伸管和連接線纜連接帶來的剩余轉(zhuǎn)移阻抗ZTr根據(jù)以下公式得到：ZTr=………………式中：T/SMA0047-2024Z0——系統(tǒng)阻抗(通常為50Ω)。5.5測試布置5.5.1概述三同軸法描述了三種不同的測試方法（見4.5.2測試方法A：內(nèi)回路匹配且外回路有阻尼電阻；測試方法B：內(nèi)回路端接終端（負(fù)載）電阻且外回路無阻尼電阻；測試方法C：（不匹配）-無阻尼電阻短路管中管法同樣有三種不同的測試方法，下面給出的測試方法與三同軸測試方法B一致：內(nèi)回路負(fù)載端匹配，源端不采用匹配電路，外回路無阻尼電阻。5.5.2測試裝置根據(jù)方法B測量轉(zhuǎn)移阻抗的測試裝置如圖10所示。被測設(shè)備應(yīng)連接至信號發(fā)生器（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀），測量管的輸出應(yīng)連接至接收機。被測樣品由信號發(fā)生器（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）饋電并形成干擾電路，在外回路的遠(yuǎn)端測量感應(yīng)電壓。b)屏蔽線纜組件表面轉(zhuǎn)移阻抗測試裝置T/SMA0047-2024Z1——連接線纜的特性阻抗；UR——外回路中的電壓；圖10管中管法測量屏蔽連接器及屏蔽線纜組件表面轉(zhuǎn)移阻抗的測試裝置5.6測試結(jié)果衰減值ameas應(yīng)整個測試頻段內(nèi)以對數(shù)掃描方式進行測量并用于計算轉(zhuǎn)移阻抗，測試頻點與校驗過程保持一致。ameas=20log10=-20log10(S21)……(15)式中：UF,meas——測試過程中提供的電壓；UR,meas——測試過程中接收器處的電壓；S21——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。對于屏蔽連接器，測量的衰減值根據(jù)以下公式轉(zhuǎn)換得到表面轉(zhuǎn)移阻抗：-ZTr……對于屏蔽線纜組件，測量的衰減值根據(jù)以下公式轉(zhuǎn)換得到表面轉(zhuǎn)移阻抗：……式中：ZT——轉(zhuǎn)移阻抗；ZTr——剩余轉(zhuǎn)移阻抗；ameas——測試步驟中測量的衰減值；LC——耦合長度；注1——屏蔽連接器的轉(zhuǎn)移阻抗與長度無關(guān)，因注2——屏蔽線纜組件的轉(zhuǎn)移阻抗與長度有關(guān)，因此轉(zhuǎn)移T/SMA0047-20246測試報告測試報告應(yīng)為本文件要求的一部分。但是報告的細(xì)節(jié)和內(nèi)容應(yīng)由委托方或用戶確定。報告至少應(yīng)包含以下內(nèi)容：a）委托方或用戶名稱；b）測試機構(gòu)名稱；c）測試日期；d）測試設(shè)備信息；e）輔助設(shè)備信息；f）被測樣品信息；g）測試軟件信息；h）測試布置示意圖；i）測試布置照片；j）限值及性能判據(jù)；k）測試結(jié)果；l）測試結(jié)論；m）測試環(huán)境溫度。T/SMA0047-2024附錄A阻抗匹配器A.1阻抗匹配電路的設(shè)計A.1.1概述阻抗匹配電路應(yīng)采用一個串聯(lián)電阻Rs和一個并聯(lián)電阻Rp的雙電阻電路（對于某些阻抗組合，例如50/75，可使用商用適配器）。A.1.2次級阻抗Z2低于初級阻抗Z1如果次級阻抗Z2低于初級阻抗Z1，則使用以下公式：RS=Z1………………配置如圖A.1所示：圖A.1Z2<Z1時阻抗匹配電路的電壓增益km為：………………電路散射參數(shù)S21為：S21=………T/SMA0047-2024A.1.3次級阻抗Z2高于初級阻抗Z1如果次級阻抗Z2高于初級阻抗Z1，則使用以下公式：RS=Z2……………配置如圖B.2所示。圖A.2Z2>Z1時的阻抗匹配電路的電壓增益km為：……………(A.7)電路散射參數(shù)S21為：S21=…………A.2阻抗匹配電路的測量A.2.1概述上述公式A.3）、（A.4）、（A.7）、（A.8用于計算電壓增益和散射參數(shù)，在低頻下計算結(jié)果準(zhǔn)確，然而在更高的頻率下，必須考慮雜散電感和電容。因此，在高頻范圍內(nèi)需要通過測量來確定阻抗適配器的參數(shù)。A.2.2使用兩個相同的阻抗匹配適配器進行測量T/SMA0047-2024在兩個相同的阻抗匹配適配器可用的情況下，例如當(dāng)使用50Ω到75Ω的商用同軸阻抗匹配適配器時，可以通過測量連接在一起的兩個適配器的散射參數(shù)S21來獲得一個適配器的衰減。一個適配器的衰減即為S21測量值的一半。A.2.3使用開路/短路法進行測量通常在使用自制阻抗匹配適配器時，很難構(gòu)建兩個相同的適配器。