屏蔽電纜屏蔽衰減的分析與研究

     在雙向有線(xiàn)電視系統(tǒng)中，為使反向傳輸正常工作，必須
減少匯流噪聲。匯流噪聲大部分是空間電磁干擾串入反向系統(tǒng)形
成的。在雙向CATV系統(tǒng)中，電纜是最容易串入干擾的部件之一。
為了使反向系統(tǒng)正常工作需要采用屏蔽衰減高的四屏蔽電纜。本
文介紹了四屏蔽電纜的兩種測(cè)量方法、測(cè)量四屏蔽電纜的原理和
測(cè)量中應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口四屏蔽電纜屏蔽衰減測(cè)量結(jié)
果進(jìn)行了分析。 
1　射頻同軸電纜屏蔽衰減的兩種測(cè)量方法 
測(cè)量射頻同軸電纜屏蔽衰減的方法有兩種：泄漏法和滲透法。泄
漏法是在同軸電纜內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)，由于電纜屏蔽不夠好，電纜
內(nèi)、外導(dǎo)體間的強(qiáng)電磁場(chǎng)可通過(guò)外導(dǎo)體的縫隙泄漏出來(lái)。測(cè)量泄
漏場(chǎng)強(qiáng)來(lái)表征電纜的屏蔽衰減，吸收鉗法使用的是泄漏法。滲透法是將被測(cè)電纜放在均勻電磁場(chǎng)中，由于
電纜的外導(dǎo)體有縫隙，電磁場(chǎng)通過(guò)縫隙滲透到電纜內(nèi)部，測(cè)量滲透場(chǎng)強(qiáng)也可表征電纜的屏蔽衰減。隨著電
磁兼容測(cè)量設(shè)備的發(fā)展，用可以產(chǎn)生均勻橫向電磁碭的GTEM室來(lái)測(cè)量電纜的屏蔽衰減。這種測(cè)量方法稱(chēng)為G
TEM室法，屬于滲透法，比吸收鉗法復(fù)雜。但GTEM室法測(cè)量范圍為直流-1GHz，比吸收鉗測(cè)量范圍更寬。從
理論上講，GTEM室可以產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度僅與輸入信號(hào)功率有關(guān)，只要功率放大器足夠大，就可產(chǎn)生很高
的場(chǎng)強(qiáng)。這使GTEM室測(cè)量屏蔽衰減的靈敏度大大提高，是一種適合測(cè)四屏蔽電纜的較高屏蔽衰減的測(cè)量方
法。 
2　為什么要用GTEM室法代替吸收鉗法來(lái)測(cè)量四屏蔽電纜呢？ 
射頻同軸電纜屏蔽衰減的測(cè)量，由于受測(cè)量設(shè)備的限制，吸引鉗法是最傳統(tǒng)的測(cè)量方法。這種測(cè)量方法設(shè)
備簡(jiǎn)單，使用方便，但靈敏度低，通常測(cè)量范圍在100dB以下。并且，測(cè)量頻率范圍被限制在30MHz以上。 
隨著CATV系統(tǒng)雙向傳輸和多功能運(yùn)用的發(fā)展，出現(xiàn)了四屏蔽電纜，四屏蔽電纜屏蔽衰減更高，一般可達(dá)100
dB以上，再用吸收鉗法測(cè)量，已不能準(zhǔn)確測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減（因已超過(guò)一般吸收鉗的最高測(cè)量范
圍）。特別是雙向HFC網(wǎng)，反向傳輸頻率范圍為（5-65）MHz，必須測(cè)量5MHz頻率點(diǎn)的屏蔽衰減。這已超出
了吸收鉗的工作范圍，顯然，吸收鉗法已不能適應(yīng)四屏蔽電纜屏蔽衰減測(cè)量的需要，應(yīng)用GTEM室法來(lái)代
替。 
3　GTEM室法測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減測(cè)量原理和測(cè)量中應(yīng)注意的問(wèn)題 
