Minimale/ ideale coaxkabellengte (?)


Als die kabel op zijn karakteristieke impedantie is afgesloten maakt de lengte helemaal niets uit, of dit nu 50 Hz is of 1 GHz. Bestaat echter enkel in theorie. In een praktische kabel varieert het signaalniveau wel over de lengte van de kabel, afhankelijk van de golflengte.

Principe wordt o.m. gebruikt om bv impedantieaanpassingen.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 24 juli 2016 19:53:49 schreef flipflop:
[...]
Zolang je de lijn aan beide kanten karakteristiek afsluit maakt het toch niks uit?

Sterker nog: als het éénrichtingverkeer is, dan maakt de lengte al niets meer uit als het einde goed afgesloten is. De bron ziet dan altijd de karakteristieke impedantie en heeft geen enkel idee van de lijnlengte (wat ook niet nodig is :)).

Aan de andere kant is het wel zo dat de karakteristieke impedantie van de coaxkabel op de allerlaagste frequenties (audio enzo) niet meer hetzelfde is als voor hf. Maar ik geloof niet dat dat hier een punt wordt.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Dat klopt, maar ook dat maakt erg weinig uit. Traditionele wissespanningstheorie is dan nog steeds van toepassing. Voor een 50Hz, 50 Ohm bron aan 10 m coaxkabel van 50 Ohm, belast met 50 Ohm geldt dezelfde spanningsdistributie als bij 1GHz.

Ook als die met 100 Ohm belast klopt die analogie nog.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ja, maar nu zeg je ook wat: 'coaxkabel van 50 ohm'. Het punt is dat die coaxkabel op 50 Hz geen Zk van 50 ohm heeft, maar veel hoger.

Zk= √((R+jωL)/(G+jωC))

Voor HF nadert dat naar: Zk= √(L/C)
voor LF nadert dat naar: Zk= √(R/G)

Stel dat je een 50 ohm kabel ook op LF en DC 50 ohm karakteristiek wilt maken. Dan zou je voor iedere ohm serieweerstand, ook 2500 ohm parallelweerstand moeten hebben (dus voor 2 ohm serie: tweemaal 2500 ohm parallel, dus 1250 ohm parallel; et cetera).
En dat is wat je niet hebt. De isolatieweerstand van de kabel is veel hoger dan dat, en dus is de Zk van de kabel op DC en LF ook hoog (en, als je het narekent voor audiofrequenties, hoofdzakelijk capacitief).

Meestal vergeten wij zendamateurs dat, doordat we alleen met HF werken. Vanaf een paar tientallen of honderden kHz mogen we de HF-benadering al wel gebruiken. De andere formules geraken daardoor onder het stof. :)

Proefje: sluit een hoogohmige geluidsbron via een 50 ohm coaxkabel aan op een hoogohmige versterkeringang. Klinkt het geluid nu zwakker, maar verder onveranderd? Nee, het klinkt hoofdzakelijk doffer. De bron ziet de capaciteit van de kabel.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Op 24 juli 2016 21:41:43 schreef Frederick E. Terman:
Proefje: sluit een hoogohmige geluidsbron via een 50 ohm coaxkabel aan op een hoogohmige versterkeringang. Klinkt het geluid nu zwakker, maar verder onveranderd? Nee, het klinkt hoofdzakelijk doffer. De bron ziet de capaciteit van de kabel.

Dat hangt af van de impedantie van de bron. Coax kabel heeft een capaciteit van een paar tiental pF/m tot een 100-tal pF/m afhankelijk van het type. Voor 20kHz is dit een impedantie grootteorde kΩ voor een 100-tal m kabel!!!!!! Een factor 30 tov de bron dus (Als de inwendige impedantie van de bron bv 50 Ω zou zijn).

Dat is juist het idee van een coax kabel en z'n karakteristieke weerstand: Zolang je met de karakteristieke weerstand aanstuurt en afsluit, is er nauwelijks verorming van het signaal. Als je dan hoogohmig gaat aansturen, dan werkt dat natuurlijk niet.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 25 juli 2016 05:06:32 schreef New Beetle:
[...]Dat hangt af van de impedantie van de bron. [...]
(Als de inwendige impedantie van de bron bv 50 Ω zou zijn).

