Koaxialkabel für Messtechnik

[MichaelM]

Hallo,

ich habe mich in den letzten Tagen über sehr merkwürdige Reflexionen bei Messanordnungen mit 50 Ohm BNC-Kabeln gewundert, obwohl diese mit 50 Ohm korrekt terminiert waren. Des Rätsels Lösung war, dass einige der angeblichen 50 Ohm Kabel in Wahrheit 53,5 Ohm hatten. Die Kabel sind aus verschiedenen Bezugsquellen. Ein Versuch mit einem echten 50 Ohm Kabel von SUHNER (RG58C/U) brachte vernünftige Ergebnisse.

Ist es normal, dass in vielen Läden ein RG58U (53,5 Ohm) statt RG58C/U (50 Ohm) für 50 Ohm Kabel verkauft wird?

Lustigerweise war ein Kabel sogar mit RG58U - 50 Ohm beschriftet (hatte aber 53,5 Ohm).

Vielen Dank,
Michael

[Djohn_kg]

wie hast du impedanz gemessen?

[MichaelM]

Hallo,
ein Vergleich ist im Prinzip recht einfach.
Ich nehme einen Pulsgenerator mit 50 Ohm Ausgangsimpedanz und schließe diesen mit einem T-Stück am Oszilloskop an. Ohne Abschluss stellt sich eine gewisse Amplitude, sagen wir 2 V ein. Mit 50 Ohm Abschlusswiderstand sinkt diese auf die Hälfte (1V). Ersetzt man den Abschlusswiderstand durch ein Stück zu testendes BNC-Kabel (dieses kann ruhig offen bleiben, die Reflexionen kommen ja bei ein oder zwei Meter erst nach einigen ns) stellt sich eine entsprechende Amplidude ein. Wenn die Kabelimpedanz genau so groß ist wie die des Abschlusswiderstands ist die Amplitude gleich, ist die Amplitude größer so ist es auch die Kabelimpedanz. Der Aschlusswiderstand ist übrigens nachweislich bis über 1GHz brauchbar (ist nicht bei allen so).
Bei Bedarf gibts auch noch ein Foto vom Oszi.
Gruß,
Michael

[Peter(TOO)]

Hallo Michael,

Ist es normal, dass in vielen Läden ein RG58U (53,5 Ohm) statt RG58C/U (50 Ohm) für 50 Ohm Kabel verkauft wird?

Für normale Anwendungen im Bereich TV und Video braucht man 50 Ohm und 75 Ohm, die 53.3 Ohm liegen noch innerhalb von 50 Ohm +/-10%.

Eigentlich ist RG58C/U meist mit 50 +/-2 Ohm spezifiziert. Allerding ist die RG-Norm etwas veraltet, diese stammt ja noch aus dem 2ten Weltkrieg.

In der Messtechnik sieht das dann anders aus, weshalb diese Kabel meist auch teurer sind!

MfG Peter(TOO)

[MichaelM]

Hallo,
man muss also sehr genau hinschauen wenn man solche Kabel kauft.
Gruß,
Michael

[Peter(TOO)]

Hallo Michael,

man muss also sehr genau hinschauen wenn man solche Kabel kauft.

Die Anforderungen sind sehr unterschiedlich!

Bei einem TV-Kabel ist erst einmal der Preis wichtig, dann kommt die Abschirmung.
Wichtig ist auch der Kabeldurchmesser, sonst passt z.B. kein F-Stecker drauf.
Die Dämpfung ist schon nicht mehr so wichtig, diese gleicht man mit dem Verstärker und den Dosen aus. Auch, dass die Dämpfung abhängig von der Frequenz und Signalstärke ist, stört da nicht so.

Auch spielen unterschiedliche Laufzeiten in abhängigkeit von der Frequenz keine Rolle, es merkt kein Schwein wenn das ARD-Signal 100ns vor dem RTL-Signal am Empfänger ankommt.
Bei einem Messkabel sieht dann aber dein Rechteckimpuls, gar nicht mehr nach Rechteck aus und die Impulsbreite hat auch nichts mit dem Original-Signal mehr gemeinsam!

Der Preis ist bei Messkabeln nicht so wichtig, diese verbaut man meistens nicht 100m-weise.

