FieldFox מאפשר מדידות כבלים בשטח בקלות ובמהירות

מהנדסים וטכנאים נדרשים להתמודד עם אתגרים מרובים הקשורים בבדיקות כבלים שמבוצעות בשטח. לאחרונה הציגה Keysight Technologies שתי אפשרויות מדידה חדשניות, נתחים ניידים מסדרת FieldFox, אשר נותנים את הפיתרון המקיף והיעיל ביותר בענף לבדיקת כבלים.

אתגרים נפוצים הקשורים בבדיקות כבלים

כבלים (לדוגמה: waveguide, coaxial and twisted-pair) ללא ספק נמצאים בשימוש הנרחב ביותר במערכות מודרניות של גלי רדיו וגלי מיקרוגל, כגון תקשורת אלחוטית ותקשורת נתונים, תקשורת לוויינית ומכ”ם. כמו כן, הם מהווים את הגורם המוביל לכשלים בסוגי מערכות אלה. משום כך נודעת חשיבות קריטית לתחזוקה נאותה של הכבלים ולשימוש בכלי המתאים לבדיקתם בשטח.

תהליך הבדיקה האופייני של הכבל מתחיל בעצם הזיהוי של היות הכבל פגום, או כמתאפיין בביצועים שמצויים מחוץ למפרט הרצוי. במקרה כזה, יש לאתר את המיקום הפיזי של הכשל לאורך הכבל. עם זיהוי המיקום, השלב הבא כולל את הבנת השגיאה ותיקונה. במהלך פתרון התקלות והתחזוקה, המהנדסים והטכנאים יכולים לזהות את מיקום הכשל באמצעות שיטות של Return Loss  ו-Distance-to-Fault, אולם הם אינם יכולים לקבוע את הסיבה לכשל או את סוגו, והדבר מקשה על התיקון. במקרים רבים הכשלים (לדוגמה, מחברים רופפים או ניזוקים, חדירת מים או מחברי הלחמה שבורים) אינם ניתנים לזיהוי על-ידי בדיקה חזותית של הכבל.

בעיה נוספת טמונה בעובדה, שבדרך כלל, מדידת ביצועי הכבלים מחייבת את המהנדסים והטכנאים להעביר לשטח נתחי כבלים ואנטנה, נתח רשת, מחולל אותות ומד הספק. התהליך הופך מסובך עוד יותר כאשר הכבלים נמצאים בשימוש במערכות שממוקמות באזורים לא נגישים או מסוכנים. לאחר מכן, נדרשת התקנה נכונה של המכשירים לצורך הבדיקה. אף על פי שהתהליך יעיל, הוא מועד לשגיאות ומותיר את המכשירים כשהם חשופים לאפשרות של גרימת נזק בשוגג.

סיבוך נוסף נובע מן העובדה, כי נתחי רשת וקטוריים (vector network analyzers) מסורתיים מתקשים בביצוע מדידות מדויקות והדירות על רקע של הפסדים גבוהים, במקרה של כבלי מיקרוגל המצויים בשטח וכאשר ערוצי הבדיקה מרוחקים זה מזה.

מדידות כבלים קלות יותר באמצעות חבילת בדיקת הכבלים המשופרת של FieldFox

אופציית מדידת הכבלים החדשה Time Domain Reflectometry – TDR של סדרת FieldFox  משלימה את מדידות ה-RL וה-DTF הקיימות של הנתח. יכולת המדידה RL חושפת אי התאמה של חיבורי הכבלים, בעוד שיכולת ה-DTF מזהה את מיקומם של כשלים או חיבורים לקויים לאורך הכבל. אופציית TDR החדשה מספקת למהנדסים תובנות חדשות שמיועדות לסייע במדידת השינוי בחשמל לאורך הכבל ובזיהוי הסיבה (הסוג)  לכשלים ספציפיים, כגון קצרים, פתיחה או חדירת מים. נכון להיום, FieldFox הוא הנתח הנייד הראשון אשר יכול לבצע מדידות RL, DTF ו-TDR במכשיר אחד.

