JP2006250931A

JP2006250931A - 長いテストケーブルを避けるためのｒｆケーブルテスト用の代替テスト方法

Info

Publication number: JP2006250931A
Application number: JP2006055678A
Authority: JP
Inventors: Glenn G Unger; ゲイリーアンガーグレン; Stephen R Suarez; ロバートスアレススティーブン
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2006-09-21
Also published as: US7130032B2; IL173721A0; US20060203227A1; EP1701172A1; AU2006200770A1; IL173721A; CN1831544A

Abstract

【課題】ケーブルにおける挿入損失を測定するための方法を提供する。
【解決手段】第１ケーブルと第２ケーブルの直列接続を含む第１回路パスの第１挿入損失ＩＬ₁₂を測定する工程と、第２ケーブルと第３ケーブルの直列接続を含む第２回路パスの第２挿入損失ＩＬ₂₃を測定する工程と、第１ケーブルと第３ケーブルの直列接続を含む第３回路パスの第３挿入損失ＩＬ₁₃を測定する工程と、式を使用して少なくとも３本のケーブルの挿入損失を計算することを含んでいる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気部品をテストするための方法に関するものであり、より具体的には、ケーブル又は被測定ユニット(Units Under Test)のエンドポイントが物理的に互いに近接して配置されていない、電気ケーブルをテストするための方法に関する。

＜発明の背景＞
殆どのＲＦシステムにおいては、システム内のケーブルパスをテストし、ケーブルが、最小限の信号劣化で信号伝送し得るのを確認することはよく行われている。一般的なＲＦケーブル測定の一実施例は、挿入損失測定であろう。挿入損失には、伝送路に沿った電力損失の測定があり、一般的にｄＢで測定される。挿入損失は、ケーブルの種類、動作周波数及びケーブル長によって変化する。

挿入損失測定は、ケーブル性能のトラブルシューティング又は確認に使用される。これらの測定を実行するための一般的なインスツルメンツは、ベクトル・ネットワーク・アナライザ(ＶＮＡ)である。ベクトル・ネットワーク・アナライザは、電気ネットワークの完全な振幅(complete amplitude)及び位相特性を測定し、表示することができる。ＶＮＡハードウェアは、一般的に、掃引式(sweeping)信号源と、順方向信号と逆方向信号とを分けるためのテストセットと、位相同期受信器とを含んでいる。

散乱パラメータ又はｓパラメータは、入射波と反射波との間の反射係数及び伝送係数である。これらパラメータは、線形領域でのラジオ周波数におけるデバイスの動作を説明するために使用される。各パラメータは、一般的に、絶対値、デシベル及び位相によって特徴付けられる。ｓパラメータは波の電圧比であるから、デシベル表現は、２０ｌｏｇ(Ｓｉｊ)である。２ポートネットワークにおいて、Ｓ１１は入力反射係数であり、Ｓ２１は順方向利得であり、Ｓ１２は逆方向利得であり、Ｓ２２は出力反射係数である。ＶＮＡを用いたＳ１２及びＳ２１の測定(例えば、挿入損失、時間遅れマッチング及び位相マッチングなど)には、通常２本のテストケーブルが含まれる。ＶＮＡ、テストケーブル及びアダプタの接続による誤差を較正した後、１本目のテストケーブルは、ＶＮＡの第１ポート(ポート１)と、被測定ケーブルの一端との間に接続されている。２番目のテストケーブルは、ＶＮＡの第２ポート(ポート１)と、被測定ケーブルの他端との間に接続されている。ケーブル又は被測定ユニットのエンドポイントが、物理的に互いに近接して配置されていない、又はテストケーブルが障害物の周りに配設されなければならない場合、Ｓ１２又はＳ２１測定を行なうためには、所望又は実用的なテストケーブルよりも長いテストケーブルが必要である。

テストケーブルの長さが、テストを受けるケーブルの長さを大幅に越えるならば、テストケーブルによってもたらされる誤差は、測定値に不正確さを生じ始める。多くの場合において、テストを受けるケーブルは、航空機のような装置に取り付けられており、取り外すことは容易でない。

