回波損耗指標(biāo)介紹

回波損耗是數(shù)字電纜產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)，回波損耗合并了兩種反射的影響，包括對(duì)標(biāo)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(zhǎng)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(hào)在電纜中的不同地點(diǎn)引起的反射，到達(dá)接收端的信號(hào)相當(dāng)于在無(wú)線信道傳播中的多徑效應(yīng)，從而引起信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)散和頻率選擇性衰落，時(shí)間擴(kuò)散導(dǎo)致脈沖展寬，使接收端信號(hào)脈沖重疊而無(wú)法判決。信號(hào)在電纜中的多次反射也導(dǎo)致信號(hào)功率的衰減，影響接收端的信噪比，導(dǎo)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(biāo)容易出現(xiàn)不合格。

回波損耗：在高頻場(chǎng)合,反映行波在保護(hù)設(shè)備的"過渡點(diǎn)"處被反射的比例. 在這一參數(shù)下可直接衡量, 保護(hù)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(hào)反射性能的參數(shù)。回波損耗說明入射功率的一部分被反射回到信號(hào)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(xué)角度看，回波損耗為-10 lg [(反射功率)/(入射功率)]?；夭〒p耗通常在輸入和輸出都進(jìn)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(duì)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(duì)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(fù)載。典型情況下設(shè)計(jì)者的目標(biāo)是至少10dB的回波損耗。有時(shí)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(gè)“憑經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(jí)上看，功率之比是電壓之比的平方，而在對(duì)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(yīng)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(shí)際應(yīng)用中，我們希望無(wú)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(duì)值越大越好。當(dāng)接近0的時(shí)候，回波損耗接近于無(wú)窮大，此時(shí)沒有反射波，無(wú)線電波全部傳送出去。

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(dǎo)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(jìn)行絞對(duì)后電纜的特性阻抗會(huì)出現(xiàn)超出指標(biāo)要求的較大峰值。

復(fù)合技術(shù)

采用一定比例的“預(yù)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(yù)扭”或“退扭”技術(shù)可消除絕緣單線偏心對(duì)特性阻抗的影響，同時(shí)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(shí)的性能相當(dāng)好。

眾所周知，線對(duì)中兩根導(dǎo)線中心距（S）的波動(dòng)會(huì)引起線對(duì)阻抗的波動(dòng)。由于絕緣單線絕緣層的偏心不可避免，線對(duì)阻抗變化表現(xiàn)出某種程度上的周期性，在若干局部長(zhǎng)度內(nèi)保持不變，在總長(zhǎng)度上呈階梯型的突高突低的波動(dòng)，線對(duì)由若干段阻抗不同的不均勻的段長(zhǎng)組成，這些不均勻段長(zhǎng)或長(zhǎng)或短，當(dāng)超過電纜使用頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/8、接近半波長(zhǎng)時(shí)，阻抗的變化會(huì)被行進(jìn)的電磁波所“察覺”而導(dǎo)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(dòng)、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(zhǎng)減小，將使更多的不均勻段長(zhǎng)引起電磁波反射。

通過線對(duì)的“預(yù)扭”或“退扭”，使線對(duì)導(dǎo)體間距離S完成一個(gè)周期變化所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度包含若干個(gè)絞對(duì)節(jié)距，但未超過電纜最高使用頻率所對(duì)應(yīng)的1/8波長(zhǎng)，那么線對(duì)阻抗在一個(gè)節(jié)距內(nèi)也完成一個(gè)周期的快速變化，其大小表現(xiàn)為正弦形波動(dòng)，從而使線對(duì)總長(zhǎng)度上的阻抗變化變得平滑，反射不再發(fā)生，線對(duì)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(shí)的性能相當(dāng)好。

采用粘連線對(duì)技術(shù)

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

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

光回波損耗測(cè)試儀光回波損耗的定義

光傳輸系統(tǒng)中，當(dāng)入射光傳輸至光器件時(shí)，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(cè)試儀光回波損耗的影響

