Was kann Koaxialkabelrauschen verursachen?

In meinem Physik-Abitur habe ich kürzlich ein Experiment durchgeführt, um herauszufinden, was die optimale Frequenz ist, um ein digitales Signal über ein RG58 / U-Koaxialkabel zu senden. Meine Ergebnisse sind auf Dropbox verfügbar . Was ich fand, war das Rauschverhältnis oszillierte. Es scheint auch eine leichte Glockenkurve zu geben, mit mehr Rauschen in den mittleren Frequenzen als in den äußeren Frequenzen.

Ich dachte zunächst, dass dies auf stehende Wellen zurückzuführen sein könnte, aber meine Mathematik widerlegte dies (möglicherweise ist dies jedoch immer noch eine gültige Theorie). Wir haben einige Physiker in der Wissenschaftsabteilung, aber es wäre schön, einige Ideen von Elektroingenieuren zu hören.

Alle Ideen sind willkommen. Es könnte erwähnenswert sein, dass ich dieses Experiment in KHz durchgeführt habe, wenn Koaxialkabel normalerweise mit viel höheren Frequenzen arbeiten. Macht das einen Unterschied?

Was verursacht das Schwingungsmuster?

Können Sie weitere Informationen zum physikalischen Aufbau Ihres Messsystems geben? Etwas Kleineres könnte Rauschen verursachen
Hier ist ein Bild . Ich bin mir nicht sicher, ob die Einrichtung einen großen Unterschied machen würde, da ich zuerst das Rauschen ohne Kabel und dann das Rauschen mit dem Kabel gemessen habe, sodass alle Hintergrundgeräusche aufgehoben würden.
Nicht unbedingt. Ich denke, dass das Kabel selbst möglicherweise Geräusche aufnimmt. Ist das Schirmende des Signalgenerators des Kabels geerdet? Wenn dies der Fall ist, kann dies Erdschleifen verursachen, die möglicherweise aufgenommen werden. Eine Sache, die ich auf jeden Fall empfehlen würde, ist, das Kabel selbst mit der anderen Seite offen an das Oszilloskop anzuschließen und eine Messung durchzuführen. Ich bin im Moment nicht in der Nähe meines Zielfernrohrs, daher kann ich es nicht ausprobieren, aber ich denke, dass das Anschließen eines BNC-Kabels einen messbaren Einfluss auf den Rauschpegel hat.
Übrigens, dieser Adapter auf der Seite des Oszilloskops, ist das nur so etwas wie N auf BNC?
Ihre Verbindung erfolgt über zwei Zuführungen von Nicht-Koaxialkabeln. Wie können Sie erwarten, dass sich alles "wie Koax" verhält, was auch immer das bedeutet?
@AndrejaKo Ich habe die beiden Steckerkabel, die aus dem Signalgenerator kommen, sie gehen in einen Stecker-zu-BNC-Konverter, der in eine BNC-Buchsenkupplung in einen BNC-zu-UHF-Anschluss geht, der das Kabel ist. Am anderen Ende UHF auf BNC. Es ist nicht geerdet, alles, was Sie sehen, ist es, mit Signalgenerator und Oszilloskop, die etwa 6 Zoll dahinter an das Stromnetz angeschlossen sind. Phil, wie Sie meinen Ergebnissen im ursprünglichen Beitrag entnehmen können, habe ich auch eine Messung mit dem Plug-to-BNC-Konverter durchgeführt Ich hoffte, dass durch den Vergleich dieses Messwerts mit dem Coax der Unterschied die Ursache des Coax sein würde.
It's not groundedIst der Boden des Zielfernrohrs geschnitten? Normalerweise ist der äußere Schirmteil der BNC-Buchse bei Oszilloskopen geerdet (und ich weiß, dass dies insbesondere bei diesem Owon PDS-Oszilloskop der Fall ist). Außerdem können Sie auf dieser Website nicht mehrere Personen in einem Kommentar anrufen, daher benötigen Sie einen separaten Kommentar mit @Phil darin, um ihn zu benachrichtigen. Daher ist es möglicherweise eine gute Idee, mit einer Person in einem Kommentar zu sprechen, nur um zu sein sicher, dass Sie niemanden vermissen.
@AndrejaKo Es tut mir leid, ich bin mir nicht sicher, worauf Sie sich beziehen. Ich kann Ihnen nur sagen, dass alles korrekt funktioniert hat und alles vorhanden ist. Ich kann nur das Handbuch zitieren, in dem steht, dass dieses Produkt über den Erdungsleiter des Stromkabels geerdet ist. In Großbritannien ist die Erdung in die Stecker eingebaut, oder?
@SamW Grundsätzlich hat das Oszilloskop einen Erdungsstift am Netzkabel. Dieser Erdungsstift ist direkt mit dem äußeren Metallteil des BNC-Steckers verbunden. Manchmal schneiden Leute Erdungsstifte an Oszilloskopen aus verschiedenen Gründen, auf die ich hier nicht eingehen werde. Wenn dies nicht der Fall ist, ist die äußere Abschirmung Ihres Kabels geerdet, da es mit dem Oszilloskop verbunden ist, dessen BNC-Anschluss geerdet ist. Ich bin gerade an der Universität, ich werde einige Diagramme darüber und Geräusche posten, wenn ich wieder zu Hause bin.
@AndrejaKo Ich bin ziemlich zuversichtlich, dass es in Ordnung ist. Würde dies für Sie das Muster der Rauschergebnisse beschreiben?