短いケーブルをテストする際、テストケーブルを被測定ケーブルの両端に取り付ける標準方法によって行なうのが一般的である。しかしながら、ある場合には、例えば、航空機内のケーブルをテストする際、被測定ケーブルの両端部に接続できるように、長いテストケーブルが必要である。長いテストケーブルを使用してＲＦケーブルをテストする従来のテスト方法が高額であるのは、耐久性やその他のケーブル特性がテストケーブルとしての要件に付け加わることに因る。長いテストケーブルは、位相及び挿入損失の安定に問題を及ぼすのと同様に、一層大きな挿入損失を伴ない、また、安全上の諸問題を潜在的に生じる。例えば、人が、テストケーブルをひっくり返し、異物破片(Foreign Object Debris)(FOD)による損傷又は人体損傷を引き起こす可能性が増える。また、長いテストケーブルは、結果的に、オイルやグリースで損傷し又は、轢かれ若しくは踏まれることによって破損される危険性を増している。さらに、長いテストケーブルは、すぐ近くで実行されているその他のタスクに侵入する可能性がある。

長いテストケーブルを用いる必要のないケーブルテスト方法が要請されている。

本発明は、ケーブルにおける挿入損失を測定するための方法を提供する。３本の並列した同種ケーブルを含む電路に於いて、該方法は、第１ケーブルと第２ケーブルの直列接続を含む第１回路パスの第１挿入損失ＩＬ₁₂を測定する工程と、第２ケーブルと第３ケーブルの直列接続を含む第２回路パスの第２挿入損失ＩＬ₂₃を測定する工程と、第１ケーブルと第３ケーブルの直列接続を含む第３回路パスの第３挿入損失ＩＬ₁₃を測定する工程と、式ＩＬ₁＝(ＩＬ₁₂−ＩＬ₂₃＋ＩＬ₁₃)／２を使用して第１ケーブルの挿入損失ＩＬ₁を計算する工程を含んでいる。

該方法は、式ＩＬ₃＝ＩＬ₁₃−ＩＬ₁を使用して第３ケーブルの挿入損失ＩＬ₃を計算する工程と、式ＩＬ₂＝ＩＬ₂₃−ＩＬ₃を使用して第２ケーブルの挿入損失ＩＬ₃を計算する工程、をさらに含むことができる。

この方法は、第ｎケーブルと第３ケーブルの直列接続の挿入損失ＩＬ_3nを測定し、それに続くすべての挿入損失ＩＬ_n＝ＩＬ_3n−ＩＬ₃を計算することによって、ｎ本のケーブルを追加する場合を含めることにまで拡張できる。

別の視点から、本発明は、電気部品の特性を測定する方法を提供するものであって、該方法は、第１電気部品と第２電気部品の直列接続を含む第１回路パスの第１特性Ｓ₁₂を測定する工程と、第２電気部品と第３電気部品の直列接続を含む第２回路パスの第２特性Ｓ₂₃を測定する工程と、第１電気部品と第３電気部品の直列接続を含む第３回路パスの第３特性Ｓ₁₃を測定する工程と、式Ｓ₁＝(Ｓ₁₂−Ｓ₂₃＋Ｓ₁₃)／２を使用して第１電気部品の特性Ｓ₁を計算する工程を含んでいる。

電気部品として、例えば、電源分割器又はスプリッタを挙げることができる。測定された特性として、例えば、位相及び位相整合を含めることができる。

並列ケーブルパスが存在する場合、被測定ケーブルの様々な組合せを使用して、そして、所望のパラメータについて代数学的に解くことによって、長いテストケーブルの必要性を取り除くことが可能である。この説明で使用する際、並列ケーブル(Parallel Cables)又はケーブルパス(Cable Paths)は、動作周波数範囲に互換性がある３本以上のケーブルを意味する。ケーブルの物理的なエンドポイントは、お互いに十分近くに配置されるべきであり、それによって、それらと同じ比較的短いテストケーブル、図１〜図５の参照番号(18)及び(20)は、ＶＮＡポートと、ケーブルのテストを受けるエンドポイントとの間に接続され、それらと同じ比較的短い包囲形(wraparound)のテストケーブル、図１〜図５の参照番号(26)は、被測定ケーブルの他端に接続される。

