ICS29.020CCSS35 T/SMA團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/SMA0047-2024軌道交通高壓屏蔽線纜及連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)試方法TestMethodforSurfaceTransferImpedanceofHighVoltageShieldedCablesandConnectorsinRailwayApplications2024-08-30發(fā)布 2024-09-15實(shí)施會(huì) 發(fā)布T/SMA0047-2024目 次目 次前 言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語(yǔ)和定義 1三同軸法測(cè)量高壓屏蔽線纜的表面轉(zhuǎn)移阻抗 3管中管法測(cè)量高壓屏蔽連接器或者屏蔽線纜組件轉(zhuǎn)移阻抗 9測(cè)試報(bào)告 15附錄A（規(guī)范性）阻抗匹配器 16附錄B（資料性）不同負(fù)載條件對(duì)截止頻率的影響 19附錄C（資料性）散射參數(shù)S21與表面轉(zhuǎn)移阻抗ZT的轉(zhuǎn)換 30附錄D（資料性）表面轉(zhuǎn)移阻抗的推薦限值與等級(jí) 34IT/SMA0047-2024前 言前 言本文件按照GB/T1.1-20201部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由上海市計(jì)量協(xié)會(huì)電磁兼容專業(yè)委員會(huì)提出。本文件由上海市計(jì)量協(xié)會(huì)歸口。本文件起草單位：上海凌世電磁技術(shù)有限公司、上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院、中車奇宏散熱技術(shù)有（上海（上海本文件2024年8月首次發(fā)布。IIT/SMA0047-2024軌道交通高壓屏蔽線纜及連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)試方法范圍本文件規(guī)定了軌道交通高壓屏蔽線纜及連接器的屏蔽效能測(cè)試程序和技術(shù)方法，測(cè)試頻率范圍為9kHz~30MHz（可根據(jù)被測(cè)線纜長(zhǎng)度和測(cè)試裝置進(jìn)行擴(kuò)展）。本文件規(guī)定的測(cè)試方法適用于GB/T2900.36-2021中定義的所有類型的車輛，如高速列車、機(jī)車、客車、地鐵、輕軌車輛、有軌電車和中低速磁懸浮列車等。規(guī)范性引用文件T-CSAE189-2021 電動(dòng)汽車高壓屏蔽線纜及連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)試方法IEC62153-4-1金屬通信線纜試驗(yàn)方法第4-1部分：電磁兼容電磁屏蔽測(cè)量的介紹（Metalliccommunicationcabletestmethods—Part4-1:Electromagneticcompatibility(EMC)—Introductiontoelectromagneticscreeningmeasurements）IEC62153-4-3 金屬通信線纜試驗(yàn)方法 第4-3部分電磁兼容表面轉(zhuǎn)移阻抗三同軸（Metalliccommunicationcabletestmethods—Part4-3:Electromagneticcompatibility(EMC)—Surfacetransferimpedance—Triaxialmethod）IEC62153-4-7金屬線纜和其他無(wú)源器件試驗(yàn)方法第4-7衰減管中管法（Metalliccableandotherpassivecomponentstestmethods—Part4-7:Electromagneticcompatibility(EMC)—Testmethodformeasuringoftransferimpedance??andscreeningattenuation??couplingattenuation??ofconnectorsandassemblies—Triaxialtubeintubemethod）IEC62153-4-15金屬線纜和其他無(wú)源器件試驗(yàn)方法第4-15部分：電磁兼容轉(zhuǎn)移阻抗、屏蔽、耦合衰減三同軸室法（Metalliccablesandotherpassivecomponentstestmethods—Part4-15:Electromagneticcompatibility(EMC)—Testmethodformeasuringtransferimpedanceandscreeningattenuation)—orcouplingattenuationwithtriaxialcell）IEC61196-1 1（Coaxialcommunicationcables—Part1:Genericspecification—General,definitionandrequirements）術(shù)語(yǔ)和定義GB/T4365—2003界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。1T/SMA0047-2024內(nèi)回路（Innercircuit）由線纜屏蔽層和內(nèi)導(dǎo)體組成。外回路（Outercircuit）由線纜屏蔽層和測(cè)試管的內(nèi)表面組成。

表面轉(zhuǎn)移阻抗（Surfacetransferimpedance）外回路（由測(cè)試管和屏蔽層構(gòu)成）單位長(zhǎng)度感應(yīng)的縱向感應(yīng)電壓與內(nèi)回路饋入的電流之比，反之亦（1）

