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TDR时域反射计测试技术原理详解

点击次数:153  发布时间:2020-04-09

                                    

TDR时域反射技术原理

TDR (Time Domain Reflectometry)时域反射技术的原理是,信号在某一传输路径传输,当传输路径中发生阻抗变化时,一部分信号会被反射,另一部分信号会继续沿传输路径传输。TDR是通过测量反射波的电压幅度,从而计算出阻抗的变化;同时,只要测量出反射点到信号输出点的时间值,就可以计算出传输路径中阻抗变化点的位置。

TDR时域反射计向被测电缆发送一个低压脉冲,并且在电缆内阻抗变化的情况下,都会看到反射。TDR时域反射计测量从反射释放到低压脉冲释放之间的时间。通过测量时间并知道脉冲的传播速度,便可以计算到反射的距离,从而得出电缆长度或者故障点距离。还可根据不同的发射波形判断电缆中可能出现的阻抗变化或故障类型的信息。

特性阻抗

特性阻抗是射频传输线影响信号电压、电流的幅值和相位变化的固有特性,等于各处的电压与电流的比值,用V/I表示。电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。例如同轴线的特性阻抗是50或75Ω;而常用非屏蔽双绞线的特性阻抗为100Ω,屏蔽双绞线的特性阻抗为150Ω。

为了更具体的说明特性阻抗这个概念,我这里打一个比方:

有2根铜皮厚度一样的导线,2号线宽度是1号线的两倍。假如同时都接一样的射频发射源(两根线的输出射频电压是一样的),同样的一小段时间T,那么2号线需要1号线2倍的电量来填满多出的线宽面积(其实是导线铜皮与底面产生的电容效应)。也就是说:Q2=两倍的Q1。因为i = Q/T (射频电流=电量/时间),时间是一样的,那么可以知道2号线的射频电流是1号线的两倍。则2号线的特性阻抗只有1号线的一半。线越是宽,特性阻抗越小。

如果把传输线比作交通运输线,糟糕的路况(类似传输线里的特性阻抗)会影响运输车队的速度,路越窄,路的阻碍作用越大(特性阻抗大,通过的信号能量就小);路越宽、路况越好,通过的车队速度越快(通过的信号能量越多)。

导线只是传输能量的,导线本身并不消耗能量或者近似于不损耗能量。当射频信号到达导线末端,能量没有办法释放,就会沿着导线反传回来。就跟我们对着墙喊,声音碰到墙反传回来产生回音。假如我们在线的末端接上一个电阻,便可消耗(或者接收)线上传输过来的射频能量。

我们发现有三种特殊情况

当R=R0时,传输过来的能量刚好被末端的电阻R吸收完,没有能量反射回去。可看成导线无线长。

■ 当R=∞时(开路),能量全部反射回去,而且在线的末端点会产生2倍于发射源的电压。

■ 当R=0时(短路),末端点会产生一个-1倍于源电压反射回去。


TDR时域反射计KE2100

TDR时域反射计KE2100可用于各种电路线路、双绞线、屏蔽电缆、同轴电缆、五类线(Cat.5)和不带电的电力线等各类电缆的长度测量,以及故障定位。最长可测量15km电缆,测量范围取决于所选线缆类型(-90 dB),分辨率可达0.3 m。自动设置,可一键完成测试操作。波形保持功能,可对比前后两次测试结果。

主要技术参数:

测量长度:最长15km(9档量程)

精度:1 %量程 ± 像素,在0.66 VF时

■ 分辨率:3.125 ns 或0.3m

■ 输出脉冲:最大 20 V pp 开路电压

■ 脉冲:12, 25, 50, 100, 200, 500, 1000, 2500 ns

 输出阻抗:75, 100, 120, 150 Ω(可自动设置)

■ 速度因子(VF):0.2 到 0.99可选,0.01步进

 最大衰减:86 dB

 存储:512组测试波形,可通过蓝牙传输数据

 

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