GTEM小室是根據(jù)同軸及非對(duì)稱(chēng)矩形傳輸線(xiàn)原理設(shè)計(jì)的。為避免內(nèi)部電磁波的反射及產(chǎn)生高階模式和諧振，
將其設(shè)計(jì)成尖劈形。輸入端采用N型同軸接頭，爾后漸變至非對(duì)稱(chēng)矩形傳輸線(xiàn)，以減少因結(jié)構(gòu)突變引起的電
波反射。為使其達(dá)到良好的阻抗匹配并獲得較大的均勻場(chǎng)區(qū)，選取并調(diào)測(cè)合適的角度、芯板高度和寬度。
為使球面TEM波從輸入端到負(fù)載良好傳輸，并具有良好的高低頻特性，終端采用電阻式匹配網(wǎng)絡(luò)與吸收材料
共同組成復(fù)合負(fù)載。GTEM小室的外觀為四棱錐狀屏蔽箱。最左邊為帶N型插座的法蘭盤(pán)，射頻信號(hào)從此饋
入。側(cè)面有一扇門(mén)，可放入或取出被測(cè)部件。屏蔽箱底面有電纜插座，可將被測(cè)部件內(nèi)滲透進(jìn)去的電磁信
號(hào)引出，以便測(cè)量。屏蔽箱底面還有經(jīng)過(guò)濾波的220V交流電源，以便給被測(cè)有源器件供電。 
GTEM小室內(nèi)電磁場(chǎng)分布。實(shí)線(xiàn)為實(shí)測(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度變化1dB、2dB和3dB的等強(qiáng)度線(xiàn)（從內(nèi)向外）。而虛線(xiàn)表示
電場(chǎng)強(qiáng)度變化1db和2dB的均勻區(qū)。 
（1）GTEM室測(cè)量屏蔽衰減的基本原理 
射頻信號(hào)發(fā)生器經(jīng)功率放大以后，饋送到GTEM室輸入端口，在GTEM室內(nèi)激勵(lì)起均勻電磁場(chǎng)。將四屏蔽電纜
截下30cm長(zhǎng)一段，兩邊作好壓接的F型電纜插頭。將此電纜一頭用屏蔽良好的75Ω負(fù)載電阻終結(jié)，另一頭接
到GTEM室中電纜插頭上，并保持電纜垂直（與電場(chǎng)平行）。由于，四屏蔽電纜外導(dǎo)體仍有很細(xì)小縫隙，GTE
M室的強(qiáng)場(chǎng)會(huì)滲透到電纜內(nèi)部。 
滲透到電纜內(nèi)部的微弱信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，由頻譜分析儀顯示出來(lái)。 
GTEM室測(cè)量四屏蔽電纜屏蔽衰減的基本原理如下： 
30cm長(zhǎng)的四屏蔽電纜做上壓接式F頭以后，電纜有效長(zhǎng)度只剩下25cm。25cm長(zhǎng)的導(dǎo)體在GTEM室內(nèi)均勻電磁場(chǎng)
中產(chǎn)生的感生電平為電場(chǎng)強(qiáng)度乘以導(dǎo)體長(zhǎng)度。四屏蔽電纜外導(dǎo)體有細(xì)小縫隙（屏蔽不良），GTEM室內(nèi)強(qiáng)的
電磁場(chǎng)會(huì)滲透到電纜內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生滲透感生電平，此電平很微弱需經(jīng)低噪聲高增益的前置放大器放大之后，
在頻譜分析儀上才能顯示出來(lái)。頻譜分析儀上顯示的電平減去前置放大器的增益就得到了四屏蔽電纜內(nèi)滲
透感生電平的大小。25cm長(zhǎng)導(dǎo)體在GTEM室的均勻電磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感生電平減去四屏蔽電纜內(nèi)滲透感生電
平，就得到四屏蔽電纜的屏蔽衰減。 
（2）GTEM室法測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減應(yīng)注意的問(wèn)題 
