[发明专利]一种同轴电缆高频传输特性的测试方法及系统

说明书

本发明公开了一种同轴电缆高频传输特性的测试方法及系统，方法包括以同轴电缆的导体芯线和外导体屏蔽层构成测试回路，根据扫频法，分别测量任意频率下同轴电缆在末端开路时的输入阻抗和在末端短路时的输入阻抗；根据测量结果计算得到同轴电缆的高频传输特性，即传播常数、衰减常数、相移系数、相速度和特征阻抗在高频下随频率的变化特性。系统包括任意长度的同轴电缆和测试模块，测试模块以同轴电缆的导体芯线和外导体屏蔽层构成测试回路，测量任意频率下同轴电缆在末端开路时的输入阻抗和在末端短路时的输入阻抗，得到同轴电缆的高频传输特性。本发明提供的测试方法能够解决同轴电缆测试系统复杂，测试费时、高频噪声干扰严重、精度低等问题。

技术领域

本发明属于电力电缆高频信号传输领域，更具体地，涉及一种同轴电缆高频传输特性的测试方法及系统。

背景技术

同轴电缆在电力系统中的运用广泛，然而由于外力破坏、环境变化等常导致电缆的故障的产生。电缆的高频传输特性是研究电缆故障定位的基础，目前比较热门的电缆故障定位方法，比如行波法、局部放电技术、阻抗谱技术，均涉及到不同频率高频信号在电缆中的传播。高频下，由于线路电阻和电导损耗的存在，信号沿电缆传播时存在衰减，而线路电容、电感参数的频变特性将导致信号发生色散，而相速度的频变效应直接影响故障定位精度，因此准确获取电缆的高频特性，对于提高电缆故障诊断的精度具有重要的意义。

高频信号在电缆中的传输特性取决于电缆的特征阻抗Z_c、传播常数γ以及相速度v，他们均为随频率变化的参数。目前的电缆高频传输特性获取方法，如时域反射法、散射参数法、绝缘材料介电频谱测量法，存在测试系统复杂、扫频困难、费时、高频噪声干扰严重、精度低等不足。中国专利申请《一种交流电缆内部相速度特性检测方法及检测系统》(申请号：CN201710318944.7，申请日：2017.05.08)通过测试电缆两端的信号，进行傅里叶变换后，获取两端信号的相位差可得到信号在电缆中的相速度，但该方法仅能获取电缆的相速度，无法获取其他参数信息。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种同轴电缆高频传输特性的测试方法及系统，旨在解决测试系统复杂、测试精度低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种同轴电缆高频传输特性的测试方法，包括以下步骤：

(1)以同轴电缆的导体芯线和外导体屏蔽层构成测试回路，根据扫频法，分别测量任意频率下同轴电缆在末端开路时的输入阻抗和在末端短路时的输入阻抗；

(2)根据步骤(1)的测量结果计算得到同轴电缆的高频传输特性。

优选地，同轴电缆的高频传输特性包括传播常数、衰减常数、相移系数、相速度和特征阻抗。

优选地，同轴电缆的传播常数γ的公式为：

其中，Z_sh为同轴电缆在末端短路时的输入阻抗，Z_op为同轴电缆在末端开路时的输入阻抗，l为同轴电缆的长度。

优选地，同轴电缆的衰减常数α的公式为：

α＝Re[γ]

相移系数β的公式为：

β＝Im[γ]

其中，γ为同轴电缆的传播常数，Re表示取复数实部，Im表示取复数虚部。

优选地，同轴电缆的相速度v的公式为：v＝2πf/Im[γ]

其中，γ为同轴电缆的传播常数，Im表示取复数虚部，f为测试频率。

优选地，同轴电缆单位长度的串联阻抗z的公式为：