Auch der Kabeldurchmesser ist nicht so wichtig, da kann man auch verlangen, dass man spezielle Stecker montiert. Für Messkabel sollte man sowieso hochwertige Stecker verwenden, da diese öfters gesteckt werden müssen (Der Antennenstecker am TV wird meist nur alle paar Jahre mal gesteckt, wenn dieser also 100 Steckzyklen verkraftet ist der noch nicht am Ende, wenn schon das ganze Haus abgerissen wird ...).

Es sind also unterschiedliche Anforderunge für unterschiedliche Märkte.

Und als Laie glabt man gar nicht, was an Forschung und Wissen in so einem Koax-Draht steckt ....
Ich habe hier nur einen Teil der ganzel Kabel-Problematik gestreifft, ist auch nicht wirklich mein Fachgebiet.

MfG Peter(TOO)

[MichaelM]

Hallo,
mir ist durchaus bewusst, dass bei der Unterhaltungs- und PC-Technik der größte Schrott immer noch nicht billig genug ist.
Ich dachte allerdings, dass die Elektronikhändler zumindest den richtigen Kabeltyp (wenn auch mit nicht all zu guten Eigenschaften) verkaufen. Aber die meisten Leute werden selbst in der Messtechnik den Unterschied nicht bemerken. Die wenigsten interessieren sich dafür auch den letzten kleinen Peak im ns-Bereich auf dem Bildschirm wirklich verstehen zu wollen.
Ich bin jedenfalls wieder um eine Erfahrung reicher...
Gruß,
Michael.

[Manf]

Da es gerade um Genauigkeit geht würde mich noch interessieren, ob der Wellenwiderstand bei einer weiteren Messung bestätigt wird:

Hierzu wird der Generator und das Oszilloskop mit einer einfachen Messleitung verbunden und das zu messende Kabel mit einer anderen Länge am Eingang des Oszilloskops angeschlossen. Die Längen sollten so gewählt werden dass mögliche Reflexionen vom Generator und von Ende des zu messenden Kabels nicht gleichzeitig am Oszilloskop auftreten. Ich kenne die Flankensteilheit und die Anstiegszeit des Oszilloskops nicht, aber auch für ein paar ns ist es mit ein paar Metern leicht zu machen.

Der Vorteil bei der Konfiguration ist, dass die Reflexion vom Ende des zu messenden Kabels zeitlich isoliert auftritt und so unabhängig vom Verzweigungsstück, von der Eingangskapazität des Oszilloskops oder anderen möglichen kleinen Fehlanpassungen gemessen werden kann. Vor allem wird beim Abschluss des zu messenden Kabels mit 50 Ohm auch nur die Reflexion, also der Fehler dargestellt.

(Ich fürchte, dass die Messung mit der Konfiguration zeigen könnte, dass der Wellenwiderstand des zu messenden Kabels sogar noch ein kleines Bisschen höher ist.)

[MichaelM]

Hallo,
hier ein paar Bilder der auf die Schnelle durchgeführten Messungen.
Der Pulsgenerator ist ein Provisorium, hat aber eine Anstiegszeit von <1ns, Das Oszilloskop ist ein 100 MHz Tek 7603 mit 7A11 (FET-Tastkopf).
Der Pulsgenerator ist über ein ca. 50 cm langes Kabel und ein T-Stück mit dem Oszilloskop verbunden.
In den Bildern sind die wichtigsten Bereiche markiert:
- Rot sind die Unzulänglichkeiten des provisorischen Pulsgenerators, vor allem dessen Ausgangsteiler. Dieser hat eine zu hohe Induktivität durch einen falsch gewählten Massepunkt.
- Gelb ist die Fehlanpassung der Chrgeline des Pulsgenerators.
- Blau ist die Reflexion auf der Leitung zwischen Generator und Oszilloskop.
Interessante Bereiche:
- Violett: unbelastetes Signal
- rosa: mit 50 Ohm korrekt belastetes Signal
- orange: falsch belastetes Signal