図１は、本発明の方法を実行するために使用したテスト回路(10)の概略図である。ベクトル・ネットワーク・アナライザ(ＶＮＡ)(12)は、テストケーブル(18)(20)に接続された２つのポート(14)(16)を含んでいる。テストケーブル(18)は、ケーブル１と称し、テストを受ける第１ケーブルの近位端に、コネクタ(22)によって接続されている。テストケーブル(20)は、ケーブル２と称し、テストを受ける第２ケーブルの近位端に、コネクタ(24)によって接続されている。ケーブル１及びケーブル２の遠位端は、包囲形のテストケーブル(26)によって、コネクタ(28)(30)を使用して互いに接続されている。ベクトル・ネットワーク・アナライザ(ＶＮＡ)は、第１ケーブルと第２ケーブルの直列接続を含むケーブルパスの挿入損失を測定するために使用される。ＶＮＡは、任意の市販されているＶＮＡであってよい。ＶＮＡは、挿入損失を測定するために一般的に使用されている。

ケーブル１とケーブル２の直列接続を含むケーブルパスの挿入損失は、ＩＬ₁₂として特定される。テストを受けるケーブルは、ハーネス若しくはコネクタシェル内に取り付けられ、又はそれらケーブルを曲げることができないような方法で配置される。また、両ケーブルを曲げることは、両ケーブルが物理的に互いに届かない場合には、不可能である。さらに、測定されるケーブルの種類及びケーブルの特性により、曲げることは、特定のケーブルの性質、例えば、位相のマッチ、及びInsertion Loss(挿入損失)、又はＶＳＷＲ(電圧定在波比)を低下させ、壊してしまうことがある。

図２は、該テスト回路の概略図であって、ケーブル１がケーブル３で置き換えられている。この配置構成において、ベクトル・ネットワーク・アナライザは、ケーブル３とケーブル２の直列接続を含むケーブルパスの挿入損失を測定するために使用される。このケーブルパスの挿入損失は、ＩＬ₃₂として表示される。この分析は、全てのテストについて、同じテストケーブル、コネクタ、及び包囲形のテストケーブルの使用を前提としている。

図３は、該テスト回路の概略図であって、ケーブル１及びケーブル３がベクトル・ネットワーク・アナライザのテストポートに接続されている。この配置構成において、ベクトル・ネットワーク・アナライザは、ケーブル３とケーブル１の直列接続を含むケーブルパスの挿入損失を測定するために使用される。このケーブルパスの挿入損失は、ＩＬ₁₃として表示される。

図４は、該テスト回路の概略図であって、ケーブル３及びケーブル４がベクトル・ネットワーク・アナライザのテストポートに接続されている。この配置構成において、ベクトル・ネットワーク・アナライザは、ケーブル３とケーブル４の直列接続を含むケーブルパスの挿入損失を測定するために使用される。このケーブルパスの挿入損失は、ＩＬ₃₄として表示される。

図５は、該テスト回路の概略図であって、ケーブル３と、ケーブルＮと称する他のケーブルとが、ベクトル・ネットワーク・アナライザのテストポートに接続されている。この配置構成において、ベクトル・ネットワーク・アナライザは、ケーブル３とケーブルＮの直列接続を含むケーブルパスの挿入損失を測定するために使用される。このケーブルパスの挿入損失は、ＩＬ_3Nとして表示される。

本発明の方法は、長いケーブルと比べて、高価でなく、挿入損失、耐久性及び安定性に関する厳しい条件は少ない短いケーブルを使用する。この結果、テストケーブルが使用中に損傷を起こす又は損傷を被る可能性は低くなる。さらに、短いケーブルは、周辺で実行されているその他のタスクへの侵入が少ない。