מדידת ה-TDR (או ה-step measurement) של FieldFox לוכדת נתונים באמצעות תהליך זהה לזה של מדידת ה-DTF. עם זאת, בניגוד ל-DTF, המדידה משמשת לאפיון סוג הכשל, לרבות אי רציפות אינדוקטיבית או קיבולית. היא עושה כן על-ידי מעקב אחר צורות הגל המוחזרות ומועברות דרך הכבל. על-ידי ניתוח משך ההשתקפויות, המגניטודה והצורה שלהן, ניתן לקבוע את מהות התנודות בחשמל שמאפיינות את הכבל. מצב המדידה TDR של FieldFox שימושי אך ורק עבור כבלים שפועלים עד ל-DC (לדוגמה, קווי תמסורת כפולי מוליכים).

בעת מדידת  waveguide, ה- FieldFox משתמש בטכניקה של המרה ל-time-domain מבוססת bandpass. טכניקה זו נחוצה לאור היענות ה-narrowband של ה- waveguide, אשר מגבילה את סוג מדידות הtime-domain שניתנות לביצוע. מדידת ה-bandpass מתאימה במיוחד להתקנים תחת בדיקה (DUTs) שהנם מוגבלי תדרים; עם זאת, היא מספקת רק את מיקום הכשל. לא ניתן לזהות את סוג אי הרציפות – כגון אינדוקטיבי, קיבולי או רזיסטיבי.

אופציה נוספת של ה-FieldFox, Extended Range Transmission Analysis מסייעת להתגבר על אתגרי המדידה של כבלי מיקרוגל ארוכים בשטח. פתרון נייד זה מודד scalar insertion loss of in-situ microwave cables שמתאפיינים במרחקים גדולים בין ערוצי הבדיקה ומאפשר גישה לשני קצוות הכבל או ל- waveguide בו-זמנית.

גם שימוש בנתח סקלארי כמקור האות בשילוב גלאי פס רחב או חיישן הספק לצורך מדידת cable loss יכול להיות תהליך איטי; תהליך כזה מועד להפרעות חיצוניות ואינו מספק רמות גבוהות של טווח דינמי. פריסה של פתרון מעבדתי בשטח גם היא אינה אידיאלית, וזאת לאור ממדיו הגדולים של הפתרון ועלותו.

איור 1: ניתן בקלות לשדרג את FieldFox על-ידי שילוב אופציית ERTA החדשה, לצורך ביצוע מדידות מדויקות במיוחד של הפסדי כבלים.

איור 1: ניתן בקלות לשדרג את FieldFox על-ידי שילוב אופציית ERTA החדשה, לצורך ביצוע מדידות מדויקות במיוחד של הפסדי כבלים.

במקרה של ERTA, שני נתחי FieldFox מוצבים בשני צדדיו של הכבל הנמדד. אחד הנתחים משמש כמקור, בעוד שהאחר משמש כמקלט. שני המכשירים מסונכרנים במדויק באמצעות טריגרים מבוססי חומרה. בזכות השימוש בטכניקת הניתוח  proprietary InstAlign spectrum של Keysight, המהנדסים והטכנאים יכולים להשתמש בתצורה זו לצורך ביצוע מדידות מדויקות במיוחד של cable loss, וזאת ללא כיול והכנות מראש(איור 1). היא אף מספקת את הטווח הדינמי הטוב ביותר בענף לצורך מדידה של כבלים ארוכים. ניתן להגדיר את תצורתה של אופציה זו גם עם היסט תדר (frequency-offset) לצורך מדידת התקנים כגון מערבלים וממירים.

FieldFox: מספק את חבילת הבדיקה הידנית המקיפה ביותר מסוגה

איור 2. FieldFox מספק את פתרון בדיקת הכבלים הידני המקיף ביותר בענף, אשר מתאפיין בדיוק שמספיק למעבדה ובקשיחות שמתאימה לשטח.

