教你一招無損檢測同軸電纜的屏蔽質量

測試大多數產品的輻射發(fā)射，通常需要將所有的I/O和電源線連接到被測設備（EUT），并按照特定的產品標準鋪開。在許多情況下，測試工程師只是想抓住最近的電纜，而在一致性測試中獲得最好的結果。不幸的是，劣質電纜可能會由于屏蔽效果不好或（通過“尾纖”）連接到連接器的屏蔽端子不佳而導致發(fā)射故障。

在之前的文章中，我討論了由于屏蔽尾纖而引起的HDMI電纜輻射問題（參考資料1）。還以圖形方式在參考資料2的視頻中演示了為什么電纜屏蔽尾纖會導致輻射發(fā)射。

除屏蔽尾纖問題以外，根據成本，同軸電纜的屏蔽編織層質量也從緊密到松散不等。便宜的電纜可能具有非常寬松的編織層，而會使電纜發(fā)生信號進出泄漏。這就可能導致一致性故障，以及故障排除操作期間外部來源的測量污染。高質量的“MIL標準”電纜則通常具有兩層編織屏蔽層，因此非常適合發(fā)射測試。

表征測量

相對屏蔽質量

我和我的同事Picotest的Steven Sandler探索了同軸電纜的屏蔽特性，他通過將一端連接到頻譜分析儀的輸入并將跨度設置為覆蓋2.4GHz ISM（Wi-Fi/BT）頻段而演示了一種獨特的方法。假設附近有Wi-Fi接入點和計算機，以最大保持模式進行掃描，則可以通過觀察不斷增加的接收信號水平來輕松識別質量較差的屏蔽電纜。屏蔽良好的電纜會顯示相對較小的信號（圖1）。

圖1：此系統(tǒng)框圖顯示了屏蔽質量測量的原理。

直流電阻

另一個重要特性是每個連接器屏蔽層之間的低直流電阻。測量直流電阻還可以大致檢查屏蔽層的電導率和屏蔽層與連接器的焊接情況，并且操作簡便。只需將直流電源設置為1A的限流值，然后將輸出連接到被測電纜的每一端即可（圖2）。輸出電壓可能會下降到一個較低的值，但是沒關系，只要電源設計為恒流工作即可。

圖2：直流電阻測量設置框圖。

根據歐姆定律，使用數字萬用表（DMM）測量電纜一端到另一端的壓降（mV），就是單位為mΩ的直流電阻。較低的測量電纜直流電阻對于精確的配電網絡（PDN）阻抗測量尤其重要（參考資料3）。

相對屏蔽質量

任何頻譜分析儀都應能很好地表征單根同軸電纜的相對屏蔽性能。但是，由于我們都可以使用帶新Spectrum View選項的泰克（Tektronix）6系列示波器，因此我們可以通過將四根電纜分別連接到四個輸入端口，然后打開每個端口的頻譜分析儀功能來同時檢查它們的屏蔽性能。

我有幾根電纜想要表征，其中包括一些標準的BNC跳線和一些高質量的雙屏蔽RG-316電纜。我也很好奇Beehive的近場探頭電纜性能如何，因為我在常規(guī)的故障排除過程中會廣泛使用它。

由于空閑的陽性連接器端部的中心引腳可能會拾取雜散RF信號，因此，以防萬一，可以選擇使用短路連接器或50Ω終端來進行端接。但是，我發(fā)現端接電纜的自由端并沒有改變顯示結果，所以我沒有管它。

頻譜分析儀設置

對于標準的頻譜分析儀，可分別將起始頻率和終止頻率設置為2.4GHz和2.5GHz，將分辨率帶寬設置為100kHz，并調整衰減和參考電平，而得到有效的顯示。從技術上講，具有出色屏蔽性能的電纜會顯示很少的響應，而屏蔽不良的電纜會清楚地顯示Wi-Fi通道附近有藍牙信號。

泰克4/5/6系列設置（帶Spectrum View）

雙擊每個通道標記，就可以將其打開，然后可以將垂直方向設置為1mV/格，將輸入設置為50Ω。然后打開“頻譜視圖”面板，打開分析儀，就可以檢查正常值、最大保持值和平均值。這樣可以提供大約為零的基線，保存最大信號，并顯示每個通道的實際測量值。可以將水平方向設置為40ns/格，但這不是很關鍵（圖3）。有關此示波器的更多信息，可參見參考資料4。