ZU2TI1LT

……………………其中：Z1,Z2——分別為內(nèi)回路和外回路的特征阻抗；U1,U2——分別為內(nèi)回路和外回路的電壓(下角標(biāo)：n：近端，f：遠(yuǎn)端)；I1 ——內(nèi)回路的電流(下角標(biāo)：n：近端，f：遠(yuǎn)端)；L ——線纜長(zhǎng)度，特指被測(cè)屏蔽層長(zhǎng)度； ——自由空間中的波長(zhǎng)。?? ——表面轉(zhuǎn)移阻抗。

圖1ZT定義耦合長(zhǎng)度（Couplinglength）測(cè)試管中的線纜長(zhǎng)度。截止頻率（Cut-offfrequency）2T/SMA0047-2024表面轉(zhuǎn)移阻抗可測(cè)試的上限頻率。三同軸法測(cè)量高壓屏蔽線纜的表面轉(zhuǎn)移阻抗概述測(cè)試應(yīng)在（23±3℃）環(huán)境下進(jìn)行。測(cè)試時(shí)周邊電磁環(huán)境不應(yīng)影響測(cè)試結(jié)果。（或信號(hào)發(fā)生器（由金屬管和屏蔽層構(gòu)成）的遠(yuǎn)端測(cè)量感應(yīng)電壓來(lái)確定表面轉(zhuǎn)移阻抗（見(jiàn)圖1）。本文件描述了采用不同負(fù)載條件的測(cè)試方法，在對(duì)應(yīng)截止頻率以下各方法的測(cè)試結(jié)果均有效。測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備包含以下儀器和部件：（帶S參數(shù)測(cè)試功能和時(shí)域分析能力信號(hào)發(fā)生器應(yīng)具有與被測(cè)線纜相同的特性阻抗，或采用阻抗匹配器進(jìn)行阻抗匹配。如果測(cè)量非常小的表面轉(zhuǎn)移阻抗，必要時(shí)可采用功率放大器。接收機(jī)帶有校準(zhǔn)的衰減器，并配有低噪聲放大器以測(cè)量非常小的轉(zhuǎn)移阻抗。信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)應(yīng)具有相同的系統(tǒng)阻抗。b）三同軸測(cè)試管：測(cè)試管的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和非鐵磁性。測(cè)試管的壁厚應(yīng)大于1mm。測(cè)試管不應(yīng)太長(zhǎng)，建議為0.5m到1.5m以保證測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗時(shí)有足夠高的截止頻率。c）阻抗匹配器：初級(jí)阻抗：信號(hào)發(fā)生器的標(biāo)稱阻抗次級(jí)阻抗：被測(cè)線纜的特征阻抗回波損耗:大于10dB可選設(shè)備：上升時(shí)間小于200ps的時(shí)域反射計(jì)（TDR）或帶時(shí)域分析功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。校驗(yàn)步驟當(dāng)使用帶有S參數(shù)測(cè)試功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，應(yīng)建立完整的雙端口校準(zhǔn)，包括設(shè)備連接線纜。進(jìn)行校正。3T/SMA0047-2024acal

20

-20

(S21

)………………（2）UFUF,calUR,calUF,calUR,calS21

——校驗(yàn)步驟信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓；——校驗(yàn)步驟接收機(jī)的輸入電壓；——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。如果采用了放大器，放大器的增益應(yīng)該在上述提到的頻段中進(jìn)行測(cè)試并保存測(cè)試數(shù)據(jù)。（關(guān)于阻抗匹配器請(qǐng)參見(jiàn)附錄A）測(cè)試樣品單芯導(dǎo)體屏蔽線纜如圖2所示準(zhǔn)備單芯導(dǎo)體屏蔽線纜，線纜內(nèi)導(dǎo)體和屏蔽層構(gòu)成準(zhǔn)同軸系統(tǒng)。測(cè)試樣品長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)耦合長(zhǎng)度的150%。圖2 測(cè)試樣品（單芯導(dǎo)體屏蔽線纜）單芯導(dǎo)體屏蔽線纜的一端匹配一個(gè)良好屏蔽的電阻R1，R1的值取決于測(cè)試方法，即短路或者等于內(nèi)回路的特征阻抗Z1。R1的標(biāo)稱電阻值與Z1的誤差應(yīng)小于10%。如果內(nèi)回路特征阻抗Z1未知，可以通過(guò)TDR功能進(jìn)行測(cè)試或者采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：60rZr

Dln lnd

…………（3） 式中：r——線纜相對(duì)介電常數(shù)D——屏蔽層內(nèi)徑d——內(nèi)導(dǎo)體外徑mΩ。4T/SMA0047-2024圖3 測(cè)試管的搭接示意圖R2是阻尼電阻，它影響測(cè)試截止頻率上限（具體參加附錄B）。R2值取決于測(cè)試方法，即短路模式下R2等于0Ω；在阻抗匹配模式下，R2等于外回路特征阻抗的函數(shù)。為了獲得最大的截止頻率，R2的值可以通過(guò)以下公式計(jì)算： RA60lnD 2 dr1r12Amin[2,