איור 2. FieldFox מספק את פתרון בדיקת הכבלים הידני המקיף ביותר בענף, אשר מתאפיין בדיוק שמספיק למעבדה ובקשיחות שמתאימה לשטח.

בנוסף לאופציות ה-TDR ו-ERTA החדשות שלו, FieldFox מספק מספר מדידות נוספות, שכולן מספקות לנתח את חבילת הבדיקות המקיפה ביותר המוצעת במסגרת מכשיר נייד יחיד (איור 2). מדידות נוספות אלה כוללות:

  • RL, VSWR, and DTF for broadband and band-pass cable subsystems
  • S-parameter, group delay, phase, Smith chart, and time-domain analysis
  • Frequency converter conversion gain/loss
  • Mixed-mode, 1-port S-parameter, time-domain analysis

דוגמאות מן העולם האמיתי

איור 3. באיור מוצגת מדידת DTF של ה-FieldFox, שבוצעה על שני כבלים קואקסיאליים מחוברים, שמסתיימים בעומס של 50-ohm.

איור 3. באיור מוצגת מדידת DTF של ה-FieldFox, שבוצעה על שני כבלים קואקסיאליים מחוברים, שמסתיימים בעומס של 50-ohm.

כדי להבין טוב יותר כיצד טכניקת מדידת ה-time-domain של FieldFox מסייעות בזיהוי המיקום והסיבה של cable loss, נקח לדוגמא שני כבלים קואקסיאליים קצרים של 50-ohm, המחוברים ביניהם באמצעות מתאם קואקסיאלי. הכבל הקצר יותר מחובר לפורט 1 ב-FieldFox בעוד שהכבל השני מסתיים בעומס של 50-ohm. כמתואר באיור 3, מדידת DTF של הכבלים תורמת מאוד לאיתור נקודות של אי רציפות.

שים לב, כי הסמנים ממוקמים בשלוש נקודות השיא בהיענות ה-DTF שנמדדה. השיאים מייצגים את המגניטודה של השתקפויות בודדות שמקורן באי רציפות. סמן 1, אשר מייצג את הממשק בין ה-FieldFox המכויל לבין הכבל הקואקסיאלי הראשון, מדווח על מרחק של 0 מטרים. סמן 2, אשר ממוקם בנקודת המתאם בין שני הכבלים, מדווח על מרחק של 4 מטרים. הוא אף מעיד, כי אורכו של הכבל הראשון הנו 4 מטרים. סמן 3, שממוקם בנקודת העומס של 50-ohm, מדווח על מרחק של 13.8 מטרים. לאור מדידה זו ניתן לחשב את אורכו של הכבל השני (לדוגמה, 13.8 מ’ – 4 מ’ = 9.8 מ’). הצניחה הברורה באמפליטודה שנמדדה מימין לעומס ה-50-ohm מציינת את קצה הכבל. כיוון שהשתקפות זו מייצגת נתיבי אותות דו-כיווניים, FieldFox מכוונן את ערכי הסמנים ואת פורמט ציר ה-x ומתאימם לאורכים החד-כיווניים הנאותים.

איור 4. התמונה השמאלית העליונה והתמונה הימנית העליונה – A  ו-B בהתאמה – מתארת נזקים שנגרמו לכבל הקואקסיאלי. התמונה התחתונה, 2C, היא התוצאה של מדידת ה-TDR של הכבל הניזוק, שבוצעה באמצעות אופציית TDR של FieldFox. FieldFox יכול לזהות סוגים שונים של אי רציפות שמתגלים במצב TDR, לרבות R > Z0, R < Z0, אינדוקטיבית וקיבולית.

