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TB／T 3544-2018 应答器传输系统测试规范

/(L, + L,) × C, L, + L, W2 = L,×L,×C2

/(L, +L,) ×d L, + L,

参考环对每个频带提供的1dB带宽约为2MHz，电感L,应为空芯线圈,其感抗值与L，相当DB37／T 3262-2018 矿山供电系统接地装置电气试验规范，C，和 C，是陶瓷电容或瓷片电容（温度系数接近于零）。

I.2.1.2参考环机械结构

图J.2标准尺寸参考环整体结构

图J.3印制电路板元件

参考环包含如下环部件： 大尺寸参考环中带直角环部件（共四个）； b) 大尺寸参考环中无TNC连接器孔的直线环部件（共三个）； 大尺寸参考环中带TNC连接器孔的直线环部件（共一个）； ? d) 标准尺寸参考环中无TNC连接器孔的直角环部件（共三个）； 标准尺寸参考环中带TNC连接器孔的直角环部件（共一个）。

J.2.1.3绝缘连揭

在各环部件之间采用绝缘 考环使用七个，标准尺寸参考环使用三个。 使用M5螺钉将绝缘垫片安装在环部件上，每个绝缘垫片使用四个螺钉。

J.2.1.4印制电路板

有两种印制电路板，一种用于带TNC连接器环部件的连接，另一种用于无TNC连接器环部件的 连接。 使用螺钉将印制电路板安装到参考环部件上，每个螺钉头使用一个平垫圈，以保证可靠的电气连 接，同时也保证印制电路板在组装时不被刮伤，螺钉和垫片为镀镍黄铜。 面向环部件的印制电路板表面应镀锡，并通过多个金属化过孔连接到元件面，连同螺钉结构一起 构成低阻抗连接。

[I.2.1.5印制电路板元件

I.2.1.5.1元件要求

在图J.3中虚框内元件按J.2.3要求予 度变化和随时间老化时， 元件状态应保持稳定。 元件要求如下： a）L,为空芯射频电感； b）C，为低温度系数型的三个陶瓷电容器的组合； c）C，为低温度系数型的三个陶瓷电容器的组合。 J.2.1.5.2大尺寸参考环的经验指导 以下是大尺寸参考环的经验指导： a） 总电感L在4.23MHz和27.095MHz下约为960nH,环部件电感L，约为120nH，L,选择电感 量为138nH； b） 由J.2.3中的公式可计算出C，理论值为5.46nF,将两个2.2nF和一个1.0nF电容器并联组 合使用； ） 由J.2.3中的公式可计算出C，理论值为537pF，将两个220pF和一个100pF电容器并联组 合使用，

.2.1.5.3标准尺寸参考环的经验指导

以下是标准尺寸参考环的经验指导： a） 总电感L在4.23MHz和27.095MHz下约为640nH，环部件电感L，约为160nH，元件L，选 择电感量为138nH； b） 由J.2.3中的公式可计算出C，理论值为4.73nF,将两个2.2nF和一个330nF电容器并联组 合使用； c） 由J.2.3中的公式可计算出C，理论值为505pF，将两个220pF和一个68pF电容器并联 使用。 宜遵循J.2.3中规定的调谐过程，以上提到的元件值仅具指导意义，印制电路板应预留额外的调谐 容器的空间（与以上提到的C，和C电容组合并联）。

[.2. 1. 6封装

参考环采用绝缘壳进行防护，总壳体厚度为27mm，在X和Y方向，与外界环境的物理接触面应在 参考区域以外22mm。 因此封装后的参考环外部尺寸如下： a）大尺寸参考环：402mm×532mm（宽度×长度）； b）标准尺寸参考环：244mm×434mm（宽度×长度）。

使用一根双屏蔽层电缆连接参考环到测试设备或信号源，在电缆末端靠近参考环位置，用巴伦连 接。电缆应均匀加装铁氧体磁环，间距小于70cm，在J.5中描述了巴伦设计。 馈人参考环的信号源的阻抗应确定，连接到参考环的测量设备（经由巴伦）阻抗亦应确定，信号源 和测量设备的标称阻抗均为50Q。 在不同频率下参考环设计的最大阻抗如下： a）大尺寸参考环4.23MHz，最大为2Q； b）大尺寸参考环27.095MHz，最大为52； c）标准尺寸参考环4.23MHz，最大为1Q； d）标准尺寸参考环27.095MHz.最大为5.0