……………(4)式中：D——測(cè)量管的內(nèi)徑；d——線纜屏蔽層的外徑；——內(nèi)回路的相對(duì)介電常數(shù)；2——外回路的相對(duì)介電常數(shù)。多芯導(dǎo)體屏蔽線纜圖4 測(cè)試樣品（多芯導(dǎo)體屏蔽線纜）5T/SMA0047-2024測(cè)試布置方法A：內(nèi)回路匹配且外回路有阻尼電阻在方法A中，內(nèi)回路端接一個(gè)匹配的終端（負(fù)載）電阻（R1=Z1），在外回路近端測(cè)試管與線纜屏蔽層短路，在外回路遠(yuǎn)端通過(guò)阻尼電阻連接到接收端。如果內(nèi)回路的特性阻抗與信號(hào)發(fā)生器阻抗不同，方法B：內(nèi)回路端接終端（負(fù)載）電阻且外回路無(wú)阻尼電阻該方法與方法A類似，區(qū)別在于沒(méi)有采用匹配電路和阻尼電阻，因此有更高的測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍。方法C：（不匹配）-無(wú)阻尼電阻短路在方法C中，內(nèi)回路和外回路都在一側(cè)短路，即阻尼電阻和內(nèi)回路終端（負(fù)載）電阻被短路取代，并且不采用匹配電路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它適用于測(cè)量非常低的表面轉(zhuǎn)移阻抗值。測(cè)試裝置三個(gè)測(cè)試裝置原理框圖如圖5所示。被測(cè)線纜一端應(yīng)連接到信號(hào)發(fā)生器（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）端，（由測(cè)試管和屏蔽層構(gòu)成）遠(yuǎn)端測(cè)量感應(yīng)電壓。測(cè)試方法A:內(nèi)回路匹配且外回路有阻尼電阻6T/SMA0047-2024測(cè)試方法B:內(nèi)回路端接終端（負(fù)載）電阻且外回路無(wú)阻尼電阻測(cè)試方法C:（不匹配）-無(wú)阻尼電阻短路圖中：ZG——信號(hào)發(fā)生器阻抗；Z1U1——內(nèi)回路輸入電壓；U2——外回路輸出電壓；UR——外回路電壓；LC——耦合長(zhǎng)度；R1——終端（負(fù)載）電阻；R2——阻尼電阻；I1——內(nèi)回路中的輸入電流。圖5 三同軸法測(cè)量屏蔽線纜表面轉(zhuǎn)移阻抗的測(cè)試裝置測(cè)試步驟UF,measUUF,measUR,measameas

20

20

(S21)

…………(5)式中：UFUR,measS21

——測(cè)試步驟提供的電壓；——測(cè)試步驟接收器處的電壓；——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。測(cè)試結(jié)果表面轉(zhuǎn)移阻抗計(jì)算7T/SMA0047-2024測(cè)試的衰減值根據(jù)以下公式轉(zhuǎn)換得到表面轉(zhuǎn)移阻抗（具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參考附錄C）：A：ameas

acal

(a

pad

10log10(Z0))Z1TZR1(Z0R2)10{T

}20 ………………(6)Z0LC對(duì)于測(cè)試方法B：RZ

{ameasacal}ZT1 0102LC

20 ……………(7)對(duì)于測(cè)試方法C：CZZ010T 2LC

ameasacal20

………………(8)

Z0Z1ZTameasacalapad

——系統(tǒng)阻抗（通常為50Ω）；——內(nèi)回路特征阻抗；——表面轉(zhuǎn)移阻抗；——測(cè)試的衰減值；——測(cè)試設(shè)備無(wú)法消除的連接線纜衰減值；——匹配電路的衰減值；——耦合長(zhǎng)度；——內(nèi)回路中的終端（負(fù)載）電阻；R2 ——外回路中的阻尼電阻。截止頻率截止頻率長(zhǎng)度乘積根據(jù)以下公式給出（詳細(xì)過(guò)程請(qǐng)參考附錄B）：對(duì)于測(cè)試方法A：fcutLC80MHzm (9)例如耦合長(zhǎng)度為1m的被測(cè)樣品，對(duì)應(yīng)的表面轉(zhuǎn)移阻抗可測(cè)試上限頻率為80MHz。對(duì)于測(cè)試方法B：fcutLC30MHzm