איור 4. התמונה השמאלית העליונה והתמונה הימנית העליונה – A ו-B בהתאמה – מתארת נזקים שנגרמו לכבל הקואקסיאלי. התמונה התחתונה, 2C, היא התוצאה של מדידת ה-TDR של הכבל הניזוק, שבוצעה באמצעות אופציית TDR של FieldFox .FieldFox יכול לזהות סוגים שונים של אי רציפות שמתגלים במצב TDR, לרבות R > Z0, R < Z0, אינדוקטיבית וקיבולית.

כעת, קח בחשבון כבל קואקסיאלי שניזוק בשני אזורים (איורים 4A ו-4B). הכשל A הוא כיפוף בכבל, שחרג ממפרטי היצרן בנוגע לרדיוס הכיפוף המינימלי של 1 אינץ’. הכיפוף בנקודה A נמוך בהרבה מרדיוס זה ויוצר השתקפות לא רצויה מחלק זה של הכבל. הכשל B הנו חתך דרך המוליך החיצוני של הכבל. סיכוך הצמה הוסר בחלקו וחשף את החומר הדיאלקטרי הפנימי של כבל הקואקס. ניתן לבחון את שני הכשלים באמצעות מצבי ה-DTF וה-TDR של ה-FieldFox; עם זאת, רק מדידת ה-TDR תאפיין את סוג הכשל.

איור 4C מציג את המדידה של הכבל הניזוק שמבוצעת כאשר ה-FieldFox במצב TDR. כפי שניתן ללמוד מהיענות ה-TDR, עכבת הכבל הנה בדרך כלל 50 ohms כמעט לכל רוחב היענות ה-time-domain, עד שמתגלה אי רציפות. מקרים של אי רציפות מתגלים במחבר הכניסה, בכיפוף של כשל A, בחיתוך של כשל B ובסיום ה-50-ohm שבקצה הכבל.

בין כל המקרים של אי רציפות שהתגלו בכבל, החתך בנקודת הכשל B מתאפיין בחוסר ההתאמה המשמעותי ביותר. הדבר מיוצג על-ידי המגניטודה של השיא המשויך אליו. החתך בהיענות ה-TDR מתאפיין בשיא יחיד בכיוון החיובי ומלמד על אי התאמה אינדוקטיבית. הדבר אופייני לחתכים במוליך החיצוני של כבל קואקסיאלי. באופן כללי, אם בקצה הכבל מצוי עומס שהתנגדותו קטנה מן העכבה האופיינית, היענות ה-TDR תציג צעד בכיוון השלילי. אם התנגדות העומס גדולה מן העכבה האופיינית, היענות ה-TDR תציג צעד בכיוון החיובי.

סיכום

מדידת כבלים בשטח יכולה להיות בעייתית למדי. זיהוי העובדה כי הכבל תקול הוא רק השלב הראשון בתהליך. לאחר מכן, המהנדסים והטכנאים נדרשים לזהות את המיקום הפיזי של הכשל ואת סיבתו. הדבר מבוצע באמצעות טכניקות time-domain שונות. החבילה המקיפה של מדידות בדיקת הכבלים שמספק ה-FieldFox, לרבות אופציות ה-TDR ו-ERTA החדשות, מספקת את הפתרון המושלם לבדיקת מערכות כבלים שונות בשטח. מדידות ה-time-domain מסוג DTF ו-TDR של FieldFox מזהות מיקומי כשלים ב- waveguide ואת הסיבות להם. באמצעות FieldFox, המהנדסים והטכנאים של ימינו יכולים ליהנות מדרך מהירה ופשוטה יותר לבדיקת מערכות כבלים בשטח.

למידע נוסף אודות תיאוריות של קווי תמסורת או טכניקות מדידה של time-domain, ראה שידור האינטרנט של Keysight, העוסק בבדיקות כבלים וזמין לפרי דרישה (www.keyight.com/find.fieldfoxwebcasts) וכן את הערת יישום בדיקת הכבלים של FieldFox (www.keysight.com/find/fieldfoxapps).

טום הופין, Keysight Technologies

תגובות סגורות