Hallo, weiß jemand wie man Kapazitäten von Symmetrischen Leitungen (canleitun:1xcan high, 1x can low, 1 Schirm) im Frequenzbereich über 100 kHz bis 100 MHz messen kann? Wird das dann immer noch mit einer abgleichbrücke gemacht? Gruß
Hallo, Du kannst über einen HF-Generator, HF-Detektor dann Xc über einen Spannungsteiler bestimmen. Aus Xc = 1 /( 2 x pi x f x C) schließlich auf C kommen.
Karl M. schrieb: > Du kannst über einen HF-Generator, HF-Detektor dann Xc über einen > Spannungsteiler bestimmen. Auch die HF-Messung wird zu dem Ergebnis kommen, dass eine symmetrische Leitung nur unzureichend durch eine Leitungskapazität beschrieben wird. Das Ding besitzt auch eine Serieninduktivität und beides ist gleichmäßig auf die Leitungslänge verteilt. Die Leitungseigenschaft wird durch den Wellenwiderstand beschrieben. https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand
Danke Wolfgang, ist mir als Funkamateur klar, nur hat er, in meinen Augen, nach eine frequenzabhängigen Methode zur Kapazitätsmessung gefragt. Schauen wir mal, welche Informationen sonst noch preis gegeben werden. :)
Karl M. schrieb: > ist mir als Funkamateur klar, nur hat er, in meinen Augen, nach eine > frequenzabhängigen Methode zur Kapazitätsmessung gefragt. Das grundlegene Problem ist, dass es für Hochfrequenzmessungen keine Kapazitätsmessgeräte gibt. Es wird immer irgendwie der Imaginärteil der Impedanz bestimmt. Der setzt sich aus kapazitivem und induktivem Anteil zusammen, so dass die Kapazität bei einer bestimmten Frequenz alleine nicht bestimmt werden kann. Und die Impedanz bei einer symmetrischen, verlustfreien Zweidrahtleitung ist frequenzunabhängig, so dass die Betrachtung des Frequenzganges auch nicht viel weiter hilft.
> Das grundlegene Problem ist, dass es für Hochfrequenzmessungen keine > Kapazitätsmessgeräte gibt. Wie kommst du denn darauf??? L- und C-Messgeräte für den HF-Bereich gibt es schon seit Jahrzehnten. Sie arbeiten nach dem Resonanzprinzip (Oszillator) und erlauben die Messung der für den HF-Bereich auch kleinen Werte (so bis 1pF und 0,01µH herab). Anbei Fotos von alten (R&S) Geräten und einem modernen Kästchen. Dieses und ähnliche Dinger gibt es zu Hauf für <50 Euro. Die schwingen zwar auch nur bis max. 700kHz, aber das ist für solche Messungen unkritisch. Denn so ein Kabel wie oben dürfte wenig Änderung der Kapazität und der Induktivität über den genannten Frequenzbereich aufweisen. Nur die Verluste steigen mit der Frequenz merklich. Zur Messung ein 1-3m langes Stück nehmen, für die Kapazitätsmessung am Ende offen lassen, für die Induktivitätsmessung am Ende kurzschließen. Der schon zitierte Wellenwiderstand errechnet sich dann annähernd zu Z = Wurzel(L/C). Bei der kurzen Länge kann man die ohmschen Verluste bei der Berechnung von Z noch vernachlässigen. Wenn man's nun ganz genau wissen will, muss man einen Vektor-NWA verwenden. Die modernen Geräte erlauben aus der Ortskurve die Bestimmung aller Parameter (auch der kleine von DG8SAQ).