Antworten (1)

Ich habe mir die Ergebnisse Ihrer Recherchen angesehen, aber leider habe ich im Moment keine Zeit, sie vollständig zu verdauen, also poste ich ein paar hoffentlich hilfreiche Notizen darüber, was Sie tun.

Erstens verwende ich für diese Demonstration Owon SDS7102, einen jüngeren, leistungsfähigeren (1 Gigasample pro Sekunde, 100 MHz Bandbreite) Bruder des Oszilloskops, das Sie verwenden.

Zunächst etwas zu den Einstellungen, die ich hier verwende: Unter den Einstellungen von Kanal 1 habe ich die Sondendämpfung auf 1X eingestellt, da ich überhaupt keine Sonde verwende, was bedeutet, dass es keine Dämpfung gibt. Wenn ich mir Ihre Ergebnisse anschaue, denke ich, dass es sehr ratsam wäre, Ihre Sondeneinstellungen und Ihre Signalgeneratoreinstellungen zu überprüfen, da die Ergebnisse für mich etwas unrealistisch erscheinen. Rauschen von 4 V ist etwas zu groß, selbst wenn die Spannung des Signals 86 V beträgt. Haben Sie die tatsächlichen Spannungspegel mit einem Multimeter überprüft? Könnte es sein, dass Ihr Oszilloskop im 10X-Modus eingestellt ist, obwohl es im 1X-Modus sein sollte?

Als nächstes ist mein Bandbreitenlimit ausgeschaltet. Unter Erfassungseinstellungen habe ich den Erfassungsmodus auf Spitzenwerterkennung eingestellt. Was dies tut, ist einen Webstuhl auf alle Proben des ADC zu nehmen und diejenigen zu zeigen, die die größten Werte haben. Dies ist wichtig, wenn die Abtastrate unterhalb der höchsten Abtastrate eingestellt werden soll, da sie die meisten Informationen über Rauschspitzen gibt. Die Aufzeichnungslänge ist auf ein Megasample eingestellt, was bedeutet, dass nach jedem Trigger 1.000.000 Samples gespeichert werden. Ich glaube nicht, dass Ihr Oszilloskop all diese Einstellungen haben wird, aber es kann eine gute Idee sein, sie zu dokumentieren, nur für den Fall, dass hier etwas Seltsames vor sich geht.

Was die Bilder betrifft, hier ist eine Aufnahme der Eingabe ohne irgendetwas Angehängtes:

Oszilloskop-Screenshot, BNC-Anschluss leer

Wie Sie sehen können, beträgt der Spitze-zu-Spitze-Wert des Rauschens hier 2,4 mV.

