壓接頭 同軸電纜 檢測-利用反射波一翻兩瞪眼

話說有一年實驗室需要佈建CATV的 同軸電纜 線，找來的施工廠商當然是拍胸脯保證沒問題，但根據我多年的經驗，無論是廠商或是自己人都有可能犯錯，尤其是 壓接頭 的部分，若沒有事先把驗收方法講清楚，雙方可能會造成不必要的誤會。

今天就來分享一下Coaxial cable 壓接施作之後的驗收技巧，講到驗收基本上就分為兩種，完整功能驗收Full function與單純電器訊號Physical layer的驗收，至於選哪一種就看自己的需求，沒有誰好誰壞。

壓接頭 哪裡有問題

先講一下同軸電纜Coaxial cable的壓接過程，通常是把線剪斷之後，利用剝線工具把電纜剝成如下圖的樣子，這已經是我能做出來的最好狀況了，通常剝線工具不會剝得很完美，仍然需要斜口鉗把周圍的隔離層金屬網稍微修剪一下。

但是隔離網的金屬絲有時候會纏到中心導體，有時燈光昏暗一時不察就可能發生。此時若再把接頭 Crimp connector套上，然後用壓接工具擠壓之後就無法挽救了，除非剪掉重做。我個人喜歡用圓形的接頭，因為壓接時不會出現金屬毛邊，將來使用時手指比較不會被刮傷。

順帶一提，我喜歡用含有防水橡膠的圓形接頭，別小看這個橡膠環，台灣濕氣重，若沒有這個環擋著，容易造成導體的接觸面氧化，對於訊號品質要求很高的裝置，可能會有問題。

圓形的壓接工具會將接頭的尾巴擠壓，讓接頭緊緊束住Cable線。雖然市面上也有六角的接頭與工具，由於它可能會在壓接處產生毛邊，會刮傷手指，我不是很喜歡用。

經過擠壓的Connector會變成如下圖的形狀，整個摸起來就非常的光滑，使用時也不會刮傷手指，如果你有40~50條線需要處理，我想你應該會選這種接頭。

以上這些線材屬於分支訊號的線Drop Cable，它們比較常出現的問題大概就是前述的中心導體與隔離層GND短路。若是訊號的主幹線Trunk，那種值徑大約13mm甚至18mm的Cable，它們的問題就不太一樣了。

主幹線的Connector不是直接以中心導體來當作中心針，而是Connector(通常是N Type)本身會附一個零件包，其中一樣是中心針，使用者需自行把中心導體插入中心針，把所有零件都安裝好套好之後，再用專有工具壓接，而這個工具還是跟Connector搭配的。

所以線材、電纜、接頭、壓接工具，都是彼此搭配的缺一不可，要買之前最好先弄清楚是否適合，否則買來後甚麼都不能作，若硬要做就可能會發生中心導體與中心針根本沒有接觸到的狀況，也就是開路Open了。

Full Function驗收

所謂完整驗收就是把發射與接收設備分別安裝在Cable的兩端，例如一端連接Video的RF訊號源，另一端則接一台電視，用來確認是否能收視，甚至每個頻道都切換一遍，這種需要整個系統擺上去驗證的方式，就稱為Full function驗收。

它的好處是，能夠確認整個系統在這條cable上是可以運作的，甚至某些頻道可能無法接收到，也能在測試過程中發現。但壞處是殺雞用牛刀，為了驗證一條Cable線，因為需要額外弄一個訊號給它，要多做很多工，甚至可能會影響到原有的訊號配置。

而且驗證時你必須帶著電視機，東奔西跑一條一條線驗證，其實還頗麻煩的。如果只是接電視看看那可能還好，若有些裝置例如纜線數據機Cable Modem每次上電之後還需要幾分鐘的開機時間，那真的會讓你抓狂，尤其是有幾十條Cable等著驗證時。

再來若真的發現通訊不良，也很難知道發生了甚麼問題，到底是接頭沒接觸到Open了? 還是接頭短路Short? 還是cable線裡面的中心導體斷了? 還是根本是TV有問題? 其實都看不出來，你只知道電視畫面怪怪的而已。

我以前聽過因為驗證用的電視規格拿錯，導致畫面一直有雜訊出現，那位老兄一直在跟廠商魯責任問題，結果當然是很尷尬。

我個人比較傾向使用實體層Physical Layer的驗證方式，實體層的訊號就實體層解決，我想這很合理。基本上就是只針對電氣特性做測量，比起拿上層的設備來驗證底層的東西，實體層驗證的設備數量與體積應該都是最精簡的。

