CN101136662A - 具有输入噪声抑制的rf测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有改进的隔离EMI的手持式RF测量仪。该测量仪包含有干扰障碍物，该干扰障碍物包括连接电缆和一个或多个可能具有不同阻抗特性的铁氧体磁芯。

Description

具有输入噪声抑制的RF测量仪

技术领域

[01]本发明涉及对通信系统中的信号进行测量。特别地，本发明涉及用于RF信号监视的手持式装置和用于提供将干扰广播RF信号隔离的方法。

背景技术

[02]手持式RF测量仪是由地域网技术人员用来测试电缆调制解调器服务、数字视频、模拟视频和VOIP信号的重要工具。当被连接到电缆网络的同轴电缆时，RF测量仪起到用户端调制解调器的作用，其能够确认用户可以得到网络服务。测试可以包括监视当前的通信量、引入预定测试信息来监视系统的响应、测量运行参数(例如误码率、信息传播时间等)、或者监视系统的各个组成部分的运行。

[03]这种测量仪的精度可能会受到环绕待分析的系统的同轴电缆周围的外部电磁(EM)场的存在的影响。外部电磁场将电流引入同轴电缆的外部导电套，也称作电缆护套。该引入电流，或套电流，可能干扰通过电缆的信号导线传播的电磁信号，导致信号失真或噪声。

[04]可以存在于RF测量仪周围的外部EM场的主要源是广播无线电和TV信号。广播里的广播信号可以影响RF测量仪的读数，因为广播和电缆TV信号间具有重叠频率。例如，电缆频道86具有595.25MHz-599.75MHz的频率带宽；而邻近的广播频道35具有596MHz-602MHz的频率带宽。因此，这两个信号的音频和视频部分重叠。相似的重叠影响横跨从54MHz到890MHz的整个频谱的多个频道。

[05]如果信号功率具有相当大的差异，即待测量的电缆信号显著地强于干扰的广播信号时，则由无线电广播和TV广播导致的电磁干扰(EMI)可能不会严重地影响RF测量仪的读数。然而，TV广播供应者已经逐渐增加了广播传输功率以在越来越大的区域上维持提供给增长的用户的信号质量，因此增加了EMI信号的功率级以及其对电缆TV信号测量的影响。

[06]此外，数字TV和HDTV的进展已经增加了电缆TV信号精确的RF测量的重要性，该测量包括诸如调制误差率(MER)和误码率(BER)的参数的测量。数字TV信号对EMI的灵敏度增强了(compound)高功率TV广播在电缆TV监视上的影响。多数TV频道向数字格式的即将来临的过渡，增加了在监视电缆TV信号的装置中对于可靠的EMI抑制的需要。

发明内容

[07]本发明的一个目的是提供一种具有改进的隔离EMI的手持式RF测量仪。

[08]本发明提供一种当存在EMI时，利用RF测量仪解决监视电缆TV信号问题的方便的和节省成本的方案。

[09]根据本发明的一个方面，提供一种具有改进的隔离EMI的手持式RF测量仪。

[10]本发明的另一个方面提供一种监视从网络电缆接收的RF信号的测量仪，包括：外壳；印刷电路板(PCB)，其设置在该外壳内，该PCB具有监视该RF信号的RF电路；输入RF连接器，其固定到该外壳用于接收该网络电缆，在该输入RF连接器和PCB之间延伸以将该RF信号提供给该PCB的连接RF电缆；以及第一铁氧体磁芯，其被耦合到该连接RF电缆以便该连接RF电缆从其通过，以使通过该网络电缆的导电套传输的干扰信号衰减。

