admin / 26.10.2018

Как работает рефлектометр

Рефлектометр представляет собой специальное устройство, которое предназначено для нахождения дефектов в кабельных линиях с помощью локационного метода. За счет того, что данный прибор направляет импульсы по проводу, можно находить и классифицировать разрывы, короткое замыкание и другие типы повреждений. Появление подобных приборов было вызвано использованием цифрового формата и отказом от аналоговой передачи данных. Поэтому появилась нужда в качественной передаче информации, ведь в аналоговой телефонии было достаточно того, что абонент просто слушает другого. Шумы и трески на линии считались обычным явлением.

Однако сигнал цифрового качества должен доставляться полностью, наличие проблем с кабелем может приводить к потере части информации, вследствие чего связь имеет нестабильность. Поэтому и появилась необходимость проверять и исправлять минусы кабелей, а значит без рефлектомерных устройств здесь не обойтись. При помощи таких приборов удается быстро обнаружить и устранить проблемы с кабелем.

Виды

Рефлектометр имеет два основных вида. Одни модели используются для проводов, другие применяются для оценки параметров оптических кабелей, передающих сигнал с большой скоростью и минимальными потерями. Поэтому рефлектометры классифицируются на импульсные и оптические устройства.

Импульсные также имеют два основных вида. Это определяется тем, для чего они применяются. Устройства для проводов могут классифицироваться на узкополосные и широкополосные. Вид прибора зависит от того, какой тип приемного блока применяется в их конструкции. В большинстве случаев применяется узкополосный блок. Вызвано это тем, что в этом случае задействуется узкополосный усилитель, что позволяет снизить мощность, в том числе и цену устройства.

Широкополосные устройства, используемые для кабелей, позволяют снизить степень шумов до минимальных показателей. Данный параметр лучше всего подойдет для использования прибора на большой дальности. Это вызвано тем, что в устройстве нет схемы выборки хранения, что свойственно узкополосным приборам. В то же время следует учитывать, что невозможно использовать подобные устройства на коротких расстояниях, так как нет возможности подать импульс на малую дальность. Широкополосное устройство работает по принципу измерения скорости прямого движения импульса, а также скорости обратного перемещения, при встрече с неоднородностью в кабеле.

Оптические используются для оптических кабелей. В целом они довольно схожи с импульсными приборами, однако у них есть некоторые отличия. Главная особенность оптических приборов в том, что по кабелю отправляется не электроимпульсы, а световые импульсы. Данный прибор можно задействовать с целью диагностических работ при проверке линий связи, включая проверку сигнальных и силовых проводов.

Исходя из мощности, дальность применения этих приборов может составлять в пределах 10000-50000 метров. С их помощью можно найти обрывы, определить наличие короткого замыкания, отводов и так далее. К тому же рефлектометр можно подключить к ПК, что позволяет сохранить итоги измерений и провести их обработку.

Устройство

Оптический рефлектометр имеет следующие основные элементы:

  • Дисплей, куда выводится полученная информация.
  • Блок обработки.
  • Блок управления.
  • Импульсный лазер.
  • Приемный преобразователь.
  • Разветвитель.

Импульсный лазер создает световые импульсы определенной мощности и длительности. Данные параметры зависят от блока управления, который задает ток накачивания для лазера. Лазер вырабатывает импульсы, которые по времени составляют от одной наносекунды до 10 микросекунд.

Импульсы, создаваемые блоком управления, имеют частоту, которая задается вручную, любо определяется автоматизированным способом в зависимости от длины исследуемого участка кабеля. В тот же момент времени на блок обработки направляются синхронизирующие импульсы.

Световые импульсы направляются на кабель через разветвитель, который имеет входящие и выходящие порта. Через входные порты соединяются лазер и преобразователь. А через выходной порт подключается кабель, который исследуется.

Обратный сигнал, который возвращается из кабеля, принимается фотоприемником преобразующего устройства. В результате происходит преобразование оптических сигналов в электрические.

Чтобы увеличить полученный сигнал, применяется предусилитель, который монтируется вместе с фотоприемником.