光回波損的測(cè)量對(duì)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(duì)系統(tǒng)的影響包括：使得傳輸?shù)墓庑盘?hào)減弱；與入射光信號(hào)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(huì)回到光源，較多的后向反射對(duì)光源造成的影響包括：引起光源的中心波長(zhǎng)波動(dòng)；引起光源的輸出功率波動(dòng)；某些情況下會(huì)損害光源。此外，光源中心波長(zhǎng)的波動(dòng)也會(huì)引起光路接收端的探測(cè)器產(chǎn)生測(cè)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(zhǎng)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(cè)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(cè)試儀光回波損耗的測(cè)試方法

光回波損耗的測(cè)試方法主要有相干域反射法（OCDR），光時(shí)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(cè)試方法，可以測(cè)量光路中各位置點(diǎn)的多重反射光。它的優(yōu)勢(shì)在于有相當(dāng)?shù)臏y(cè)量靈敏度，但是測(cè)量范圍受限于干涉儀的移動(dòng)距離（10cm左右）。

光時(shí)域反射法是一種基于光脈沖反射的測(cè)試技術(shù)，在光纖測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)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(cè)量后向反射光功率。

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

三種方法之中，光時(shí)域反射法由于受到噪聲、測(cè)量距離、光脈沖寬度的影響，其測(cè)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(qiáng)反射后）現(xiàn)象，它不能精確測(cè)量緊隨盲區(qū)之后的弱反射，因此，其測(cè)試精度遠(yuǎn)低于光連續(xù)波反射法。光連續(xù)波反射法不受強(qiáng)反射事件的影響，其測(cè)試裝置也不受噪聲、測(cè)量距離、光脈沖寬度的影響，故而應(yīng)用比較普遍。

國(guó)產(chǎn)典型光回波損耗測(cè)試儀是使用光連續(xù)波反射法完成回波損耗測(cè)試的，它通過把回波損耗值已知的光校準(zhǔn)件反射的光功率與被測(cè)光器件反射的光功率進(jìn)行比較，準(zhǔn)確測(cè)出被測(cè)光器件的回波損耗值。

光回波損耗測(cè)試儀測(cè)試裝置及測(cè)量準(zhǔn)確度的影響因素

1、測(cè)試裝置

使用光連續(xù)波反射法進(jìn)行光回波損耗測(cè)試的裝置十分簡(jiǎn)單，主要包括激光源、探測(cè)器、光耦合器，測(cè)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(cè)件的光功率；P_RD為待測(cè)件后向反射光功率；P_DD為探測(cè)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(cè)件的反射率。

測(cè)試裝置中，激光源發(fā)射出的光經(jīng)過光耦合器到達(dá)待測(cè)件，被待測(cè)件反射，產(chǎn)生的反射光經(jīng)光耦合器由探測(cè)器接收。為消除待測(cè)件之后的反射，應(yīng)在待測(cè)件之后靠近待測(cè)件的位置處對(duì)光纖實(shí)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(cè)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(cè)量準(zhǔn)確度的影響因素

測(cè)試裝置中各組成部分（如激光源、光耦合器、探測(cè)器、標(biāo)準(zhǔn)反射件等）均會(huì)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響，同時(shí)測(cè)試裝置的整體光路特性（如干涉效應(yīng)、光路寄生反射大小等）也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。

1） 激光源的影響。測(cè)試過程中應(yīng)保證激光源發(fā)射的光功率穩(wěn)定；否則其光功率變化會(huì)直接造成測(cè)量誤差。由于裝置中光路存在反射，會(huì)影響激光源的光功率穩(wěn)定，因此需要對(duì)激光源進(jìn)行光隔離，以保護(hù)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(gè)垂直的偏振態(tài)。光路中光纖的任何機(jī)械拉伸和移動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)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(cè)量的準(zhǔn)確度。測(cè)試過程中應(yīng)避免移動(dòng)測(cè)試裝置光路中的待測(cè)件之前的光纖，以保證光路中光的偏振態(tài)不變。

測(cè)量光回波損耗的裝置中，應(yīng)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(huì)使測(cè)量裝置的顯示值波動(dòng)，因此測(cè)試中應(yīng)以穩(wěn)定的顯示值為準(zhǔn)。

