回波損耗基本介紹

回波損耗：在高頻場合,反映行波在保護設備的"過渡點"處被反射的比例. 在這一參數(shù)下可直接衡量, 保護器件與系統(tǒng)的涌波阻抗的匹配程度.

回波損耗：return loss?；夭〒p耗是表示信號反射性能的參數(shù)?；夭〒p耗說明入射功率的一部分被反射回到信號源。例如，如果注入1mW (0dBm)功率給放大器其中10%被反射(反彈)回來，回波損耗就是10dB。從數(shù)學角度看，回波損耗為-10 lg [(反射功率)/(入射功率)]。回波損耗通常在輸入和輸出都進行規(guī)定。

它是指在光纖連接處，后向反射光（連續(xù)不斷向輸入端傳輸?shù)纳⑸涔?相對輸入光的比率的分貝數(shù)，回波損耗愈大愈好，以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影響。

通常要求反射功率盡可能小，這樣就有更多的功率傳送到負載。典型情況下設計者的目標是至少10dB的回波損耗。有時為了獲得更好的噪聲系數(shù)、IP3或者系統(tǒng)的增益就不能滿足這個“憑經(jīng)驗得出的” 10dB回波損耗的要求。

盡量將光纖端面加工成球面或斜球面是改進回波損耗的有效方法。

反射系數(shù)是反射波和入射波電壓之比，而回波損耗是反射波和入射波的功率之比。一般情況下從量級上看，功率之比是電壓之比的平方，而在對數(shù)域里功率之比是電壓之比的2倍。

因此，回波損耗與反射系數(shù)的關(guān)系為：

應用舉例：

假若反射系數(shù)是0.1，那么：

電壓駐波比為

回波損耗為

于是

也就是說，入射波的功率到了傳輸線和射頻器件的接口處，1%的功率反射了回去，99%的功率傳了下去，如圖1所示。

在實際應用中，我們希望無線電波全波傳送出去，是不希望有回波的，或者說回波損耗的絕對值越大越好。當接近0的時候，回波損耗接近于無窮大，此時沒有反射波，無線電波全部傳送出去。

回波損耗是數(shù)字電纜產(chǎn)品的一項重要指標，回波損耗合并了兩種反射的影響，包括對標稱阻抗（如：100Ω）的偏差以及結(jié)構(gòu)影響，用于表征鏈路或信道的性能。它是由于電纜長度上特性阻抗的不均勻性引起的，歸根到底是由于電纜結(jié)構(gòu)的不均勻性所引起的。由于信號在電纜中的不同地點引起的反射，到達接收端的信號相當于在無線信道傳播中的多徑效應，從而引起信號的時間擴散和頻率選擇性衰落，時間擴散導致脈沖展寬，使接收端信號脈沖重疊而無法判決。信號在電纜中的多次反射也導致信號功率的衰減，影響接收端的信噪比，導致誤碼率的增加，從而也限制傳輸速度。在生產(chǎn)數(shù)字纜的過程中，電纜的回波損耗指標容易出現(xiàn)不合格。

提高回波損耗（RL）的措施有以下3種：

提高同心度

在絕緣串聯(lián)生產(chǎn)工序，要求銅導體的直徑公差在±0.002mm內(nèi)，絕緣外徑偏差在±0.01mm內(nèi)。同心度在96%以上，且表面光滑圓整。否則，單線在進行絞對后電纜的特性阻抗會出現(xiàn)超出指標要求的較大峰值。

復合技術(shù)

采用一定比例的“預扭”或“退扭”技術(shù)并配合使用十字型塑料骨架

采用一定比例的“預扭”或“退扭”技術(shù)可消除絕緣單線偏心對特性阻抗的影響，同時可降低絕緣單線同心度的要求。而采用十字型塑料骨架，可保持電纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使單線不均勻造成的特性阻抗的變化變得平滑，使其近端串音和回波損耗在高頻時的性能相當好。

眾所周知，線對中兩根導線中心距（S）的波動會引起線對阻抗的波動。由于絕緣單線絕緣層的偏心不可避免，線對阻抗變化表現(xiàn)出某種程度上的周期性，在若干局部長度內(nèi)保持不變，在總長度上呈階梯型的突高突低的波動，線對由若干段阻抗不同的不均勻的段長組成，這些不均勻段長或長或短，當超過電纜使用頻率對應波長的1/8、接近半波長時，阻抗的變化會被行進的電磁波所“察覺”而導致電磁波的反射，其中部分反射因相位一致而疊加在一起，造成阻抗波動、回波損耗下降和產(chǎn)生附加損耗（衰減—頻率曲線上的峰值）。隨著頻率的升高，波長減小，將使更多的不均勻段長引起電磁波反射。