三用電表驗證

這種測試方式是把Cable一端先短路，用電表測量另一端看看是否也為先短路，之後再將短路移開形成開路，再用電表測量另一端是否也開路。之所以短路開路都要測量，是因為接頭可能本身就短路，所以開路也要測才能抓到問題。

但這個方法又要開路又要短路，你要跑兩次，有點麻煩，所以我喜歡下面介紹的另一種方法。

反射波驗證

利用反射波做驗證是我個人較喜歡使用的方式，它能清楚掌握整個Cable connector施工的狀況，可以馬上看出哪裡有問題，甚至Cable線裡面的哪個位置有斷掉，都看得出來，而且儀器全部可以擺在一端，另一端你只需要帶個終端電阻就可以很輕鬆的跑來跑去做驗證。

如下圖，我們需要準備一台訊號產生器，它必須要能產生10~15ns寬度的Pulse脈衝波，更窄當然更好，這樣大概可以分辨到1~2m長度的Cable。

另外再準備一台示波器如下圖，用T型接頭”監看“電纜內的波形，只要有波形經過T型接頭示波器就能顯示出來，在電纜的末端，只要加上終端電阻Terminator，阻抗必須與Cable相同，如此就可以判斷Cable的近端或遠端的接頭是否有做好。

這種測量方式又稱為TDR(Time Domain Reflectometer)，它的原理是脈衝波Pulse會從訊號產生器Signal generator出發，往右一路行走，沿途會先經過示波器，所以示波器會顯示出一個Pulse波形，接著Pulse繼續向右走，直到碰到最右邊的端點，脈衝波便會被終端電阻消耗掉而消失。

如下圖，對於Signal generator來說，這個Pulse就彷彿是肉包子打狗有去無回，也就是無反射的意思，示波器上只會看到一個脈衝波，若看到這樣的波形，就表示同軸電纜的運作是正常的。

接下來要看看甚麼是不正常的波形，若施工壓接不慎造成Cable的內導體與隔離層短路Short，Pulse便會在短路處反射，並以相反的相位沿著Cable走回左邊的訊號產生器。示波器上會看到一正一負的Pulse，如下圖左邊正相的Pulse是入射波，負相的Pulse是反射波，兩者的時間距離就是Pulse一來一往所經過的時間。

另外一種情況是Cable的內導體與隔離層沒有完全貼緊，端點呈現開路Open的狀態，因此反射波以正相反彈。

還有一種情況是，Cable的隔離層不良甚至沒接觸到，此時中心導體彷彿是一根長長的天線，沿路收進外界的雜訊。

Cable長度測量

由於波形反射一定會產生在Cable斷掉的地方，因此我們也可以拿它來當作測量Cable長度的依據，基本上新品Cable不會斷，所以反射的位置就會是整段Cable的末端，也就剛好是它的長度。若Cable內部有地方斷裂，Pulse會提早反射，你就知道斷裂的位置在哪裡了。

我們來試著計算上圖的Cable有多長，先來看看Cable的Datasheet of LMR-400-UF，我們的重點是每公尺有多少寄生電容C與電感L，摘要如下圖。

根據電磁學的傳輸線理論，波在同軸電纜內的相位速度為，套入datasheet內的值就能得到波速：

\(v_{p}=\frac{1}{\sqrt{LC}}=2.5\times 10^{8}\; m/s\)

根據上圖的示波器波形，兩個Pulse入射與反射波之間的距離目測一下大約為來回200ns，單趟為100ns因此Cable的長度大約為：

\(2.5 \times 10^{8} \times 200n \times \frac{1}{2}=25 \; m \)

上面計算出來的答案與實際的Cable長度差不多，我沒有實際拿尺測量，因為實際的Cable路徑有點曲折很難Follow，我只能拿著平面圖大概估算一下，我認為是相符的。當然不是每間廠商都會標示L/C的值，所以你可以先拿個5公尺的cable測量一下反射的時間，再以此計算整段cable的距離，這樣是最準的，如果Pulse越窄，說不定拿個1公尺的Cable就能辨認入射波與反射波了。

這種TDR儀器其實市面上都有，只不過久久才會需要用到一次，買了似乎不划算，我是都自己用儀器兜個土炮Solution，可以用就好。

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