在制作过程中需对参考环进行调谐，使参考环的电抗绝对值小于电阻值（在4.23MHz和 27.095MHz），步骤如下： a）将连接各环部件的印制电路板上的元件进行短路（例如使用元件位置短路的特殊印制电路板）； b) 确定环路的总电感值L； ） 计算各环部件的电感值L； 大尺寸参考环：L，=L/8 标准尺寸参考环：L，=L/4 d)确定 L2,L,~L,;

式中,f，=4.23MHz。 f）按公式（J.4)确定C,

式中.f27.095MH

C, =4n° ×f+ ×(L, +L)

将以上确定的元件装配至印制电路板，并与环部件固定，测量环路在4.23MHz频率下的实际 阻抗，如果电抗绝对值不小于电阻值，则调整C，； h 将以上确定的元件装配至印制电路板，并与环部件固定，测量环路在27.095MHz频率下的实 际阻抗如果电抗绝对值不小于电阻值，则调整C，

参考环会由于制造原因而存在偏差，校准过程需确定与各参考环有关的修正因子。 应按E.2.6要求对三个相同类型的参考环进行测量，并按公式（J.5）至公式（J.7）计算各参考环理 轮计算值与测量值的偏差，即计算修正因子。

式中： 参考环1的误差； 12 参考环1和参考环2之间的测量差； 13 参考环1和参考环3之间的测量差； a23 参考环2和参考环3之间的测量差； 在两个参考环之间的理论差。

式中： 参考环1的误差； 参考环1和参考环2之间的测量差； a13 参考环1和参考环3之间的测量差； 参考环2和参考环3之间的测量差； 在两个参考环之间的理论差。

参考环2的误差； 52 a12 参考环1和参考环2之间的测量差； a23 参考环2和参考环3之间的测量差； a13 参考环1和参考环3之间的测量差； 在两个参考环之间的理论差。

式中： 参考环3的误差； a13 参考环1和参考环3之间的测量差； 一参考环2和参考环3之间的测量差； Q12一 参考环1和参考环2之间的测量差； a 。一一在两个参考环之间的理论差。 另一个可供选择的方法是仅在两个参考环之间进行测试，其中一个是已经校准的参考环，另一个 是需要被校准的参考环。 下一步要计算几何中心与电气中心之间的偏差（在参考环上作标记），方法是使参考环的标准偏差 和平均测量误差最小化，模拟基于场分布导数（单位dB/cm）的X、Y、Z轴坐标，并模拟参考环电气尺寸 变化（即E.2.3中的B因子），将结果标记在参考环上。 测量参考环在自由空间条件下的阻抗，并进行标记

J.3.2测试天线设计

机械结构示意图见图J.4，图中未按比例绘制，且对箱盒有防水需求。 J.3.2.2屏蔽板 屏蔽板用铝材制成，尺寸为600mm×600mm×4mm，用于降低环境影响。屏蔽板上固定 母头到N型母头的转接器，位于他们各自连接的巴伦上部

J3. 2. 2屏蔽板

[3. 2. 4天线环

J.3.2.4.1简述

27.095MHz环的截面为10mm×20mm，弯角的内半径约为10mm；4.23MHz环的截面直径为 2mm，弯角的内半径约为5mm。 天线环安装在固定板（聚氯乙烯材料）上，27.095MHz环用实心铜制作，4.23MHz环用实心黄铜 制作。

3. 2.4. 2电容

27.095MHz环路电容C安装在小印制电路板上，电路板通过螺钉与环路直接相连。每个电容 由多个表贴固定电容器和一个可变电容器（称为C，和C，）组合而成，电容器应为高Q型，耐压不低于 500V，通流量不小于4A。 元件要求如下： a）C，为四个低温度系数陶瓷电容的组合，使用3个43pF电容和1个39pF电容并联； b）C，为一个低温度系数可变陶瓷电容，容值为0.8pF~8.0pF可变。