通過線對的“預扭”或“退扭”，使線對導體間距離S完成一個周期變化所對應的長度包含若干個絞對節(jié)距，但未超過電纜最高使用頻率所對應的1/8波長，那么線對阻抗在一個節(jié)距內(nèi)也完成一個周期的快速變化，其大小表現(xiàn)為正弦形波動，從而使線對總長度上的阻抗變化變得平滑，反射不再發(fā)生，線對阻抗的均勻性大為改觀。另外配合采用十字型塑料骨架，保持電纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使單線不均勻造成的特性阻抗的變化變得平滑。

通過以上措施可使數(shù)字電纜近端串音和回波損耗在高頻時的性能相當好。

采用粘連線對技術(shù)

粘連線對技術(shù)工藝指的是采用兩臺擠塑機、一個機頭共擠，將同一線對的兩根絕緣芯線同步擠出將其粘結(jié)在一起。絞對線間粘連后，可確保絞對線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保持線對兩根導線中心距（S）的穩(wěn)定來提高線對阻抗均勻性，從而提高回波損耗指標；也可避免絕緣導體經(jīng)彎曲扭絞后導體發(fā)生散芯而影響電纜的回波損耗指標。

目前生產(chǎn)超5類、6類纜時，采用以上相關(guān)措施后，可使產(chǎn)品的回波損耗指標達到相當高的水平。

光回波損耗測試儀光回波損耗的定義

光傳輸系統(tǒng)中，當入射光傳輸至光器件時，入射光總有部分光被光器件反射回來。其中后向反射光功率與入射光功率的比值稱為該器件的反射率R。

光回波損耗R_L(dB)定義為

R_L(dB) = 10lg(1/R)

光回波損耗測試儀光回波損耗的影響

光回波損的測量對象主要是高速光纖傳輸系統(tǒng)中的各種連接器和光器件以及由它們組成的系統(tǒng)。這些光器件和子系統(tǒng)的后向反射對系統(tǒng)的影響包括：使得傳輸?shù)墓庑盘枩p弱；與入射光信號產(chǎn)生干涉現(xiàn)象；在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中增加誤碼率；在模擬傳輸系統(tǒng)中降低信噪比。

由于后向反射光會回到光源，較多的后向反射對光源造成的影響包括：引起光源的中心波長波動；引起光源的輸出功率波動；某些情況下會損害光源。此外，光源中心波長的波動也會引起光路接收端的探測器產(chǎn)生測量誤差。

為了保證光傳輸系統(tǒng)的性能，保證系統(tǒng)中光源的中心波長和功率穩(wěn)定，通常需要限定系統(tǒng)中反射回到光源的最大反射光功率。因此，測量光器件及其子系統(tǒng)的光回波損耗顯得非常重要。

光回波損耗測試儀光回波損耗的測試方法

光回波損耗的測試方法主要有相干域反射法（OCDR），光時域反射法（OTDR）和光連續(xù)波反射法（OCWR）三種。

光相干域反射法是一種基于白光干涉儀的測試方法，可以測量光路中各位置點的多重反射光。它的優(yōu)勢在于有相當?shù)臏y量靈敏度，但是測量范圍受限于干涉儀的移動距離（10cm左右）。

光時域反射法是一種基于光脈沖反射的測試技術(shù)，在光纖測試領(lǐng)域應用廣泛。它通過發(fā)射光脈沖，搜尋反射事件發(fā)生的位置，并通過接收返回的光脈沖來測量后向反射光功率。

光連續(xù)波反射法是一種整體測試方法，僅用于測量光路中的反射光總和。它的優(yōu)勢在于簡單易行且測量靈敏度高，是測量后向反射光的最佳方法。

三種方法之中，光時域反射法由于受到噪聲、測量距離、光脈沖寬度的影響，其測試光回波損耗的精度不高。另外，由于存在盲區(qū)（發(fā)生在強反射后）現(xiàn)象，它不能精確測量緊隨盲區(qū)之后的弱反射，因此，其測試精度遠低于光連續(xù)波反射法。光連續(xù)波反射法不受強反射事件的影響，其測試裝置也不受噪聲、測量距離、光脈沖寬度的影響，故而應用比較普遍。