[11]在本发明的一实施例中，该测量仪是用于测试和/或监视电缆TV信号的RF测量仪。

附图说明

[12]本发明将参考代表其优选实施例的附图作更详细的描述，其中：

[13]图1是现有技术的RF测量的RF输入配置的示意图；

[14]图2是测量仪外部的同轴电缆的截面图；

[15]图3是根据本发明的RF测量仪的RF输入配置的示意图；

[16]图4是测量仪外部的同轴电缆的截面图；

[17]图5是根据本发明的RF测量仪的方框图；

[18]图6是根据本发明的优选实施例的RF测量仪的一部分的照片，由于盖被开启，而示出了内部连接RF电缆；

[19]图7是根据本发明的优选实施例的连接电缆的简图；

[20]图8是图7中所示的连接电缆的侧视图；以及

[21]图9是示出具有图7和8中所示的连接电缆的RF测量仪的外视图的照片。

具体实施方式

[22]图1示意性地示出了现有技术的RF测量仪10的RF输入配置。RF测量仪10具有外壳15，其优选地由金属制成以提供外部电磁场的屏蔽，并且其收容包含输入RF电路的印刷电路板(PCB)13。输入RF连接器34被固定到外壳15以接收同轴电缆220的连接端，图2示出该同轴电缆220的截面图。通常地，输入RF连接器34被直接固定到PCB13以与其直接进行电接触，以将外部同轴RF电缆220的信号导线230连接到PCB13的输入信号线，并且同轴电缆220的外部导电套240通过该输入连接器34的接地部分被电连接到PCB13的接地层。

[23]运行中，该RF电缆220输送的电缆TV信号，通过输入连接器34被RF测量仪10接收并被安装在PCB13上的RF电子设备处理。同轴电缆220的外部导电套240和PCB13的接地层间的闭合电连接，通过输入连接器34的接地部分为套电流提供直接的低损耗路径，例如由广播RF信号引入网络电缆220的那些电流，这些电流耦合进入测量仪10的RF电路，从而影响PCB13接地层的电势，并损害由测量仪10执行的测量精度。不利地，HDTV当前的扩展显著地增加了TV网络的同轴电缆中的干扰高频套电流的发生和强度，导致利用现有技术的RF测量仪领域的技术员在多种场合获得不精确的电缆TV信号读数。

[24]利用安装在各自装置的输入点附近的电缆上的铁氧体磁芯或铁氧体磁珠来抑制外部TV天线电缆及功率和数据计算机电缆中的EMI引起的噪声，这是已知的。这种电线或电缆通过接收或发射其它不需要的频率可以起到天线的作用。固定在电缆上的铁氧体，如磁性物，例如以具有管状结构的铁氧体磁珠或铁氧体磁芯形式，吸收高频RF噪声。多种铁氧体噪声抑制器是商业上可以得到的，并且通常制造成利用大约一立方英寸的氧化亚铁材料铸成不同的圆柱或矩形形状的几何结构。铁氧体抑制器中提供有电缆或电线可以通过的孔。它们可以具有简化其用作TV天线电缆及计算机电力和数据电缆的搭锁构造。US专利5,287,074，5,162,772，4,972,167，4,656,451，和4,146,854中公开了用作噪声抑制的铁氧体磁芯的多种构造。

[25]例如US专利4,972,167公开了一种包括成形为环绕电缆周边的磁性物的铁氧体电噪声吸收器，和由两个收容该磁性物的外壳部件组成的、能打开的外壳。当该外壳安装到电子设备的电缆上时，该电噪声吸收器衰减该电缆上的电噪声。

[26]用于抑制高频电磁噪声的铁氧体磁珠可根据已知的技术形成并且商业上可以多种形状和尺寸获得。本发明根据已知的方法利用适于构造成减少电磁干扰的铁氧体磁珠，电磁干扰与连接电缆250相关。

[27]因此，一种前述利用手持式RF测量仪解决与监视电缆TV信号相关的EMI的可能方案，将在利用RF测量仪10执行TV信号测量之前，通过在输入RF连接器34之前将合适的铁氧体磁珠安装到网络TV电缆220以在套电流到达RF测量仪10之前抑制套电流。然而，这将为在一天中需要维护多个位置的本领域技术员带来不方便，因为需要他们在执行每个电缆TV信号测试之前执行附加的操作，从而降低了他们的生产率。此外，将不利地影响测试的可靠性，因为将难以确保铁氧体磁珠真正地被用于每个具体测试。此外，对于铁氧体磁珠和测量仪的规则用法，生产商必须运输铁氧体磁珠和每个测量仪，并以手册或培训班的形式介绍它们的应用。总而言之，利用测量电缆TV信号等的外部铁氧体磁珠和RF测量仪将为技术员带来不方便和非常大的额外成本。