图J.4测试天线机械示意

宜按照附录J.3.4进行调，上述元件1 合位直 (与上述C,和C,并联）。 J.3.2.4.3印制电路板 电容器装配在印制电路板上。 使用螺钉将印制板安装在环部件上，螺钉加装平垫圈以保证可靠的电气连接，并使印制电路板在 安装过程中避免刮擦。 与环部件接触的印制板表面应镀锡，通过多个过孔（印制板通孔）连接到元件面。这些措施与螺钉 装配共同保证与王线环的低阳抗连控

(与上述C,和C,并联）。 J.3.2.4.3印制电路板 电容器装配在印制电路板上。 使用螺钉将印制板安装在环部件上，螺钉加装平垫圈以保证可靠的电气连接，并使印制电路板在 安装过程中避免刮擦。 与环部件接触的印制板表面应镀锡，通过多个过孔（印制板通孔）连接到元件面。这些措施与螺钉 装配共同保证与天线环的低阻抗连接。 J.3.2.4.427.095MHz变压器 变压器的初级绕组为6匝，次级是环路自身（1匝）。 所有与变压器连接的非屏蔽线应扭绞（最大总开环区域面积应小于0.5cm"）。 磁环的内径约为25mm，10mm×20mm的环结构（截面尺寸）。 J.3.2.4.5电流感应变压器和电流探头 变压器初级绕组为8匝，次级为环路自身（1匝）。初级绕组的导线穿过电流探头后短接（见图 J.5)。 所有与变压器连接的非屏蔽线应扭绞（最大总开环区域面积应小于0.5cm）。 磁环内径约为25mm，10mm×20mm的环结构（截面尺寸）。 电流探头为无源设备，提供经校准输出电压，约为1mV/mA。 J.3.2.4.64.23MHz变压器 变压器的初级绕组为7匝（修改测试关线为5匝），次级为环路自身（1匝）。

J.3.2.4.427.095MHz变压器

图J.5电流感应变压器

磁环的外径约为15mm。磁环的A，值应远高于环电感（估计约为40nH）

J.3.3修改测试天线设计

修改测试大线不 固定板替换 为适配200mm×200mm的4.23MHz环的固定板。 4.23MHz变压器的初级绕组为5匝，次级为环路自身（1匝）。 除此以外，修改测试天线与测试天线相同.由于没有27.095MHz环.修改测试天线不需调谐

对测试关线进行调谐是制造过程的内容之一 给测试天线输人稳定的27.095MHz信号，保持测试天线处于自由空间条件，通过最大化电流感应 输出信号的方法进行调谐（使用安装在印制电路板上的可调电容）。

J.3.5测试天线性能检查

完成测试关线调谐、检验符合机械公差后，在稳定的27.095MHz信号条件下按照下列过程对测试 天线进行测试，测试中标准尺寸参考环的实际阻抗应计算在内： a） 标准尺寸参考环置于相对测试天线[X=0,Y=0,Z=220]的位置，连接50阻性负载。电流 感应输出（负载50Q2）到标准尺寸参考环输出的衰减量应为30dB±2dB； b） 标准尺寸参考环置于相对测试天线[X=0，Y=0,Z=220]的位置，当标准尺寸参考环的负载 在202到502（阻性负载）范围内变化时，从电流感应输出（负载502）到标准尺寸参考环输 出的衰减差异不应超过±0.5dB； 标准尺寸参考环置于相对测试天线[X=0,Y=0,Z=460]的位置，连接50Q阻性负载。从测 试天线输人前向电流到标准尺寸参考环输出的衰减应为15dB±2dB，此时测试天线的电流 感应输出端应接502阻性负载