Als nächstes schließe ich einfach ein 50-Ohm-BNC-Kabel an das Oszilloskop an und poste folgendes Bild:

Oszilloskop-Screenshot mit angeschlossenem BNC-Kabel

Hier können wir sehen, dass sich der Spitze-zu-Spitze-Wert des Rauschens um mehr als das 10-fache erhöht hat, indem das Kabel einfach so angeschlossen wurde, dass an beiden Enden nichts angeschlossen war. Beachten Sie, dass ein Teil des Rauschens von Signalen herrührt, die im Kabel selbst reflektiert werden.

In diesem nächsten Bild habe ich am Anfang des Kabels einen 50-Ohm-Abschlusswiderstand platziert und das Kabel mit einem BNC-T-Verteiler ebenfalls mit einem 50-Ohm-Abschlusswiderstand an das Oszilloskop angeschlossen. Das Ergebnis davon ist, dass alle Reflexionen von den Kabelenden von den Abschlusswiderständen absorbiert werden sollten.

Oszilloskopaufnahme eines 50-Ohm-BNC-Kabels mit 50-Ohm-Terminatoren an beiden Enden

Wie Sie sehen können, verringerte sich der Spitze-zu-Spitze-Wert des Rauschens hier auf 8,6 mV. Eine weitere Sache, die berücksichtigt werden muss, ist, dass die Terminatoren die Enden des Kabels physisch schließen, so dass der Innenleiter innerhalb eines Faraday-Käfigs abgeschirmt ist, sodass es für Streusignale etwas schwieriger ist, mit dem Kabel in Kontakt zu kommen.

Als nächstes gibt es das Problem der Erdung. Eine Sache, die in einigen Fällen Messungen stören und manchmal Probleme verursachen kann, insbesondere in Audio-Setups, sind Brummschleifen. Ich bin mir nicht sicher, ob das hier der Fall ist, aber es könnte sich auf jeden Fall lohnen, sich damit zu befassen.

Leider enthält das PDS-Handbuch kein praktisches Erdungsdiagramm, daher zeige ich ein Diagramm aus dem SDS-Handbuch. Intern funktionieren beide Serien gleich.

Hier ist das Diagramm:Diagramm der Masseanschlüsse des Oszilloskops

Was hier im Wesentlichen gezeigt wird, ist, dass der Masseanschluss am Netzkabel des Oszilloskops mit der Masseklemme der Sonde verbunden ist. Diese Verbindung geht durch den Außenleiter der BNC-Buchse. Wenn die Minusleitung des Signalgenerators ebenfalls geerdet ist, fließt möglicherweise Strom durch die BNC-Abschirmung, da möglicherweise geringfügige Unterschiede im Erdpotential bestehen. Mir ist das auch schon passiert, wenn alle Geräte direkt an dieselbe Steckdosenleiste angeschlossen waren. Noch einmal, ich bin mir nicht sicher, ob das hier der Fall ist oder nicht.

Abschließend noch etwas zu Phils Kommentar. Sie verbinden einen Signalgenerator, der einen nicht koaxialen Stecker verwendet, mit einem Adapter mit einem Koaxialkabel. Eines der Probleme hier ist die charakteristische Impedanz. Das Nicht-Koaxialkabel hat eine charakteristische Impedanz und das Koaxialkabel hat eine andere charakteristische Impedanz. Dann hat das Oszilloskop selbst eine Eingangsimpedanz von 1 Megaohm, was viel größer ist als die Impedanz des Kabels selbst und auch des Signalgenerators. Was hier also passieren wird, ist, dass Sie an jedem Punkt, an dem sich die Impedanz ändert, Signalreflexionen haben werden, die zur Signalquelle zurückgehen. Dies kann Messungen leicht stören.

Ein weiteres Problem, das mir jetzt einfällt, hängt mit der Rauschaufnahme im nicht koaxialen Teil des Kabels zusammen. Singe, der Signalleiter ist nicht abgeschirmt, er nimmt Rauschen auf, aber ich denke, dass Sie das mit der Messung ohne Kabel kalibriert haben.

Es könnte auch andere Gründe geben, aber das ist alles, was mir im Moment einfällt.

Was kann Koaxialkabelrauschen verursachen?
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