在這種情況下，可通過開路/短路測量獲得適配器的衰減，即分別在次級側(cè)開路和次級側(cè)短路時，通過測量適配器初級側(cè)的輸入阻抗。阻抗匹配器的衰減可通過以下公式獲得：ZS……………(A.9)Y=α+jβ=arctanhZS……………(A.9)ZOα——阻抗匹配適配器的衰減常數(shù)；β——阻抗匹配適配器的相位常數(shù)（弧度）；ZS——次級側(cè)短路時適配器初級側(cè)的輸入阻抗。T/SMA0047-2024（資料性）不同負(fù)載條件對截止頻率的影響B(tài).1概述第4章中描述了基于三同軸法測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的三種不同測試裝置。它們都基于相同的原理，但使用不同的負(fù)載條件。以下通過理論方法分析不同測試裝置的頻率響應(yīng)及其對截止頻率的影響。B.2等效電路三同軸裝置的等效電路如圖B.1所示.Z1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的特性阻抗;εr1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的介電常數(shù)；β1,2——內(nèi)電路（線纜）的相位常數(shù)，分別為外電路（管）;LC——耦合長度；ZT——轉(zhuǎn)移阻抗；UG——信號發(fā)生器電壓；U2f——外電路遠(yuǎn)端的電壓。圖B.1三同軸裝置的等效電路B.3耦合方程T/SMA0047-2024在外電路近端（線纜屏蔽層和測量管之間）短路的條件下，B.1-B.8給出了在任何負(fù)載條件下內(nèi)電路和外電路之間的耦合計算公式。.ZT.g………….L=2兀.………………………………………式中：Z1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的特性阻抗;εr1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的介電常數(shù)；β1,2——內(nèi)電路（線纜）的相位常數(shù)，分別為外電路（管）;λ1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的波長;L——耦合長度；ZT——轉(zhuǎn)移阻抗；UG——信號發(fā)生器電壓；U2f——外電路遠(yuǎn)端的電壓。系數(shù)g（見方程式B.2）描述了試驗裝置的頻率響應(yīng)。低頻時，λ>>L，系數(shù)g等于1。然而，隨著頻率的增加，系數(shù)開始振蕩，因此測量結(jié)果也隨之振蕩。表面轉(zhuǎn)移阻抗測量截止頻率定義為在無振蕩情況下測量結(jié)果偏離性插值3dB時的頻率。或者換句話說，當(dāng)系數(shù)g>-或者<1/時，對應(yīng)的頻率值。T/SMA0047-2024B.4仿真B.4.1概述以下研究，通過仿真方法說明了表B.1中不同的測試裝置對測試截止頻率的影響。一般來說，截止頻率主要由系數(shù)g的頻率特性決定。表B.1不同參數(shù)設(shè)置w=R1n/Z1r=R1f/Z1v=Z2/R2fn=εr2/εr111 1/210對于方法B和方法C，內(nèi)電路近端的負(fù)載電阻R1n等于信號發(fā)生器內(nèi)對于方法B和方法C，外電路遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻R2f等于接收機內(nèi)阻（一般為50Ω給出了在不同典型絕緣材料（PE、泡沫P,B.4.2方法A的試驗裝置對截止頻率的影響對于第4章規(guī)定的試驗方法A，系數(shù)v=Z2/R2f取決于1/·或/（見第4章公式（3））。以下仿真表明，相對于可測量轉(zhuǎn)移阻抗的最大頻率，該系數(shù)可以保證表面轉(zhuǎn)移阻抗測試截止頻率最大化。圖中不同顏色線對應(yīng)不同的系數(shù)v（v=Z2/R2f）。T/SMA0047-2024仿真參數(shù)εr1εr2n圖B.2g的頻率響應(yīng)的仿真仿真參數(shù)εr1εr2n1.6(solidPE)0.791圖B.3g的頻率響應(yīng)的仿真T/SMA0047-2024εr1εr2n圖B.4g的頻率響應(yīng)的仿真仿真參數(shù)εr1εr2n5(PVC)0.477 圖B.5g的頻率響應(yīng)的仿真當(dāng)系數(shù)v=1/2或v=n（兩者取最小值），則達(dá)到最高測量截止頻率（即最短波長）。在圖B.2和圖B.5中，當(dāng)v=n（=0.659和0.447）達(dá)到最高截止頻率。但在圖B.3和圖B.4中，當(dāng)v=1/時達(dá)到最高截止頻率。圖B.6給出了通過迭代計算得出的3dB截止波長（L/λ1在該截止波長下，系數(shù)g變?yōu)?