1）GTEM室內(nèi)部，四屏蔽電纜到GTEM室引出插座之間連線(xiàn)，最好使用金屬外導(dǎo)體的75Ω電纜。以免GTEM室內(nèi)
強(qiáng)電磁場(chǎng)滲透到連線(xiàn)電纜中，影響屏蔽衰減測(cè)量準(zhǔn)確度。 
2）電纜接頭和75Ω終結(jié)電阻（本身必須屏蔽良好）要擰緊。必要時(shí)，應(yīng)用銅絲布將接頭包緊并扎牢，以免
GTEM中的強(qiáng)電磁場(chǎng)滲透到被測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部。 
3）屏蔽衰減測(cè)試系統(tǒng)本身的自檢。在GTEM室內(nèi)，將75Ω終結(jié)電阻直接接到金屬外導(dǎo)體的電纜引線(xiàn)頭上，并
擰緊、包牢。減屏蔽衰減應(yīng)在130dB以上，方能證明系統(tǒng)可靠，不會(huì)影響四屏蔽電纜120dB左右屏蔽衰減的
測(cè)量準(zhǔn)確度。 
4）頻譜分析儀以及前置放大器都應(yīng)單獨(dú)放在屏蔽室中。不應(yīng)與射頻信號(hào)源或功率放大器置同一室中，以免
射頻信號(hào)源或功率放大器泄漏出來(lái)的電磁場(chǎng)混入頻譜儀或前置放大器中，影響測(cè)量準(zhǔn)確度。 
4　吸收鉗法能否提高靈敏度，降低干擾，也可以測(cè)量四屏蔽電纜嗎？ 
吸收鉗采取以下較嚴(yán)格的措施可提高靈敏度、降低外界侵入的干擾，可以測(cè)量屏蔽衰減達(dá)120dB以上。解決
了用兩種方法：吸收鉗法和GTEM室法同時(shí)測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減的難題。但采取嚴(yán)格措施的吸收鉗
法，因要求太高，非一般實(shí)驗(yàn)室的條件能滿(mǎn)足。不適合用作測(cè)量一般四屏蔽電纜的屏蔽衰減。 
為了能測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減，吸收鉗采取了以下措施提高靈敏度、降低外界侵入的干擾。 
（1）在吸收鉗信號(hào)輸出端與頻譜分析儀之間加前置放大器。 
我們選用美國(guó)惠普公司生產(chǎn)的高增益、低噪聲前置放大器。增益G=32dB，噪聲系數(shù)NF=2.5dB，頻帶寬度為9
KHz-1GHz。可將吸收鉗輸出的射頻信號(hào)提高32dB，從而使屏蔽衰減測(cè)量靈敏度提高。 
（2）降低頻譜分析儀中頻帶寬到30KHz，使頻譜分析儀測(cè)量靈敏度提高到0dBpV。降低頻譜分析儀中頻帶
寬，可降低頻譜分析儀固有低噪聲電平，提高測(cè)量靈敏度。 
再選用較高輸出電平的射頻信號(hào)發(fā)生器，其輸出電平可達(dá)127dBpV。 
這樣，用吸收鉗法測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減可達(dá)130dB。因?yàn)樯漕l信號(hào)發(fā)生器輸出電平127dBpV，再加上
前置放大器32dB，這相當(dāng)于信號(hào)電平可達(dá)159dB。減去吸收鉗的插入衰減為20dB左右和頻譜分析儀最大靈敏
度0dBpV，可使吸收鉗測(cè)量四屏蔽電纜屏蔽衰減的最大值可達(dá)139dB。 
(3）將吸收鉗法測(cè)量四屏蔽電纜的屏蔽衰減系統(tǒng)中，所有電纜接頭和負(fù)載電阻接頭擰緊，并用銅絲布包
牢，又使屏蔽衰減測(cè)試范圍從90dB擴(kuò)大到120dB。特別是吸收鉗射頻輸出口為BNC頭，本身屏蔽衰減不夠
高，只這個(gè)頭用銅絲布包牢，扎緊就使系統(tǒng)測(cè)量屏蔽衰減范圍提高了20dB。 
（4）射頻信號(hào)發(fā)生器輸出電平較高達(dá)127dBpV，信號(hào)源本身屏蔽不夠，有微弱電磁場(chǎng)泄漏到空間，再串入