國產(chǎn)典型光回波損耗測試儀是使用光連續(xù)波反射法完成回波損耗測試的，它通過把回波損耗值已知的光校準件反射的光功率與被測光器件反射的光功率進行比較，準確測出被測光器件的回波損耗值。

光回波損耗測試儀測試裝置及測量準確度的影響因素

1、測試裝置

使用光連續(xù)波反射法進行光回波損耗測試的裝置十分簡單，主要包括激光源、探測器、光耦合器，測試裝置示意圖如圖1-1所示。

圖1-1中參數(shù)說明如下：P_s為激光源發(fā)射出的光功率；P_I為入射到待測件的光功率；P_RD為待測件后向反射光功率；P_DD為探測器接收到的光功率；k₁,k₂為耦合器的耦合比；S為光耦合器的方向性；R_DUT為待測件的反射率。

測試裝置中，激光源發(fā)射出的光經(jīng)過光耦合器到達待測件，被待測件反射，產(chǎn)生的反射光經(jīng)光耦合器由探測器接收。為消除待測件之后的反射，應在待測件之后靠近待測件的位置處對光纖實施終止反射。

由圖1-1可得

P_I=P_sk₁

P_RD=P_IR_DUT

P_DD=P_RDk₂ P_sS

待測件的光回波損耗R_L(dB)為

R_L(dB)=10lg(1/R_DUT)=10lg(P_I/P_RD)

2、測量準確度的影響因素

測試裝置中各組成部分（如激光源、光耦合器、探測器、標準反射件等）均會對測量準確度產(chǎn)生影響，同時測試裝置的整體光路特性（如干涉效應、光路寄生反射大小等）也會影響測量的準確度。

1） 激光源的影響。測試過程中應保證激光源發(fā)射的光功率穩(wěn)定；否則其光功率變化會直接造成測量誤差。由于裝置中光路存在反射，會影響激光源的光功率穩(wěn)定，因此需要對激光源進行光隔離，以保護激光源不受反射光的影響，使激光源發(fā)射穩(wěn)定的光功率。一般在激光源和光耦合器之間接入光隔離器或光衰減器，以獲得合適的隔離度。

2） 光耦合器的影響。光在單模光纖中傳輸，存在兩個垂直的偏振態(tài)。光路中光纖的任何機械拉伸和移動均會產(chǎn)生相應的機械應力，導致雙折射現(xiàn)象，使光的偏振態(tài)改變。偏振態(tài)的變化又使光耦合器的耦合比發(fā)生變化，從而影響測量的準確度。測試過程中應避免移動測試裝置光路中的待測件之前的光纖，以保證光路中光的偏振態(tài)不變。

測量光回波損耗的裝置中，應優(yōu)先選用偏振敏感度較低的光耦合器。另外，光纖中偏振態(tài)變化會使測量裝置的顯示值波動，因此測試中應以穩(wěn)定的顯示值為準。

3） 探測器的影響。測試裝置中探測器的性能直接影響測量的不確定度。由于待測件回波損耗值高（可高達70dB），其反射光功率信號相當微弱，因此探測器應有較高的靈敏度，有足夠大的測量范圍，以保證探測到的信號不被噪聲淹沒。探測器及其信號放大電路的線性誤差也直接影響測量精度。如果待測件的反射光功率和標準反射件的反射光功率之間存在幾個量程的差別，那么量程間的非線性誤差將會構(gòu)成待測件測量誤差的一部分。因此，測量前應對探測器單元的線性仔細校準，使其在整個測量范圍內(nèi)有很好的線性，以保證測量的準確性。

4） 標準反射件的影響。標準反射件的反射率接近其理論反射率，故而被采用作為參考反射標準。理論上，垂直的玻璃空氣界面的反射率為0.035，玻璃與金界面的反射率為0.98。實際使用中，垂直切口的光纖端面經(jīng)過良好的拋光處理后，與空氣界面的反射率接近理論值0.035，其回波損耗約為14.6dB，不確定度一般在

5） 光干涉效應的影響。當激光源的相干長度大于從光耦合器到待測件的距離的兩倍時，將會發(fā)生干涉現(xiàn)象，使探測器測量值波動。從待測件反射回來的光與從激光源經(jīng)光耦合器直接到達探測器的光由于具有恒定的相位差會產(chǎn)生干涉，當兩者振幅相同且偏振方向一致時，干涉現(xiàn)象最為明顯。為減小干涉效應的影響，可增加光耦合器到待測件之間的光路長度，使干涉條件不滿足。普通F-P激光器的相干長度一般小于十幾毫米，遠小于光耦合器到待測件之間的距離，所以干涉效應的影響很小。只有在使用線寬很窄的DFB激光器時，才需要考慮干涉效應的影響。

