[发明专利]一种通信电缆等效介电常数、等效介质损耗角正切值的测试方法

权利要求书

1.一种通信电缆等效介电常数的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：测试通信电缆的传播延迟τ_p；

选取被测通信电缆，将矢量网络分析仪(VNA)进行传输模式下的校准，校准的频率范围为被测电缆的工作频段；将被测电缆接入矢量网络分析仪，测试其在中心频率为200MHz的总相位β，并利用公式计算出该电缆的传播延迟τ_p，其中：f为测试频率，单位为赫兹Hz；β为在频率f时测得的电缆总相位，单位为弧度每米rad/m；τ_p为传播延迟，单位为秒每米s/m；

矢量网络分析仪(VNA)对整个选定频率区间的单一扫描所必须的最小测量点数为NOP，所述NOP的最小要求为：其中：所述NOP为对整个选定频率区间的单一扫描所必须的最小测量点数；Δf为用f_min计算的两测量点间的最大允许频率间隔，单位为兆赫兹MHz；f_min为要测得的频率间隔的最低频率，单位为兆赫兹MHz；f_max为要测得的频率间隔的最高频率，单位为兆赫兹MHz；

步骤二：获得通信电缆的等效介电常数ε_e；

根据步骤一获得的传播延迟τ_p，获得传播速度v_p，进而得到被测电缆的等效介电常数ε_e；传播速度v_p、传播延迟τ_p和被测电缆的等效介电常数ε_e分别存在以下关系：

其中：v_p为传播速度，单位为米每秒m/s；ε₀为真空介质的绝对介电常数，单位为法每米F/m；ε_e为被测电缆的等效介电常数，无单位；μ₀为真空介质的绝对导磁率，单位为亨每米H/m；μ_e为被测电缆的等效导磁率，对于非磁性材料，μ_e＝1，无单位。

2.一种通信电缆等效介质损耗角正切值的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：测试通信电缆的传播延迟τ_p；

选取被测通信电缆，将矢量网络分析仪(VNA)进行传输模式下的校准，校准的频率范围为被测电缆的工作频段；将被测电缆接入矢量网络分析仪，测试其在中心频率为200MHz的总相位β，并利用公式计算出该电缆的传播延迟τ_p，其中：f为测试频率，单位为赫兹Hz；β为在频率f时测得的电缆总相位，单位为弧度每米rad/m；τ_p为传播延迟，单位为秒每米s/m；

矢量网络分析仪(VNA)对整个选定频率区间的单一扫描所必须的最小测量点数为NOP，所述NOP的最小要求为：其中：所述NOP为对整个选定频率区间的单一扫描所必须的最小测量点数；Δf为用f_min计算的两测量点间的最大允许频率间隔，单位为兆赫兹MHz；f_min为要测得的频率间隔的最低频率，单位为兆赫兹MHz；f_max为要测得的频率间隔的最高频率，单位为兆赫兹MHz；

步骤二：获得通信电缆的等效介电常数ε_e；

根据步骤一获得的传播延迟τ_p，获得传播速度v_p，进而得到被测电缆的等效介电常数ε_e；传播速度v_p、传播延迟τ_p和被测电缆的等效介电常数ε_e分别存在以下关系：

其中：v_p为传播速度，单位为米每秒m/s；ε₀为真空介质的绝对介电常数，单位为法每米F/m；ε_e为电缆的等效介电常数，无单位；μ₀为真空介质的绝对导磁率，单位为亨每米H/m；μ_e为电缆的等效导磁率(对于非磁性材料，μ_e＝1)，无单位；

步骤三：测试通信电缆的总衰减α；

将被测电缆接入所述步骤一中校准后的矢量网络分析仪，测试其截止频率下的总衰减α，所述总衰减α≥40dB；

步骤四：对通信电缆的总衰减进行拆分；

通信电缆的总衰减主要由导体损耗、介质损耗、低频下的多次反射这三部分组成，其衰减和频率的关系可表示为：对于每一测试频率点f_i，都有实测衰减数据α_i，所述α_i需根据电缆长度归一化到分贝每米，基于传输线理论，采用最小二乘法对测试数据进行多项式拟合，通过求解以下矩阵，分别得到A、B、C的值；其中A、B、C均为正值，如解出负值，则系数取为零；