………………(10)對(duì)于測(cè)試方法C：

fcutLC25MHzm

………………(11)8T/SMA0047-2024fcutLC

式中：——表面轉(zhuǎn)移阻抗可測(cè)試上限頻率；——耦合長(zhǎng)度。管中管法測(cè)量高壓屏蔽連接器或者屏蔽線纜組件轉(zhuǎn)移阻抗概述測(cè)試應(yīng)在（23±3℃）環(huán)境下進(jìn)行。測(cè)試時(shí)周邊電磁環(huán)境不應(yīng)影響測(cè)試結(jié)果。管中管法測(cè)試對(duì)象為高壓屏蔽連接器或者由屏蔽線纜及連接器組成的屏蔽線纜組件。（屏蔽連接器或屏蔽線纜組件（這種測(cè)試步驟再現(xiàn)了連接器的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。沒(méi)有連接線纜的單獨(dú)連接器測(cè)試是毫無(wú)意義的。測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備包含以下儀器和部件：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（帶有S參數(shù)測(cè)試功能）或滿足以下要求的信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)系統(tǒng)：信號(hào)發(fā)生器應(yīng)具有與被測(cè)裝置相同的特性阻抗，或采用阻抗匹配器進(jìn)行阻抗匹配。如果測(cè)量非常小的表面轉(zhuǎn)移阻抗，必要時(shí)可采用功率放大器。接收機(jī)帶有校準(zhǔn)的衰減器，并配有低噪聲放大器以測(cè)量非常小的轉(zhuǎn)移阻抗。信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)應(yīng)具有相同的系統(tǒng)阻抗。三同軸測(cè)試管（對(duì)于尺寸較大的連接器或線纜組件，可以用三同軸測(cè)試室取代三同軸測(cè)試管）1）三同軸測(cè)試管或三同軸測(cè)試室的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和非鐵磁性。三同軸測(cè)試管或三同軸測(cè)試室的壁厚應(yīng)大于1mm。三同軸測(cè)試管或三同軸測(cè)試室不應(yīng)太長(zhǎng)，建議為0.5m到1.5m以保證測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗時(shí)有足夠高的測(cè)試截止頻率。射頻延伸管（管中管）射頻延伸管的材料應(yīng)具有非鐵磁性和良好導(dǎo)電性。射頻延伸管與三同軸測(cè)試管構(gòu)成的回路特性阻抗應(yīng)設(shè)計(jì)為50Ω。射頻延伸管壁厚應(yīng)大于169T/SMA0047-2024測(cè)試適配器外殼的材料應(yīng)與實(shí)際應(yīng)用中保持一致。例如，如果被測(cè)連接器是應(yīng)用在牽引逆變器端口處，那么測(cè)試適配器外殼的材料應(yīng)該與牽引逆變器箱體的材料一致。測(cè)試適配器外殼的厚度應(yīng)大于1mm，其轉(zhuǎn)移阻抗相當(dāng)于被測(cè)連接器的轉(zhuǎn)移阻抗才能夠忽略。匹配頭以及它與測(cè)試適配器外殼的連接應(yīng)該與實(shí)際應(yīng)用保持一致。圖6 測(cè)試適配器可選設(shè)備：上升時(shí)間小于200ps的時(shí)域反射計(jì)（TDR）或帶時(shí)域分析功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。測(cè)試樣品屏蔽連接器當(dāng)測(cè)量屏蔽連接器的表面轉(zhuǎn)移阻抗時(shí)，測(cè)試布置如圖7所示。帶有射頻延伸管的被測(cè)裝置應(yīng)置于測(cè)（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀另外，測(cè)試樣品與射頻延伸管之間的距離應(yīng)小于10mm，這樣能夠減小裸露在外的連接線纜的屏蔽層對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。10T/SMA0047-2024圖7 測(cè)試樣品（屏蔽連接器）屏蔽線纜組件當(dāng)測(cè)量屏蔽線纜組件的表面轉(zhuǎn)移阻抗時(shí)，測(cè)試布置如圖8所示。連接線纜不應(yīng)被延伸管屏蔽，這樣測(cè)量的結(jié)果就是連接線纜、連接器與其測(cè)試適配器之間、連接器與連接線纜之間的表面轉(zhuǎn)移阻抗總成。圖8 測(cè)試樣品（屏蔽線纜組件）校驗(yàn)步驟測(cè)試連接線纜校驗(yàn)當(dāng)使用帶有SUFUF,calUR,calacal

20

-20

(S21

)…………(12)11T/SMA0047-2024式中：UFUR,calS21

——連接線纜校驗(yàn)過(guò)程中提供的電壓；——連接線纜校驗(yàn)過(guò)程中接收器處的電壓；——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。如果采用了放大器，放大器的增益應(yīng)該在上述提到的頻段中進(jìn)行測(cè)量并保存測(cè)試數(shù)據(jù)。（匹配電路剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗(yàn)如圖9所示，連接線纜通過(guò)終端（負(fù)載）電阻R1與其特性阻抗Z1匹配。在沒(méi)有測(cè)試樣品的條件下，圖9 剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗(yàn)UF,calUF,calUR,calan20log10

