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陈明森：网络变压器四项频率特性的物理意义及其检测方法
陈明森：网络变压器四项频率特性的物理意义及其检测方法
摘要：本文介绍了网络变压器四项频率特性的物理意义及其检测方法，给出了对典型网络变压器测量结果
关键词：网络变压器；插入损耗；回波损耗；交越干扰；共模抑制比；归零
变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合(不同的用途)变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换;阻抗变换;隔离;稳压(磁饱和变压器)等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。
电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。一般提供60Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。
各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时，其间即使用到一种设备-变压器。
对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。因为上述与其它应用方面的差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。
在国内外生产网络变压器各公司的产品介绍中，首先列出的都是各种型号网络变压器的插入损耗、回波损耗、交越干扰和共模抑制比等四项关于频率特性方面的指标。
之所以如此，是因为这四项指标中任何一项达不到要求都会造成网络通讯不顺畅或丢包现象。因此，弄清这四项指标的物理概念和检测方法是必要的。 现对网络变压的这四项指的物理意义和测量方法作简明介绍，同时还将列出对常用的网络变压器的插入损耗、回波损耗、交越干扰和共模抑制比等指标检测的结果。
安装在网卡上网络变压器的电路图图l所示是安装在计算机内部网卡中的网络变压器电路图。位于图的中间部分的长方框为多个公 司生产的一种典型的网络变压器。该变压器一般都安装在网卡的输入附近。工作时，由收发器送出的上行数据信号从络变压器的Pin16.Pin15进入，由Pin10-Pin11输出，经RJ45型转接头，再通过非屏 蔽双绞线送往服务器;服务器送来的下行数据信号经另一对非屏蔽双绞线和RJ45型转接头，由
Pin7-Pin6进入，由Pin1.Pin2输出，然后送到网卡的收发器上。
插入损耗指的是图2中V1与图3中V2的比值。
一般插入损耗都用分贝(dB)来表示：
插入损耗=20Xlog(V1/V2) (1)
检测网络变压器插入损耗一般采用网络分析仪(例如HP 8712型网络分析仪)。网络分析仪内部配备 有输出阻抗为50Ω、幅度恒定、频率随着时间线性变化的正弦波信号源。此信号源的信号从RF OUT 端输出。通过待测产品后的正弦波信号从网络分析仪RF
IN输入。网络分析仪对从RF IN输入的正弦 波信号进行检波，并将检波出来的与输入信号幅度成比例的电压信号数字化。数字化后的数据按照频率的顺序存入网络分析仪内部微型计算机内存的相应单元中。检测完成后，网络分析仪用这数据按照 频率的顺序在屏幕上示出一条曲线。
网络分析仪的输入、输出阻抗均为50Ω，而且又是非平衡信号，因而不能直接与网络变压器相联接。在校正(Calibration)检测系统和检测产品时，必须在网络分析仪与网络变压器之间加上平衡 非平 衡50Ω/100Ω阻抗转换器。
图4所示是检测网络变压器TX单元电路插入损耗时的电路图。测完TX单元电路之后，再将图4中平衡 --- 非平衡50Ω/100Ω阻抗转换器的相应接点转接到RX单元电路的相应Pin脚上，再对RX单元 电路进行检测。
在检测产品之前需要对检测系统进行校正。校正时，用两根短导线代替图4中的网络变压器。其中一根短导线联接到两个平衡 非平衡50Ω/100Ω阻抗转换器上面的接头上，另一根联接到其下面的 接头上。校正完成后，HP 8712把图4所示状态作为无损耗的参考标准。并在显示屏上示出一条插入损 为0dB的水平线。因此人们习惯上把对测系统的正过称为“归零”。
2网络变压器回波损耗的定义及其检测方法
在信号源内阻与负载电阻均为10OΩ的发送或接收系统之间插入网络变压器之后，不仅对信号幅度
有一定的衰减，还会在一定程度上破坏阻抗匹配。在阻抗失配的情况下，电压信号在传送过程中就会 产生反射。反射信号叠加在有用信号上，同样会造成误码或丢包现象。回波损耗是用来衡量插入网络 变压器后系统阻抗失配程度与信号频率之间的关系曲线。
回波损耗的定义是：传输系统中插入了网络变压器后反射信号与入射信号的比值。
一般回波损耗 也用分贝(dB)来表示：
回波损耗=20×log(Vr/Vi) (2)
(2)中的vi为入射信号的幅度，Vr为反射信号的幅度。
检测网络变压器回波损耗的仪器仍然是网络分析仪。不过要对它重新设置，要由传送(Transmission) 状态改到回波(Reflection)状态。设置在传送状态下，用到了网络分析仪的RF OUT联接头和RF IN联 接头，而在回波状态下，只用网络分析仪的RF OUT联接头。图6所示是网络分析仪检测网络变压器 TX单元电路回波损耗的电路图。
在检测之前要对检测系统进行校正。在回波状态下校正有3个步骤：
第一步开路(Open)校正。校正方法是取走图6中的待测网络变压器和lOOΩ电阻，使平衡--非平衡50Ω/100Ω阻抗转换器右端处于开路状态。 第二步短路(Short)校正。校正方法是在第一步的基础上，用短导线将平衡 非平衡5OΩ/100Ω阻抗转换器右端的两联接头短路。
第三步标准负载(Load)校正。校正方法是在第二步的基础上，去掉短导线用比较精确的100Ω电阻 接到阻抗转换器右端的两联接头上。完成第三步校正后，在网络分析仪显示屏上将出现一条低于.60dB 的带有统计起伏的水平线。这条水平线表示回波信号的幅度接近零。