多数のケーブルパスは、小さな、管理が一層容易にされたグループに分類されることもある。代替テスト構成において、較正されたＲＦ切替マトリクスが使用され、テスト中、複数の包囲形のテストケーブルの接続と取り外しを行なう必要性を回避する。図６は、複数のケーブルの端部を相互接続するために使用される切替マトリクス(50)の概略図である。この切替マトリクスは、複数の回路パスを含んでおり、該回路パスは、図１〜図４のものと同様な、包囲形のテストケーブルを提供するために使用されるスイッチ(52)(54)(56)(58)を含んでいる。

切替マトリクスの包囲形のテストケーブルは、テストを受けるケーブルに接続されることができ、スイッチは、種々のテスト構成において、ケーブルを接続するように動作できる。ケーブル１の遠位端は回線(60)に接続され、ケーブル２の遠位端は回線(62)に接続され、ケーブル３の遠位端は回線(64)に接続され、ケーブル４の遠位端は回線(66)に接続される。スイッチ(52)は、図１の回路を形成するために閉じられる。スイッチ(54)は、図２の回路を形成するために閉じられる。スイッチ(56)は、図３の回路を形成するために閉じられる。スイッチ(56)(58)は、図４の回路を形成するために閉じられる。

スイッチ特性は較正されるか、又は既知の較正された特性を有するスイッチが使用される。その後、トレランスを含む既知の特性が、被測定ケーブルの所望の特性を決定するために使用される式に加算される。スイッチ特性が使われる方法は、如何にマトリクスが実行され、如何なる仮定が作られるかによって決まる。或いは、スイッチは、自己較正ラップ(self-calibration wrap)を含むことがある。さらに、スイッチは、手動で操作され、コンピュータ制御され、或いは自動化されている。切替マトリクスを較正する１つの方法は、それをＶＮＡからのテストケーブルに直接接続し、パスで被測定ケーブルなしにＶＮＡ較正を実行することである。それから、測定された挿入損失は、この測定によって修正されることができる。

切替マトリクスの回路パスは、整合パス(matched path)、又は既知の特性を有するパスであって、テスト式中に含める。ラッピング・マトリクス(wrapping matrix)のスイッチは、システムデザインの内部にある、又は、テストの間、外部からシステムに接続される。切替マトリクスは、内蔵のテストシステムと関連して、又は該内蔵システムの一部として、性能を確認するために使用され、及び／又は、正常なシステム動作の間、使用されるべきシステム修正係数を形成するために使用される。

本発明は、特定のシステムに限定されるものではない。システムが生成するテスト信号は、切替マトリクスを使用して伝送され、自動化された方式で測定を行なう。これによって、この測定法を活用するために、システムを改変又は設計する必要がある。

さらに、本発明は、エンドユーザーの実行に限定されるものではない。該方法は、ネットワーク・アナライザ(Network Analyzer)などのテスト測定装置に、明瞭で、使いやすく、この出願に特有の方法で組み込まれることができる。次に、単語やグラフィカル・ユーザー・インターフェース(Graphical User Interface)で表された指示が使用され、オペレータをテスト・セットアップ及び相互接続するように導く。その後、該インスツルメンツは、必要な計算を行ない、少なくとも１つのディスプレイにその結果を表示し、又はデータをダウンロードした結果をフォーマットする。このことが、インスツルメンツ又はシステムに内蔵された場合、エンドユーザーがこの機能を自動化する必要性を軽減する。

本発明の特色ある用途は、４本の並列ＲＦパスの自動ケーブルテストに使用されることができることである。該方法は、少なくとも３本の任意数のケーブルパスを含むことにまで及ぶ。この場合に測定されるべきケーブルは、最長６５フィートであり、航空機の長さを越えていた。ケーブルは、既に航空機に取り付けられており、取り外すことを困難にしていた。この種類のテストは、保守環境において行われるから、測定の容易さ及びテストの速度は、重視すべき事項である。汎用インターフェースバス(ＧＰＩＢ)リンクを経由してパーソナル・コンピュータに制御されたベクター・ネットワーク・アナライザは、すべての計算を実行するために使用された。

