Warum dringt eine Welle nicht in ein Kabel ein? TDR (Time Domain Reflectometry) verstehen

Ich habe einige TDR-Messungen (Time Domain Reflectometry) durchgeführt, bei denen Gaußsche Impulse durch ein Kabel gesendet und der s11-Parameter (Reflexion) gemessen wurden.

Bei dieser Messung konnte ich sehen, dass ab einer bestimmten Frequenz der größte Teil des Impulses am Anfang des Kabels reflektiert wurde und nicht (oder es schien nicht) in das Kabel eindrang. Diese Reflexion tritt aufgrund des Unterschieds der Impedanz des Kabels und der Impedanz der Quelle auf, schien jedoch bei höheren Frequenzen wichtiger zu sein.

Der Effekt, dass die Welle nicht in das Kabel eindringt, war teilweise auch auf die höhere Dämpfung bei höheren Frequenzen zurückzuführen. Jedenfalls war die Spitze der Reflexion am Anfang auch viel größer bei höheren Frequenzen.

So...

Liegt es daran, dass die Welle für ihre kleine Wellenlänge nicht in das Kabel gebeugt (oder gebrochen?) werden kann?

Oder liegt es daran, dass der Unterschied zwischen den Impedanzen der Quelle und des Kabels größer geworden ist, sodass der Reflexionskoeffizient größer geworden ist? Wenn beide Impedanzen von der Frequenz abhängen, sollte der Unterschied nicht so stark wachsen, oder was?

25MHzGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

250MHzGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

1 GHzGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Könnten Sie bitte weitere Details wie Frequenzbereich, Kabeltyp (z. B. Koax), Quellimpedanz, Länge des Kabels angeben?
Haben Sie die Quellenimpedanz des Impulses über den gesamten Frequenzbereich konstant gehalten?
Ich arbeite in einem Frequenzbereich von etwa 25 MHz bis 3 GHz und ich arbeite mit verschiedenen Arten von Kabeln, Koaxialkabeln, abgeschirmten Niederspannungskabeln ... Die Reaktion der Koaxialkabel ist normalerweise natürlich besser, aber hauptsächlich wegen des Steckers besser (N-Stecker). Die Impedanz der Quelle (ein VNA) beträgt immer 50 Ohm.
Können Sie einige Diagramme / Diagramme hinzufügen, die zeigen, wie Ihre TDR-Ergebnisse aussehen?
Der erste ist für 25 MHz, der zweite für 250 MHz und der dritte für 1 GHz
Verzeihung. Ich verstehe diese tdr-Plots wirklich nicht. Was ist die -1 zu 1 Achse?
Welche Einheiten hat die X-Achse?
Downvote hat es bis zur Bearbeitung gesperrt. Ich hätte es nach informativen Kommentaren zurückgestoßen, aber so geht es.
wegen mangelnder Klarheit, Grafiken usw. herabgestimmt. Dies hat das Zeug zu einer großartigen Frage.
Die Frage wäre eine viel bessere Ressource für zukünftige Leser, wenn Sie die Plots belassen würden.
NB: ein TDR ist Time Domain Reflectometry. Die x-Achse sollte also TIME sein ... Und sie ist nicht zum "Messen" von S11 gedacht ..., aber VNA kann es tun. TDR soll "Ausfälle" von Kabeln (Typ, Länge ...) messen ... und lokalisieren, WO sie sind ...

Antworten (2)

Ich habe einige TDR-Messungen (Time Domain Reflectometry) durchgeführt, bei denen Gaußsche Impulse durch ein Kabel gesendet und der s11-Parameter (Reflexion) gemessen wurden.

Aber in Kommentaren sagen Sie, dass die Quelle Ihres Signals ein VNA ist.

Ein VNA kann die von Ihnen beschriebene Messung nicht durchführen. Es kann keinen Gaußschen Impuls erzeugen.

Was es tun kann, ist einen sinusförmigen Stimulus bei verschiedenen Frequenzen zu erzeugen. Wobbeln Sie dann die Frequenz, um den Streuparameter S 11 zu erhalten.