Далее сигнал направляется в блок обработки. В нем электросигнал обрабатывается, после чего создается рефлектограмма, которая направляется на дисплей. К тому же в указанном блоке выполняется обработка рефлектограммы и проводятся измерения. В современных устройствах блок обработки включает цифровой блок и преобразователь, который переводит аналоговый сигнал в цифровой.

Чтобы снизить уровень шумов и расширить диапазон, в блоке обработки накапливаются данные от огромного количества отраженных сигналов. Преобразованная рефлектограмма направляется на дисплей или блоки автообработки, после чего на дисплее высвечиваются итоги измерений. Они могут сохраняться в памяти или сравниваться с другими данными, которые хранятся в памяти.

Принцип действия

  • Устройство подключается к проводу. Лазер создает короткий электроимпульс, который начинает двигаться по проводу.
  • Если при прохождении сигнала в кабеле имеется обрыв или другое препятствие, то происходит отражение сигнала. При этом параметры отраженного сигнала зависят от характеристик препятствия, которые привели к его отражению.
  • Прибор фиксирует отраженный сигнал и измеряет его параметры. Выполняется сравнение полученного сигнала с его начальными показателями. В расчет также принимается время, потраченное на прохождение сигнала по кабелю.
  • В памяти прибора имеются программы, которые анализируют полученные данные, а также определяют расстояние, на котором располагается помеха и ее характер.
  • Переработанная информация отправляется на дисплей, где пользователь видит все показатели помех и расстояние до них.

Если вкратце, то пользователю необходимо подсоединить прибор к исследуемому кабелю, после чего нажать кнопку. Все остальное прибор делает сам и выводит полученный результат на экран. Останется только проанализировать полученную информацию и устранить возникшую проблему. При необходимости рефлектометр можно подсоединить к ПК, чтобы сохранить полученные результаты или провести сравнение с уже имеющейся информацией.

Применение

Рефлектометр позволяет:

  • Найти места повреждения в кабельной линии, а также обнаружить наличие неоднородностей.
  • Определить характер повреждений, в числе которых может быть обрыв, короткое замыкание и тому подобное.
  • Измерить коэффициент укорочения в линии в том случае, когда длина кабеля известна.
  • Определить расстояние до точки, где жилы перепутались в кабеле.
  • Найти места замыканий кабеля.
  • Определить наличие плавающих дефектов.
  • Отыскать параллельные отводы и тому подобное.

Рефлектометр может применяться для:

  • При прокладки и надежной эксплуатации силовых кабелей.
  • Для прокладки и надежной эксплуатации линий связи.
  • Установки и надежной эксплуатации радиочастотных кабелей, кабелей сигнализации, управления, контроля и так далее.
  • Прокладки и надежной эксплуатации в кабельном телевидении, в компьютерных сетях, в системах связи, телекоммуникаций и тому подобное.
  • Измерения длины проводов на производстве и при их продаже.
Как выбрать

  • Рефлектометр следует подбирать с учетом того, в каких целях он будет использоваться. Сегодня существует огромное количество моделей приборов с различными технико-эксплуатационными характеристиками, что позволяет подобрать прибор с оптимальным функционалом.
  • Также необходимо учитывать параметры среды, где эти приборы будут применяться. Это могут быть стандартные условия предприятий и лабораторий, условия с повышенной влажностью, которая может доходить до 90%. Также устройства могут применяться с целью их использования на выездных и полевых работах. Также это могут быть устройства, которые встраиваются в измерительные стенды.
  • При выборе прибора следует учитывать динамический диапазон устройства, разрешение по расстоянию, и возможность назначения порогов. Динамический диапазон представляет максимальную длину, на которой можно измерить необходимые параметры. Чем данный показатель будет выше, тем лучше. В результате можно будет подобрать лучшую модель, которая подойдет для конкретной цели.
  • Также следует учесть набор рабочих длин волн устройства. Чем их будет больше, тем устройство будет более функциональным. В то же время следует учитывать и то, что и цена устройства в данном случае будет выше. Поэтому в первую очередь следует определиться, какие длины волн Вам потребуются для работы.
  • Параметры мертвых зон относительно затухающих и отраженных сигналов. Желательно, чтобы их было меньше, что позволит построить более точную рефлектограмму.
  • Следует также учесть дальность световых импульсов, диапазон измеряемого расстояния, количество отсчетов и применяемое программное обеспечение в устройстве.