[28]本发明通过提供一种其内包含有铁氧体噪声抑制器的测试和/或监视电缆TV信号等的RF测量仪，来提供一种解决前述干扰问题的方便的和节省成本的方案，而不需要用户附加的测量步骤。更特别地，本发明通过在RF测量仪10的输入RF连接器34和内部PCB13之间插入干扰障碍物，从而将它们在空间上分开，该干扰障碍物阻止由外部RF场引入TV电缆220的导电套中的有噪声的RF套电流耦合到测量仪10的PCB13上。

[29]图3-9中示出了具有改进的隔离EMI的手持式RF测量仪的优选实施例，其中相同的元件利用相同的附图标记示出，并将在下文中描述。

[30]图3示意性地示出了根据本发明的RF测量仪100的RF输入配置。类似于图1中所示的RF测量仪10，RF测量仪100具有收容其中存在有RF测量仪100的RF电路的PCB130的外壳150。输入RF连接器340安装到测量仪100的外壳150，该输入RF连接器340接收携带有待测试的RF信号的外部RF电缆220。PCB130的电气和物理设计可以与现有技术的RF测量仪10的PCB13的相同，因为本发明实现EMI隔离而不需要对RF测量仪100的RF电路进行任何PCB级(PCB-level)改变。

[31]有利地，并且与图1所示的现有技术的RF测量仪10的RF输入配置不同，输入RF连接器340和PCB130通过干扰抑制电缆组件180而实现空间隔离。该组件180包括图4的截面图中所示的连接RF电缆250，和至少一个环绕所述电缆250的外围安装的铁氧体磁芯170以抑制被耦合入连接电缆250的导电套240a的、与EMI相关的RF电流，例如通过输入RF连接器340耦合进入的电流。铁氧体磁芯170和171被合适地配置，这是本领域技术人员已知的，以降低与该连接电缆250中的套电流相关的频率范围54-890MHz内的电磁干扰。

[32]图5是根据本发明的一实施例的RF测量仪100的方块图。测量仪100的输入RF连接器340通过外部TV电缆220接收测量仪100提供的RF信号。当提供与EMI相关的噪声的隔离的同时，干扰抑制电缆组件180输送该接收的RF信号到PCB130＇。PCB130＇包含输入RF电路，该输入RF电路包括RF调谐器以调谐监视的TV频道的频率范围。RF测量板40包括用于该接收的RF信号的监视的RF电路，例如，其可执行下述测量：模拟视频和音频信号级、数字视频和音频信号级、数字频道调制误差率(MER)、数字频道误码率(BER)、DOCSIS和VOIP测量。RF板130＇和40可以包括将来自控制面板20的数字控制信号转换成模拟控制信号的数字-模拟转换器。数字控制面板20，其优选地包括数字处理器单元，控制测量仪100的操作并可被用来辅助RF信号测量的处理。测量仪100同样包括将功率提供到测量仪100内的电路的供电板50。该供电板50可以接收来自电池组60或外部供电源的功率。

[33]可替换地，输入电路130＇和RF测量电路40可实施成测量仪100内的一个或多个PCB。

[34]测量仪100的其它部件或子部件对于本领域技术人员是明显的。

[35]下面将参考图3和4描述干扰抑制电缆组件180的操作。操作中，被测的输入RF信号通过输入RF连接器340从网络电缆220被耦合进入RF测量仪100。由外部电磁场引入网络电缆220的外部套240中的噪声信号，例如HDTV广播信号，可从电缆220和输入信号一起被耦合入测量仪。从连接器340，干扰抑制电缆组件180接收输入信号和可能的噪声信号。输入RF信号通过连接RF电缆250的信号连接器230a被传输到PCB130，其中RF信号被测量。由连接电缆250的外部套240a中的套电流携带的EMI引入的RF噪声信号产生相关的RF电磁场，其由于磁芯170和171中的铁氧体材料的磁导率而被阻碍。与套电流相关的电磁场的递减，反过来，衰减套电流自身。因此，在到达PCB130之前，设置在电缆250周围的铁氧体磁芯170和171衰减套电流携带的噪声信号。铁氧体磁芯170和171增加电缆250上的共模电感，并且其抑制外部电缆220的电缆护套240上的EMI引入的RF电流。

