Identifiera impedansen på okänd koaxialkabel

SA7ELF

Well-Known Member
Det här hör säkert till baskunskaperna hos många men jag har aldrig provat förut så jag tänkte att det kanske kan gynna någon mer. Kikade lite på youtube på hur man kan använda en VNA för att ta reda på impedansen på t.ex. en koaxialkabel så jag letade upp en 50Ohm och en 75Ohm köpta på Kjell o Co för en tid sedan. Jag kalibrerade min nanoVNA för mätning av S11 och svepte 500kHz till 600MHz och fick upp följande resultat när jag kopplade in kablarna mellan min vna och kalibrerings/termineringsmotståndet:

Mätresultat med 50Ohms koaxialkabel

50ohm_coax_smith.png 50ohm_coax.png


Mätresultat med 75Ohms koaxialkabel

75ohm_coax_smith.png 75ohm_coax.png

Kanske ska tillägga att detta bara duger till att identifiera ifall impedansen är 50 Ohm eller "något annat". Med lite matematik så går det säkert att beräkna den faktiska impedansen men jag ville endast få fram ett snabbt och enkelt sätt att ta reda på ifall det är 50 Ohm eller ej.
 
På "den gamla goda tiden", när man faktiskt lärde sig något i skolorna,
fick t.o.m. studerande på gymnasiet lära sig hur man bestämmer Zo hos en
transmissionsledning på radiofrekvenser.

Man tar en kabellängd vilken är minst 1/4 våglängd, gärna längre, på mätfrekvensen och
mäter upp de komplexvärda inimpedanserna med bortre änden öppen resp. kortsluten.

Sedan bildar man kvadratroten ur produkten av dessa impedanser, och då får man den komplexvärda
karaktäristiska impedansen.
För kablar med låga förluster är den nästan helt reell.

Förr, när man mätte med bryggor eller "slotted lines" tog sådant rejält med tid, men nu när det finns VNA:er för billiga pengar
går det innan man vet ordet av. Sedan återstår beräkningen av produkten av två komplexa tal, och sedan dess kvadratrot.
Med bara papper och penna blir det en liten övning i räkning med komplexa tal.

(Ledning: man bildar komplexvärda produkter som produkterna av vilka binom som helst, och tar i beaktande att j^2 = -1, eller
arbetar konsekvent i polär form vilket förenklar saken. För att få kvadratroten så går man gärna över i polär form, och tillämpar de Moivres teorem)

Slut på dagens föreläsning i "värdelöst vetande".
 
Last edited:
Den med pricken i mitten är 50 Ohm, det som apparaten har som referens. Allt annat är inte 50 Ohm.

Om apparaten hade 75 Ohm som referens skulle 75 Ohm ligga i mitten istället.
 
Ett sätt är att mäta impedansen en pulsgenerator ser innan reflexen från andra änden kommit tillbaks. Spänningen på pulsen beror på spänningsdelning mellan generatorn och kabelimpedansen. Längden, eller snarare hur kort kabeln är ställer kraven på pulsgenerator och mätutrustningen. 100 m kabel klarar man med snudd på LF-utrustning. I kabel med vanlig massivt dielektrikum med hastighetsfaktor 0,66 fördröjs reflexen ca 10 ns per meter, det är den tid man har på sig att mäta.
/Jan
 
Detta är "det andra sättet", och då mäter man upp impedansen på alla frekvenser upp till lågpassekvivalenten
av pulsens spektrum, så om man har en sammanlagd stigtid hos signalkälla och oscilloskop på 7 ns sker mätningen upp till 50 MHz.
7 ns kan åstadkommas med ganska enkla medel, t.ex. med ACT-logikgrindar, men till priset av låg upplösning, flera meter, som gör långa testkablar nödvändiga. Man kan även göra så att en induktanspotentiometer sätts i bortre änden, och resistansen varieras tills reflektionen försvinner helt, och då är R = Zo. Det ger ofta ett noggrannare värde på Zo, i synnerhet när Zo är stort.

1708338371985.png

Har man ett system med mycket kort stigtid, t.ex. en tunneldiodswitch tillsammans med ett samplingsoscilloskop där några 10-tal ps
stigtid är realistiskt, får man upplösningar i cm-klassen. Klassikern i detta sammanhang är HP1415-pluggen vilken i en HP140-mainframe mäter
både impedanser och deras fördelning utefter kablar som kan vara upp till 300 m långa med cm-upplösning.

1708338213103.png

Dessutom går mätningarna fort, man kontrollerar en hel kabelsträckning på några sekunder.
Att göra motsvarande med TDR-programvara i en VNA går betydligt långsammare.
 
OSO har (hade? - Undrar om inte ETA fick den) en HP 1415 TDR men vi avstod från att använda den då dessa äldre instrument, HP 1415, Tektronix 3S7/3T7, 7S12/S6/S52 endast har skalor anpassade för antingen Air eller Poly (solidplast). Foamkablar med hastighetsfaktorer andra än 0.66 eller ~1.00 fanns inte på den tiden.

Teks 7S12 med pulsgeneratorhuvudet S52 innehåller en tunneldiod som såvitt jag vet är omöjlig att få tag på. Stigtiden anges till 35ps. Ägare till dessa rekommenderas största möjliga försiktighet vid användandet.
 
HP1415 var en "stapelvara" inom Försvaret, och första gången jag såg en sådan var 1975. när
SM4AXO(SK) använde den för att kontrollera koaxerna till SK4BX antenner.

Sedan blev det i samband med laborationerna i Elkretsteori, när man skulle "lura ut"
vilket elektriskt nät som fanns inuti en "svart låda" utgående från stegsvaret.

1708346542209.png
 
Last edited:
På "den gamla goda tiden", när man faktiskt lärde sig något i skolorna,
fick t.o.m. studerande på gymnasiet lära sig hur man bestämmer Zo hos en
transmissionsledning på radiofrekvenser.
Kom att tänka på den tyska devisen: "Varum es einfach machen, wenn man es so schön kompliziert machen kann" :)
 
Kan inte riktigt hålla med om att det skulle vara "komplicerat".

Istället är det en tillämpning av grundläggande teori för transmissionsledningar,
som varje radioamatör och RF-ingenjör bör känna till.
Förr så lärdes sådant ut redan på de tekniska gymnasierna, men nu börjar det t.o.m, förbigås
på högskolenivå.
 
Om koaxialkabeln har en fri ände behövs något verktyg för att skala koaxialkabeln och ett skjutmått.
En räknare och nedanstående formel löser troligen frågan om kabelns ungefärliga impedans om man använder 1,377 som värde för kvadratroten ur ϵr för kablar med solid polyeten som dielektrikum.
formel för impedans.JPG
 
Detta är då den "tredje metoden", där man räknar ut Zo utgående från
dimensionerna. Denna har nackdelen att man hela tiden måste förutsätta att kabeln är nära
förlustfri sä att man kan bortse från imaginärdelen i Zo.

Man behöver varken räknare eller skjutmått ifall man känner till våghastigheten
och kan mäta upp kapacitansen per längdenhet när man tillämpar min mentors SM4AWC(SK)
metod ur QTC 2/1969:

1708370222427.png

Ett eko från en svunnen tid när även radioamatörer kunde något...
 
Back
Top