Meerdere signalen op 1 geleider dankzij SkinEffect

Hoi,

Dit maal geen schreeuw om hulp bij een of ander project, maar een gedachtegang die door mijn hersenen schoot, en niet weet of deze gedachte juist of onjuist was.

Het skineffect is natuurlijk dat wanneer de frequentie van een signaal toeneemt, deze minder ver doordringt (doordringdiepte) in zijn geleider. Bij enkele gigahertzen begint het er haast op te lijken of het signaal aan de oppervlakte van de geleider zweeft.

Is het door het gebruik te maken van het skin effect niet mogelijk om verschillende signalen (eventueel met modulatie) op 1 geleider te verzenden. Deze verschillende signalen moeten natuurlijk allemaal een verschillende frequentie hebben. Een voorbeeld:

signaal 1 = 50GHz
signaal 2 + 10GHz

Signaal 1 verblijft op de oppervlakte van de geleider
signaal 2 verblijft meer naar de kern van de geleider

Kan iemand mijn stelling ontkrachten? Waarom het niet mogelijk is? Of misschien wel mogelijk maar niet praktisch.

Je kan al meerdere signalen op één geleider zetten, en daar heb je geen skineffect voor nodig, maar modulatoren en demodulatoren.
Denk maar aan je kabel TV en radio. Al die stations komen door één draadje.

Ik neem op kleine schaal reparaties van buizen-elektronica aan voor een heel aardig uurtarief. Interesse? Mail me!
Hubie

Special Member

Voor meer dan 1 signaal heb je het skin effect niet nodig dat kan ook laagfrequent over 1 stukje draad.
Maar wel een goede vraag idd.

Ik weet inderdaad dat het al mogelijk is meerdere signalen over 1 geleider te verzenden. Maar het is niet mijn vraag of het skin effect de enige manier is.

Mijn vraag is:

Is het mogelijk om meerdere signalen met verschillende frequentie over een geleider te verzenden door gebruik te maken van het skin effect?

zover ik het snap veranderd alleen de indringdiepte
het is niet alsof signaal 1 en 2 (hoe jij ze noemt) netjes allebei een eigen rijstrook pakken
signaal 2 komt net zo goed aan de oppervlakte.

om ze vervolgens weer uit elkaar te houden, kom je weer op moduleren / filters enz uit, waarbij de hele term skin effect niets mee te maken heeft, die gelden net zo goed voor laagfrequent,
het is niet alsof je midden in een geleider een mes kunt zetten om 2 signalen op die manier te splitsen zonder dat je er elektronica voor nodig zou hebben

evelo

Golden Member

Ben geen HF-expert maar skin-effect krijg je bij hoge frequenties en zal je bij hoge frequenties dan geen problemen krijgen met reflecties op het uiteinde van de geleider?

Dus je zal het uiteinde van de geleider moeten afsluiten/afmatchen om er nog iets uit te krijgen maar hoe ga je dat doen met twee verschillende frequenties?

Misschien is het wel mogelijk maar ik zou niet weten hoe dat moet.

Hoe ga je dan de verschillende signalen nog uit elkaar kunnen houden?

Ik ben ook zeer zeker geen HF expert...

Inderdaad, het signaal met de lagere frequentie zal ook aan de oppervlakte komen, maar het signaal met de hogere frequentie zal daar sterker aanwezig zijn, aangezien het meer geconcentreerd wordt op die plaats.

Echter, hoe zou je die signalen bij de ontvanger van de juiste plaats van de draad pakken? Zodra je die kabel gaat splitsen, zullen de signalen zich direct anders verdelen.

Hieruit volgt ook direct dat het helemaal niet nodig is om de draad over de gehele lengte dik genoeg te maken om verschil te maken; hij mag over het grootste deel van de lengte dusdanig dun zijn dat alle signalen min of meer door hetzelfde materiaal lopen, als het allerlaatste stukje naar de ontvanger maar dik genoeg is om de signalen uit elkaar te halen. Dat betekend dus dat het weinig anders is dan een rudimentair filter.