圖3：使用帶Spectrum View的泰克6系列示波器進行電纜屏蔽測試時，應將電纜分開并垂向地面。

然后雙擊頻譜分析儀面板，將跨度設置為100MHz，中心頻率設置為2.45GHz。將分辨率帶寬設置為100kHz，其余的保留為默認設置。一開始測量，我就選擇抓住頻譜顯示和時域顯示之間的中心線，然后將其拉下，而讓四個頻譜顯示成為主導。讓最大保持測量值穩(wěn)定幾分鐘，就可以顯示最大包絡，從而清楚地顯示藍牙和Wi-Fi通道。

待測電纜

我有多種同軸電纜希望測試——一些舊的HP通用BNC跳線，一根沒有標記的廉價BNC跳線，一些RG-316雙屏蔽SMA電纜（通過亞馬遜從賣家購買），一根Beehive的SMA到SMB電纜（我已使用多根進行一般的故障排除），以及Picotest的定制高質量三重屏蔽PDN測量電纜。

測量結果

在測試之前，我們可能希望先連接便宜電纜，來了解在調整顯示結果時的預期結果。連接1號到4號電纜可獲得圖4所示結果。5號電纜（Picotest）單獨進行測試（圖5）。

圖4：使用帶Spectrum View的泰克6系列示波器測試前四根電纜。

圖5：雖然這里的垂直量程與其他幾根不同，但Picotest PDN電纜的測量結果與Beehive電纜大致相同。

1. HP BNC跳線——這種電纜可能已有30年的歷史了，但是在典型的HP款式中，其屏蔽性能非常好。

2.黑色BNC跳線——這種電纜根本不能很好地工作，可能會導致輻射發(fā)射故障，更不用說測量耦合問題了。電纜測得的信號電平比其他電纜大50dB。

3.亞馬遜購買的RG-316電纜——這種電纜的性能達不到我的預期，而且我不確定它是否像大多數RG-316電纜一樣采用了雙重屏蔽。

4.Beehive探頭電纜——這是性能最好的電纜之一，但不如HP電纜好。這讓我感到驚訝，因為它似乎沒有采用雙重屏蔽。但是，最終它接收到的信號相對較少。

5.Picotest PDN電纜——如預期的那樣，這種三重屏蔽電纜是種性能更好的電纜。

直流電阻測試

Sandler建議的另一項特性測試，是將電纜屏蔽層的每一端簡單地連接至恒定的1A電源（圖6）。用數字萬用表測量壓降可直接得到mΩ值。好的電纜的最大讀數應小于10至15mΩ。這樣可以同時檢查屏蔽層本身，以及屏蔽層與連接器的焊接情況。如圖所示，要確保在同軸電纜連接器上進行直流壓降測量，這樣才能忽略兩條連接測試線之間的壓降。

圖6：通過將電源設置為1A恒流，可以直接從DMM讀取直流電阻，本例為22mΩ。

表1顯示了五根被測電纜的測試結果。

表1：每種被測電纜的直流電阻測量結果。

測量結果

黑色BNC跳線和亞馬遜 RG-316電纜的直流電阻測量結果很差，非?？梢?，說明屏蔽層電導率很差和/或屏蔽層與連接器的焊接不好。HP電纜的測量結果略優(yōu)于Picotest電纜，考慮到已經很舊，這就令人驚訝。Beehive和Picotest的電纜均得到出色的結果。

黑色BNC電纜解剖

我很好奇為什么黑色的BNC跳線與其他測試電纜相比會接收到這么多信號，因此我解剖了一端（圖7和圖8）。

圖7：把“黑色”的BNC跳線解剖開表明，它是將一根短的屏蔽尾纖焊接到BNC連接器的接地殼上。

圖8：特寫鏡頭顯示電纜屏蔽層的編織非常松散，覆蓋率似乎不到40%。

顯而易見，黑色BNC電纜的屏蔽質量為何那么差。盡管電纜確實具有屏蔽尾纖連接，但它非常短。更糟糕的是，屏蔽編織層太過松散，這就會使中間導體在整個電纜長度上都露出來。我估計覆蓋率不到40%，這是非常差的。90%到98%的覆蓋率就非常好。我永遠不會使用這種電纜進行一致性測試。

總結

用屏蔽質量差的電纜進行輻射發(fā)射一致性測試，可能具有很高的風險，通常會導致發(fā)射故障。使用常用的Wi-Fi和Bluetooth信號源進行的簡單屏蔽測試以及DC屏蔽電阻測試等表征測試，可以快速檢查擬用測試電纜的屏蔽質量和連接器焊接情況。

我很高興發(fā)現了劣質BNC跳線，也很高興看到Beehive探針電纜、HP和Picotest電纜的性能這么出色。亞馬遜購買的這根電纜屏蔽性能不如HP、Beehive或Picotest，并且其直流電阻也表明其屏蔽層與連接器的焊接不良。

—Kenneth Wyatt是Wyatt Technical Services公司的總裁兼首席顧問。

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