- Bild A zeigt den Ausgang des Pulsgenerators ohne weitere Komponenten am Oszilloskop.
- Bild B: Hier wurde direkt am Oszilloskop mit 50,0 Ohm terminiert.
- Bild C: Mit einem T-Stück wurde ein echtes 50-Ohm-Kabel (2m) am Oszilloskop angeschlossen. Die Amplitude im rosa Bereich entspricht genau der Hälfte des Leerlaufbetriebs.
- Bild D: Ein fälschlicherweise als 50 Ohm Kabel dekleriertes RG58U (1m) eines Ebayhändlers wurde am Oszilloskop angeschlossen. Der orage Berecih zeigt eine überhöhte Amplitude.
- Bild E: Ein 10 m langes Kabel eines Restpostenhändlers wurde angeschlossen, auch hier ist die Amplitude zu hoch. Die Reflexionen sind auf Grund der Laufzeit außerhalb des Bildes.
- Bild F: Wie Bild D, das Kabel wurde jedoch mit 50 Ohm terminiert.
- Bild G: Wie Bild E aber verlängerter Zeitmaßstab; in Bildmitte ist die gedämpfte Reflexion zu sehen, deutlich sieht man auch wie natürlicherweise die Dämpfung zu hohen Frequenzen hin zunimmt.
- Bild H: Hier wurde das Kabel von Bild G mit 50 Ohm terminiert, an der Reflexion ist der höhere Wellenwiderstand des Kabels zu erkennen.
Bild I ist der Zoom von Bild F. Anhand der Amplituden kann der Wellenwiderstand ausgerechnet werden.

Die Abweichungen des RG58U von seinen 53,5 Ohm sind nichtmal so übel, es ist einfach nur das falsche Kabel.

Falls Bedarf an weiteren Messungen besteht bitte melden.

Gruß,
Michael

[Manf]

Was ich meinte ist die Messung H (unterstützt durch die Messung G).

Es ist zu erkennen, dass die relativ geringen Fehlanpassungen bei Generator und beim "Oszilloskop mit T Stück" entkoppelt sind und die Reflexion vom Kabelende getrennt messbar ist.
Das Kabel erscheint ja wie erwartet ausreichend homogen, eine Reflexion kommt bei der Betrachtung nur vom Ende.
Sie hat in der Messung H negatives Vorzeichen, also ist der Abschlusswiderstand kleiner als der Wellenwiderstand.
Zur quantitativen Bestimmung kann man die Reflexion nach 100ns in der Messung H etwas mehr verstärken.

Das reflektierte Signal ist durch das Kabel etwas gedämpft.
Die Kabeldämpfung (hin und zurück) kann man in der Messung G bestimmen. Die Reflexion am offenen Ende sollte ohne Dämpfung die gleiche Größe haben. Ich schätze (nach Bild G), dass die Amplitude der Reflexion durch die Dämpfung um etwa 10% verkleinert wird.



Nur noch so als Nachtrag: Die präzisere Messung der Dämpfung erfolgt mit einem Kurzschluss, da bei ein offenes Kabel nicht so präzise realisiert werden kann, wegen der Streukapazität und der Abstrahlung. Eben der Vollständigkeit halber, damit wir nachher wissen, ob das Kabel vielleicht 53,9 Ohm oder 54 Ohm hatte (oder eben grundsätzlich).

[PICture]

Hallo!

Ein Koaxkabel ist ein Wellenleiter mit laufender bzw. gleichmässig verteilter Induktivität und Kapazität. Deshalb die Wellenimpedanz (WI) kann mit Frequenz varieren. Möglicherweise ist deine geheime Messfrequenz anders als beim Hersteller des Kabels, was andere WI ergibt. Ausserdem könnte ein offenes Stück von Koaxkabel einen Schwingkreis bilden. :confused:

Übrigens, ich habe lange her Impedanzmessung anders gelernt und danach jahrelang mit TV Koaxkabel bis ca. 2 GHz (LNB Ausgang) gearbeitet und möchte darüber hier nicht diskutieren, weil es zu kompliziert ist.

[MichaelM]

Hallo,
dass man die Dämpfung bei offenem Ende nicht gut bestimmen kann ist klar. Die Dämpfung an sich ist in de Messtechnik bei <100 MHz und 1 bis 2 m nicht ganz so wichtig (mit 10 m misst man ja eher selten), ein Oszilloskop hat in der Regel ja auch schon 2 % Fehler.
Aus Messung "I" kann man den Wellenwiderstand zu etwa 5,3 div / 5 div * 50 Ohm = 53 Ohm bestimmen, der Amplitudenfehler liegt also bei ca. 6 %. Die Refelxionen sind ein unschöner Nebeneffekt den man in der Impulstechnik wenigstens merkt. Bei kontinuierlichen Signalen könnte man noch ein Problem mit stehenden Wellen bekommen.
Ich werde wie gesagt in Zukunft aufpassen was ich kaufe.
Gruß,
Michael