[原创] 【大学生电子竞赛题目分析】——2025年全国赛D题《简易以太网双绞线测试仪》

2025年全国赛D题  简易以太网双绞线测试仪

一、任务

设计并制作一个简易以太网双绞线测试仪（简称测试仪），如图所示。待测以太网双绞线（简称线缆）通过RJ45连接器与测试仪连接。线缆双端接入测试仪，测量线缆的线对连接关系（直连、交叉）、类型(非屏蔽双绞线UTP、双屏蔽双绞线SFTP)、直流电阻，以及交流衰减；线缆单端接入测试仪，测量线缆的长度和短路位置。测试仪由不大于6V的单电源供电。

二、要求

1. 基本要求

（1）按键切换两种工作模式和显示界面：“双端检测”、“单端检测”。

（2）“双端检测”模式。要求测量并显示线缆的线对连接关系（直连、交叉）、类型(UTP、SFTP)、直流电阻值(长度范围1m~50m、相对误差的绝对值不大于10%)，测量时间不超过5s。

（3）“单端检测”模式。要求测量并显示线缆长度(长度范围10m~50m、相对误差的绝对值不大于5%)，检测线缆是否存在线对间短路，测量、检测时间分别不超过5s。

2. 发挥部分

（1）“双端检测”模式。要求测量并显示线缆对在30MHz频率处的交流衰减dB值(长度范围10m~50m、相对误差的绝对值不大于10%)，测量时间不超过5s。

（2）“单端检测”模式。要求测量并显示线缆长度（长度范围1m~50m、相对误差的绝对值不大于1%），测量时间不超过5s。

（3）“单端检测”模式。要求测量并显示线缆的短路位置（长度范围1m~50m、相对误差的绝对值不大于1%），测量时间不超过5s。

（4）其他。

三、说明

（1）被测线缆由测评现场提供。测评现场还提供1m长SFTP型和50m长UTP型的线缆，供参赛队在测试前进行现场校准。

（2）作品测评过程中，除了按“双端检测”、“单端检测”一键启动相应功能并开始计时外，不允许对测试仪进行其他任何调整和操作。

（3）基本要求（2）中的“线对连接关系”是指直连线缆或交叉线缆，如下图所示。

（4）题目中的“线缆长度”为线缆水晶头边缘的直线距离，如下图所示。发挥部分（3）中的“短路位置”为水晶头边缘到短路中心点的直线距离。

（5）题目中检测相对误差的绝对值   。标准值是指由测量仪器测量得到的线缆参数值。

（6）发挥部分（1）中的“交流衰减”是指线缆对的输出电压值U_oPP与输入电压值U_iPP之比，即交流衰减dB值为20lg(U_oPP/U_iPP)。测量时应注意阻抗匹配问题。

（7）对于SFTP型线缆，应注意RJ45连接器有屏蔽外壳。

（8）作品不得包含任何专用测量仪器的主板或模块，不得使用称重、超声、激光和其他非电参数方法进行线缆参数测量。

题目分析与方案设计

本题目的要求可以归结为：一、双端测量模式下检测线对的连接关系、直流电阻、以及射频（30MHz）下的衰减系数。二、单端模式下检测电缆长度、短路点的位置。

这些要求涉及两种测量方式：检测连接关系、直流电阻以及线间是否短路，用直流信号完成，相当于设计一个直流电阻计。检测射频衰减以及单端模式下检测电缆长度与短路位置，需要应用射频电路中的传输线理论。下面分别讨论之。

一、直流电阻计。

常见的网线，其铜线芯直径有0.51mm （24AWG）、0.57mm（23AWG）、0.64mm（22AWG）数种，直流电阻为89.4Ω/km、66.8Ω/km、54.3Ω/km。题目要求被测网线的长度为1m~50m，但没有指定线径，所以其直流电阻的可能范围约为50mΩ~4.5Ω，电路中的测试电流值应该根据这些电缆电阻值的可能范围进行设定。

图片上传有些问题，故有重复的

我们查了一下原因，后台代码显示部分图片保存在本地C盘上，没有上传到论坛，所以没有显示出来。

如果方便的话可以点击帖子下方的“编辑”按钮，重新上传一下图片即可。

上传图片：

 

谢谢！我又传了一次，传上去了。现在帖子里图片是全的，就是第一次传的最后一张微信图片是多余的（昨天是实在没办法了，从微信转了一圈才发上去一张，不想现在倒是删不掉了）。

昨天传不上去不是网站的问题，是我的计算机太老了，内存不够，卡死了。后来关机重启就好了

其实这个题在以前的竞赛中几乎出现过。其中直流部分与2013年G题类似，射频部分与2023年B题雷同。

分开做挺简单的，不过合在一起需要有很多继电器开关，而且其他的电路很有可能对测距的时候有影响，因为会略微影响信号从 信号源流入传输线再回流 这一个路径的特征阻抗。

是的，有这个问题。不过好在射频测试只要做一对线，可以固定为4、5，然后这一对线用微型继电器切换直流与射频，注意继电器靠近水晶头插座，应该问题不大了。直流部分完全用模拟开关，没有问题。

我做过实验，用那种大约比小指甲盖还小一些的继电器（型号忘记了），在100MHz以下对信号传输都没有什么问题。

明白了，多出来的图片在附件里，已经删除。

老师，射频测长度那部分不需要做定向耦合分离出反射波吗?线缆开路，线缆始端应该是叠加了入射波和反射波吧？然后注入的两个入射波相位正好相反，差分放大检波后应该一直有电压啊，为什么会变得极小呢？

用定向耦合器测入射与反射当然是可以的，但是需要做那个定向耦合器也是一个麻烦事（当然若能用现成的商品测无此问题）。这里的方法实际上就是考虑了在电缆始端叠加了入射与反射的情况。对于1/4波长的线缆，如果是理想的无耗电缆，其始端的入射波与反射波应该的大小相等相位相反，所以叠加后的结果是0。实际电缆因为有损耗，所以反射波的幅度略小于入射波，但是相位还是相反的，叠加后就是一个极小值。

好的，谢谢老师解惑