屏蔽質(zhì)量測量的原理 同軸電纜的屏蔽特性質(zhì)量檢測

測試大多數(shù)產(chǎn)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(shè)備（EUT），并按照特定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果。不幸的是，劣質(zhì)電纜可能會(huì)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(dǎo)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(huì)導(dǎo)致輻射發(fā)射。

除屏蔽尾纖問題以外，根據(jù)成本，同軸電纜的屏蔽編織層質(zhì)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(huì)使電纜發(fā)生信號進(jìn)出泄漏。這就可能導(dǎo)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(zhì)量的“MIL標(biāo)準(zhǔn)”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(zhì)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(shè)置為覆蓋2.4GHz ISM（Wi-Fi/BT）頻段而演示了一種獨(dú)特的方法。假設(shè)附近有Wi-Fi接入點(diǎn)和計(jì)算機(jī)，以最大保持模式進(jìn)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(zhì)量較差的屏蔽電纜。屏蔽良好的電纜會(huì)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(zhì)量測量的原理。

直流電阻

另一個(gè)重要特性是每個(gè)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(dǎo)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(shè)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(huì)下降到一個(gè)較低的值，但是沒關(guān)系，只要電源設(shè)計(jì)為恒流工作即可。

圖2：直流電阻測量設(shè)置框圖。

根據(jù)歐姆定律，使用數(shù)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(wǎng)絡(luò)（PDN）阻抗測量尤其重要（參考資料3）。

相對屏蔽質(zhì)量

任何頻譜分析儀都應(yīng)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(xiàng)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(gè)輸入端口，然后打開每個(gè)端口的頻譜分析儀功能來同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的BNC跳線和一些高質(zhì)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?yàn)槲以诔Ｒ?guī)的故障排除過程中會(huì)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(huì)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(jìn)行端接。但是，我發(fā)現(xiàn)端接電纜的自由端并沒有改變顯示結(jié)果，所以我沒有管它。

頻譜分析儀設(shè)置

對于標(biāo)準(zhǔn)的頻譜分析儀，可分別將起始頻率和終止頻率設(shè)置為2.4GHz和2.5GHz，將分辨率帶寬設(shè)置為100kHz，并調(diào)整衰減和參考電平，而得到有效的顯示。從技術(shù)上講，具有出色屏蔽性能的電纜會(huì)顯示很少的響應(yīng)，而屏蔽不良的電纜會(huì)清楚地顯示W(wǎng)i-Fi通道附近有藍(lán)牙信號。

泰克4/5/6系列設(shè)置（帶Spectrum View）

雙擊每個(gè)通道標(biāo)記，就可以將其打開，然后可以將垂直方向設(shè)置為1mV/格，將輸入設(shè)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(gè)通道的實(shí)際測量值?？梢詫⑺椒较蛟O(shè)置為40ns/格，但這不是很關(guān)鍵（圖3）。有關(guān)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(jìn)行電纜屏蔽測試時(shí)，應(yīng)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(shè)置為100MHz，中心頻率設(shè)置為2.45GHz。將分辨率帶寬設(shè)置為100kHz，其余的保留為默認(rèn)設(shè)置。一開始測量，我就選擇抓住頻譜顯示和時(shí)域顯示之間的中心線，然后將其拉下，而讓四個(gè)頻譜顯示成為主導(dǎo)。讓最大保持測量值穩(wěn)定幾分鐘，就可以顯示最大包絡(luò)，從而清楚地顯示藍(lán)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(biāo)記的廉價(jià)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(jìn)行一般的故障排除），以及Picotest的定制高質(zhì)量三重屏蔽PDN測量電纜。

測量結(jié)果

在測試之前，我們可能希望先連接便宜電纜，來了解在調(diào)整顯示結(jié)果時(shí)的預(yù)期結(jié)果。連接1號到4號電纜可獲得圖4所示結(jié)果。5號電纜（Picotest）單獨(dú)進(jìn)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(jié)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(huì)導(dǎo)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(dá)不到我的預(yù)期，而且我不確定它是否像大多數(shù)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?yàn)樗坪鯖]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(yù)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(xiàng)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(shù)字萬用表測量壓降可直接得到mΩ值。好的電纜的最大讀數(shù)應(yīng)小于10至15mΩ。這樣可以同時(shí)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(jìn)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(shè)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(jié)果。

表1：每種被測電纜的直流電阻測量結(jié)果。

測量結(jié)果

黑色BNC跳線和亞馬遜 RG-316電纜的直流電阻測量結(jié)果很差，非?？梢桑f明屏蔽層電導(dǎo)率很差和/或屏蔽層與連接器的焊接不好。HP電纜的測量結(jié)果略優(yōu)于Picotest電纜，考慮到已經(jīng)很舊，這就令人驚訝。Beehive和Picotest的電纜均得到出色的結(jié)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(huì)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(zhì)量為何那么差。盡管電纜確實(shí)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(huì)使中間導(dǎo)體在整個(gè)電纜長度上都露出來。我估計(jì)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(yuǎn)不會(huì)使用這種電纜進(jìn)行一致性測試。

總結(jié)

用屏蔽質(zhì)量差的電纜進(jìn)行輻射發(fā)射一致性測試，可能具有很高的風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)導(dǎo)致發(fā)射故障。使用常用的Wi-Fi和Bluetooth信號源進(jìn)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(zhì)量和連接器焊接情況。

我很高興發(fā)現(xiàn)了劣質(zhì)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。