Mund, B.: Hochfrequenzparameter von Kommunikationskabeln

<BODY> <H1>www.duv24.net : Mund, B.: Hochfrequenzparameter von Kommunikationskabeln</H1> <P> <BR> [<A href="/">www.duv24.net</A>] [<A href="../index.html">back</A>] </P> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich > Redaktion > <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD> <TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>06.02.2001</TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>bedea Berkenhoff & Drebes GmbH:</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Mund, B.: Hochfrequenzparameter von Kommunikationskabeln</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Messsystem zur Messung der Hochfrequenz-Parameter</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in TEST-KOMPENDIUM 2001, S.95-97<BR>(pdf-Version in toolbos unter "deatils")<BR><BR>Vorwort<BR><BR>Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, sind bei Kabeln für die Kommunikationstechnik umfangreiche Prüfungen der Hochfrequenzeigenschaften sowie des elektromagnetischen Verhaltens (EMV) erforderlich.<BR>Hochfrequenzparameter wie Übertragungsverhalten und Schirmwirkung von koaxialen und symmetrischen Kommunikationskabeln werden üblicherweise mit Netzwerkanalysatoren nach internationalen Standards wie z.B. IEC 61156-1 und IEC 61196-1 gemessen. Zur automatischen Messung und zur Dokumentation der Messwerte ist eine geeignete Steuer- und Auswertesoftware erforderlich.<BR><BR>Hauptteil<BR><BR>Kommunikationskabel<BR>Kommunikationskabel sind Kabel zur Übertragung hochfrequenter Signale mit analogen oder digitalen Nachrichteninhalten. Der Frequenzbereich dieser Kabel reicht von einigen kHz bis zu einigen GHz. Koaxiale Nachrichtenkabel werden heute vorwiegend zur Übertragung von Antennensignalen, z.B. in Kabelfernsehanlagen und Satellitenanlagen eingesetzt. Der Frequenzbereich solcher CATV-Kabel (CATV = Cabled distributed TV) reicht von 5 MHz bis zu 3 GHz.<BR>Für die Datenübertragung im Etagenbereich bzw. im SOHO-Bereich (SOHO = Small Office/Home Office) werden heute fast ausschließlich symmetrische verseilte Paare (TP, Twisted Pair) verwendet. Der Übertragungsbereich dieser symmetrischen Kabel hat, zumindest im Laborbereich die GHz-Marke überschritten. <BR><BR>Charakteristische Kennwerte<BR>Charakteristische Kennwerte sind sowohl bei koaxialen als auch bei symmetrischen Kabeln der Wellenwiderstand und die Dämpfung. Qualitätsmerkmal ist u.a. die Rückflussdämpfung sowie bei symmetrischen Kabeln die Unsymmetriedämpfung und die Nebensprechdämpfung. <BR>Als Merkmal des EMV-Verhaltens gelten der Kopplungswiderstand, die Schirmdämpfung sowie die Kopplungsdämpfung.<BR>Die Messverfahren zur Messung der relevanten Parameter der Kommunikationskabel sind in nationalen und internationalen Standards festgelegt. Durch die rasante Weiterentwicklung der Informationstechnik sind fast alle Normen der Messverfahren in ständiger Überarbeitung.<BR><BR>Netzwerkanalysatoren<BR>Wesentlicher Bestandteil des Messsystems ist ein vektorieller Netzwerkanalysator (NA). Vektoriell bedeutet dabei, dass der NA sowohl die Amplitude als auch die Phase des Messsignals erfasst. Die Messwerte liegen damit als komplexe Größen mit Realteil und Imaginärteil (a+jb) vor.<BR>Netzwerkanalysatoren bestehen aus mindestens zwei Toren (Testports), an die der Prüfling bzw. der Messaufbau angeschlossen werden kann. Dabei wird ein, in einem HF-Generator erzeugtes Signal über einen Testport dem Prüfling oder dem Prüfaufbau zugeführt. Das andere Ende des Prüflings bzw. des Prüfaufbaus wird entweder mit einem Lastwiderstand versehen oder an den zweiten Testport des NAs angeschlossen. In den Testports sind Richtkoppler oder Brückenschaltungen zur Detektion der vor- und rücklaufenden HF-Wellen integriert.