[36]图6是JDSU商业生产的DSAM系列产品的本发明的优选实施例的照片。该照片示出RF测量仪100的除去顶部外壳150的部分内部视图。连接电缆250在其一端具有连接器140以连接到输入RF连接器340，和在其另一端具有连接器120以连接到PCB130＇。所示的铁氧体磁芯170和171被固定到连接电缆250。

[37]作为例子，磁珠(磁芯)170和171用来为在从50MHz直到1GHz频率范围的套电流中累积地提供至少200欧姆或更大的阻抗。磁珠170和171中的每一个为一片磁芯，由镍锌铁氧体制成。每个磁芯的外径和内径相应地为大约8mm和4mm，并且长度为大约12mm。每个磁芯170和171的金属成分是这样的：以使所述磁芯横跨频率谱累积提供预定级性能。磁芯170和171在电缆250的端部彼此分离地设置，该电缆250具有75欧姆的阻抗和大约10cm的整体长度。优选地，磁芯170和171在电缆250的制造期间的端部连接器120和140的安装之前被安装，并利用热收缩管固定在适当位置。

[38]其它实施例采用多个铁氧体磁珠而不是两个。在一些实施例中，优选地是利用更多铁氧体材料，通过增加铁氧体磁珠的数量或尺寸，以提供更强的EMI抑制。此外，磁珠的数量和它们的位置可能受手持式装置的机械因素限制。熟练的技术员将能够为每个具体装置构造确定优选的磁珠构造以便在当考虑具体装置尺寸、重量和几何结构限制时提供在给定的频率范围内所需的EMI抑制。

[39]在本发明的一实施例中，固定到电缆250上的铁氧体磁珠或磁芯在尺寸和/或形状上彼此不同。根据它们的尺寸和形状，一些磁芯在更高的频率具有更高的阻抗特性，而其它的磁芯在更低的频率具有更高的阻抗特性。将不同磁芯一起合适地结合到同一电缆上来提供在整个宽频率范围上实现的高阻抗级。“混合和匹配”原理允许在产品的宽范围上定制EMI抑制性能特性，以便保护各种产品免受EMI源频谱的干扰。

[40]例如，在一实施例中，两个被固定到电缆250上的铁氧体磁芯170和171在它们的频率响应上彼此适当地不同，以使第一磁芯170的阻抗曲线的峰值位于大约250MHz处，而第二磁芯171的阻抗曲线的峰值位于大约750MHz处，以在横跨54MHz-890MHz的频率范围提供大约200欧姆的组件180的总阻抗。

[41]干扰抑制电缆组件180的空间参数和连接器120在PCB130上的位置被具体选择并取决于测量仪100的几何结构以便给电缆250周围的铁氧体材料提供足够的空间。优选地，电缆250包括连接器的长度至少是8cm以便容纳一个或多个用作EMI抑制的铁氧体磁芯。

[42]作为例子，连接电缆250是8-12cm长的柔性同轴RF电缆，特征在于具有75欧姆的阻抗以匹配网络电缆220，例如RG6电缆的阻抗。在一实施例中，连接器120和140分别是Acterna P/N 2111-00-0009和Acterna P/N2111-00-3035连接器。

[43]在另一个实施例中，如图7所示，内部RF连接器120具有接地部分121以直接与PCB的接地层接触以使连接电缆250接地。PCB的接地层包括屏蔽层135和板本身内的接地层，该屏蔽层135覆盖90％的PCB130＇，如图6中所示。PCB130＇包括四层。板内部的第二层是完全的接地层，其利用桶形的通孔(barreledvias)与剩余三层上的隔离的接地层接触。前述三层上的隔离接地层的放置的位置很关键因为RF特性取决于所涉及的电路。干扰抑制电缆组件180的接地部分包括两端连接器120和140的外壳121和141，如图7所示，以及电缆250的外套240a内的接地编织层。内部RF连接器120的接地部分121和PCB的接地层直接接触提供了连接电缆250的接地。

[44]在其它实施例中，连接器120如授予Evans的US专利6,575,762或授予Gray等的US专利6,053,744中所教导，在此通过参考将其合并入本申请中。