Рефлектометрия оптических волокон (ВОЛС)

Принципиальное отличие рефлектометрии от прямого измерения оптических потерь приборами OLTS состоит в том, что оптический рефлектометр OTDR, размещенный на ближнем конце, посылает в проверяемый сегмент излучение и регистрирует сигналы, вернувшиеся назад к исходному порту. Измерительного оборудования или заглушек на дальнем конце сегмента нет.

Современные рефлектометры определяют значения оптических потерь на участках волокна, муфтах и коннекторных соединениях. Однако такая оценка производится на основании отраженного излучения – метод заведомо менее точный, чем непосредственное измерение потерь при помощи источника излучения на одном конце и измерителя на другом. Вместе с тем, рефлектометрия позволяет определить, какой из элементов ВОЛС вносит наибольший вклад в общие потери, в то время как прямое измерение двухмодульными приборами OLTS дает лишь суммарное значение потерь, без детализации по составным элементам линии.

Порт рефлектометра совмещает функции передатчика и приемника. Источник отправляет в сегмент импульсы определенной мощности и продолжительности, затем отключается, и на том же порту начинает работать фотоприемник. Последний регистрирует мощность сигналов, отразившихся от различных препятствий в волокне, фиксирует время их поступления и «путешествия» в волокне и выдает результаты в виде графика — рефлектограммы с обнаруженными в сегменте событиями. Время регистрации событий пересчитывается в расстояние, которое откладывается по горизонтали в метрах или километрах.

Типичная рефлектограмма простой волоконно-оптической линии

На рисунке показана рефлектограмма одномодовой волоконно-оптической линии длиной 2887 м, снятая прибором OptiFiber Certifying OTDR производства Fluke Networks на длинах волн 1310 нм (синий график) и 1550 нм (зеленый график). Рефлектометр подключен к сегменту через катушку длиной 131 м (Launch Cable, согласующий кабель); нулевая отметка длины соответствует конечному разъему катушки и началу тестируемого сегмента.

Основная задача согласующего кабеля – перекрыть мертвую зону в начале рефлектограммы, чтобы к моменту, когда первые отраженные сигналы вернутся к фотоприемнику, тот уже пришел в рабочее состояние и мог их зарегистрировать. В старых моделях рефлектометров длина согласующего кабеля могла составлять несколько километров. В новых приборах, использующих более отзывчивые фотоприемники, длина катушки составляет 100-150 м.

Доля излучения, которая отражается в волокне от различных препятствий и направляется назад к фотоприемнику, очень мала. Самое сильное естественное отражение (например, от конца сегмента, представляющего собой заполированный под 90º торец волокна) не превышает 4% от исходной мощности излучения – это коэффициент отражения, близкий к френелевскому. Другие виды отражений существенно слабее, поэтому фотоприемники приходится делать очень чувствительными, а источники – очень мощными, особенно с учетом того, что сегменты могут иметь большую протяженность. По этой причине при проведении рефлектометрических измерений активное оборудование на дальнем конце лучше отключить из соображений безопасности.

Некоторые производители заявляют о наличии в портах активного оборудования светофильтров, отсекающих длины волн, на которых проводят измерение рефлектометры. Однако модели рефлектометров разнообразны, работают на разных длинах волн в зависимости от типа волокна и режима измерения, и надежнее физически отсоединять активное оборудование, чтобы исключить риск его повреждения мощным излучением рефлектометра. Кроме того, необходимо следить, чтобы рядом с последним разъемом сегмента при измерении не оказались блестящие и отражающие предметы – зеркала, мобильные телефоны, металлические браслеты от часов и т. п. Лучше всего закрыть последний разъем в сегменте защитным пластиковым или резиновым колпачком.