20

(S21

)……………(13)式中：UFUR,calS21

——剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗(yàn)過(guò)程中提供的電壓；——剩余轉(zhuǎn)移阻抗校驗(yàn)過(guò)程中接收器處的電壓；——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。衰減值水平應(yīng)該比正式測(cè)量值大10dB。射頻延伸管和連接線纜連接帶來(lái)的剩余轉(zhuǎn)移阻抗ZTr根據(jù)以下公式得到：RZ

{an}ZTr1 0102

………………(14)式中：12T/SMA0047-2024——終端（負(fù)載）電阻；Z0 50)。測(cè)試布置三同軸法描述了三種不同的測(cè)試方法（見(jiàn)4.5.2）：測(cè)試方法A：內(nèi)回路匹配且外回路有阻尼電阻；測(cè)試方法B：內(nèi)回路端接終端（負(fù)載）電阻且外回路無(wú)阻尼電阻；測(cè)試方法C：（不匹配）-無(wú)阻尼電阻短路B測(cè)試裝置根據(jù)方法B測(cè)量轉(zhuǎn)移阻抗的測(cè)試裝置如圖10（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀饋電并形成干擾電路，在外回路的遠(yuǎn)端測(cè)量感應(yīng)電壓。屏蔽連接器表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)試裝置屏蔽線纜組件表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)試裝置13T/SMA0047-2024圖中：Z1——連接線纜的特性阻抗；U1——內(nèi)回路中的輸入電壓；U2UR——外回路中的電壓；——終端（負(fù)載）電阻；I1——內(nèi)回路的輸入電流。圖10 管中管法測(cè)量屏蔽連接器及屏蔽線纜組件表面轉(zhuǎn)移阻抗的測(cè)試裝置測(cè)試結(jié)果UF,measUUF,measUR,measameas

20

20

(S21)

……(15)式中：UFUR,measS21

——測(cè)試過(guò)程中提供的電壓；——測(cè)試過(guò)程中接收器處的電壓；——矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。對(duì)于屏蔽連接器，測(cè)量的衰減值根據(jù)以下公式轉(zhuǎn)換得到表面轉(zhuǎn)移阻抗：RZ

{ameasacal}ZT1 0102

20

……(16)對(duì)于屏蔽線纜組件，測(cè)量的衰減值根據(jù)以下公式轉(zhuǎn)換得到表面轉(zhuǎn)移阻抗：RZ

{ameasacal}ZT1 010 202LC

……(17)式中：

Z0ZTZTrameasacal

——系統(tǒng)阻抗（通常為50）；——轉(zhuǎn)移阻抗；——剩余轉(zhuǎn)移阻抗；——測(cè)試步驟中測(cè)量的衰減值；——測(cè)試步驟中測(cè)試設(shè)備無(wú)法消除的連接線纜衰減值；——終端（負(fù)載）電阻；——耦合長(zhǎng)度；注1——屏蔽連接器的轉(zhuǎn)移阻抗與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，因此轉(zhuǎn)移阻抗單位為mΩ注2——屏蔽線纜組件的轉(zhuǎn)移阻抗與長(zhǎng)度有關(guān)，因此轉(zhuǎn)移阻抗單位為mΩ/m14T/SMA0047-2024測(cè)試報(bào)告a）委托方或用戶名稱；b）測(cè)試機(jī)構(gòu)名稱；測(cè)試日期；測(cè)試設(shè)備信息；e）輔助設(shè)備信息；f）被測(cè)樣品信息；g）測(cè)試軟件信息；h）i）測(cè)試布置照片；j）限值及性能判據(jù)；k）測(cè)試結(jié)果；測(cè)試結(jié)論；測(cè)試環(huán)境溫度。15T/SMA0047-2024附錄A（規(guī)范性）阻抗匹配器阻抗匹配電路的設(shè)計(jì)概述阻抗匹配電路應(yīng)采用一個(gè)串聯(lián)電阻Rs和一個(gè)并聯(lián)電阻Rp的雙電阻電路（對(duì)于某些阻抗組合，例如50/75，可使用商用適配器）。2Z11Z2Z11Z2Z1RSZ1