/·、i2。該圖給出了系數(shù)n=εr2/εr1和不同系數(shù)v=Z2/R2f的函數(shù)。這些曲線近似為線性曲線，可以用直線進行插值。T/SMA0047-2024圖B.6方法A的3dB截止波長（L/λ1）的仿真線性插值方程用于推導(dǎo)截止頻率-長度乘積公式，如表B.2所示。表B.2方法A的截止頻率-長度乘積截止方程 注2——圖B.6中的系數(shù)n=Jεr2/-在εr2=1條件下簡化為n=1/Jεr1。如表B.2所示，即，如果根據(jù)試驗方法A在三同軸裝置中（v=0.71）測量PE絕緣-介電常數(shù)為εr2=2.3的線纜，則截止頻率長度乘積約為80MHz×m。因此，對于0.5m的耦合長度，可測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的最大截止頻率約為160MHz。T/SMA0047-2024圖B.7顯示了實際測量過程中在不同系數(shù)值v條件下衰減歸一化電壓降測量結(jié)果。從表B.2中給出的方程中，可以得到v=3的截止頻率-長度乘積為18MHz×m，v=0.71的截止頻率-長度乘積為80MHz×m。從測量結(jié)果中也可以得到相同結(jié)論。εr1εr2nZ2L圖B.7在方法A的三同軸裝置中絕緣介質(zhì)為固體PE的屏蔽線纜歸一化電壓測量結(jié)果B4.3方法B的試驗裝置對截止頻率的影響。試驗方法B不使用阻尼電阻器，外電路遠(yuǎn)端的負(fù)載阻抗R2f為接收機的內(nèi)阻（一般為50Ω)。因此，系數(shù)v=Z2/R2f僅取決于線纜屏蔽層和測量管的直徑。表B.3測量管內(nèi)徑為65mm時系數(shù)v的典型值Z2Ωv=Z2/R2f線纜屏蔽層的直徑為典型的鐵路車輛屏蔽高壓線纜參數(shù)表B.3中的這些值已用于以下仿真中，圖B.8繪制了通過迭代計算3dB截止波長（L/λ1）的結(jié)果，在該值處，系數(shù)g變?yōu)?/。這些曲線都近似為線性，可以用直線進行插值。T/SMA0047-2024圖B.83db截止波長（L/λ1）的仿真線性插值方程用于推導(dǎo)截止頻率-長度乘積公式，如表B.4所示。表B.4方法B的截止頻率-長度乘積截止方程v=2.42如表B.4所示，如果根據(jù)試驗方法B在三同軸裝置中（v=1.8）測量PE絕緣-介電常數(shù)為εr2=2.3的線纜，則截止頻率長度乘積約為28MHz×m。因此，對于0.5m的耦合長度，可測量傳輸阻抗的最大頻率約為56MHz。B4.4方法C的試驗裝置對截止頻率的影響試驗方法C不使用阻尼電阻，因此系數(shù)v=Z2/R2f僅取決于線纜屏蔽層和測量管的直徑，這與試驗方法B相同。此外，方法C不使用內(nèi)電路的遠(yuǎn)端負(fù)載電阻，該電阻由短路代替。因此，系數(shù)r為零。T/SMA0047-2024表B.3中的值已用于以下仿真中，圖B.9繪制了通過迭代計算3dB截止波長（L/λ1）的結(jié)果，在該值處，系數(shù)g變?yōu)?/。這些曲線都近似為線性，可以用直線進行插值。圖B.93db截止波長（L/λ1）的仿真線性插值方程用于推導(dǎo)截止頻率-長度乘積公式，如表B.5所示。表B.5方法B的截止頻率-長度乘積v=2.42如表B.5所示，如果根據(jù)試驗方法C在三同軸裝置中（v=1.56）測量PE絕緣-介電常數(shù)為εr2=2.3的線纜，則截止頻率長度乘積約為26MHz×m。因此，對于0.5m的耦合長度，可測量表面轉(zhuǎn)移阻抗的最大頻率約為52MHz。B4.5結(jié)論T/SMA0047-2024綜上所述，通過三同軸法測量的表面轉(zhuǎn)移阻抗的截止頻率-長度乘積由測試負(fù)載條件和被測線纜的介電常數(shù)確定。表B.6給出了上述因素下三種試驗方法的截止頻率-長度乘積值。表B.6不同設(shè)置中一些典型線纜的截止頻率長度乘積（f×L)3dBεr1=2.3(v=0.71)εr1=1.6(v=0.71)εr1=3.5(v=0.71)T/SMA0047-2024表B.6不同設(shè)置中一些典型線纜的截止頻率長度乘積（續(xù)）（f×L)3dBεr1=3.5(v=0.71)εr1=5(v=0.71)T/SMA0047-2024（資料性）散射參數(shù)S21與表面轉(zhuǎn)移阻抗ZT的轉(zhuǎn)換C.1散射參數(shù)C.1.1單端口散射參數(shù)我們可以通過入射（i）和反射（r）電壓、電流和功率波的平方根來描述端口，如圖C.1所示。a)b)圖C.1單端口U=Ui+Ur………(C.1)I=Ii-Ir=…………………………………U和I分別是單端口端子處的電壓和電流，R0可以視為單端口的可視阻抗。對于實際應(yīng)用，最好選擇特性阻抗標(biāo)稱值，例如50Ω、75Ω、100Ω、120Ω、150Ω。該阻抗