Vil man undersøge en transmissionslinies impedansforhold og fx. undersøge om der er brud eller skader på kablet (eller fx. de monterede stik) kan man undersøge hvordan kablet opfører sig når en puls sendes igennem kablet. At kunne foretage disse målinger i praksis er et særdeles nyttigt værktøj når man vil undersøge for evnt. skader på et nedgravet kabel uden at skulle grave hele kablet op. Ved hjælp af reflektometri kan man istedet regne sig frem til hvor på kablet skaden er sket.
I første omgang er det vigtigt at få helt styr på hvad det er for kabel der ønskes undersøgt for derved at få af vide hvad kablets karakteristiske impedans og forkortningsfaktor er. Disse to størrelser er vigtige og kan slås op i databladet for kablet eller måles og udregnes (læs mere i Appendix om udregning af dette)
For at undersøge kablets egenskaber kan følgende opstilling benyttes:
Signalgeneratoren skal levere et firkantsignal med en periodetid der ikke må være kortere end den tid det tager for en puls at nå til kablets ende og reflektere tilbage igen til generatoren og scopet. Brug fx. 500khz 5Vpp. I det følgende bruges et 50ohms coaxkabel som eksempel med en amplitude på 5Vpp og en ugen=50ohm.
Her et vist et scopbillede med korrekt afslutning af et kabel. Den viste amplitude er ugen/2, dvs. 2,5V.
Eksempel A viser en åben kabelende. Det første niveu er igen ugen/2 og er udtryk for kablets 50ohm impedans der korrekt stemmer med generatorens Zout. Når pulsen når til kablets ende stiger amplituden til 5V, dvs. Ugen, pga. den pludseligt manglende terminering af kablet der er blevet højimpedant.
Eksempel B viser en kortsluttet kabelende. Igen ser generatoren ind i kablets 50ohms karakteristiske impedans indtil det tidspunkt hvorder sker en ændring af impedansen, i dette tilfælde en kortslutning hvor signalet falder til 0V.
Eksempel C og D viser termineringer med hhv. 100ohm og 25ohm.
Det er vigtigt at huske på, at den konkrete tid de fire figurer ovenfor giver udtryk for, er den tid det tager signalet først at nå frem og derefter reflektere tilbage. Ønsker man at aflæse den korrekte tid på sit scop skal man derfor huske kun at regne med det halve.
Til at foretage disse målingeri praksis skal førnævnte måleopstilling bruges og vi skal finde to størrelser der indgår i beregningen, nemlig kablets karakteristiske impedans og kablets forkortningsfaktor. Er man klar over kvilken type kabel det er man ønsker at undersøge kan disse størrelser slås op i specifikationerne for kablet, eller man kan også måle og regne sig frem til det (se Appendix).
I første omgang går vi ud fra et 50ohms kabel og aflæser forkortningafaktoren i nedenstående tabel
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Forkortningsfaktoren er et udtryk for udbredelseshastigheden i et kabel set i forhold til lysets hastighed i vakum. Lysets hastighed er 299.792.458m/sec hvilket også vil sige knap 30cm/nSec. I kabler er hastigheden langsommere og det er her forkortningsfaktoren kommer ind i billedet. Bruger vi et RG-58 kabel bliver hastigheden i kablet:
hvilket vil sige ca. 19,78cm pr. nS.
I ovenstående billede kan vi gætte at en transmissionslinie et sted er blevet højimpedant, fx. kunne kablet være afbrudt og vi ønsker at finde det nøjagtige sted for afbrydelsen for at kunne rette fejlen.
For at kunne regne sig frem til en afstand skal lysets hastighed (299.792km/sec), kablets forkortningsfaktor (0,66 for RG58) og tiden T(aflæst på scopet) bruges i følgend formel:
Kablet er altså afbrudt efter knap 30m.
Hvis kablet i stedet var kortsluttet samme sted vil vi se en nedadgående flanke til 0V.
Ovenstående er en kort og praktisk gennemgang af hvordan man vil kunne komme igang med at måle på transmissionslinier. Der er utallige spændende områder hvor reflektometri kan anvendes og beskrive evnt. mistilpasninger på transmissionslinien i detaljer (fx. fejl i stik og connectorer, induktive og capacitive mistilpasning etc), men mere om det en anden gang.......
Fejl eller kommentarer så send mig en mail.
Formlen for impedans ved et LC led benyttes ved udregningen:
L findes ved at måle kablet selvinduktion med kortsluttet kabelende.
C findes ved at måle kablets kapacitet med åben kabelende (dvs. ubelastet!)
Fx. fås følgende data for et RG58 kabel: 30,81uH og 9,165nF. Jeg har her målt på en rulle på knap 100m, men kortere kan naturligvis også bruges.
Kablets karakteristiske impedans kan nu beregnes:
Grunden til at impedansen ikke er 50ohm som ideelt ønskes er pga. tabet i kablet.
Udregning af forkortningafaktoren kan ske på flere måder. Mere om det senere......;-)