Анализ рефлектограммы оптического кабеля

Рефлектометр OTDR позволяет обнаружить и отобразить на рефлектограмме коннекторные соединения, сварные и механические соединения, изгибы и другие неоднородности волокна – так называемые события (Events). Неоднородности могут быть отражающими и неотражающими. Коннекторные соединения с полировкой PC/SPC/UPC, открытый конец сегмента с таким же разъемом, трещина в волокне или обрыв, образующие поверхность разлома под углом порядка 90º к оси волокна – примеры отражающих неоднородностей. В этих случаях происходит отражение части исходного излучения в направлении фотоприемника. На рефлектограмме такие события отображаются в виде пиков.

Отражающие и неотражающие неоднородности на рефлектограмме

Отражающие неоднородности сопровождаются потерями, ведь отражение части сигнала назад приводит к тому, что излучение, распространяющееся в прямом направлении, ослабевает как минимум на ту же величину. Однако для классификации события как отражающего принципиально именно наличие отражения. В отличие от отражающих неоднородностей, такие события как сварные соединения, трещины под углами, отличными от 90º к оси волокна, макро- и микроизгибы, внутренние дефекты световодов относятся к неотражающим неоднородностям. Отражающей составляющей в них нет, а потери вызваны рассеиванием излучения не в сторону источника. На рефлектограмме такие события (Loss Event) выглядят как ступеньки, направленные вниз. (Однако в случаях соединения волокон разных производителей, место сварного стыка может отображаться и ступенькой вверх). Такое событие «Gainer» описано ниже.

Чем больше угол трещины отклоняется от нормали к оси волокна, тем меньше доля отражаемого излучения:

Отклонение от нормали

Доля отражаемого излучения

3.50%

2.55%

0.98%

0.20%

0.02%

0.0013%

События, в которых доля отраженного излучения не превышает сотых долей процента, относятся к неотражающим – в таблице они выделены серым фоном. Если в сегменте присутствуют коннекторные соединения APC с угловой полировкой, они будут отображаться на рефлектограмме как неотражающие события, поскольку имеют угол отклонения 8º. Качественно заполированные и чистые соединения APC при некоторых условиях могут остаться вообще незамеченными в ходе измерения.

Угол наклона участков рефлектограммы между пиками характеризует погонное затухание по длине кабеля. Если в сегменте везде используется волокно одного и того же типа и качества, все участки рефлектограммы, снятой на одной длине волны, должны иметь одинаковый наклон.

Угол наклона рефлектограммы, характеризующий величину рэлеевского рассеяния в оптическом кабеле

При прочих равных условиях с изменением рабочей длины волны погонное затухание в кабеле в дБ/км изменяется, что приводит к изменению угла наклона рефлектограммы.

Длина волны

Типичные значения погонного затухания

850 нм

3 дБ/км

1300 нм

1 дБ/км

1310 нм

0.33 дБ/км

1380 нм

0.50 дБ/км

1490 нм

0.21 дБ/км

1550 нм

0.2 дБ/км

1625 нм

0.22 дБ/км

Разница особенно хорошо заметна для многомодовых волокон – см. ниже рисунок с рефлектограммой, полученной прибором Fluke Networks DTX-OTDR. Зеленый график, снятый при 1300 нм, имеет наклон относительно горизонтали меньше, чем у синего графика, снятого при 850 нм. На той же рефлектограмме показаны отражающие события для начала и конца линии, а также два события отражения в середине сегмента – на расстоянии 103 и 153 м от ближнего конца.

Рефлектограмма многомодового сегмента длиной 203 м (прибор Fluke Networks DTX-OTDR)

Трактовка событий и само отображение графиков на рефлектограмме в очень большой степени зависят от программного обеспечения рефлектометра и алгоритмов обработки полученных данных. Однако существует базовый набор событий, которые фиксируются практически всеми рефлектометрами.

Англоязычное название события

Трактовка

OTDR Port

Первый коннектор тестируемого сегмента или согласующего кабеля, подключенный к порту рефлектометра

Величину потерь на этом соединении численно определить нельзя. Максимум, что могут оценить рефлектометры – степень загрязнения порта прибора. При слишком большой загрязненности может выводиться сообщение о том, что измерение невозможно до тех пор, пока не будет выполнена очистка порта прибора.