前置放大器或頻譜分析儀輸入端，從而影響測(cè)量高屏蔽衰減的準(zhǔn)確度。可將射頻信號(hào)源放在屏蔽室外，通
過(guò)電纜將射頻信號(hào)引入屏蔽室的吸收鉗測(cè)量屏蔽衰減的外界干擾達(dá)6dB，使屏蔽衰減測(cè)量范圍擴(kuò)大到126d
B。 
用GTEM室法和吸收鉗法測(cè)量同一根四屏蔽電纜的屏蔽衰減，其結(jié)果GTEM法比吸收鉗法測(cè)出屏蔽衰減的平均
值最多差10dB。這是為什么呢？仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)：一根四屏蔽電纜上屏蔽衰減有缺欠的地方是局部的。吸收
鉗法測(cè)量屏蔽衰減選用電纜長(zhǎng)度為6m，吸收鉗在電纜上前、后移動(dòng)，找出屏蔽衰減最小的點(diǎn)。而GTEM法測(cè)
屏蔽衰減所取電纜長(zhǎng)度為30cm，相當(dāng)于吸收鉗法電纜長(zhǎng)度的20分之一。因此，屏蔽衰減最差點(diǎn)出現(xiàn)概率小
得多，GTEM法測(cè)量出屏蔽衰減往往比吸收鉗法高。為了解決這一問(wèn)題，我們選取一段6m長(zhǎng)四屏蔽電纜用吸
收鉗法測(cè)量屏蔽衰減后，用吸收鉗找出電纜屏蔽最差的段上截下30cm，再用GTEM室法測(cè)量這段四屏蔽電纜
的屏蔽衰減。這樣，用吸收鉗和GTEM室兩種方法測(cè)出同一根電纜的屏蔽衰減基本一致。 
測(cè)量屏蔽衰減還發(fā)現(xiàn)：用吸收鉗法測(cè)量四屏蔽電纜時(shí)，從30MHz-1GHz各頻率點(diǎn)測(cè)出的最差屏蔽衰減最差位
置在電纜上不重合，最多相距1m左右。這又是為什么呢？按常理，四屏蔽電纜在一小段上屏蔽衰減最差點(diǎn)
在各個(gè)頻率應(yīng)該重合。考慮到另一個(gè)因素，射頻信號(hào)在電纜傳播不可能全是行波，由于匹配不夠，必然產(chǎn)
生駐波。各頻率信號(hào)在6m長(zhǎng)電纜上所形成的駐波，波節(jié)和波腹點(diǎn)差開(kāi)，就會(huì)造成上述現(xiàn)象。為了證實(shí)這個(gè)
問(wèn)題，我們用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)了吸收鉗法6m電纜信號(hào)供應(yīng)系統(tǒng)：包括信號(hào)源送出的50Ω電纜、進(jìn)屏蔽室用的5
0Ω兩通和50Ω-75Ω阻抗轉(zhuǎn)換器，被測(cè)6m長(zhǎng)四屏蔽電纜和75Ω終結(jié)電阻的反射損耗。該系統(tǒng)反射損耗只有8
dB，相當(dāng)有40％的駐波，這是因?yàn)閲?guó)產(chǎn)器件本身反射損耗就不夠高，全部改用進(jìn)口器件后，系統(tǒng)反射損耗
達(dá)16dB，駐波只有16％，上述問(wèn)題圓滿(mǎn)解決。 
5　用吸收鉗和GTEM室兩種方法測(cè)量四屏蔽電纜屏蔽衰減的結(jié)果與比較 
（1）用吸收鉗和GTEM室兩種方法測(cè)量四屏蔽電纜屏蔽衰減的結(jié)果 
因國(guó)產(chǎn)四屏蔽電纜的屏蔽衰減參差不齊，表明了國(guó)產(chǎn)同軸電纜屏蔽衰減的范圍，而2#為進(jìn)口四屏蔽電纜。 
（2）用吸收鉗和GTEM室兩種方法測(cè)量四屏蔽電纜屏蔽衰減測(cè)量結(jié)果的比較 
如下： 
1）國(guó)產(chǎn)最好的四屏蔽電纜，屏蔽衰減的平均值GTEM室比吸收鉗高2.8dB，而屏蔽衰減的最小值GTEM比吸收
鉗高4dB。 
2）國(guó)產(chǎn)一般的四屏蔽電纜屏蔽衰減的平均值GTEM室比吸收鉗高2.6dB，而屏蔽衰減的最小值GTEM室比吸收
鉗高3dB. 