以下の記載は、挿入損失を測定するために、本発明の使用方法を説明している。以下の記載で使用される定義は次の通りである。ＩＬ₁、ＩＬ₂、ＩＬ₃及びＩＬ₄は、ケーブルの実際の挿入損失であり、ＩＬ₁₂、ＩＬ₁₃、ＩＬ₂₃及びＩＬ₃₄は、ケーブルパス１−２、１−３、２−３及び３−４の夫々について測定された挿入損失である。

すべての測定が完了した後、以下の式を使用して、すべての被試験ケーブルの実際の挿入損失ＩＬ_nを得た。
ＩＬ₁＝(ＩＬ₁₂−ＩＬ₂₃＋ＩＬ₁₃)／２ (１)
ＩＬ₃＝ＩＬ₁₃−ＩＬ₁ (２)
ＩＬ₂＝ＩＬ₂₃−ＩＬ₃ (３)
ＩＬ₄＝ＩＬ₃₄−ＩＬ₃ (４)

式(１)〜(４)によって示された例は、４本のＲＦケーブルからなる１グループを測定しているが、該方法は、３本又はそれ以上のケーブルからなる任意のグループに適用することができる。この方法を任意数のケーブルＮにも広げるために、図１〜図３のテストセットアップを使用してＩＬ₁₂、ＩＬ₁₃及びＩＬ₂₃を測定する。次に、残りの全ケーブルパスについて、図４のセットアップを使用して挿入損失ＩＬ_3Nを測定する(但し、Ｎ＝テストを受けるケーブルの数であり、ＩＬ_3Nは、直列状態のケーブル３とケーブルＮの測定された挿入損失を組み合わせたものである)。次に、上記の式(１)、(２)及び(３)を使用して挿入損失を決定し、挿入損失値ＩＬ_Nは、下記の式を使用して残りのケーブルのそれぞれについて計算する(但し、ＩＬ_Nは、各ケーブルＮの実際の挿入損失である)。
ＩＬ_N＝ＩＬ_3N−ＩＬ₃ (５)
それゆえに、本発明のこの方法は、容易に概算される。

＜発明の効果＞
この発明の方法を使用することによって、相対的に短く、容易に入手可能なＲＦテストケーブルだけが必要となる。コンピュータコントローラが使用され、最小限の努力にて計算が行われることを可能にすることができる。

同様な方法を使用して、その他のＳ１２及びＳ２１の種類の測定結果、例えばケーブルパス間の位相及び位相整合を決定することができる。また、該発明は、システムパス内のデバイスを特徴付ける又はそれをテストするために使用されることがある。そのようなデバイスとして、例えば、電源分割器又はスプリッタを挙げることができる。

ＲＦケーブルに加えて、この方法は、光ファイバー・ケーブルのリンクロステスト(link loss tests)を実行するために使用される。短いテストケーブルは、長いテストケーブルよりも故障率が低い。この方法は、故障テストケーブルによる不正確な結果が一層少なくなる限りにおいて、維持費を改善し得る。その他のＳ１２及びＳ２１パラメータは、前記の説明における挿入損失を、所望のパラメータと置き換えることによってテストされる。

電気部品に関するその他の特性Ｓを測定するために、式は次のように修正される。
Ｓ₁＝(Ｓ₁₂−Ｓ₂₃＋Ｓ₁₃)／２ (６)
Ｓ₃＝Ｓ₁₃−Ｓ₁ (７)
Ｓ₂＝Ｓ₂₃−Ｓ₃ (８)
Ｓ₄＝Ｓ₃₄−Ｓ₃ (９)
Ｓ_N＝Ｓ_3N−Ｓ₃ (１０)

発明を幾つかの例に関して説明してきたが、請求の範囲によって規定される発明の範囲から逸脱することなく、説明した例に様々な変更を加えることができることは、当該分野の専門家には明らかであろう。