………………(A.1)Z21ZZ21Z2Z1配置如圖A.1所示：圖A.1

Z2Z1時(shí)阻抗匹配電路的電壓增益km

kmZ

Z2RPRR

Z

………………(A.3)2P PS 2S電路散射參數(shù)S21為：S

2RPZ1Z2

………(A.4)21 (RRZ)(RZ)R2S P 1 P 2 P16T/SMA0047-20242Z11Z1Z21Z1Z2RSZ2

……………(A.5)Z11ZZ11Z1Z2配置如圖B.2所示。圖A.2

Z2Z1時(shí)的阻抗匹配電路的電壓增益km為：

km

Z2Z

……………電路散射參數(shù)S21為：S

2RPZ1Z2

…………(A.8)21 (RRZ)(RZ)R2S P 2 P 1 P阻抗匹配電路的測(cè)量概述（（A.3）（A.4）（A.7）（A.8））使用兩個(gè)相同的阻抗匹配適配器進(jìn)行測(cè)量17T/SMA0047-202450Ω到75Ω的商用同軸阻抗匹配適配器時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量連接在一起的兩個(gè)適配器的散射參數(shù)S21來(lái)獲得一個(gè)適配器的衰減。一個(gè)適配器的衰減即為S21測(cè)量值的一半。使用開(kāi)路/短路法進(jìn)行測(cè)量ZSZOZSZOjarctanh

……………(A.9)式中 ——阻抗匹配器的波傳播常數(shù)； ——阻抗匹配適配器的衰減常數(shù)； ——阻抗匹配適配器的相位常數(shù)（弧度）；ZO ——次級(jí)側(cè)開(kāi)路時(shí)適配器初級(jí)側(cè)的輸入阻抗；ZS ——次級(jí)側(cè)短路時(shí)適配器初級(jí)側(cè)的輸入阻抗。18T/SMA0047-2024附錄B（資料性）不同負(fù)載條件對(duì)截止頻率的影響概述第4章中描述了基于三同軸法測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗的三種不同測(cè)試裝置。它們都基于相同的原理，但使用不同的負(fù)載條件。以下通過(guò)理論方法分析不同測(cè)試裝置的頻率響應(yīng)及其對(duì)截止頻率的影響。等效電路三同軸裝置的等效電路如圖B.1所示.圖中:Z1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的特性阻抗;——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的介電常數(shù)；,2——內(nèi)電路（線纜）的相位常數(shù)，分別為外電路（管）;LCZTR2fUGU

——耦合長(zhǎng)度；——轉(zhuǎn)移阻抗；——內(nèi)電路（線纜）近端的負(fù)載電阻；——內(nèi)電路（線纜）遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻；——外電路（線纜）遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻；——信號(hào)發(fā)生器電壓；——外電路遠(yuǎn)端的電壓。

圖B.1 三同軸裝置的等效電路耦合方程19T/SMA0047-2024在外電路近端（線纜屏蔽層和測(cè)量管之間）短路的條件下，B.1-B.8給出了在任何負(fù)載條件下內(nèi)電路和外電路之間的耦合計(jì)算公式。U2fUG

L

ZT

g (B.1)g1N

11n2

j{r[cosxcosnx]jnsinnxjsinx

……………(B.2)N{cosxjsinx.[1rw]}{cosnxjvsin(B.3)rw1xL2L1

……………(B.4)12n22

…………(B.5)1 2rZ1wZ1

……………………(B.6)……………………(B.7)vZ2R2f

……………………(B.8)式中：Z1,2——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的特性阻抗;——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的介電常數(shù)；,2——內(nèi)電路（線纜）的相位常數(shù)，分別為外電路（管）;,2

——內(nèi)電路（線纜）和外電路（管）的波長(zhǎng);L——耦合長(zhǎng)度；ZTR2fUGU

——轉(zhuǎn)移阻抗；——內(nèi)電路（線纜）近端的負(fù)載電阻；——內(nèi)電路（線纜）遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻；——外電路（線纜）遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻；——信號(hào)發(fā)生器電壓；——外電路遠(yuǎn)端的電壓。系數(shù)g（見(jiàn)方程式B.2）描述了試驗(yàn)裝置的頻率響應(yīng)。低頻時(shí)，L，系數(shù)g等于1。然而，隨著頻率的增加，系數(shù)開(kāi)始振蕩，因此測(cè)量結(jié)果也隨之振蕩。表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)量截止頻率定義為在無(wú)振蕩情22況下測(cè)量結(jié)果偏離性插值3dB時(shí)的頻率或者換句話說(shuō)當(dāng)系數(shù)g 或者1/22

