Rob's web

Het meten van impedantie-sprongen en/of misaanpassingen van transmissielijnen Time-Domain - Reflectometry (TDR)

Het checken van een transmissielijn met daarop aangesloten een antenne mag dan eenvoudig heten d.m.v. een reflectometer (SWR-brug), doch het localiseren van de exacte plaats waar een misaanpassing zich voordoet is daarmee niet te realiseren. Nu is het voor de zendamateur over het algemeen van weinig belang om te weten waar de fout zit. Dit omdat normaal gesproken er niet of nauwelijks problemen rond de transmissielijn voorkomen en dat in geval van een slechte SWR de fout slechts in de antenne aanpassing kan zitten. In uitgebreide transmissie circuits over grote afstanden, waarin opgenomen antenneschakelaars etc. is het een zeer moeilijke zaak de fout snel te localiseren.

Denkt u bijvoorbeeld maar eens aan een zendstation zoals de Wereldomroep te Lopik. Hier staan zenders en antennes soms een kilometer uit elkaar en worden de open-feeders via schakelstations aan de benodigde antennes geknoopt. Zo zijn er diverse schakelmogelijkheden qua frequentie, type van antenne enz. Voor dit soort transmissie systemen is de TDR techniek onmisbaar in geval van storing. In feite is het systeem heel eenvoudig en iedereen die in het bezit is van een redelijke scope kan op deze wijze metingen verrichten.

Fig. 1 geeft u het idee. Door middel van een pulsgenerator sturen we een puls de lijn op. Op hetzelfde moment starten we de tijdsbasis van de scope en zo zal de spanningssprong zichtbaar worden op het scherm. Komt de spanningssprong onderweg, ergens in het transmissiecircuit, een impedantiesprong tegen (kortsluiting, open lijn, misaanpassing), dan zal op dat punt een reflectie optreden die zich terug beweegt in de richting van het begin van de lijn. Is de lijn niet te Lang, dan zal de looptijd van de gereflecteerde sprong zodanig zijn dat op de scope de algebrafsche som zichtbaar wordt van het uitgaande en het gereflecteerde signaal. De positie van de gereflecteerde sprong is een directe indicatie betreffende de plaats van de fout in het circuit of de lijn. Immers, de looptijd in het circuit is bekend waardoor het een simpele vermenigvuldiging wordt om de afstand, van het begin van de lijn tot op het punt waar de fout zit, te berekenen.

Fig 1
Fig. 1.

Een schema voor de testpulsgenerator vindt u in fig. 2. We gaan hierbij van uit dat de u beschikbare scope max. 10 MHz bandbreedte heeft. Mocht u een betere hebben, dan kunt u de pulsgenerator ook beter maken door de stijgtijd van de meetpuls te verbeteren. Dit kunt u bijv. doen door de 7400 gates te vervangen door de 74H00 of 7490 flip-flop. Naarmate u namelijk betere stijgtijden kunt bewerkstelligen, ervan uitgaande dat u ze kunt zien op uw scope, wordt de nauwkeurigheid van de meting beter. Het schema in fig. 2 is de eenvoud zelve en kan makkelijk op een stukje VERO-BOARD worden gebouwd. R1 is de afsluitweerstand en het spreekt vanzelf dat deze altijd de waarde dient te hebben van de te onderzoeken transmissielijn in kwestie. Sluit u de lijn niet juist af, dan zullen er geestbeelden ontstaan die de nauwkeurigheid van de meting ongunstig zullen beinvloeden. De geestbeelden of "multible reflections" ontstaan indien beide einden van de transmissielijn een misaanpassing zien. Een gereflecteerde s sprong aan het eind van de lijn wordt op zijn beurt weer gedeeltelijk gereflecteerd door het begin van de lijn die niet juist is afgesloten en stuurt een gedeelte terug de lijn op . .. etc. Zolang aan de pulsgeneratorzijde aan het begin van de lijn de zaak karakteristiek is afgesloten, treedt de secundaire reflectie niet meer op. Dit is echter alleen het geval als er sprake is van een lijnfout. Zitten er meerdere "kinken" in de kabel dan zal de meting ook verstoord worden. De eerste reflectie zal eerst verholpen moeten worden teneinde de anderen nauwkeurig te kunnen meten.

Fig 2
Fig. 2.

De formule om de piaats te bepalen van de impedantiesprong luidt: Eq 1

Hierin is:
Vp de voortplantingssnelheid door de kabel (lijn)
T de tijdsduur tot het moment van reflectie aan het begin van de kabel.

Bij Vp hebben we rekening te houden met de verkortingsfactor in de kabel of transmissielijn. We delen het produkt VpT door 2 omdat T de tijd aangeeft van het heengaande signaal tot het reflectiepunt en terug.

Uit de gereflecteerde spanningssprong is tevens direkt de SWR te berekenen.

De formule is Eq 2

Een voorbeeld: Eforw = 3,8 volt en Eref = 1,2 volt.

De SWR wordt dus: Eq 3