除激励关线之外，还需设计4.2MHz天线，用于应答器一致性测试时用作接收探头，使上行链路信 号测量中不受同时存在的射频能量信号骚扰，此4.2MHz天线除用4.23MHz环替换27.095MHz环 外，其他与激励天线相同。 激励天线的电流感应输出端应始终连接50Q负载。 此处描述的工具最大输人功率可能会使电流探头输出最大为7.4dBm。 激励天线的参照点位于27MHz环部件导体的中心（Z轴），以及27MHz环部件的中心（X一Y平 面），在仅有一个4.2MHz环的情况下，则以4.2MHz环的中心为参照点。

J.4.2激励天线设计

机械结构示意图见图J.6，图中未接比例绘制。

J.4.2.2塑料支柱

I.4. 2. 3. 1简述

天线环安装在固定板（聚氮乙烯制成）上,27.095MHz环制作材料为实心铜

J.4. 2. 3. 2电容

图J.6激励天线机械示意

27.095MHz环路电容C安装在小印制电路板上，电路板通过螺钉与环路直接相连。每个电容C 由多个表贴固定电容器和一个可变电容器（称为C，和C，）组合而成，电容器应为高Q型，耐压不低于 500V，通流量不小于4A。 元件要求如下： a）C，为四个低温度系数陶瓷电容的组合，使用3个43pF电容和1个39pF电容并联； b）C，为一个低温度系数可变陶瓷电容，容值为0.8pF~8.0pF可变。 参照附录J.4.4进行调谐，上述元件值只有指导意义，印制电路板应预留额外的调谐电容器位置 (与上述 C,和 C,并联）。

J.4.2.3.3印制电路板(PCB）

电容器C装配在印制电路板上。 使用螺钉将印制板安装在环部件上，螺钉加装平垫圈以保证可靠的电气连接，并使印制电路板在 安装过程中避免刮擦。 与环部件接触的印制板表面应镀锡，通过多个过孔（印制板通孔）连接到元件面。这些措施与螺钉

装配共同保证与天线环的低阻抗连接。

3.427.095MHz变用

变压器的初级绕组为6匝，次级是环路自身（1匝）。 所有与变压器连接的非屏蔽线应扭绞（最大总开环区域面积应小于0.5cm²）。 磁环的内径约为25mm.10mm×20mm的环结构（截面尺寸）。

J.4.2.3.5电流感应变压器和电流探头

变压器初级绕组为8匝，次级为环路自身（1匝）。初级绕组的导线穿过电流探头后短接 J.7。

所有与变压器连接的非屏蔽线应扭绞（最大总开环区域面积应小于0.5cm²）。 磁环内径约为25mm，10mm×20mm的环结构（截面尺寸）。 电流探头为无源设备，提供经校准输出电压，约为1mV/mA。

I.4.2.4连接器支相

连接器支柱由塑料（聚氣乙烯）制成。

图J.7电流感应变压

巴伦应力求靠近激励关线安装，使用的磁芯在3MHz~30MHz频率范围呈高阻抗。推荐 5.2定义的通用巴伦

L.4.3 4. 2MHz 天线设

4.2MHz天线仅包含一个4.2MHz环而不含27.095MHz环，这是激励天线与4.2MHz天线的主要 差别，因此不需安装27.095MHz变压器、电流感应变压器、电流探头和相关的巴伦，而由一个4.2MHz 环和一个4.2MHz变压器取代（连接一个通用巴伦）。 4.2MHz变压器相关部件与测试天线的对应部件设计相同。变压器初级绕组7匝。次级为环路自 身（1匝），磁环部分的外径约为15mm。 由于不含27.095MHz环.4.2MHz天线不需调谐

L.4.4激励天线调谐

对激励大线进行调请量制作过程的内容 给激励天线输人稳定的27.095MHz信号，保持测试天线处于自由空间条件，通过最大化电流感应 输出信号的方法进行调谐（使用安装在印制电路板上的可调电容）

