[發明專利]一種同軸電纜高頻傳輸特性的測試方法及系統

在審

• 申請號: 201910957983.0
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110763931A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 張丹丹;黎立;莫石;王賢妮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/12;G01R27/02
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種同軸電纜高頻傳輸特性的測試方法及系統，方法包括以同軸電纜的導體芯線和外導體屏蔽層構成測試回路，根據掃頻法，分別測量任意頻率下同軸電纜在末端開路時的輸入阻抗和在末端短路時的輸入阻抗；根據測量結果計算得到同軸電纜的高頻傳輸特性，即傳播常數、衰減常數、相移系數、相速度和特征阻抗在高頻下隨頻率的變化特性。系統包括任意長度的同軸電纜和測試模塊，測試模塊以同軸電纜的導體芯線和外導體屏蔽層構成測試回路，測量任意頻率下同軸電纜在末端開路時的輸入阻抗和在末端短路時的輸入阻抗，得到同軸電纜的高頻傳輸特性。本發明提供的測試方法能夠解決同軸電纜測試系統復雜，測試費時、高頻噪聲干擾嚴重、精度低等問題。

技術領域

本發明屬于電力電纜高頻信號傳輸領域，更具體地，涉及一種同軸電纜高頻傳輸特性的測試方法及系統。

背景技術

同軸電纜在電力系統中的運用廣泛，然而由于外力破壞、環境變化等常導致電纜的故障的產生。電纜的高頻傳輸特性是研究電纜故障定位的基礎，目前比較熱門的電纜故障定位方法，比如行波法、局部放電技術、阻抗譜技術，均涉及到不同頻率高頻信號在電纜中的傳播。高頻下，由于線路電阻和電導損耗的存在，信號沿電纜傳播時存在衰減，而線路電容、電感參數的頻變特性將導致信號發生色散，而相速度的頻變效應直接影響故障定位精度，因此準確獲取電纜的高頻特性，對于提高電纜故障診斷的精度具有重要的意義。

高頻信號在電纜中的傳輸特性取決于電纜的特征阻抗Z_c、傳播常數γ以及相速度v，他們均為隨頻率變化的參數。目前的電纜高頻傳輸特性獲取方法，如時域反射法、散射參數法、絕緣材料介電頻譜測量法，存在測試系統復雜、掃頻困難、費時、高頻噪聲干擾嚴重、精度低等不足。中國專利申請《一種交流電纜內部相速度特性檢測方法及檢測系統》(申請號：CN201710318944.7，申請日：2017.05.08)通過測試電纜兩端的信號，進行傅里葉變換后，獲取兩端信號的相位差可得到信號在電纜中的相速度，但該方法僅能獲取電纜的相速度，無法獲取其他參數信息。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種同軸電纜高頻傳輸特性的測試方法及系統，旨在解決測試系統復雜、測試精度低的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提供了一種同軸電纜高頻傳輸特性的測試方法，包括以下步驟：

(1)以同軸電纜的導體芯線和外導體屏蔽層構成測試回路，根據掃頻法，分別測量任意頻率下同軸電纜在末端開路時的輸入阻抗和在末端短路時的輸入阻抗；

(2)根據步驟(1)的測量結果計算得到同軸電纜的高頻傳輸特性。

優選地，同軸電纜的高頻傳輸特性包括傳播常數、衰減常數、相移系數、相速度和特征阻抗。

優選地，同軸電纜的傳播常數γ的公式為：

其中，Z_sh為同軸電纜在末端短路時的輸入阻抗，Z_op為同軸電纜在末端開路時的輸入阻抗，l為同軸電纜的長度。

優選地，同軸電纜的衰減常數α的公式為：

α＝Re[γ]

相移系數β的公式為：

β＝Im[γ]

其中，γ為同軸電纜的傳播常數，Re表示取復數實部，Im表示取復數虛部。

優選地，同軸電纜的相速度v的公式為：v＝2πf/Im[γ]

其中，γ為同軸電纜的傳播常數，Im表示取復數虛部，f為測試頻率。

優選地，同軸電纜單位長度的串聯阻抗z的公式為：