Daarom heb ik het ook over een hoogohmige bron.
Maar voor DC en LF is de gewone coaxkabel ook geen 50 ohm meer.

Op 25 juli 2016 07:37:34 schreef rew:
Dat is juist het idee van een coax kabel en z'n karakteristieke weerstand: Zolang je met de karakteristieke weerstand aanstuurt en afsluit, is er nauwelijks verorming van het signaal. Als je dan hoogohmig gaat aansturen, dan werkt dat natuurlijk niet.

Als je een kabel die op de gebruikte frequenties echt constant 50 ohm is hoogohmig aanstuurt, maar de belasting is wel 50 ohm, heb je een frequentie-ONafhankelijke verzwakking door de misaanpassing. Kortom, dat is vaak niet erg; alleen als vermogensaanpassing belangrijk is wordt het een punt.

Maar doordat bij een echte kabel rond en onder het overgangsgebied, dus van DC via LF tot een paar tientallen of honderden kHz, de karakteristieke impedantie niet constant is, is de verzwakking daar wèl frequentieafhankelijk.

--
MAAR: dit was alleen bedoeld als interessante 'side bar'.

In het geval van @TS maakt het zo goed als niets uit, omdat bij hem de verzwakking hoe dan ook klein zal zijn, en omdat juist op de laagste frequenties de lijn elektrisch kort is, zodat de karakteristieke impedantie ervan praktisch geen invloed heeft op wat de bron ziet.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Op 25 juli 2016 14:36:46 schreef Frederick E. Terman:
Maar voor DC en LF is de gewone coaxkabel ook geen 50 ohm meer.

Klopt, maar de bronnen wel. Om die signalen naar behoren te combineren zoals de TS wil zullen zowel die LF als HF bron 50 ohm (of 75) moeten zijn anders ziet die HF bron geen 50 ohm als load. Voor die LF bron maakt dit niet uit, die ziet sowieso geen transmissielijn maar een LPF, zelfs een ohmse weerstand als de afsnijfrequentie van die kabel ver genoeg boven de LF ligt.

Op 24 juli 2016 21:41:43 schreef Frederick E. Terman:
Ja, maar nu zeg je ook wat: 'coaxkabel van 50 ohm'. Het punt is dat die coaxkabel op 50 Hz geen Zk van 50 ohm heeft, maar veel hoger..

ik druk het iets plastischer uit :-)

voor korte stukjes (in relatie tot de golflengte) gedraagt de coax zich vooral als een afgeschermde "draad" met X pf en L per meter maar nog niet als een transmissielijn. Meest gekende voorbeeld: de oscilloscoopprobe.

groeten

Kris

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ik snap je benadering, maar dat zou hier niet handig zijn. De signaalfrequenties liggen hier zowel onder, als in en boven het overgangsgebied.
Het is dan niet handig zomaar te besluiten dat de coax wel of geen transmissielijn is.

Nogmaals, het resultaat is hier nagenoeg gelijk, maar het is soms ook wel eens aardig te weten waarom dat zo is. ;)

--
@TS, om welke frequenties (min en max) en welke afstand gaat het eigenlijk?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Frequenties op achterzijde van het AOP (DIO-01) zijn 5 - 1006 MHz.
Afstanden, de gebruikelijke in huis: 0,20 - 16 meter.

Begrijp ik uit de discussie dat coaxkabel zich toch wel kan meten qua capaciteiten met glasvezel?

Op 25 juli 2016 18:21:24 schreef RoelP:

Begrijp ik uit de discussie dat coaxkabel zich toch wel kan meten qua capaciteiten met glasvezel?

Niet helemaal. In het Ghz gebied is glasvezel duidelijk in het voordeel wegens de lagere verliezen per km. bij 1,5Ghz loop je +- 150 meter over coax voor het signaal ondecodeerbaar wordt. bij vezel loop je 40,..100 of meer km.

groeten

Kris

Jinny

Golden Member

Op 25 juli 2016 18:26:23 schreef kris van damme:
[...]

Niet helemaal. In het Ghz gebied is glasvezel duidelijk in het voordeel wegens de lagere verliezen per km. bij 1,5Ghz loop je +- 150 meter over coax voor het signaal ondecodeerbaar wordt. bij vezel loop je 40,..100 of meer km.

groeten

Kris

Appels/peren...
Ofwel digitaal analoog...