上式的拟合计算利用Matlab快速实现，并得到系数A、B、C的值；

步骤五：获得通信电缆的等效介质损耗角正切值tanδ_e；

根据所述步骤二中获得的介电常数ε_e、所述步骤四中获得的系数B，获得被测电缆的等效介质损耗角正切值tanδ_e，

3.一种通信电缆等效介质损耗角正切值的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：测试通信电缆的传播延迟τ_p；

选取被测通信电缆，将矢量网络分析仪(VNA)进行传输模式下的校准，校准的频率范围为被测电缆的工作频段；将被测电缆接入矢量网络分析仪，测试其在中心频率为200MHz的总相位β，并利用公式计算出该电缆的传播延迟τ_p，其中：f为测试频率，单位为赫兹Hz；β为在频率f时测得的电缆总相位，单位为弧度每米rad/m；τ_p为传播延迟，单位为秒每米s/m；

矢量网络分析仪(VNA)对整个选定频率区间的单一扫描所必须的最小测量点数为NOP，所述NOP的最小要求为：其中：所述NOP为对整个选定频率区间的单一扫描所必须的最小测量点数；Δf为用f_min计算的两测量点间的最大允许频率间隔，单位为兆赫兹MHz；f_min为要测得的频率间隔的最低频率，单位为兆赫兹MHz；f_max为要测得的频率间隔的最高频率，单位为兆赫兹MHz；

步骤二：获得通信电缆的等效介电常数ε_e；

根据步骤一获得的传播延迟τ_p，获得传播速度v_p，进而得到被测电缆的等效介电常数ε_e；传播速度v_p、传播延迟τ_p和被测电缆的等效介电常数ε_e分别存在以下关系：

其中：v_p为传播速度，单位为米每秒m/s；ε₀为真空介质的绝对介电常数，单位为法每米F/m；ε_e为电缆的等效介电常数，无单位；μ₀为真空介质的绝对导磁率，单位为亨每米H/m；μ_e为电缆的等效导磁率(对于非磁性材料，μ_e＝1)，无单位；

步骤三：测试通信电缆的总衰减α；

将被测电缆接入所述步骤一中校准后的矢量网络分析仪，测试其截止频率下的总衰减α，所述总衰减α＜40dB；当电缆的总衰减小于40dB时，电缆两端连接器的插入损耗不能忽略，需予以扣除，对于单个连接器的插入损耗按照如下步骤进行测试：

首先，制备一根短段电缆组件并将其接入矢量网络分析仪，测试其工作频段内的插入损耗I；在该短段电缆组件的正中位置将其剪断，使之成为两根等长且只有一端含有连接器S的电缆组件，在上述两根电缆组件上分别装配一个与初始短段电缆组件相一致的连接器S，新装配的连接器与初始短段电缆组件的连接器的插入损耗相同，并将其分别接入矢量网络分析仪，测试其工作频段内的插入损耗I₁和I₂，单个连接器S的插入损耗单位为分贝dB；因此，对于电缆的总衰减小于40dB时，电缆的工作频段内的总衰减α修正后记为α′，α′＝α-2I_s，其中：α为电缆的总衰减，单位为分贝dB；

步骤四：对通信电缆的总衰减进行拆分；

通信电缆的总衰减主要由导体损耗、介质损耗、低频下的多次反射这三部分组成，其衰减和频率的关系可表示为：对于每一测试频率点f_i，都有实测衰减数据α_i，所述α_i需根据电缆长度归一化到分贝每米，基于传输线理论，采用最小二乘法对测试数据进行多项式拟合，通过求解以下矩阵，分别得到A、B、C的值；其中A、B、C均为正值，如解出负值，则系数取为零；

上式的拟合计算利用Matlab快速实现，并得到系数A、B、C的值；

步骤五：获得通信电缆的等效介质损耗角正切值tanδ_e；

根据所述步骤二中获得的介电常数ε_e、所述步骤四中获得的系数B，获得被测电缆的等效介质损耗角正切值tanδ_e，