<BR>Die eingespeiste HF-Leistung wird üblicherweise wegen Fehlanpassung des Prüflings teilweise in den Testport reflektiert, der Rest durchläuft den Prüfaufbau und gelangt mehr oder weniger verstärkt oder geschwächt an den anderen Testport. Durch Verhältnisbildung können im NA Anpassungs- und Transmissionsverhalten des Prüflings in Vorwärtsrichtung ermittelt werden. Zur Messung dieser Größen in Rückwärtsrichtung muss die HF in den zweiten Testport eingespeist werden. Die Umschaltung zwischen Vor- und Rückwärts erfolgt durch einen HF-Schalter, der meist automatisch vom NA betätigt wird.<BR>Sind Anpassungs- und Transmissionsverhalten eines HF-Zweitors über einen bestimmten Frequenzbereich bekannt, kann das Verhalten eines unbekannten HF-Zweitors komplett beschrieben werden. In der HF- Technik werden die Übertragungsparameter eines Zweitores üblicherweise durch seine Streumatrix mit den S-Parametern S11, S12, S21 und S22 beschrieben.<BR>S11 und S12 beschreiben dabei Anpassung und Transmission in Vorwärtsrichtung, S21 und S22 beschreiben Anpassung und Transmission in Rückwärtsrichtung.<BR><BR>Kalibrierung<BR>Die einfache Verhältnisbildung der, aus den Testports ermittelten Größen führt nur dann zu korrekten S-Parametern, wenn die Testports ideale Bedingungen aufweisen. In der Praxis weisen jedoch alle Komponenten eines Messystems mehr oder weniger große Fehler auf. Um diese Fehlereinflüsse zu eliminieren wird eine sogenannte Systemkalibrierung durchgeführt. Dazu werden verschiedene Kalibrierstandards mit genau bekanntem Verhalten an die Testports angeschlossen und die Messwerte über den gewünschten Frequenzbereich ermittelt. Sind alle Messungen durchgeführt, werden im NA mit relativ komplexen Algorithmen aus den Messwerten die Fehlergrößen der Testsets für jeden Frequenzpunkt berechnet und im NA gespeichert.<BR>Anschließend wird bei jedem Messdurchlauf, während der sogenannten Systemfehlerkorrektur, Punkt für Punkt die Messwerte mit den Fehlertermen verknüpft und die Messwerte entsprechend korrigiert.<BR>Die Genauigkeit der Messungen hängt damit wesentlich vom Kalibrierverfahren und von den eingesetzten Kalibrierstandards ab.<BR>Heute existieren eine Reihe von gängigen Kalibrierverfahren, die auf unterschiedlichen Fehlermodellen basieren. Die beiden wichtigsten Verfahren sind :<BR>TMSO, auch 12-Term-Kalibrierung genannt, ist das im koaxialen Bereich am weitesten verbreitete Verfahren. Es basiert auf den bekannten Eigenschaften der Kalibrierstandards Durchverbindung (Thru), Abschluss (Match), Kurzschluss (Short) und Leerlauf (Open). Für eine vollständige Kalibrierung sind insgesamt acht Messungen erforderlich. Die Kalibrierstandards sind einfach zu handhaben, die Güte der Kalibrierung ist jedoch aufgrund der endlichen Eigenschaften des Abschlusses (Match) begrenzt. So bildet der Messwert der Anpassung des Abschlusses direkt den Fehlerterm für für die Direktivität des Testports. In der Praxis erhältliche Abschlüsse haben eine Anpassung von 40 bB bis 45 dB. Rechnet man noch die Qualität er Steckverbinder mit ein, so erreicht man im Normalfall etwa 35 dB bis 40 dB Richtwirkung.<BR><BR>Messaufbau<BR>Der Messaufbau kann, abhängig von der jeweiligen Messaufgabe verschiedene Messhilfsmittel beinhalten. Bei der Prüfung des Übertragungsverhaltens koaxialer Kabel können Anfang und Ende direkt mit den beiden Testports des NA verbunden werden. Weicht der Systemwellenwiderstand des NA von dem des zu prüfenden Kabels ab, sind dabei entsprechende Impedanzwandler zwischen Prüfling und NA einzufügen.<BR>Da Netzwerkanalysatoren üblicherweise mit koaxialen Testports versehen sind, müssen symmetrische Kabel über sogenannte Symmetrieübertrager (Baluns) angepasst werden. Übliche Symmetrieübertrager wandeln die 50 Ω der Testports auf 100, 120 oder 150 Ω symmetrisch um.<BR>Zur Erfassung aller HF-Parameter symmetrischer Kabel in einem Messdurchgang sind sogenannte Anlegefelder erforderlich. Anlegefelder beinhalten je vier Symmetrieübertrager zum Anschluss der vier Paare eines Datenkabels an beiden Enden. Über die Software werden die Paare dann entsprechend der Messaufgabe auf die Tore des NA geschaltet.