Hoe doen vrouwen op TV dat toch? Wakker worden met prachtig glanzend haar en mooi gestifte lippen..... Wanneer ik wakker word heb ik een coupe 'Leeg geroofd vogelnest' en een incidenteel straaltje kwijl..

Op 25 juli 2016 18:35:22 schreef Jinny:
[...]
Appels/peren...
Ofwel digitaal analoog...

? uiteraard geldt dat voor alle signalen.

groeten

Kris

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 25 juli 2016 18:21:24 schreef RoelP:
Frequenties op achterzijde van het AOP (DIO-01) zijn 5 - 1006 MHz.
Afstanden, de gebruikelijke in huis: 0,20 - 16 meter.

Oh, maar dan hoef je helemaal niet op mijn opmerking over het laagfrequente gebied te letten. Met 5 MHz zit je op de coaxkabel al heel ruim in zijn gewone hf-toepassingsgebied.
Ik dacht door je openingspost dat er ook werkelijk basisband-audio door de coax moest, vandaar de 'afdwaling'.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik lees weer rare dingen. Coaxen zouden op lage frequenties afgeschermde kabels zijn en op hoge frequenties niet? Waar ligt dan het kantelpunt? Volgens mij is er geen.
Een coax heeft slechts een Ohmse karakteristieke impedantie bij een oneindig lange lijn, of bij een lijn afgesloten met de eigen impedantie.
Als je dc aansluit op een 50 Ohm kabel, dan leg je in feite een steile puls aan. Een oneindig lange kabel zal dan ook een 50 Ohm transmissielijn vormen voor de harmonische golven van die puls. De stroom zal overeenkomen met de aangelegde spanning gedeeld door de eigen impedantie van de kabel. Logisch, want de dc componente bereikt nooit het einde van de kabel.
Neem je daarentegen een korte kabel afgesloten met 50 Ohm, dan zal de impedantie die de bron ziet....ook 50 Ohm zijn. Wat is het verschil dan met HF?
Vooropgesteld dat we eventuele kabelverliezen even buiten beschouwing laten, want het is zo al moeilijk om het voor te stellen.

Ik ben een notoire onzinverkoper, want wat ik beweer past vaak niet in ieders kraam.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Lees iets verder naar boven. De karakteristieke impedantie is afhankelijk van de frequentie. Voor lage frequenties wordt ωL klein vergeleken met R, en gaat de gebruikelijke hf-benadering niet op.

Niemand zegt dat de afscherming op hf verdwijnt.

--
In feite kan zelfs juist op lage frequenties de afscherming slechter gaan werken voor magnetische velden, bijvoorbeeld als binnen een installatie de retourweg via het chassis een lagere weerstand biedt dan de buitenmantel van de coax.
Op voldoend hoge frequenties speelt dit probleem niet, doordat voor die frequenties de mantel- en binnenaderstromen vast gekoppeld zijn.

Maar dat was hierboven nog niet aan de orde geweest (en is binnen het topic ook onbelangrijk).

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik ben redelijk vertrouwd met de wiskundige benadering van coax.
Raar genoeg zijn er veel zaken die ik altijd voor vanzelfsprekend gehouden heb waar ik nu begin aan te twijfelen. Dat zal wel te maken hebben dat ik er niet meer mee bezig ben en dat er gaten in mijn geheugen vallen. ;(
Ik zeg hier alleen dat een coax zich exact op dezelfde wijze zal gedragen voor gelijkspanning als voor 100 MHz. Op de diëlektrische verliezen na dan.
En dc kun je beschouwen als de onderste limiet van lf.namelijk nul Hertz.

Ik ben een notoire onzinverkoper, want wat ik beweer past vaak niet in ieders kraam.

Mijn bruel & kjaer 2427 bench multimeter heeft 1 bnc plug ,de meetkabel is een coax kabel,, hij kan tot 500 Khz AC meten.

Voor het vlf gebied is dit een prima meter, en is de coax-meet kabel geen luxe , maar noodzakelijk .

Op 25 juli 2016 19:56:24 schreef grotedikken:
Een coax heeft slechts een Ohmse karakteristieke impedantie bij een oneindig lange lijn, of bij een lijn afgesloten met de eigen impedantie

Dat klopt. In een winkel kan je echter geen oneindig lange coax of twin-lead kopen, wel 20m. :)

Op 25 juli 2016 19:56:24 schreef grotedikken:Waar dan het kantelpunt

Dat hangt uiteraard af van de lengte en kabeltype. Voor realistische kabels ergens tussen de 100kHz en een paar MHz.