Launch Event, Launch Cable

Конечный разъем согласующего кабеля (при его использовании) – точка подключения к тестируемому сегменту

Использование согласующего кабеля позволяет не только перекрыть мертвую зону в начале рефлектограммы, но и измерить потери на первом коннекторном соединении проверяемого сегмента.

Tail, Tail Cord, Patch Cord

Разъем шнура или перемычки («принимающего волокна»), подключенного к последнему коннектору тестируемого сегмента

Использование принимающего волокна позволяет измерить потери на последнем коннекторном соединении проверяемого сегмента.

Loss,
Loss Event

Оптические потери. Может характеризоваться пренебрежимо малой долей отраженного излучения или сочетать в себе потери с отражением

Событие потерь без отражения может представлять собой сварное муфтовое соединение, изгиб или коннекторное соединение APC. Коннекторное соединение со стандартной полировкой обычно приводит и к потерям, и к отражению части излучения в обратном направлении, поэтому оно классифицируется как отражающая неоднородность (Reflection, см. ниже).

Если потери на большей длине волны превышают потери на меньшей длине волны, как правило, речь идет об изгибе волокна – это наиболее надежный способ идентифицировать макроизгиб.

При подаче в сегмент узких импульсов некоторые события потерь могут трактоваться рефлектометром как события отражения.

Коннекторное соединение: оптические потери в сочетании с отражением

Оптические потери в чистом виде (неотражающее событие) – например, сварное муфтовое соединение

Идентификация макроизгиба (см. рис. ниже): потери на коротких волнах (темный график снят на 1310 нм) существенно меньше, чем потери на длинных волнах (красный график, 1550 нм). Это неотражающее событие трактуется как макроизгиб, а не муфта.

Reflection, Reflection Event

Событие отражения

Может представлять собой коннекторное соединение, резкий залом волокна с образованием отражающей поверхности, механическую муфту, обрыв волокна. В некоторых случаях неоднородности могут на самом деле являться ложными событиями, «фантомами», появляющимися из-за многократных переотражений.

End, End of Fiber

Конечная точка, дальний конец волокна

Величину потерь на этом соединении численно определить нельзя, финальная часть рефлектограммы представляет собой шумовые флуктуации.

Hidden End, Hidden Event

Скрытый конец волокна, скрытое событие

Рефлектометр обнаружил событие, однако не может измерить потери и даже однозначно идентифицировать его, поскольку оно находится в мертвой зоне («тени») другого события – например, второй конец короткого оптического шнура или муфта, расположенная близко от коннектора. Также причиной скрытого события может быть «фантом».

Для идентификации события можно провести рефлектометрическое измерение во встречном направлении или попробовать изменить автоматические настройки прибора – перейти в ручной режим и выполнить измерение с уменьшенной шириной импульса, увеличенной разрешающей способностью.

Скрытое событие (лучше обнаруживается на коротких волнах)

Мертвые зоны в рефлектометрии разделяют на мертвые зоны по событиям и мертвые зоны по затуханию. При получении достаточно мощного излучения, отраженного от оптического разъема или торца волокна, фотоприемник насыщается. Для освобождения р-n перехода от накопленного заряда требуется определенное время, в течение которого фотоприемник «слеп» и не может обнаруживать события либо, в лучшем случае, распознает их как скрытые. При большой мощности лазерного диода к насыщению фотоприемника может привести даже рэлеевское рассеяние излучения в начале волокна.

В спецификациях на рефлектометры производители указывают протяженность мертвых зон по событиям и мертвых зон по затуханию для разных длин волн. В современных приборах они составляют метры или несколько десятков сантиметров (измеренные с использованием самого короткого зондирующего импульса). При прочих равных условиях, чем меньше длина волны и ширина импульса, тем короче мертвая зона, поэтому часть событий, особенно расположенных близко к рефлектометру, можно обнаружить, уменьшив ширину импульса в ручном режиме. Однако иногда элементы ВОЛС расположены так близко друг к другу, что единственный способ достоверно распознать скрытое событие – снять рефлектограмму с противоположного конца сегмента.