Als je een manier kan bedenken om het signaal van verschillende plaatsen te pakken zonder het effect te verstoren, zou het wellicht kunnen werken, maar de onderdrukking van de andere signalen zal niet geweldig zijn, en het is zeker niet de eenvoudigste methode om te filteren.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Hubie

Special Member

Volgens mij is een golfpijp HET voorbeeld van het optredende skineffect.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Golfpijp

Alles is qua afmetingen uitgerekend voor 1 smal frequentiegebied op een tiende mm.
Het lijkt mij sterk (maar niet onmogelijk) om daar 2 verschillende frequenties door te sturen behalve de harmonische dan of de frequentie gedeeld door 2,4,of 8 etc.

Op 25 november 2017 21:53:42 schreef evelo:
....maar skin-effect krijg je bij hoge frequenties

De frequentie hoeft helemaal niet zo hoog te zijn. Hoogspanningskabels in bovengrondse lijnen vertonen dit effect al. Die kabels zijn van aluminium, maar in de kern zit een staalkabel voor de mechanische sterkte. Staal heeft een veel hogere soortelijke weerstand dan aluminium, maar dat geeft niet want in de kern loopt nauwelijks stroom.

Overigens zal het uitsplitsen van de frequenties op het einde van de draad de grootste uitdaging vormen. Ik denk eigenlijk dat het onmogelijk is.

fatbeard

Honourable Member

Zelfs bij gelijkstroom treedt er een soort skin-effect (verdringing) op: gelijklopende stromen stoten elkaar af...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
mel

Golden Member

Misschien dat het mogelijk is.maar je zit dan ook nog met path-demping en looptijdverschillen.Dat is aanzienlijk op hoge frequenties.

u=ir betekent niet :U bent ingenieur..

voor het verzenden van 2 of meerdere signalen van verschillende frequentie`s zal je je gebruik moeten maken van duplexers of multiplexers .
B.V. ik heb hier een duplexer liggen van commet type CF-416 die de 2m en 70cm splitst .je kan hem ook gebruiken om 2 signalen de kabel in te sturen .
dus om 2 siganlen van verschillende freq. door 1 kabel te laten lopen heb je 2 duplexers nodig , 1 om de signalen samen te voegen naar 1 kabel en de ander om ze weer te splitten .
trouwens duplexers zijn niks anders dan highpass en lowpass filters in een kastje .

Op 26 november 2017 01:15:52 schreef fatbeard:
Zelfs bij gelijkstroom treedt er een soort skin-effect (verdringing) op: gelijklopende stromen stoten elkaar af...

Nee, die trekken elkaar juist aan.

Blue Sky

Cableguy

De frequentie hoeft inderdaad niet heel hoog te zijn, in de cai wereld is de dikste kabel, de c1,5 (wordt niet meer gebruikt) voorzien van een kern van aluminium met daaromheen koper. Dat is een mooi voorbeeld hoe het skin effect gebruikt wordt om kosten te besparen. Als je signalen van 10 tot 50 Ghz wilt versturen heb je golfpijp nodig en daar treedt bij mijn weten geen skin effect op.

Waar rook is, is stroom
evelo

Golden Member

De verbinding tussen HF-generator en een CO2-laserresonator is met (relatief) soepele koperbuis.

Beetje zoals koperbuis die gebruikt wordt om een gaskachel aan te sluiten, die kan je ook buigen.

Wel met wat extra isolatie en afscherming er rond ;) (HF 13,56MHz, gemiddeld 25kW)

maartenbakker

Golden Member

Op 25 november 2017 21:30:42 schreef Christiaan371:
Ik weet inderdaad dat het al mogelijk is meerdere signalen over 1 geleider te verzenden. Maar het is niet mijn vraag of het skin effect de enige manier is.

Dan is de belangrijkste vraag dus eigenlijk: als ik meerdere signalen door een geleider jaag, hoe kan ik zien of het skin-effect daaraan bijdraagt danwel dat het gewoon werkt omdat die geleider geleidt.

Ik denk dat een meting om dat vast te stellen nog best lastig zal zijn, dus dan zou je moeten berekenen of het theoretisch iets uit kan maken.

Ik zou het ergens in de hoek zoeken van hoeveel stroom er kan lopen of hoeveel intermodulatieporducten je overhoudt en of dat meer of minder is dan verwacht.

