TDR-Generator · Vortrag zur Amateurfunktagung München 2006 DL7MAJ 03/2006 Messen mit Impulsen -...
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Vortrag zur Amateurfunktagung München 2006 DL7MAJ 03/2006
Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Standard-Impedanz-Meßmethode:Messung im Frequenzbereich (Messbrücken, Networkanalyser, ...)Ergebnis: R + jX als Funktion der Frequenz („Smithdiagramm“)
TDR : Time Domain Reflectometer
Alternative: Impulsreflektometer
Messung im ZeitbereichErgebnis: Impulsantwort als Funktion der Zeit
Physikalische Grundlage:Impulse breiten sich „nur“ mit (Fast-)Lichtgeschwindigkeit aus:
relative
Dielektrizitätskonstante
der Kabelisolation
=
1
εr
VVerkürzungsfaktor
eines Kabels
typ.: 0,66 ... 0,85
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Meßprinzip: Ein schneller Impuls wird in das System geschickt und das Echo analysiert („Fledermausprinzip“)
Der Generator muß eine definierte Impedanz haben, typ.: 50 Ohm
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Fehlerortberechnung:doppelte Laufzeit beachten - hin und zurück!
Echo
durch
Fehlanpassung
d
d [m] = 0,15 x V x t [ns]Distanz(einfach)
halbeLichtgeschw.
Verkürzungs-faktor
gemessene Laufzeit(hin + zurück)
1ns Laufzeit (hin + zurück) entspricht 10 ... 13 cm !
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Beispiele (1) typ. für BALUNtyp. für Groundplane
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Beispiele (2)
typ. bei Antennenrelais:Eigeninduktivität oder -kapazitätder Relaiskontakte, wobei R=Z0
Typ. bei Verstärker-Ein- und Ausgängen,wobei R=Z0.C=Koppelkondensatorim Ein- oder Ausgang
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Beispiele (3)
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Schaltung des Mustergerätes
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Innenansicht(2)
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Impulsausgang TriggerausgangFrequenzeinstellungDC-Versorgung
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Daten des Mustergerätes:
Anstiegszeit: 2,2nsAusgangsspannung: 0,5Vss an 50 Ohm, 1,0Vss LeerlaufGeneratorimpedanz: 50 Ohm rein ohmisch *)Wiederholfrequenz: 1kHz / 10kHz / 100kHz / 1MHzTastverhältnis: 0,5 ( = Tastung/Pause: 1:1 )Überschwinger: < 5%DC-Versorgung: 9...14VDC, <50mA
*) Diese Impedanz gilt nur für Pegel = High. Auf Grund der Innenschaltung desIC-Ausgang´s („Totem-pole“) ist die Impedanz für Pegel = Low geringer !
Messung muß nach der positiven Flanke erfolgen, bei Pegel = High!
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Ausgangsimpuls, gemessen mit Samplingscope (350ps).Ergebnis: tan = 2,2ns ( 10% ... 90% )
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Beispiel für Meßaufbau
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Meßbeispiele aus der Praxis (1)
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Meßbeispiele aus der Praxis (2)
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Meßbeispiele aus der Praxis (3)
Die Zeitbasis ist auf 1us/Teil eingestellt, deshalb ist die positive und negative Flanke sichtbar.
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
2m/70cm - Vertikalantenne mit 13m Aircomkabel (100ns = 13m)VHF-Antennenresonanzen sind sichtbar: 8ns = 125MHz
^
Meßbandbreite: 220MHz
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
A: 2m RG58 (53 Ohm)B: AntennenschalterC: 10m RG213 (50 Ohm)D: BALUN mit Dipol
KW-Dipol (ca. 2 x 10m) mit BALUN
Einstreuungen(MW/KW)
Meßbandbreite: 220MHz
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Die Meßbandbreite ist entscheidend!
t = 15ns = 1,5m (RG58)an2m RG58 sind hier ander Auflösungsgrenze
^
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
KW-Dipol wie vorher:fehlerfreier Betrieb
Fehlerbeschreibung:
Senden: SWR sehr großEmpfang: noch möglich
1. Wo ist der Fehlerort im rechten Bild?2. Was könnte die Ursache sein?
und jetzt eine kleine Fehlersuche …….
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Echo
vom Echo
vom Echo
vom Echo
vom Echo
vom Echo
vom Echo
vom Echo
vom Echo
……..
Meßbandbreite:ca. 220 MHz
TDRA B C D
2m 2m2x1m parallel RG58CU
Scope
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Raum und Zeit: Das Impulsdiagramm
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Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
ZusammenfassungVorteile:•Einfacher Aufbau („weekender“)•Räumliche Ortung in ausgedehnten Kabelsystemen•Impedanzabweichungen und Stoßstellen sind erkennbar•Ideale Ergänzung zur Impedanzmeßbrücke
Beachte:•Breitbandige Auswertung ( = Scope) nötig
z.B. für KW-Anwendungen mind. 50MHz•Keine Analyse schmalbandiger Anpassungen möglich•Das zu analysierende System muß im Prinzip bekannt sein
„Was erwarte ich Wo ? “•Überlagerung mehrerer Echos erschwert die Auswertung
> Problem in komplexen Systemen
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Vortrag zur Amateurfunktagung München 2006 DL7MAJ 03/2006
Messen mit Impulsen - Nanosekundengenerator für Impulsreflektometrie
Und jetzt viel Erfolg bei
Nachbau und Anwendung
des TDR-Generators
Und schau´mal vorbei: www.dl7maj.de