Ghost,
Echo

«Фантом», «эхо», отражение другого отражения. Ложное, не самостоятельное событие

Причиной появления «фантома» может быть грязный, плохо заполированный или открытый коннектор, вызывающий многократные переотражения внутри сегмента. Причиной могут быть и резкие изломы волокна, обрывы. Рефлектометры, обладающие продвинутым программным обеспечением, в дополнение к «фантому» выдают предполагаемую причину его появления (Ghost Source) – она всегда располагается до «фантома». Но если источник «фантома» отнесен к скрытым событиям, то и сам «фантом» вряд ли будет идентифицирован правильно – это связано с особенностями численной обработки данных программным обеспечением рефлектометров.

Примеры «фантомов»: ложное событие после конца сегмента (слева) и результат переотражений в середине сегмента (справа)

Кажущееся усиление сигнала, отрицательные потери, ступенька вверх на рефлектограмме

Вызывается стыковкой волокон с разным диаметром модового пятна, разными коэффициентами обратного рассеяния, вариациями в числовых апертурах. Наиболее частая причина – сварка волокон с меньшим и большим диаметрами. При измерении во встречном направлении событие будет трактоваться как оптические потери.

Если точка усиления идентифицирована как коннекторное соединение, выдается сообщение об отражающем событии с отрицательными потерями.

Кажущееся усиление сигнала на рефлектограмме и причины его возникновения

При снятии рефлектограммы в противоположных направлениях можно произвести усреднение потерь для события и получить истинное значение потерь в данной точке. Если «усиление» существенное, необходимо проверить параметры состыкованных волокон и, возможно, заменить участки с несоответствующими характеристиками.

Рефлектометр выводит пользователю облагороженную картинку, лишенную множества деталей, которые могли бы усложнить восприятие. Но иногда сам алгоритм обработки приводит к неверной трактовке событий, особенно в автоматическом режиме работы. Об этом нужно помнить при интерпретации результатов, а при необходимости отказываться от автоматического режима и переходить на ручной. В любом случае нужно соблюдать все рекомендованные производителем процедуры. Одна из них – применение волокна подключения (согласующего кабеля) и волокна приема.

Компенсация волокон подключения и принимающего волокна

В зависимости от модели рефлектометра перед выполнением измерения рекомендуется произвести установку согласующего оптического кабеля (катушки подключения) определенной длины и принимающего волокна – только при их наличии можно определить характеристики первого и последнего соединения в тестируемом сегменте, это наиболее точный метод измерения. Процедура может называться по-разному: установка компенсации, установка волокон подключения и приема и т.п.

Подключение согласующего и принимающего кабеля для их компенсации (слева) и подключение тестируемого сегмента между ними при измерении (справа)

На следующем рисунке приведена рефлектограмма, снятая с использованием катушки подключения и в отсутствие принимающего кабеля, а также список идентифицированных событий.

В приведенном примере перед измерением была установлена одномодовая катушка (согласующий кабель) длиной 131.14 м. Метки длины сегмента начитаются не от порта рефлектометра, а от концевого коннектора катушки, что удобно для интерпретации результатов. На расстоянии 72.13 м от начала тестируемого сегмента обнаружена отражающая неоднородность, характеризующаяся обратным рассеянием -34.85 дБ на длине волны 1310 нм и -35.93 дБ на длине волны 1550 нм. Потери оптической мощности в той же точке оценены рефлектометром как 0.61 дБ и 0.51 дБ соответственно. Поскольку выставленный в настройках в соответствии со стандартом предел потерь составляет 0.75 дБ, данное событие получило в таблице отметку PASS.

На расстоянии 278.47 м от начала линии идентифицирован конец сегмента. Поскольку в конфигурации не использовалось волокно приема, определить потери на последнем коннекторном соединении невозможно, и в таблице событий стоит отметка N/A (данные недоступны). Единственный численный показатель, который можно в таких условиях определить для последнего разъема – величина обратного рассеяния.

Характеристики последнего коннектора в линии

Если бы в сегменте использовалось волокно приема, на рефлектограмме после события потерь, относящегося к последнему разъему, появился бы пологий участок графика, соответствующий длине волокна приема. Наличие пологого участка позволило бы рефлектометру численно оценить величину потерь по методике, показанной ранее.