Gokje: het verschil is best wel subtiel. Het lijkt me een vraagstuk van Natlab-kaliber.

www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."
evdweele

Overleden

Op 25 november 2017 21:19:18 schreef Christiaan371:
Is het door het gebruik te maken van het skin effect niet mogelijk om verschillende signalen (eventueel met modulatie) op 1 geleider te verzenden. Deze verschillende signalen moeten natuurlijk allemaal een verschillende frequentie hebben. Een voorbeeld:

signaal 1 = 50GHz
signaal 2 + 10GHz

Als je verschillende frequenties (draaggolven) gebruikt heb je toch niets met het skineffect te maken?
Zo werkt de radio al 100 jaar. Zonder of met kabel (CAI / kabeltv).

Aan het eind hoef je alleen op die verschillende draaggolven af te stemmen.

Techniek is ervoor gemaakt om ons in de steek te laten. Het blijft een ongelijke strijd tussen de techniek en de technicus.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Weet iedereen eigenlijk wel wat de 'indringdiepte' is?
Dat is de diepte, die de stroomlaag ZOU bereiken ALS de stroomdichtheid constant zou zijn EN de effectieve weerstand even hoog zou zijn als in werkelijkheid het geval is.
Het komt erop neer dat ter hoogte van wat de 'indringdiepte' wordt genoemd, de stroomdichtheid e−1 maal zo groot is als die aan de oppervlakte.
Boven de 'indringdiepte' loopt meer stroom, eronder minder; maar er loopt dus overal stroom.

Of misschien wel mogelijk maar niet praktisch.

Wat je wilt, lijkt op het volgende:
Je hebt een bak water, en op het oppervlak gooi je een mengsel van verschillende kleurstoffen: rood, blauw, groen, geel...
De ene kleur verspreidt zich meer door het water dan de andere kleur.
En nu wil je, door op verschillende dieptes te 'peilen', de oorspronkelijke kleuren weer terugkrijgen.
Dat is natuurlijk onmogelijk; de kleuren blijven gemend, hooguit in iets andere verhoudingen.

Buiten dat; er zullen altijd kleuren, of frequenties, zijn die nergens de overhand hebben. Kijk naar dit voorbeeld van 4, 5 en 6 GHz, waarbij de totale stroom voor iedere frequentie hetzelfde is:

De verdeling is keurig exponentieel. Maar de 5 GHz-component is nergens de sterkste, dus hoe zou je die op willen pikken?

In koper is de indringdiepte voor 5 GHz trouwens iets minder dan een micrometer; voor 50 GHz iets minder dan 300 nanometer.
Op 50 Hz kom je op 9 millimeter. Misschien kun je daar iets mee. :)

--

Op 25 november 2017 22:00:49 schreef Hubie:
Volgens mij is een golfpijp HET voorbeeld van het optredende skineffect.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Golfpijp

Alles is qua afmetingen uitgerekend voor 1 smal frequentiegebied op een tiende mm.
Het lijkt mij sterk (maar niet onmogelijk) om daar 2 verschillende frequenties door te sturen behalve de harmonische dan of de frequentie gedeeld door 2,4,of 8 etc.

Uitgerekend golfpijp is een van de breedbandigste transmissietechnieken die we hebben. Hij kent alleen een onderste afsnijfrequentie. Als we geen last zouden hebben van hogere propagatiemodes, zouden we er willekeurig hoge frequenties door kunnen sturen. In de praktijk beperken we ons tot ca. 180% van de onderste frequentie. Dat is toch bijna een oktaaf.

In de normaal gebruikte golfpijpmode loopt er WEL stroom door de binnenkant van de wanden, en flink ook, dus ook daar speelt het huideffect. Golfpijpen worden daarom van goed geleidend metaal gemaakt, meestal gewoon koper.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Anoniem

Op 26 november 2017 01:15:52 fatbeard:
Zelfs bij gelijkstroom treedt er een soort skin-effect (verdringing) op: gelijklopende stromen stoten elkaar af...