<BR><BR>Normen<BR>Die in dem Messsystem integrierten Messverfahren basieren auf den internationalen Standards.<BR>Das Messsystem ist modular aufgebaut und lässt sich in drei Ebenen aufteilen.<BR><BR>Messsystem<BR>Im HF-Labor des Kabelherstellers bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Asslar, wurde im Rahmen mehrerer Diplomarbeiten in Zusammenarbeit mit der TU-Darmstadt und der FH-Gießen-Friedberg ein entsprechendes Messsystem zur Messung aller relevanten HF- und EMV-Parameter an Kommunikationskabeln entwickelt. Zum Messsystem gehört eine ebenfalls neu entwickelte Vorrichtung zur Messung von Kopplungswiderstand und der Schirmdämpfung von Kabelschirmen sowie zur Messung der Kopplungsdämpfung geschirmter symmetrischer Datenkabel und Steuerleitungen.<BR>Die bisher vorhandene Software auf MS-DOS-Basis wurde jetzt auf Windows-NT bzw. Windows-9x/2000-Basis umgestellt und entspricht damit dem aktuellen Stand der Computertechnik. Durch den modularen Aufbau der gesamten Software können Änderungen einzelner Messverfahren bzw. neue Messverfahren kurzfristig ins System integriert werden.<BR>Das Messsystem ist sowohl für die Fertigungsendkontrolle als auch für Anwendungen im Labor geeignet.<BR><BR>Software<BR>Die Software des bisher vorhandenen Systems unter MS-DOS in Borland Turbo Pascal wurde komplett überarbeitet und besteht jetzt aus verschiedenen Blöcken, welche aus Modulen in Turbo Basic und C####+ +#### bestehen. Die Software ist jetzt auf Systemen mit MS-Windows 95/98 bzw. auf Systemen mit MS-Windows NT/2000 lauffähig.<BR>Über den Softwareblock Eingabe und Messverfahren können die gewünschten Parameter des jeweiligen Messverfahrens wie Start und Stopfrequenz usw. vom Bediener eingegeben werden.<BR>Über den Softwareblock ‚Steuersoftware für Netzwerkanalysatoren‘ können die Netzwerkanalysatoren aller führenden Hersteller angesteuert werden. Damit ergibt sich für alle Netzwerkanalysatoren die gleiche Bedienoberfläche. Die Steuerung erfolgt über die IEC-625-Bus bzw. über die HP/GPIB-488-Schnittstelle.<BR>Als Kalibrierverfahren können die jeweils herstellerspezifischen Verfahren der verschiedenen NAs oder die oben beschriebenen Verfahren des Messsystems eingesetzt werden.<BR>Mit dem Softwareblock ‚Auswertung und Dokumentation‘ können die Messwerte weiterverarbeitet werden. Interessant ist hier u.a. die Möglichkeit, aus den Messwerten der Rückflussdämpfung über die ‚Inverse Diskrete Fouriertransformation‘ (Transformation aus dem Frequenz- in den Zeitbereich) einzelne Störstellen über die Kabellänge zu ermitteln.<BR>Durch den modularen Aufbau der gesamten Software können Änderungen einzelner Messverfahren bzw. neue Messverfahren kurzfristig ins System integriert werden.<BR>Das Messsystem ist sowohl für die Fertigungsendkontrolle als auch für Anwendungen im Labor geeignet.<BR>Messverfahren des Übertragungsverhaltens sind u.a.:<BR>·Wellenwiderstand <BR>·Durchgangsdämpfung (Transmission, open/short)<BR>·Rückflussdämpfung<BR>·Laufzeit<BR>·Gruppenlaufzeit<BR>·Unsymmetriedämpfung<BR>·Nebensprechdämpfungen (NEXT, FEXT, ELFEXT usw.)<BR><BR>Messverfahren der EMV: <BR>·Kopplungswiderstand<BR>·Schirmdämpfung<BR>·Kopplungsdämpfung<BR><BR>Abgeleitete Verfahren (Fourier Transformation):<BR>·Länge<BR>·Impulsreflexion<BR>·Gating<BR><BR></TD> </TR> <TR> <TD CLASS=detailQuelle> </TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=1 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top></TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=393 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=28 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=174 HEIGHT=1 ALT=""></TD> </TR> </TABLE> <P><I>Diese Seite wurde am 25.09.2004, 13:11 Uhr aktualisiert</I></P> </BODY>