Dann kann es eine mathematische Analyse durchführen, um Ihnen zu sagen, wie die Reflexion im Zeitbereich aussehen würde, vorausgesetzt, das System ist linear.

Ich konnte sehen, dass ab einer gewissen Frequenz der größte Teil des Impulses am Anfang des Kabels reflektiert wurde und nicht in das Kabel eindrang (oder es schien nicht). Diese Reflexion tritt aufgrund des Unterschieds der Impedanz des Kabels und der Impedanz der Quelle auf, schien jedoch bei höheren Frequenzen wichtiger zu sein.

Wenn Sie eine frequenzabhängige Reflexion sehen, weist etwas in Ihrem System kein konsistentes Verhalten über Frequenzen hinweg auf. Einige Möglichkeiten sind

  • Ihre Übertragungsleitung behält ihre charakteristische Impedanz bei hohen Frequenzen nicht bei. Sie kann bei ausreichend hohen Frequenzen auch zu einer Multimode-Übertragungsleitung werden.

  • Ihre Anschlüsse sind bei höheren Frequenzen nicht ideal. Sie können eine gewisse überschüssige Kapazität oder Induktivität aufweisen, die eine Reflexion verursacht. Eine übermäßige Parallelkapazität würde bei hohen Frequenzen eine negative Reflexion verursachen, und eine übermäßige Reiheninduktivität würde bei hohen Frequenzen eine positive Reflexion verursachen, wenn man sie in einem TDR betrachtet. Es ist jedoch möglich, dass die Parasiten eines Steckverbinders nicht einfach genug sind, um sie mit einem einzigen parasitären Element zu modellieren.

  • Wenn Sie mit einem VNA testen, ist es unwahrscheinlich, dass die Quelle über Frequenzen hinweg, die sie erzeugen kann, keine konsistente Leistung erbringt. Wenn Sie das System jedoch nicht richtig kalibriert haben (eine Open-Short-Load-Kalibrierung ist am besten, aber selbst eine Short-Response-Kalibrierung ist wahrscheinlich in Ordnung, wenn Sie keine perfekte Genauigkeit benötigen), könnten einige Probleme auftreten.

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Danke für die Aufnahme der Plots.

Was Sie sehen, ist nicht, dass die Reflexion bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich ist, sondern dass Sie bei der Art und Weise, wie Sie messen, die Antwort effektiv mit einem Tiefpassfilter filtern. Wenn Sie die Grenzfrequenz dieses Filters verringern, verschmieren Sie die Reflexion rechtzeitig. Sie fügen der Reflexion jedoch keine Energie hinzu, daher muss die Spitzenamplitude mit zunehmender Impulsbreite abnehmen.

Wenn Sie einen VNA haben und sehen möchten, wie die Reflexion von der Frequenz abhängt, wäre es klarer, einfach |S 11 | zu zeichnen vs. Frequenz.