[45]在优选的实施例中，连接器140和120彼此以一角度被固定到电缆250，如图7和8所示。图8示出了图7中的电缆250的侧视图，如从箭头400所指的方向看。优选地，该角大约是45°+/-5°。图9是示出根据本发明的RF测量仪100的外视图的照片。

[46]有利地，本发明的利用RF测量仪监视存在有EMI的电缆TV信号的问题的上述解决方案对于用户来说是显而易见的，因为干扰障碍物位于测量仪的内部；其同样方便测量，因为其不损害RF路径和接地方式的完整性，并且不需要PCB13的电路设计作任何改变。

[47]本发明的另一个优点是其不仅能够使铁氧体磁芯永久地安装在外壳内，而且对于任何设计思路允许使输入连接器340远离PCB。

[48]本发明的再一个优点是电缆250周围的铁氧体磁芯170和171同样抑制与测量仪EMI的内部相关的套电流，例如，由PCB电路引入电缆250的套电流。

[49]在本发明的优选实施例中，网络电缆220和连接电缆250都是圆形同轴TV电缆。然而，本领域技术人员将理解到：本发明可应用于测量由具有外部导电套的其它类型的RF电缆携带的RF信号的RF测量仪。

[50]应该理解，在不脱离本发明的精神的情况下，组件180的空间参数以及磁芯的数量、形状和材料可以变化。当然，在不脱离本发明的精神和范围，可以想象出本发明的许多其它实施例。

Claims (18)

1.一种监视从网络电缆接收的RF信号的测量仪，包括：

外壳；

印刷电路板PCB，其设置在所述外壳内部，所述PCB具有监视所述RF信号的RF电路；

输入RF连接器，其被固定到所述外壳以接收所述网络电缆；

连接RF电缆，其在所述输入RF连接器和所述PCB间延伸以将所述RF信号提供到所述PCB；以及

第一铁氧体磁芯，其被耦合到所述连接RF电缆以使所述连接RF电缆从其穿过，来衰减经由所述网络电缆的导电套传输的干扰信号。

2.根据权利要求1所述的测量仪，还包括第二铁氧体磁芯，所述第二铁氧体磁芯被耦合到所述连接RF电缆以使所述连接RF电缆从其穿过。

3.根据权利要求2所述的测量仪，其中所述第一铁氧体磁芯和所述第二铁氧体磁芯用来累积地为从50MHz直到1GHz频率范围内的干扰信号提供至少200欧姆阻抗。

4.根据权利要求2所述的测量仪，其中所述第一铁氧体磁芯和所述第二铁氧体磁芯具有不同的频率响应。

5.根据权利要求2所述的测量仪，其中所述第一铁氧体磁芯具有峰值在大约250MHz处的阻抗，而所述第二铁氧体磁芯具有峰值在大约750MHz处的阻抗。

6.根据权利要求2所述的测量仪，其中所述第一铁氧体磁芯和所述第二铁氧体磁芯被设置在所述连接RF电缆的端部。

7.根据权利要求2所述的测量仪，其中所述连接RF电缆通过具有与所述PCB的接地层直接接触的接地部分的内部RF连接器连接到所述PCB。

8.根据权利要求1所述的测量仪，其中，利用热收缩管将所述第一铁氧体磁芯固定在适当位置。

9.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述连接RF电缆包括被固定到其端部的RF连接器。

10.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述连接RF电缆完全位于所述外壳内部。

11.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述网络电缆是电缆TV网络的同轴电缆，且所述RF信号是其内提供的电缆TV信号。

12.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述连接RF电缆包括同轴电缆。

13.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述连接RF电缆的阻抗大致是75欧姆。

14.根据权利要求9所述的测量仪，其中所述连接RF电缆的长度至少是8cm。

15.根据权利要求9所述的测量仪，其中所述连接RF电缆的长度在8cm-12cm之间。

16.根据权利要求1所述的测量仪，其中设置所述外壳的大小以使其可由人手持。

17.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述第一铁氧体磁芯包括镍锌铁氧体材料。

18.根据权利要求1所述的测量仪，其中所述第一铁氧体磁芯具有大约8mm的外径、大约4mm的内径和大约12mm的长度。

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