HST schrieb: > L- und C-Messgeräte für den HF-Bereich gibt es schon seit Jahrzehnten. > Sie arbeiten nach dem Resonanzprinzip (Oszillator) und erlauben die > Messung der für den HF-Bereich auch kleinen Werte (so bis 1pF und 0,01µH > herab). Solange du nur eine reine Kapazität oder eine reine Induktivität anschließt, ist das klar. Wenn du aber eine symmetrische Zweidrahtleitung anschließt, erzählt dir so ein Ding sonstwas, weil es die Kapazität nicht getrennt von der Serieninduktivität messen kann. So eine Zweidrahtleitung hat Resonanzen bei mehreren Frequenzen und zwar immer, wenn die geometrische Länge, verkürzt um den Verkürzungsfaktor, in diskreter Relation zur Wellenlänge des HF-Signals steht. Und jetzt frag mal dein LC-Meter, wie ein Kondensator mehrere Werte haben kann ;-)
HST schrieb: > Wenn man's nun ganz genau wissen will, muss man einen Vektor-NWA > verwenden. Genau. Und als Betrag der Impedanz sieht man dann einen ganzen Lattenzaun von Resonanzen (Beispiel 22 Meter langes RG213 Kabel, Ende offen). Welches ist da jetzt der relevante Dip zur Bestimmung der "HF-Kapazität"? ;-)
Ich versuch's nochmal. Was habe ich über die Leitungslänge, verglichen mit der niedrigen Messfrequenz geschrieben? Es gibt generell keine reine Kapazität oder Induktivität, auch nicht bei Kondensatoren oder Spulen (Stichwort SRF). Die angegebene Messmethode ist schon ewig etabliert und führt zu zuverlässigen und ausreichend genauen Ergebnissen für L, C, Z. Ein kurzes Leitungsstück (>>lambda) mit offenem Ende ist kapazitiv, bei Kurzschluss induktiv, wobei die jeweils parasitären induktiven bzw. kapazitiven Einflüsse vernachlässigbar sind. Bei Abschluss einer Leitung mit dem ermittelten Wellenwiderstand gibt es keine Resonanzen (SWR=1). > Welches ist da jetzt der relevante Dip zur Bestimmung der > "HF-Kapazität"? ;-) Amplituden-Dips sind dafür unbrauchbar. Deshalb braucht man ja auch einen Vektor-Analysator (--> Ortskurve). Eine Skalardarstellung reicht bestenfalls zur Bestimmung der elektrischen Leitungslänge und der Dämpfung. @Namespace: Wenn die Leitung bei größeren Längen bis 100MHz sauber funktionieren soll, muss sie unbedingt mit ihrem Wellenwiderstand Z abgeschlossen sein. Sonst gibt es die in Wolfgangs Bild gezeigten mehr oder weniger starken Schwankungen durch Reflexion. Z sollte eigentlich aus der Kabelspezifikation ersichtlich sein.
HST schrieb: > Es gibt generell keine reine Kapazität oder > Induktivität, auch nicht bei Kondensatoren oder Spulen (Stichwort SRF). Aber die reine Kapazitätsanteil ist gefragt, oder habe ich da etwas falsch verstanden? > Ein kurzes Leitungsstück (>>lambda) mit offenem Ende ist kapazitiv Selbst CAN Highspeed erlaubt Kabellängen bis 40m und die kann man bei 100MHz (Wellenlänge im Kabel um 2m) nun wirklich nicht als kurze Leitung bezeichnen.
Wolfgang schrieb: > Selbst CAN Highspeed erlaubt Kabellängen bis 40m und die kann man bei > 100MHz (Wellenlänge im Kabel um 2m) nun wirklich nicht als kurze Leitung > bezeichnen. Du hast leider das Mysterium von Leitungen noch nicht richtig erfasst, die CAN-Leitungen funktionieren nur, weil sie eben mit dem Wellenwiderstand "richtig" abgeschlossen sind und daher keine Reflektionen auf den Leitungen vorhanden sind. Schau Dir einmal das Tutorial vom Gunthard Krauss an 4. Alles über Leitungen und das Drumherum 4.1. Nur zwei Drähte? 4.2. Hollarih-Didudeljöh (= Echos auf Leitungen) 4.3. Jetzt nochmals, aber mit System (= S-Parameter) 4.4. Hochbetrieb im Lokal (= Speisung der Leitung mit Sinusspannung) 4.5. Das Smith-Chart -- kein großes Geheimnis zu finden hier http://www.gunthard-kraus.de/ unter Moderne Kommunikationstechnik Vielleicht bringt das die Diskussion ein weenig weiter EMU
EMU schrieb: > weil sie eben mit dem Wellenwiderstand "richtig" abgeschlossen sind > und daher keine Reflektionen auf den Leitungen vorhanden sind. Und was hat das jetzt mit der Frage nach der Leitungskapazität über den Frequenzbereich 100 kHz bis 100 MHz zu tun?
HST schrieb: > Amplituden-Dips sind dafür unbrauchbar. Das sehe ich nicht so. Gerade bei den hohen und sehr hohen Frequenzen kann man damit die elektrische Länge der Leitung bestimmen und somit den Verlauf von epsilon vs. Frequenz. Dazu muss die Lage der Dips natürlich messen und nicht nur ihre Gesamtheit wie einen Gartenzaun bestaunen.
HpM: >>HST schrieb: >> Amplituden-Dips sind dafür unbrauchbar. Musst oben einfach weiterlesen: > Eine Skalardarstellung reicht > bestenfalls zur Bestimmung der elektrischen Leitungslänge und der > Dämpfung.