Es ist wahr, dass der VNA nicht direkt den Gaußschen Impuls sendet, aber er führt eine interne Berechnung durch, um den gleichen Effekt zu erzielen. Mit dem VNA erhalten Sie das H (w) des Kabels, dann wird dies mit dem Gaußschen im Frequenzbereich (dem X (w) -Signal) multipliziert, und Sie erhalten das Y (w). Mit einer IFFT erhalten Sie Ihr y(t), das Ihr TDR-Reflektogramm ist. Das hat Ihrer Meinung nach nichts mit der Geometrie des Steckers zu tun? Was Sie sagen, ist, dass im Stecker ein parasitäres L erzeugt wird, das die Impedanz des Steckers erhöht?
@Xabi, kannst du deine TDR-Ergebnisse teilen? Woher wissen Sie, dass die Reflexion hauptsächlich bei hohen Frequenzen auftritt?
Ich verstehe nicht, warum Sie sagen, ich filtere das Signal. Was ist mit der anderen Antwort passiert? Er sagte, dass der Skin-Effekt die Impedanz des Kabels ändern kann ... Stimmt das? Also wird Ihrer Meinung nach der gleiche Energieanteil reflektiert, aber da die Spitze in der Hochfrequenz dünner ist, ist sie auch höher?
Der Typ, der die andere Antwort gegeben hat, hat die Seite in der Vergangenheit missbraucht, sodass seine Antworten (und Konten) entfernt werden, wenn er auftaucht.
Warum Sie filtern ... Ihre Diagramme zeigen keine Anzeichen dafür, dass die Reflexion bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich ist. Sie zeigen, dass Sie ein anderes Ergebnis messen, wenn Sie den Frequenzbereich der verwendeten Messung (mit all dieser Mathematik) ändern, um die Reflexionsantwort abzuschätzen. Wenn es beispielsweise bei 500 MHz eine selektive Reflexion gab, würden Sie bei einer Messung mit einer Bandbreite von 25 MHz fast keine Reflexion sehen, und Sie würden eine klingelnde Antwort sehen, wenn Sie mit einer Bandbreite von 1 GHz messen.
Sie denken also, der Reflexionskoeffizient ist genau derselbe. Aber die Amplitude des mit der Frequenz multiplizierten Gaußschen Impulses ist immer gleich (eins), also sende ich jedes Mal dünnere Gaußsche mit der gleichen Höhe. Warum sollte ich bei hohen Frequenzen eine höhere Reaktion (in der y-Achse meine ich) haben? Es sollte genauso hoch sein, aber dünner, oder?
Dies sieht aus wie eine Länge von etwa 1 Fuß eines nicht abgeschlossenen Kabels. Ich frage mich, wie lang das Kabel ist und wie es abgeschlossen ist.
@BobbiBennett, In einem echten TDR sehen Sie immer einen Puls bei t ~ = 0, da der ausgehende Puls vom Sensor gemessen wird. Ich bin mir nicht sicher, ob der VNA-TDR-Modus dasselbe Verhalten aufweist (oder es absichtlich simuliert) oder ob etwas anderes vor sich geht.
Es tut mir leid, dass die Diagramme abgeschnitten sind. Aus Datenschutzgründen kann ich nicht mehr zeigen, aber die Abbildung läuft weiter, und am Ende des Reflektogramms gibt es eine Spitze aufgrund des offenen Stromkreises am Ende. Diese letzte Spitze ist aufgrund der Dämpfung bei höheren Frequenzen kleiner. Der Peak, den Sie sehen, ist auf einen schlechten Stecker zurückzuführen, wenn Sie einen guten verwenden, sind die Peaks viel kleiner.
Der 1-GHz-Plot hat eine kleine Beule bei t = 0 und die große Spitze etwas danach. Von dort habe ich die Vermutung. Diese ganze Frage sieht aus wie eine Fehlinterpretation eines sehr einfachen Verhaltens, daher könnte es gelöst werden, Details wie Kabellänge und Achsenkalibrierung herauszuarbeiten.
Dieses Verhalten ist unabhängig von der Länge des Kabels, da es immer dann auftritt, wenn kein wirklich guter Stecker verwendet wird und das bei jeder Länge. Die Kalibrierung erfolgt von 1 kHz bis 2 GHz und selbst wenn ich jedes Mal für die maximal verwendete Frequenz kalibriere, sind die Ergebnisse gleich.
@BobbiBennett, du hast Recht, wenn die x-Skala Mikrosekunden ist und das Kabel nur 30 cm lang ist, dann bekommen wir keine wirklich gute Auflösung der Features.
Die x-Skala ist Sekunden multipliziert mit 1E-7
@Xabi, das ist immer noch zu groß, um zu sagen, was los ist, es sei denn, Ihre Features sind mindestens 1,5 m voneinander entfernt.

Ähnliches beobachte ich bei meinem FDR . Bei höheren Wobbelfrequenzen sind Impedanzdiskontinuitäten offensichtlicher. Ich denke, das liegt daran, dass niedrigere Frequenzen nachsichtiger sind, weil die Wellenlänge viel größer ist als das Merkmal, das die Diskontinuität verursacht.

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