Критерии PASS/FAIL

Многие рефлектометры позволяют использовать для измеряемых величин (прежде всего, оптических потерь) критерий PASS/FAIL. Предельно допустимые величины по умолчанию могут браться из телекоммуникационных стандартов, но могут задаваться и пользователем. В примерах выше пределом потерь выступала стандартная величина 0.75 дБ. Если к сегменту применяются специфические требования, можно указать более строгие пределы – например, 0.4 дБ или 0.25 дБ – в зависимости от конфигурации тестируемой линии и допустимого бюджета затухания.

При проведении рефлектометрических измерений нужно помнить, что потери определены по отраженному сигналу. Это оценочный метод, его точность невысока. Для многокилометровых сегментов этот способ единственный, его приходится использовать просто потому, что для прямого измерения потерь оптическими тестерами OLTS (двухмодульный прибор, включающий источник излучения и измеритель оптической мощности) пришлось бы везти второй модуль прибора в удаленную точку. Но для коротких сегментов, установленных в пределах одного здания или группы зданий правильнее и надежнее прибегать к сертификации при помощи комплектов OLTS, измеряющих потери напрямую, а рефлектометрию применять для диагностики при получении результата FAIL.

Динамический диапазон рефлектометра

По определению Международной Электротехнической Комиссии (МЭК, она же IEC – International Electrotechnical Commission) динамический диапазон рефлектометра – разность между уровнем сигнала обратного рэлеевского рассеяния в начале рефлектограммы и пиковым значением шумов в отсутствие сигнала (в конце рефлектограммы), см. рисунок ниже.

Динамический диапазон рефлектометра согласно определению IEC (DIEC) и динамический диапазон Drms, определенный по среднеквадратическому уровню шума (методика большинства производителей рефлектометров)

Динамический диапазон определяет максимальную величину потерь, которые может измерить данная модель рефлектометра. Чем больше динамический диапазон, тем «дальнобойнее» рефлектометр при прочих равных условиях. Если измеряемый сегмент имеет не очень большую длину, но сложную конфигурацию (большое количество коннекторных и муфтовых соединений, на которых теряется оптическая мощность), то рефлектометр с широким динамическим диапазоном зафиксирует больше событий потерь, в то время как рефлектометр с ограниченным диапазоном может «не увидеть» дальнюю часть сегмента после точки, в которой совокупные потери в линии превысят возможности прибора.

Длительность (ширина) импульса и разрешающая способность рефлектометра, автоматический и ручной режимы работы

Динамический диапазон зависит от длительности импульсов, испускаемых рефлектометром, диапазона расстояний и времени усреднения сигнала. В автоматическом режиме рефлектометр сначала определяет длину сегмента и к ней подбирает прочие параметры. В большинстве случаев этого режима достаточно для снятия содержательной рефлектограммы.

Ручной режим приносит пользу в тех случаях, когда автоматический режим дает недостаточно информации об отдельных событиях и требуется дополнительная детализация. Так, увеличение продолжительности импульсов увеличивает динамический диапазон, а значит, позволит рефлектометру увидеть «дальше», чем при использовании коротких импульсов. При этом более широкий импульс уменьшает разрешающую способность прибора, возможность различать близко расположенные друг к другу события, поскольку отраженные от них импульсы полностью или частично перекрываются.

Чем продолжительнее импульс рефлектометра, тем шире пики в событиях отражения, и тем выше вероятность того, что импульсы перекроются полностью и события нельзя будет распознать как разные. С другой стороны, уменьшение продолжительности импульса, позволив детальнее распознать близко расположенные события, уменьшит динамический диапазон и не даст рефлектометру «увидеть» удаленные участки сегмента. По этим причинам бывают ситуации, когда для разных участков тестируемого сегмента приходится подбирать разные параметры ручного режима и снимать не одну, а несколько рефлектограмм. Особенно часто приходится прибегать к ручному режиму в случае, если сегмент настолько протяженный, что ехать с прибором на другой конец для снятия рефлектограммы во встречном направлении экономически нецелесообразно, и тогда разные рефлектограммы сосредотачиваются на разных участках сегмента: ближнем, среднем и дальнем.