Aber man braucht dafür nicht unbedingt einen VNA. In dem Verlauf der Amplitude über die Frequenz der nicht richtig abgeschlossenen Leitung steckt genug Phaseninformation. Freilich sollte man auch die geometrische Länge der Leitung mit einem Zollstock bestimmt haben... Die Altvorderen konnten zur Lösung solcher Aufgaben auch nicht einfach nach einem VNA rufen, sondern haben mühevoll Punkt für Punkt gemessen und von Hand berechnet. Kleine Kostprobe gefällig? Dürfte von 1949 stammen, da war noch nix mit VNA und Computer. Auf schlechtem säurehaltigem Papier "Als Manuskript gedruckt zum Gebrauch an der Technischen Hochschule München". Der Name des Autors ist ja vielleicht noch bekannt ;-)
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Hallo interessante Gedanken und danke für den Link emu. Sehr interessant und gut geschriebene Informationen. Btw. geht es neben Wellenwiderstand auch um Kapazität. Vna ist vorhanden.
Namespace schrieb: > Hallo interessante Gedanken und danke für den Link emu. Sehr interessant > und gut geschriebene Informationen. freut mich dass Du Dir die Mühe machtest und gelesen hast, der Einstieg in die Leitungstheorie ist wegen der Mathelastigkeit für viele schwierig Namespace schrieb: > Btw. geht es neben Wellenwiderstand auch um Kapazität. Vna ist > vorhanden. vielleicht machst Du Dir erst einmal mit einer Simulation klar was da passiert. Wenn Du sagst VNA ist vorhanden dann hoffe ich dass Dir ein Smith-Diagramm auch etwas sagt In der angehängten Simulation mit RFSim99 (freies Tool) erkennst du dass jede Leitung bei niedrigen Frequenzen sich wie ein Kondensator verhält , die rote Linie unten am Rand signalisiert kapzitiv, Du kannst bei RFSi99 auch die Kazazität ablesen (oben rechts im Smith-Chart) die bei der Frequenz (und Länge des Koax) wirksam ist. Drehe die F mit dem S'chieber herunter und Du hast das C bei ganz niedrigen F, so etwas was HST zeigte mit seinen Messgeräten. Auch Doppelleitungen sind simulierbar wenn man die richtigen Werte eintgrägt , Bild Twin Und dann mache eine Messung in gleicher Weise mit dem VNA und überprüfe wie Theorie und Praxis zusammen passen. EMU
Huch, das wird ja immer toller. Ich hatte oben den VNA nur als Beispiel für Puristen angesprochen. Der ist eigentlich gar nicht nötig, da man von folgenden Voraussetzungen ausgehen kann: 1) Wenn die Kabellänge im Vergleich zur Wellenlänge der Messfrequenz kleiner als 1/50 ist, verhält sich das Kabel als Kapazität (offen), bzw. als Induktivität (kurzgeschlossen). Die selbstverständlich immer vorhandene verteilte Induktivität bzw. Kapazität der Leitung verfälscht dann das jeweilige Ergebnis sehr wenig (<1%). Damit kann man dann auch den Wellenwiderstand ermitteln. 2) Bei Kabeln, die für Hochfrequenz geeignet sind (hier bis 100MHz), kann man davon ausgehen, dass sich die Kapazität pro Meter über die Frequenz praktisch nicht ändert (Epsilon_r bleibt konstant). Nur die dielektrischen Verlust steigen an (ebenso die Verluste durch Skineffekt). @Namespace, du kannst ganz einfach die Kapazität deines Kabels auch mit einer niederfrequenten Messbrücke bestimmen, wenn die im pF/nF-Bereich noch genau genug misst und Punkt 1) erfüllt ist. Das oben erwähnte RG213 Koaxkabel hat ca. 100pF/m (0,25µH/m, Z=50 Ohm). Dein Kabel dürfte weniger als 100pF/m aufweisen. Mir ist allerdings nicht ganz klar, warum du so auf der Leitungskapazität allein herumreitest, wenn das Kabel bis 100MHz eingesetzt wird. Ab schon ca. 1m Länge bekommst du dann Probleme mit Reflexionen bei 100MHz, wenn es nicht mit seinem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Bei größerer Länge gibt es massive Impulsverformungen durch Fehlanpassung.
Wolfgang schrieb: >EMU schrieb: >> weil sie eben mit dem Wellenwiderstand "richtig" abgeschlossen sind >> und daher keine Reflektionen auf den Leitungen vorhanden sind. >Und was hat das jetzt mit der Frage nach der Leitungskapazität über den >Frequenzbereich 100 kHz bis 100 MHz zu tun? Das bedeutet, ein Sender, der in so eine Leitung einspeist, sieht überhaupt keine Leitungskapazität, er sieht nur einen Ohmischen Widerstand. Bei einer nicht richtig abgeschlossenen Leitung sieht der Sender eine Kapazität oder eine Induktivität, abhängig von Frequenz und Leitungslänge.
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