本発明の方法を実施するために使用したテスト回路の概略図である。本発明の方法を実施するために使用したテスト回路の概略図である。本発明の方法を実施するために使用したテスト回路の概略図である。本発明の方法を実施するために使用したテスト回路の概略図である。本発明の方法を実施するために使用したテスト回路の概略図である。本発明の方法を実施するために使用できる切替マトリクスの概略図である。

Claims

ケーブルにおける挿入損失を測定する方法であって、該方法は、
第１ケーブルと第２ケーブルの直列接続を含む第１回路パスの第１挿入損失ＩＬ₁₂を測定する工程と、
第２ケーブルと第３ケーブルの直列接続を含む第２回路パスの第２挿入損失ＩＬ₂₃を測定する工程と、
第１ケーブルと第３ケーブルの直列接続を含む第３回路パスの第３挿入損失ＩＬ₁₃を測定する工程と、
式ＩＬ₁＝(ＩＬ₁₂−ＩＬ₂₃＋ＩＬ₁₃)／２を使用して第１ケーブルの挿入損失ＩＬ₁を計算する工程、を含んでいる、ケーブルにおける挿入損失を測定する方法。
式ＩＬ₃＝ＩＬ₁₃−ＩＬ₁を使用して第３ケーブルの挿入損失ＩＬ₃を計算する工程と、
式ＩＬ₂＝ＩＬ₂₃−ＩＬ₃を使用して第２ケーブルの挿入損失ＩＬ₃を計算する工程、をさらに含んでいる、請求項１の方法。
第３ケーブルと第４ケーブルの直列接続を含む第４回路パスの第４挿入損失ＩＬ₃₄を測定する工程と、
式ＩＬ₄＝ＩＬ₃₄−ＩＬ₃を使用して第４ケーブルの挿入損失ＩＬ₄を計算する工程、をさらに含んでいる、請求項２の方法。
第３ケーブルと第ｎケーブルの直列接続を含む第ｎ回路パスの第ｎ挿入損失ＩＬ_3nを測定する工程と、
式ＩＬ_n＝ＩＬ_3n−ＩＬ₃を使用して第ｎケーブルの挿入損失ＩＬ_nを計算する工程、をさらに含んでいる、請求項２の方法。
各ケーブルは電気ケーブルを含んでいる、請求項１の方法。
各ケーブルは光ファイバー・ケーブルを含んでいる、請求項１の方法。
電気部品の特性を測定する方法であって、該方法は、
第１電気部品と第２電気部品の直列接続を含む第１回路パスの第１特性Ｓ₁₂を測定する工程と、
第２電気部品と第３電気部品の直列接続を含む第２回路パスの第２特性ＩＬ₂₃を測定する工程と、
第１電気部品と第３電気部品の直列接続を含む第３回路パスの第３特性ＩＬ₁₃を測定する工程と、
式Ｓ₁＝(Ｓ₁₂−Ｓ₂₃＋Ｓ₁₃)／２を使用して第１電気部品の特性Ｓ₁を計算する工程、を含んでいる電気部品の特性を測定する方法。
式Ｓ₃＝Ｓ₁₃−Ｓ₁を使用して第３電気部品の特性Ｓ₃を計算する工程と、
式Ｓ₂＝Ｓ₂₃−Ｓ₃を使用して第２電気部品の特性Ｓ₃を計算する工程、をさらに含んでいる、請求項７の方法。
第３電気部品と第４電気部品の直列接続を含む第４回路パスの第４特性Ｓ₃₄を測定する工程と、
式Ｓ₄＝Ｓ₃₄−Ｓ₃を使用して第４電気部品の特性Ｓ₄を計算する工程、をさらに含んでいる、請求項８の方法。
第３電気部品と第ｎ電気部品の直列接続を含む第ｎ回路パスの第ｎ特性Ｓ_3nを測定する工程と、
式Ｓ_n＝Ｓ_3n−Ｓ₃を使用して第ｎ電気部品の特性Ｓ_nを計算する工程、をさらに含んでいる、請求項８の方法。
各電気部品は、電気ケーブルを含んでいる請求項７の方法。
各電気部品は、光ファイバー・ケーブルを含んでいる請求項７の方法。