時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率值。20T/SMA0047-2024仿真概述以下研究，通過(guò)仿真方法說(shuō)明了表B.1中不同的測(cè)試裝置對(duì)測(cè)試截止頻率的影響。一般來(lái)說(shuō)，截止頻率主要由系數(shù)g的頻率特性決定。表B.1 不同參數(shù)設(shè)置試驗(yàn)裝置wR1n/Z1rR1f/Z1vZ2/R2fnr2/r1方法A:內(nèi)電路與外電路中的阻尼電阻匹配111/20.66(0.45) 0.91c方法B:帶負(fù)載電阻的內(nèi)電路和不帶阻尼電阻的外電路取決于線纜特征阻抗a1取決于測(cè)量管直徑b0.66(0.45) 0.91c方法C:（失配）-無(wú)阻尼電阻時(shí)短路取決于線纜特征阻抗a0取決于測(cè)量管直徑b0.66(0.45) 0.91ca對(duì)于方法B（50不50。bBR2f（50Z2取決于測(cè)量管直徑。c給出了在不同典型絕緣材料（PEPE、PTFE…）n，n計(jì)算公式中的外電路絕緣介質(zhì)為空氣，1。A2r2對(duì)于第4章規(guī)定的試驗(yàn)方法A，系數(shù)vZ2/R2f取決于1/ 2r2

/ （見(jiàn)第4章公式（3））。r1以下仿真表明，相對(duì)于可測(cè)量轉(zhuǎn)移阻抗的最大頻率，該系數(shù)可以保證表面轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)試截止頻率最大化。r1圖中不同顏色線對(duì)應(yīng)不同的系數(shù)v（vZ2/R2f）。21T/SMA0047-2024仿真參數(shù)r1r2n2.3(實(shí)體PE)1.00.659圖B.2 g的頻率響應(yīng)的仿真說(shuō)明：v（vZ2/R2f）。仿真參數(shù)r1r2n1.6(solidPE)1.00.791圖B.3 g的頻率響應(yīng)的仿真說(shuō)明：v（vZ2/R2f）。22T/SMA0047-2024仿真參數(shù)r1r2n1.3(foamPE)1.00.877圖B.4 g的頻率響應(yīng)的仿真說(shuō)明：v（vZ2/R2f）。仿真參數(shù)r1r2n5(PVC)1.00.477v

圖B.5 g的頻率響應(yīng)的仿真2或vn（兩者取最小值），則達(dá)到最高測(cè)量截止頻率（即最短波長(zhǎng)）。在圖B.222和圖B.5中，當(dāng)vn（=0.659和0.447）達(dá)到最高截止頻率。但在圖B.3和圖B.4中，當(dāng)v1/ 時(shí)到最高截止頻率。22r2r1圖B.6給出了通過(guò)迭代計(jì)算得出的3dB截止波（L/在該截止波長(zhǎng)下系數(shù)g變?yōu)?r2r1n進(jìn)行插值。

/ vZ2/R2f的函數(shù)。這些曲線近似為線性曲線，可以用直線23T/SMA0047-2024說(shuō)明：v（vZ2/R2f）黑線對(duì)應(yīng)于指示的插值線。圖B6 法A的3dB止長(zhǎng)（L/1的真B.2所示。B.2A因子v截止方程v1/2200（fL)3dB r1120-MHzmr1v1135（fL)3dB r180-MHzmr1v1.880（fL)3dB r155-MHzmr1v350（fL)3dB r135-MHzmr1v3.640（fL)3dB r130-MHzmr1r1r11——圖63dB截止波長(zhǎng)（L/1）.23dB截止頻率長(zhǎng)度乘積。r1r12——圖B.6n

r2/

在1條件下簡(jiǎn)化為n1/ 。如表.2A（v0.71測(cè)量E絕緣-介電常數(shù)為r22.380MHzm0.5m160MHz。24T/SMA0047-2024圖B.7顯示了實(shí)際測(cè)量過(guò)程中在不同系數(shù)值v條件下衰減歸一化電壓降測(cè)量結(jié)果。從表B.2中給出v3MHzm。從測(cè)量結(jié)果中也可以得到相同結(jié)論。