Op 25 juli 2016 19:56:24 schreef grotedikken: Ik zeg hier alleen dat een coax zich exact op dezelfde wijze zal gedragen voor gelijkspanning als voor 100 MHz.

Als dat zo zou zijn zou iedereen die verlichting of stopcontacten in een woning installeert met transmissielijnen te maken krijgen en vermoedelijk met een NWA rondlopen ?. Zou ook betekenen dat discrete LF-wisselspanningstheorie niet meer op gaat.

Op 25 juli 2016 19:56:24 schreef grotedikken:Neem je daarentegen een korte kabel afgesloten met 50 Ohm, dan zal de impedantie die de bron ziet....ook 50 Ohm zijn. Wat is het verschil dan met HF?

Klopt ook weer.

Het verschil is echter dat er voor een signaal met een golflengte van bv 1m zich een golf kan vormen op een kabel van 10m (is essentieel voor transmissielijn) en bij 50 Hz (kilometers golflengte) niet. In het laatste geval is de momentele spanning aan het begin van de leiding dus hetzelfde als aan het eind.

Neem je die 50 ohm belasting bv weg dan ziet de bron enkel dat stuk kabel, nullast, eventueel de kabelcapaciteit en zelfinductie als die niet verwaarloosbaar zijn tov de andere parameters. In het eerste geval ziet die bron een reflectie die terugkeert en ook dissipeert in de inwendige weerstand van de bron.

Frederick E. Terman

Honourable Member

@GD, en met hem velen, hebben gewoon nooit de complete formule voor de karakteristieke impedantie van een transmissielijn hoeven gebruiken, en zijn hem dus vergeten.

Wie dit wel weten, zijn de mensen van de lange lijnen.
Zo gebruiken wij bijvoorbeeld hier en daar nog koperverbindingen tussen de verschillende stations. De karakteristieke impedantie van een getwist aderpaar is ongeveer 120 ohm, maar dat geldt alleen op hogere frequenties. Op lage frequenties wordt ωL kleiner dan R en gaat de benaderingsformule, zoals gezegd, niet meer op. (Een middel om Zk toch constant te houden zou zijn het toevoegen van veel ohmse lek, zodat R/G gelijk zou zijn aan L/C; maar dat is erg ongunstig vanwege de demping die dat zou toevoegen.)

Op een paar meter kabel zou dit niet uitmaken, maar op een paar kilometer wel. De lijn is dan niet kort ten opzichte van de golflengte, zelfs niet op die paar Mbit die wij erover sturen. Maar de Zk is dus wel afhankelijk van de frequentie.
De modems moeten daarom de eigenschappen van de lijn compenseren. Het middel waarmee ze dit doen heet de effenaar, of, in nieuw-Nederlands: equalizer.
Vroeger moest je die nog met DIP-switches instellen, maar de gewone lijnmodems doen dit automatisch. De oude bij het begin van de uitwisseling ('training'); de nieuwere continu tijdens de datatransmissie.

Als de eigenschappen van een lijn onafhankelijk zouden zijn van de frequentie, zou dat niet nodig zijn.

--
Nogmaals voor @TS: op die paar meter, bij zulke hoge frequenties, is dit hele verhaal onbelangrijk.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Hela, achter dat "dement" stond wel een (klein) smileytje hé.:-)

Nu is je uitleg tenminste volledig . Je eerdere post kon verkeerd begrepen worden.

Aan de andere kant is het wel zo dat de karakteristieke impedantie van de coaxkabel op de allerlaagste frequenties (audio enzo) niet meer hetzelfde is als voor hf.