3）進(jìn)口四屏蔽電纜屏蔽衰減的平均值GTEM室比吸收鉗高2.4dB，而屏蔽衰減最小值GTEM室比吸收鉗高3dB。
用吸收鉗和GTEM室兩種方法測(cè)四屏蔽電纜，無(wú)論是屏蔽衰減的平均值，還是屏蔽衰減的最小值，相差約3d
B。這兩種測(cè)量屏蔽衰減的方法基本是一致的。 
6　四屏蔽電纜屏蔽衰減測(cè)量結(jié)果的分析 
國(guó)產(chǎn)四屏蔽電纜屏蔽衰減相差較多。通常國(guó)產(chǎn)電纜可分為最好、較好和一般三類(lèi)。國(guó)產(chǎn)最好的四屏蔽電纜
的屏蔽衰減比進(jìn)口的還高；而國(guó)產(chǎn)較好的四屏蔽電纜比進(jìn)口的略低，差別不超過(guò)3dB。而國(guó)產(chǎn)一般的四屏蔽
電纜的屏蔽衰減較進(jìn)口的低6dB以上，其原因分析如下： 
（1）通常國(guó)產(chǎn)最好的四屏蔽電纜用進(jìn)口設(shè)備生產(chǎn)，原材料質(zhì)量好，工藝嚴(yán)格，產(chǎn)品質(zhì)量當(dāng)然好。從外觀上
看，這類(lèi)電纜結(jié)構(gòu)緊密、挺實(shí)、外護(hù)套光滑柔韌。其特點(diǎn)如下： 
1）編織網(wǎng)絲粗、網(wǎng)密 
2）編織角標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不大于45°，國(guó)產(chǎn)最好的四屏蔽電纜編織角都小于45°。 
3）四屏蔽電纜外導(dǎo)體的鋁箔分粘接和搭接兩種。搭接是將鋁箔在電纜物理發(fā)泡絕緣體上裹上一層，接頭處
重疊一部分，一般為3mm。粘接是鋁箔與物理發(fā)泡絕緣體粘在一起。粘接較搭接屏蔽性能更好。國(guó)產(chǎn)最好的
四屏蔽電纜都采用粘接。 
（2）國(guó)產(chǎn)一般的四屏蔽電纜用國(guó)產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)，原材料質(zhì)量差些，產(chǎn)品一般。從電纜外觀上看，這類(lèi)電纜較
松軟，不挺實(shí)，外護(hù)套較硬且少光澤。 
1）編織網(wǎng)絲細(xì)、編織密度小 
2）編織角大，通常大于45°，有的甚至超過(guò)70°。 
3）這類(lèi)四屏蔽電纜外導(dǎo)體鋁箔多采用搭接。 
（3）小結(jié) 
國(guó)產(chǎn)最好的四屏蔽電纜屏蔽衰減比進(jìn)口的高6dB以上。而國(guó)產(chǎn)較好的同軸電纜與進(jìn)口的相差不多，通常約低
3dB。 
國(guó)產(chǎn)一般的四屏蔽電纜屏蔽衰減比進(jìn)口的相差較多，通常，低6db以上。