MHzm，v0.71的截止頻率-長(zhǎng)度乘積為80說(shuō)明：測(cè)試參數(shù)r1r2nZ2L2.3(PE)1.00.659測(cè)試參數(shù)r1r2nZ2L2.3(PE)1.00.6591331.2m圖B.7 在方法A的三同軸裝置中絕緣介質(zhì)為固體PE的屏蔽線纜歸一化電壓測(cè)量結(jié)果B4.3方法B的試驗(yàn)裝置對(duì)截止頻率的影響。BR2f（系數(shù)vZ2/R2f僅取決于線纜屏蔽層和測(cè)量管的直徑。表B.3 測(cè)量管內(nèi)徑為65mm時(shí)系數(shù)v的典型值屏蔽層直徑ammZ2vZ2/R2f8.61212.4212.6981.9614.5901.817.3791.58a線纜屏蔽層的直徑為典型的鐵路車輛屏蔽高壓線纜參數(shù)表.3.83dB（L/1的結(jié)果，2在該值處，系數(shù)g變?yōu)?/ 。這些曲線都近似為線性，可以用直線進(jìn)行插值。225T/SMA0047-2024說(shuō)明：v（vZ2/R2f）黑線對(duì)應(yīng)于指示的插值線。圖B.8 3db止長(zhǎng)（L/1的真B.4所示。B.4B因子v截止方程v2.42（fL)3dB5840-MHzmr1v1.96（fL)3dB7149-MHzmr1v1.8（fL)3dB7752-MHzmr1v1.56（fL)3dB8758-MHzmr1B.4B（v1.8PE絕緣-介電常數(shù)為2.328MHzm0.5m56MHz。B4.4方法C的試驗(yàn)裝置對(duì)截止頻率的影響CvZ2/R2fBCr為零。26T/SMA0047-2024表.3.93dB（L/1）2該值處，系數(shù)g變?yōu)?/ 。這些曲線都近似為線性，可以用直線進(jìn)行插值。2說(shuō)明：v（vZ2/R2f）黑線對(duì)應(yīng)于指示的插值線。圖B.9 3db止長(zhǎng)（L/1的真B.5所示。B.5B因子v截止方程v2.42（fL)3dB4931-MHzmr1v1.96（fL)3dB5634-MHzmr1v1.8（fL)3dB5934-MHzmr1v1.56（fL)3dB6234-MHzmr1B.5C（v1.56PE絕緣-介電常數(shù)為22.326MHzm0.5m52MHz。B4.5結(jié)論27T/SMA0047-2024綜上所述，通過(guò)三同軸法測(cè)量的表面轉(zhuǎn)移阻抗的截止頻率-長(zhǎng)度乘積由測(cè)試負(fù)載條件和被測(cè)線纜的介電常數(shù)確定。表B.6給出了上述因素下三種試驗(yàn)方法的截止頻率-長(zhǎng)度乘積值。表B.6 不同設(shè)置中一些典型線纜的截止頻率長(zhǎng)度乘積絕緣材料介電常數(shù)（fL)3dB試驗(yàn)方法A試驗(yàn)方法B試驗(yàn)方法C32MHzm26MHzm(v1.56)(v1.56)28MHzm24MHzmSolidPEr12.380MHzm(v0.71)(v1.8)26MHzm(v1.8)22MHzm(v1.96)(v1.96)21MHzm19MHzm(v2.42)(v2.42)33MHzm28MHzm(v1.56)(v1.56)28MHzm25MHzmFoamPEr11.683MHzm(v0.71)(v1.8)26MHzm(v1.8)23MHzm(v1.96)(v1.96)21MHzm19MHzm(v2.42)(v2.42)30MHzm23MHzm(v1.56)(v1.56)EPRr13.572MHzm(v0.71)26MHzm(v1.8)22MHzm(v1.8)24MHzm20MHzm(v1.96)(v1.96)28T/SMA0047-2024表B.6 不同設(shè)置中一些典型線纜的截止頻率長(zhǎng)度乘積（續(xù)）絕緣材料介電常數(shù)（fL)3dB試驗(yàn)方法A試驗(yàn)方法B試驗(yàn)方法CEPRr13.572MHzm(v0.71)20MHzm(v2.42)17MHzm(v2.42)27MHzm21MHzm(v1.56)(v1.56)24MHzm20MHzmPVCr1565MHzm(v0.71)(v1.8)22MHzm(v1.8)18MHzm(v1.96)(v1.96)18MHzm16MHzm(v2.42)(v2.42)29T/SMA0047-2024附錄C（資料性）散射參數(shù)S21與表面轉(zhuǎn)移阻抗ZT的轉(zhuǎn)換散射參數(shù)單端口散射參數(shù)我們可以通過(guò)入射（i）和反射（r）電壓、電流和功率波的平方根來(lái)描述端口，如圖C.1所示。b)圖C.1 單端口UUiUr (C.1)IIIUiUr (C.2)RRi rRR0 0U1RI) (C.3)i 2 0U1RI) (C.4)r 2 0UIR0可以視為單端口的可視阻抗。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，最好50、75、100、120、150。Vi被定義為進(jìn)入單端功率的平方根是PUIUR0R0 IPUIUR0R0PiUVi PiU

1(R0URR0UR0

I) (C.6)R0R0T/SMA0047-2024PrUVr PrU

1(R0URR0UR0

I) (C.7)R0入射波和反射波之間的關(guān)系可用散射參數(shù)表示SR0VrSVi

………………(C.8)雙端散射參數(shù)和散射矩陣圖C.2所示的雙端口可被視為兩個(gè)面對(duì)面的單獨(dú)的單端口。對(duì)于兩個(gè)端口，入射波和反射波的特征為Vr1

1U1RU1R0112

I1)R01U1R01R01R01U1R01R01

R02……………………R02Vi2

1(U2R02