Рефлектометр, несмотря на свою простоту, является универсальным прибором радиолюбителя. С помощью рефлектометра можно настраивать антенны, измерять выходную мощность передатчика, согласовывать между собой промежуточные и выходные каскады, согласовывать выход передатчика на 144 МГц со входом утроителя на 430 МГц и выход утроителя с нагрузкой и т.д.

Рис. 1. Принципиальная схема рефлектометра

Принципиальная схема рефлектометра для УКВ диапазонов 144/430 МГц приведена на рис.1. Основу устройства составляет двунаправленный ответвитель, выполненный на полосковой линии Е1 с двумя петлями связи L1 и L2. С них и снимаются напряжения прямой и отраженной волн, которые выпрямляются диодами V1 и V2.

В зависимости от положения переключателя S1 измеряются либо то, либо другое напряжение. Петли связи нагружены на резистор R2. Резистором R1 регулируется чувствительность прибора.

Емкость блокировочных конденсаторов С1 и С2 для диапазона 144 МГц — 0,022 мкФ, для 430 МГц — 220 пФ.

Конструкция линии с петлями связи для диапазонов 144/430 МГц показаны на рис.2а, б соответственно. Размеры даны для несимметричного фидера с волновым сопротивлением 75 Ом. Линия и петли связи выполнены на печатных платах из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 4 мм.

При использовании другого материала ширину линии можно найти из формулы:

    Z — волновое сопротивление линии, Ом
    E — диэлектрическая проницаемость используемого материала (для стеклотекстолита Е = 5)
    D — толщина материала, мм
    b — ширина полосковой линии, мм.

Печатные платы впаивают в прямоугольную рамку из латунной полосы толщиной 0,8-1 мм и шириной 30 мм. Припаивать печатную плату нужно с двух сторон. На торцевых стенках рамки можно укрепить коаксиальные ВЧ разъемы. Если же использовать рефлектометр в какой-то конкретной цепи и не предусматривать его отключение, коаксиальный кабель можно припаять непосредственно.

Рис. 2. Конструкция линии с петлями связи для диапазонов 144 и 430 МГц

Вход и выход полосковой линии через проходные конденсаторы или пистоны выводят на противоположную сторону печатной платы. На ней размещают резистор R2, диоды и конденсаторы. Для этого симметрично выводам петель связи на противоположной стороне делают опорные точки — вырезают кольцевые канавки в фольге так, чтобы получились «пятачки» диаметром 5 мм. К этим «пятачкам» и припаивают диоды V1 и V2 и резистор R2.

Рис. 3. Безвыводной монтаж элементов

Диоды устанавливают между выводами петель связи и блокирующими конденсаторами. Конденсаторы применяют типа КМ, КГЛ или, в крайнем случае, СГМ. Их тонкие проволочные выводы отрезают, диоды припаивают к металлизированному участку конденсатора. Вторую обкладку конденсатора припаивают к общей поверхности фольги, как показано на рис.3. Время пайки должно быть минимальным, так как при перегреве диоды выходят из строя.

Переключатель S1 — МТ-1. Резистор R2 — безиндукционный типа УЛИ или МЛТ-0,25. Стрелка микроамперметра на 100 мкА отклоняется на всю шкалу в положении переключателя «Прямая» при мощности на 144 МГц примерно 50 мВт и на 430 МГц — 100 мВт. При большей мощности чувствительность прибора необходимо понижать, вводя резистор R1.

После монтажа и сборки рефлектометр необходимо настроить. Для этого подают на вход сигнал от передатчика или ГСС, а выход нагружают на эквивалентную нагрузку 75 Ом. Можно воспользоваться готовым ВЧ эквивалентом от измерителей АЧХ Х1-13, Х1-19, Х1-30. Подают такое напряжение ВЧ, чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу в положение переключателя S1 «Прямая». Затем переключатель переводят в положение «Отраж.» и подбором резистора R2 добиваются нулевого показания.

Эту процедуру повторяют несколько раз с каждым из вновь включаемых резисторов. Настроенный рефлектометр закрывают с двух сторон крышками. Поскольку рефлектометры симметричны, их входы и выходы можно поменять местами.

«Радио» №5/1977 год

FILED UNDER : Справочник

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*