[I.4.5激活天线性能检查

完成测试天线调谐、检验符合机械公差后，在稳定的27.095MHz信号条件下按照下列过程对激励 天线进行测试，测试中标准尺寸参考环的实际阻抗应计算在内。 8 标准尺寸参考环置于相对激励天线[X=0,Y=0,Z=220]的位置，连接50Q阻性负载。电流 感应输出（负载50Q2）到标准尺寸参考环输出的衰减应为30dB±2dB； b） 标准尺寸参考环置于相对激励关线[X=0，Y=0，Z=220]的位置，当标准尺寸参考环的负载 在20Q到50Q（阻性负载）范围内变化时，从电流感应输出（负载50Q）到标准尺寸参考环输

出的衰减差异不超过±0.5dB； C 标准尺寸参考环置于相对激励天线[X=0，Y=0,Y=460]的位置，连接50Q阻性负载，从激 励天线输人前向电流到标准尺寸参考环输出的衰减应为15dB±2dB，此时激励天线的电流 感应输出端应接50Q阻性负载，

本附录定义参考设备巴伦的设计规格和实现方法，包括与测试关线、激励关线并各种仪器一 的通用巴伦、用于参考环的巴伦（装有TNC连接器，专用于连接参考环，称作参考环巴伦）。 本附录还包括一个具备电流感应能力的巴伦，称作电流感应巴伦，与参考环一同使用，以达成 单的测试方法（直接电流测试代替基于参考环阻抗的计算）。

J.5.2通用巴伦设计

通用巴伦由一个磁环和缠绕其上的同轴电缆组成。置于一个安装了N型接头的塑料盒内（一个N 型公接头，一个N型母接头）。磁环在3MHz~30MHz频率范围内呈高阻抗。 通用巴伦整体结构设计见图J.8。

I 5. 2. 2 磁环

磁环外形尺寸为：外径Φ35.6mm、内径Φ22.9mm、宽12.7mm。 同轴电缆在磁环上缠绕10匝。

J.5.3参考环巴伦设讯

I.5.3.1整体设计

参考环巴伦与通用巴伦的差别在于以下方面： a）TNC公接头代替N型公接头； b）塑料盒尺寸不同； c）装配了适配参考环的支撑结构。 参考环巴伦整体结构设计见图J.9。

1.5. 3. 2磁环

磁环外形尺寸为：外径Φ35.6mm、内径Φ22.9mm、宽12.7mm。 同轴电缆在磁环上缠绕10匝。

1.5.4电流感应巴伦设计

I.5. 4.1整体设计

图J.8通用巴伦构成示意

为具有电流感应能力，电流感应巴伦应额外装设一个电流探头，电流探头安装在与参考 用相似的塑料盒内。 电流感应巴伦与参考环巴伦的差别在于以下方面：

a）增加了一个N型母接头；

a）增加了一个N型母接头； b）塑料盒尺寸不同； C）装配有一个电流探头。 电流感应巴伦整体结构设计见图J.10。用胶将电流探头及支撑件固定在盒中

磁环外形尺寸为：外径Φ35.6mm、 2.7mm 同轴电缆1及同轴电缆2各在磁环上缠 己图.10

J.5.4.3电流探头

J.5.5电流感应巴伦校准

校准设备连接见图J.11。 电流探头应经出厂校准的设备，提供1mV/mA的输出特性，精度为±4%。 此精度不能满足某些测量要求，因此，宜按图J.11校准电流探头的转移函数

DB37／T 3222-2018 智能化交通管理设施防雷技术规范图J.9参考环巴伦构成示意

图J.11电流感应巴伦校准设备连接

校准时使用公式（J.8）、公式（J.9）。

一校准时通过电流感应巴伦的电流： A 一衰减器的衰减值；

K 一一被测电流感应巴伦的传输系数； Pic一功率计1的读数； A一衰减器的衰减值； PM2—功率计2的读数。 之后，按公式（J.10）对通过负载小于100Q的电流感应巴伦（负载连接在电流感应巴伦输出端）的 任意电流（低于2.5A）有效

实际测量时通过电流感应巴伦的实际电流。 校准过程如下：

中华人民共和国 铁道行业标准 应答器传输系统测试规范 Test specification of balise transmission system TB/T 3544—2018

JC／T 2470-2018 彩石金属瓦开本：880mmx1230mm1/16印张：10.5字数：316千字 2019年6月第1版2019年6月第1次印刷