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

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

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

可知，當(dāng)待測(cè)件的后向反射光功率接近寄生反射光功率時(shí)，寄生反射光功率的微小變化會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的較大變化。因此測(cè)試裝置中的光器件應(yīng)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(guó)產(chǎn)典型光回波損耗測(cè)試儀是根據(jù)光連續(xù)波反射法（OCWR）測(cè)試原理和實(shí)際使用需要進(jìn)行自主設(shè)計(jì)的，它必須與外部270Hz調(diào)制光源配合使用，其內(nèi)部對(duì)來自光源的調(diào)制光信號(hào)和同步調(diào)制電信號(hào)采用了同相檢測(cè)技術(shù)，使探測(cè)器的光功率測(cè)量范圍大大提高，從而保證了70dB動(dòng)態(tài)范圍的回波損耗測(cè)量。另外，它還集成了另一路探測(cè)器，用于對(duì)光器件或光系統(tǒng)的插入損耗進(jìn)行測(cè)試，而且光回波損耗與插入損耗可單獨(dú)測(cè)量，也可同時(shí)測(cè)量，使用十分便利。

光回波損耗測(cè)試儀可以測(cè)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(jì)量及光纖通信、光纖光纜、其他光無(wú)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(cè)試為例，光回波損耗測(cè)試儀使用時(shí)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(cè)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(dá)光回波損耗測(cè)試儀的FC/APC測(cè)試端口，該端口連接標(biāo)準(zhǔn)跳線FC/APC-FC/UPC的FC/APC端，入射光再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)跳線的另一端FC/UPC端入射到被測(cè)件的FC/PC端，緊隨被測(cè)件的FC/PC端之后對(duì)光纖實(shí)施終止反射，由FC/UPC端和FC/PC端組成的連接器對(duì)的連接面上產(chǎn)生反射，反射光經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)跳線、光纖耦合器由探測(cè)器接收。

測(cè)量回波損耗需要分三步測(cè)量三個(gè)光功率值。

第一步：光回波損耗測(cè)試儀的FC/APC測(cè)試端口連接標(biāo)準(zhǔn)跳線的FC/APC端，標(biāo)準(zhǔn)跳線的FC/UPC端不連接任何被測(cè)件，此時(shí)以該FC/UPC端面作為標(biāo)準(zhǔn)反射件進(jìn)行參考反射校準(zhǔn)，反射率為R_ref，回波損耗約為14.8Db，探測(cè)器探測(cè)到的光功率即為參考反射引起的光功率P_ref。

第二步：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)跳線實(shí)施光纖終止反射，探測(cè)器探測(cè)到的光功率即為寄生反射引起的光功率P_p。

第三步：標(biāo)準(zhǔn)跳線的FC/UPC端連接被測(cè)件的FC/PC端，兩者組成被測(cè)連接器對(duì)，在被測(cè)件的FC/PC端之后實(shí)時(shí)光纖終止反射，探測(cè)器探測(cè)到的光功率即為被測(cè)連接器對(duì)的連接面反射引起的光功率P_meas。

被測(cè)連接器對(duì)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(biāo)準(zhǔn)跳線的FC/UPC端面研磨良好，反射率接近理論值，故被測(cè)連接器對(duì)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(cè)量回波損耗時(shí)，必須首先保證標(biāo)準(zhǔn)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(cè)件的測(cè)量誤差。其次，還需保證寄生反射光功率足夠小，以便在測(cè)量高回?fù)p光器件時(shí)測(cè)量結(jié)果仍有較好的精度。

回波損耗測(cè)試的過程要求較為嚴(yán)格，標(biāo)準(zhǔn)跳線、被測(cè)件、光路中各連接端面的清潔程度均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成重大影響。因此測(cè)試時(shí)需經(jīng)常清潔標(biāo)準(zhǔn)跳線，并且由于端面磨損，需要定期更換標(biāo)準(zhǔn)跳線。

下面以國(guó)產(chǎn)典型光回波損耗測(cè)試儀為例說明其技術(shù)指標(biāo)。

工作波長(zhǎng)：1310nm,1550nm 回波損耗準(zhǔn)確度：

功率范圍：-70dBm~ 3dBm

功率準(zhǔn)確度：

回波損耗范圍：0~70dB