变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合(不同的用途)变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换;阻抗变换;隔离;稳压(磁饱和变压器)等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。
电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。一般提供60Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。
各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时，其间即使用到一种设备-变压器。
对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。因为上述与其它应用方面的差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。
在国内外生产网络变压器各公司的产品介绍中，首先列出的都是各种型号网络变压器的插入损耗、回波损耗、交越干扰和共模抑制比等四项关于频率特性方面的指标。
之所以如此，是因为这四项指标中任何一项达不到要求都会造成网络通讯不顺畅或丢包现象。因此，弄清这四项指标的物理概念和检测方法是必要的。 现对网络变压的这四项指的物理意义和测量方法作简明介绍，同时还将列出对常用的网络变压器的插入损耗、回波损耗、交越干扰和共模抑制比等指标检测的结果。
安装在网卡上网络变压器的电路图图l所示是安装在计算机内部网卡中的网络变压器电路图。位于图的中间部分的长方框为多个公 司生产的一种典型的网络变压器。该变压器一般都安装在网卡的输入附近。工作时，由收发器送出的上行数据信号从络变压器的Pin16.Pin15进入，由Pin10-Pin11输出，经RJ45型转接头，再通过非屏 蔽双绞线送往服务器;服务器送来的下行数据信号经另一对非屏蔽双绞线和RJ45型转接头，由
Pin7-Pin6进入，由Pin1.Pin2输出，然后送到网卡的收发器上。
插入损耗指的是图2中V1与图3中V2的比值。
一般插入损耗都用分贝(dB)来表示：
插入损耗=20Xlog(V1/V2) (1)
检测网络变压器插入损耗一般采用网络分析仪(例如HP 8712型网络分析仪)。网络分析仪内部配备 有输出阻抗为50Ω、幅度恒定、频率随着时间线性变化的正弦波信号源。此信号源的信号从RF OUT 端输出。通过待测产品后的正弦波信号从网络分析仪RF
IN输入。网络分析仪对从RF IN输入的正弦 波信号进行检波，并将检波出来的与输入信号幅度成比例的电压信号数字化。数字化后的数据按照频率的顺序存入网络分析仪内部微型计算机内存的相应单元中。检测完成后，网络分析仪用这数据按照 频率的顺序在屏幕上示出一条曲线。
网络分析仪的输入、输出阻抗均为50Ω，而且又是非平衡信号，因而不能直接与网络变压器相联接。在校正(Calibration)检测系统和检测产品时，必须在网络分析仪与网络变压器之间加上平衡 非平 衡50Ω/100Ω阻抗转换器。
图4所示是检测网络变压器TX单元电路插入损耗时的电路图。测完TX单元电路之后，再将图4中平衡 --- 非平衡50Ω/100Ω阻抗转换器的相应接点转接到RX单元电路的相应Pin脚上，再对RX单元 电路进行检测。
在检测产品之前需要对检测系统进行校正。校正时，用两根短导线代替图4中的网络变压器。其中一根短导线联接到两个平衡 非平衡50Ω/100Ω阻抗转换器上面的接头上，另一根联接到其下面的 接头上。校正完成后，HP 8712把图4所示状态作为无损耗的参考标准。并在显示屏上示出一条插入损 为0dB的水平线。因此人们习惯上把对测系统的正过称为“归零”。
2网络变压器回波损耗的定义及其检测方法
在信号源内阻与负载电阻均为10OΩ的发送或接收系统之间插入网络变压器之后，不仅对信号幅度
有一定的衰减，还会在一定程度上破坏阻抗匹配。在阻抗失配的情况下，电压信号在传送过程中就会 产生反射。反射信号叠加在有用信号上，同样会造成误码或丢包现象。回波损耗是用来衡量插入网络 变压器后系统阻抗失配程度与信号频率之间的关系曲线。
回波损耗的定义是：传输系统中插入了网络变压器后反射信号与入射信号的比值。
一般回波损耗 也用分贝(dB)来表示：
回波损耗=20×log(Vr/Vi) (2)
(2)中的vi为入射信号的幅度，Vr为反射信号的幅度。
检测网络变压器回波损耗的仪器仍然是网络分析仪。不过要对它重新设置，要由传送(Transmission) 状态改到回波(Reflection)状态。设置在传送状态下，用到了网络分析仪的RF OUT联接头和RF IN联 接头，而在回波状态下，只用网络分析仪的RF OUT联接头。图6所示是网络分析仪检测网络变压器 TX单元电路回波损耗的电路图。
在检测之前要对检测系统进行校正。在回波状态下校正有3个步骤：
第一步开路(Open)校正。校正方法是取走图6中的待测网络变压器和lOOΩ电阻，使平衡--非平衡50Ω/100Ω阻抗转换器右端处于开路状态。 第二步短路(Short)校正。校正方法是在第一步的基础上，用短导线将平衡 非平衡5OΩ/100Ω阻抗转换器右端的两联接头短路。
第三步标准负载(Load)校正。校正方法是在第二步的基础上，去掉短导线用比较精确的100Ω电阻 接到阻抗转换器右端的两联接头上。完成第三步校正后，在网络分析仪显示屏上将出现一条低于.60dB 的带有统计起伏的水平线。这条水平线表示回波信号的幅度接近零。
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9-3.2-差动变压器
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