Klein maar belangrijk redeneringsfoutje: Skineffect heeft niets te maken met de mechanische krachten die magnetische velden op elkaar uitoefenen.
Als je twee losse draden naast elkaar legt en daar een stroom doorheen jaagt, zullen de draden een aantrekkingskracht uitoefenen indien de stroomrichting gelijk is. Zonder veel theorie, kun je dit zien aan een spoel. Hier is de stroomrichting op elk punt van de winding gelijklopend met die van de naastliggende winding. Als je stroom door een losse spoel stuurt zul je zien dat de windingen samentrekken.
Twee generaties geleden waren de scholieren nog gefascineerd door de "dansende spoel" in de fysicales. Nu kan er net nog een verveelde zucht vanaf. ;-)

Redeneringsfout 2: Skineffect wordt niet veroorzaakt door het magnetische veld dat eigen is aan stroom maar door de voortdurende verandering in veldsterkte die eigen is aan wisselstroom. Een transfo werkt immers ook alleen op gelijkstroom in het aprilnummer van elektuur zaliger.;-)
Wanneer een wisselende stroom door een geleider vloeit,
wekt deze een circulair magnetisch wisselveld op rond en in de geleider. Een wisselend magnetisch veld in een geleider wekt dan op zijn beurt een spanning op die een circulaire stroom laat vloeien die loodrecht op het magnetisch veld staat. dit noemt men wervelstromen of eddy-currents. in het midden werken deze stromen de hoofdstroom tegen , aan het oppervlak werken ze mee.
Hierdoor wordt de stroom naar het oppervlak geduwd.
Omdat de opgewekte spanning die de wervelstroom veroorzaakt : U=dI/dt zal dit effect toenemen met de stroomsterkte en de frequentie.

Bij de grote stromen van elektriciteitsproducenten is dit al niet verwaarloosbaar bij 50Hz.

Bij de hogere frequenties van audio is dit ook al zeer
meetbaar.
Voor de muziekinstallatie thuis of in de wagen lijken speciale maatregelen onzinnig, omdat de afstanden tussen versterker en boxen kort zijn, en het effect gering terwijl de grootste stroom toch wel in het lage frequentiegebied zit. Maar voor concerten waar honderden meters kabel tussen zit is het zeker een aandachtspunt.

Anoniem

Op 25 november 2017 22:00:49 schreef Hubie:
Volgens mij is een golfpijp HET voorbeeld van het optredende skineffect.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Golfpijp

Alles is qua afmetingen uitgerekend voor 1 smal frequentiegebied op een tiende mm.
Het lijkt mij sterk (maar niet onmogelijk) om daar 2 verschillende frequenties door te sturen behalve de harmonische dan of de frequentie gedeeld door 2,4,of 8 etc.

De Nederlandstalige Wikipedia is niet bepaald dé referentie op elektrotechnisch vlak. Te beperkt, te populistisch en vaak met foutjes.

Golfpijpen zijn een studiegebied op zich. Soms moeilijk te verwoorden in een post. Het is niet zo dat een golfpijp nauwkeurig afgestemd is op één bepaalde frequentie. En zeker al niet op tienden mm.
Een rechthoekige golfpijp heeft afhankelijk van de afmetingen en frequentie meestal een bruikbare bandbreedte van een paar honderd MHz.

In tegenstelling met coax, is er een minimale, scherp begrensde waarde waaronder géén geleiding mogelijk is.
Die ondergrens is de golflengte waar de grootste afmeting van de opening gelijk is aan:lambda/2
Bij die frequentie is de voortplantingshoek 90° en staat de golf bij wijze van spreken op en neer te dansen.
De bovenste waarde wordt bepaald door de laagste trillingsmodus. Golven kunnen zich door reflectie in verschillende trillings-modi voortplanten.
Meestal wordt dit door een wiskundige matrix voorgesteld. Bjvoorbeeld TE01, TE10, enz Je zou het kunnen beschouwen als een interferentiepatroon waarbij de golf niet in één pakket door de pijp gaat maar in 2, 4...blokjes. De reflectie van de golf tegen de wand heeft met andere woorden niet één maar 2 of meer maxima naast en onder elkaar . heeft niet direct iets van doen met harmonischen van je signaal en ook niet met de koningin..;-)
Deze hogere modi zijn minder gunstig in verband met de verliezen.

Je moet dus met je signaal een beetje boven de cut-off frequentie blijven en ook iets onder de volgende trillingsmode.