[发明专利]一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法

权利要求书

1.一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，其特征在于：在高斯脉冲发生器终端连接线缆，所述线缆的另一端为开路，用单片机和高速AD采样得到发射脉冲波形和反射回波波形，根据高斯波特性和线缆阻抗特性的检测，最终得到线缆的截止频率点；

假设线缆上发射的电脉冲和反射的电脉冲之间的时间差为Δt，线缆断点或端点的距离为ΔL，线缆断点或端点的半脉冲宽度为Δx，线缆的阻抗特征截止频率为Δω；

所述线缆阻抗特性的检测具体包括以下步骤：

步骤F1：采用高速数据采集并记录线缆的发射波形的电压数据，形成数据列V₀，并通过比较找出其波形峰值电压A₀；

步骤F2：采用高速数据采集并记录线缆的反射回波的电压数据，形成数据列V'₀，并找出其波形峰值电压A'₀；

步骤F3：计算比例系数K＝A₀/A'₀，并将线缆所有反射回波的电压的数据分别乘以系数K，形成数据列V″₀；

步骤F4：求幅值差比例γ＝(V₀-V”₀)/V₀，当第一次出现γ＞29.3％时，对应的N_x·T_s即是Δt；其中N_x为Δt时间内采样次数，T_s为高速采样周期；

步骤F5：使用Δx由推导关系计算得到Δω，再得出线缆的特征阻抗截止频率ω_c＝Δω。

2.根据权利要求1所述的一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，其特征在于：基于时域反射法TDR的线缆长度测量，采用一个高斯波形的电脉冲信号作为发射信号，其高斯波的数学表达式为：

其中x为时域波形脉冲宽度，x₀为时域波形半脉冲宽度；

当该脉冲发射出去以后，经过ΔL到达线缆的末端，线缆的阻抗无穷大，反射系数为1，导致信号沿着线缆反向传输，形成了反射脉冲电信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，其特征在于：计算ΔL的方法为：

通过检测发射脉冲信号和反射脉冲信号的时间差Δt，使用下式计算得到ΔL的长度：

其中c为光速，ε_r为线缆相对介电常数。

4.根据权利要求3所述的一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，其特征在于：采用高斯波作为发射电脉冲信号，式(1)的傅里叶变换结果为：

根据式(3)可知：发射脉冲信号的频谱波仍为高斯波。

5.根据权利要求4所述的一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，其特征在于：所述步骤F5具体是指：假设发射脉冲高斯波的时域波形半脉宽为x₀，频域波形的带宽为ω₀，则计算推导Δω和Δx的方法为：

当发射信号衰减到10％时，由式(1)、式(2)可知：

根据式(4)、式(5)有：

x₀·ω₀＝2ln10 (6)

发射信号的时域变化量和频域变化量的关系为：

已知发射脉冲信号和反射脉冲信号的时间差Δt与线缆断点或端点的半脉冲宽度为Δx的关系为：

Δx＝Δt (8)

即：

Δx＝Δt＝N_x·T_s (9)

由式(7)、式(9)可得：

其中T_s为高速采样周期，N_x为Δt时间内采样次数。

6.根据权利要求5所述的一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，其特征在于：根据传输线理论和电报方程，线缆反射的电脉冲经过了ΔL距离的传输后，会导致反射脉冲幅值衰减，其衰减函数为：

其中α为传输衰减系数，β为传输相移常数，有：

随着线缆长度的增加，线缆的感性部分增强，导致其发射的高斯波高频分量衰减严重，使反射的脉冲波形不再完全满足斯波特征，高频分量则会有所衰减。