6） 光路寄生反射大小的影響。由于測試裝置中包括多種光器件及多個連接點，使測試裝置自身就存在寄生反射，較大的寄生反射會降低信噪比，降低測量范圍。由式R_L(dB)=10lg[(P_ref-P_p)/(P_meas-P_p)] 10lg(1/R_ref)

可知，當待測件的后向反射光功率接近寄生反射光功率時，寄生反射光功率的微小變化會導致測量結(jié)果的較大變化。因此測試裝置中的光器件應具有較高的回波損耗和較高的隔離度，以減小寄生反射的影響。

國產(chǎn)典型光回波損耗測試儀是根據(jù)光連續(xù)波反射法（OCWR）測試原理和實際使用需要進行自主設計的，它必須與外部270Hz調(diào)制光源配合使用，其內(nèi)部對來自光源的調(diào)制光信號和同步調(diào)制電信號采用了同相檢測技術(shù)，使探測器的光功率測量范圍大大提高，從而保證了70dB動態(tài)范圍的回波損耗測量。另外，它還集成了另一路探測器，用于對光器件或光系統(tǒng)的插入損耗進行測試，而且光回波損耗與插入損耗可單獨測量，也可同時測量，使用十分便利。

光回波損耗測試儀可以測量單模光纖連接器（如光纖跳線和法蘭盤）、光器件和光傳輸系統(tǒng)的回波損耗及插入損耗，適用于科研、計量及光纖通信、光纖光纜、其他光無源器件生產(chǎn)等部門和廠家。

以經(jīng)常性的FC/PC型連接器的回波損耗測試為例，光回波損耗測試儀使用時的光路連接圖如圖1-2所示。

圖1-2中，單模調(diào)制激光源發(fā)射的270Hz調(diào)制光入射到光回波損耗測試儀的光源輸入端口，經(jīng)其內(nèi)部光路中的光衰減器、光耦合器到達光回波損耗測試儀的FC/APC測試端口，該端口連接標準跳線FC/APC-FC/UPC的FC/APC端，入射光再經(jīng)標準跳線的另一端FC/UPC端入射到被測件的FC/PC端，緊隨被測件的FC/PC端之后對光纖實施終止反射，由FC/UPC端和FC/PC端組成的連接器對的連接面上產(chǎn)生反射，反射光經(jīng)標準跳線、光纖耦合器由探測器接收。

測量回波損耗需要分三步測量三個光功率值。

第一步：光回波損耗測試儀的FC/APC測試端口連接標準跳線的FC/APC端，標準跳線的FC/UPC端不連接任何被測件，此時以該FC/UPC端面作為標準反射件進行參考反射校準，反射率為R_ref，回波損耗約為14.8Db，探測器探測到的光功率即為參考反射引起的光功率P_ref。

第二步：對標準跳線實施光纖終止反射，探測器探測到的光功率即為寄生反射引起的光功率P_p。

第三步：標準跳線的FC/UPC端連接被測件的FC/PC端，兩者組成被測連接器對，在被測件的FC/PC端之后實時光纖終止反射，探測器探測到的光功率即為被測連接器對的連接面反射引起的光功率P_meas。

被測連接器對的回波損耗即為

R_L(dB)=10lg[(P_ref-P_p)/(P_meas-P_p)] 10lg(1/R_ref) (1.1)

由于標準跳線的FC/UPC端面研磨良好，反射率接近理論值，故被測連接器對的回波損耗為

R_L(dB)=10lg[(P_ref-P_p)/(P_meas-P_p)] 14.8

由式（1.1）可知，測量回波損耗時，必須首先保證標準跳線的FC/UPC端面的反射率接近理論反射率；否則，其誤差將直接引入被測件的測量誤差。其次，還需保證寄生反射光功率足夠小，以便在測量高回損光器件時測量結(jié)果仍有較好的精度。

回波損耗測試的過程要求較為嚴格，標準跳線、被測件、光路中各連接端面的清潔程度均會對測試結(jié)果造成重大影響。因此測試時需經(jīng)常清潔標準跳線，并且由于端面磨損，需要定期更換標準跳線。

下面以國產(chǎn)典型光回波損耗測試儀為例說明其技術(shù)指標。

工作波長：1310nm,1550nm 回波損耗準確度：

功率范圍：-70dBm~ 3dBm

功率準確度：

回波損耗范圍：0~70dB