Bij lage frequentie is daarentegen de invloed van de transmissielijn op de impedantie zo gering dat ze eigenlijk niet meer meetelt.
Jouw bewering gaat enkel op voor zeer lange lijnen die lang zijn in verhouding tot de golflengte. Idd, zul je dat soort problematieken enkel tegenkomen bij telecomsystemen waar audiofrequenties over vele kilometers verstuurd worden. Bij relatief korte kabels zoals de meeste coax, zal de invloed van de transmissielijn op de impedantie die de bron ziet steeds meer afnemen met stijgende golflengte. Met andere woorden, bij een met 50 Ohm afgesloten coax van 100 m lengte zal de bron 50 Ohm zien, zowel bij audio als bij dc, gewoon omdat de invloed van de coax te verwaarlozen is en eigenlijk als impedantieloos moet gezien worden.
De golflengte van 1 kHz is namelijk 300 km!!! Dus als men spreekt van "lang tov de golflengte" wat moet je dan voorstellen? Van hier tot in Moskou?

Ik ben een notoire onzinverkoper, want wat ik beweer past vaak niet in ieders kraam.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Een paar kilometer, geen honderden. En bij nog kortere afstanden is het 'merkbaar'.
En in het begin van de thread wisten we immers niet over hoever @TS zijn signalen wilde overbrengen, of om welke frequenties het ging.

De telegraaf- en telefoonlijntechniek is veel uitgebreider en dus interessanter dan de simpele theorie van een coax of twinlead op HF. Dat laaste geval kun je zien als een speciale vereenvoudiging van de algemene formules.

Die 'lijnvervorming' (men bedoelde: frequentie-afhankelijke verzwakking) was in de begintijd van de telefonie (1800-zoveel) een aardig groot probleem. Omdat de R van de koperdraad niet gemakkelijk verminderd kon worden, heeft men toen besloten de L dan maar te vermeerderen. Dat was de uitvinding van de Pupin-spoel, hoewel men nu twijfelt of het wel echt Pupin is die die eer toekomt.
Om de paar km werd een spoel toegevoegd in serie met elk 'circuit'. Zo hield men de demping constant tot wel 3 of 4 kHz, zodat de hele spraakband er goed verstaanbaar door kwam.

Heel grappig is dat de invoering nogal vertraagd werd doordat niet alle 'geleerden' het erover eens waren dat de impedantie van de lijnen werkelijk frequentie-afhankelijk was. Het idee dat door het toevoegen van een spoel de spraak béter doorgegeven zou worden, leek sommigen heel vreemd. Maar uiteindelijk werd overal 'gepupiniseerd', of soms op een andere manier de zelfinductie vergroot (denk aan omwikkelen met 'magneetband').

Natuurlijk werd bóven de 3 kHz de verzwakking juist heel groot door die Pupin-spoelen. Men had als het ware de capaciteit van de lijnen opgenomen in een laagdoorlaatfilter, met de kantelfrequentie berekend op de bovenkant van het benodigde frequentiegebied.

Met de invoering van nieuwere gebruiksmogelijkheden van het telefoonnet (te beginnen met frequentiemultiplexing, en zo door tot DSL aan toe) kon dat natuurlijk niet zo blijven, en zijn alle spoelen weer verwijderd. Egalisatie kon immers nu ook in de verdelers gedaan worden, omdat intussen de elektronica uitgevonden was.

Van de duizenden overgebleven Pupin-spoelen zijn er nog steeds in de dump verkrijgbaar. Het zijn ringkernspoelen met waarden van 2x88 of 2x22 mH. Veel amateurs kennen ze wel.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Wachteffe. Ik denk dat ik het begin te begrijpen. Het inzicht wat bij mij het lampje deed branden was:

Sluit een lang stuk coax op DC aan, en ik meet aan de ingang geen 50 ohm maar 50 ohm + <de DC weerstand van de draad>. Dus ergens zit er een overgang naar "ongeveer 50 ohm onafhankelijk van de frequntie". Duh!

[Bericht gewijzigd door rew op 26 juli 2016 18:03:47 (16%)]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Frederick E. Terman

Honourable Member

Ja, ja! Dat is inderdaad ook een van de dingen waaraan je het merkt.

Onze langste lijnen (van getwiste aderparen) meten wel een paar honderd ohm 'ohms' (dus op DC), maar op hogere frequenties zijn ze toch gewoon ergens tussen de 120 en 140 ohm (maar hebben dus wel demping naar de andere kant).
Wel degelijk dat je daar dus een verschil ziet als je de frequentie weer laat zakken.

e: Voorbeeld (geen echte meting):

120 ohm-lijn, afgesloten met 120 ohm, 4km lang. Boven: ingangsimpedantie; onder: transmissie (= −demping in dB)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org