www.mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Signallaufzeit in Cat 5e


Autor: Dominik Friedrichs (forlix) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich hab hier ein Cat 5e STP Verlegekabel (Rolle), ca. 70-90 Meter (keine 
Ahnung wieviel genau) und hab damit mal aus Interesse ein paar Messungen 
gemacht (Reflektion, Laufzeit). Reflektionen kann man bei entsprechenden 
Vorraussetzungen sehr schön sehen, das ist soweit klar, mir geht hier um 
die Laufzeit, die ich auf verschiedene Arten gemessen habe:

1) Eines der verdrillten Adernpaare genommen, davon einen Leiter Ground, 
auf dem anderen ein Rechtecksignal vom Pulsgenerator, 100 Ohm 
Quell/Abschlussimpedanz. Alle anderen Adern und auch Shield nirgends 
verbunden (floating). Dann Eingangs- und Ausgangssignal auf nem Scope 
dargestellt. Ich sehe eine Laufzeit von ziemlich genau 400ns.

2) Irgendeine der Adern, ein Adernpaar zusammengeschlossen, oder sogar 
alle 4 Adernpaare auf beiden enden zusammengeschlossen, dort das Signal 
durch, und Shield auf Ground. Impedanz hier mal vernachlässigt da 
unbekannt und 50 Ohm gewählt. Ich sehe eine Laufzeit von 368ns. Ändern 
der Quell/Abschlussimpedanz oder Adernzahl die das Signal leiten hat 
keinen Einfluss auf die Laufzeit.

3) 2 verdrillte Adernpaare genommen, von jedem eine Ader benutzt, die 
eine Ground, die andere Signal, Rest floating. Laufzeit 368ns, 
vielleicht einen Tick weniger.

Nun wunder ich mich woher dieser Unterschied kommt - in allen Fällen 
geht das Signal durch einen verdrillten Leiter, also eine längere 
Strecke als die eigentliche Kabellänge (hab mal ein Stück entdrillt, das 
Längenverhältnis ist etwa 1.02 Leiterlänge bei 1 verdrillte Länge), nur 
der Ground ist unterschiedlich, entweder verdrillt mit dem Signal oder 
als Abschirmung aussen rum. Aber durch den Ground fließt ja kein Signal, 
also kann es doch das eigentlich nicht sein?!

Ebensowenig kann es dann ja auch sein, das dies durch die schnellere 
Signalgeschwindigkeit (ca. 0.75c) in der Aluminiumfolie der Abschirmung 
verursacht wird?!

Ich hab mich mal durch diesen Thread gewühlt
Beitrag "Leitungslänge messen"

Dort wird die Formel

l = c0 * t / (2 * Wurzel( Er))

wobei c0 ca. = 2/3 c

genannt. "Er" ist mir unbekannt und ich konnte auch keinen Wert für Cat 
5 finden, wenn ich das weglasse und einfach nur annehme l = 2/3 c * t, 
komme ich bei 1) auf ca. 80m, bei 2) und 3) auf ca. 74m Länge. Ich nehme 
mal an das 74m eher die richtige Länge sein wird, da es ja der 
kürzeste/schnellste Weg ist (kapazitive Kopplung des Signals auf der 
Trommel kann ich ausschließen).
Wenn ich jetzt die obige Formel umstell nach t

t = (2 wurzel(Er) l)/c0

Und davon ausgehe das l und c0 konstant sind bei beiden Messungen, dann 
würde das ja heißen das bei 1) (längerer Laufzeit, beide Adern 
verdrillt) "Er" größer ist als bei den anderen Messungen. Kann das 
vielleicht sein?

"Er" sollte bei 2) und 3) dann auf jeden Fall kleiner als 0.5 sein, da 
das Kabel eigentlich nicht viel kürzer sein sollte, ich kann mich 
jedenfalls nicht entsinnen mehr als 15m von der (ursprünglich 100m) 
Rolle abgeschnitten zu haben ;)


Gruß
Dominik

Autor: Dominik Friedrichs (forlix) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
"Kleiner" Nachtrag:

Ich hab eben ein kürzeres Stück nachgemessen, 7.75 meter, das liefert 
34.8ns Laufzeit mit obiger Methode 2), damit komme ich auf

c0/c = ((7.75 meter) / (34.8 ns)) / c = 0.743

Wenn ich dann noch einrechne das die Verdrillung eine Verlängerung von 
1.02 bewirkt:

c0/c = ((7.75meter*1.02) / 34.8ns)/c = 0.758

(Ich hab beim entdrillen das Kabel ziemlich stramm gezogen, dabei ist es 
möglicherweise in die Länge gezogen worden und der Faktor 1.02 wohl 
etwas zu hoch...)

Aber das wundert mich schon, wo doch eher 0.65 für Kupfer bekannt ist 
und 0.75 schon für Alu gilt. Nun hab ich mal ein wenig gesucht und 
prompt ein paar Datenblätter von Cat5e Kabeln gefunden, die 
Ausbreitungsgeschwindigkeiten variieren und es gibt tatsächlich welche 
mit 0.75c mit normalen Kupferadern, in der Tat hat sogar die Mehrzahl 
0.75:

0.75c http://www.drakact.com/files/toughcat_d.pdf
0.75c http://www.bks.ch/nl200.pdf
0.739c 
http://www.ampnetconnect.cz/documents/pdf/ds_cat_5...
0.67c http://www.highpatch.net/downloads/DrakaF-UTPCat5e...

Man hat also quasi die freie Wahl...
Dies beweist malwieder: ohne Kalibration geht nix.

Aber Moment, die Datenblatt-Delay-Angaben beziehen sich sicherlich auf 
ein Differenzsignal über ein verdrilltes Paar. Wenn ich da mit dem 
Faktor 370ns/400ns = 0.925 das von mir errechnete c0/c umrechne:

c0/c = 0.758 * 0.925 = 0.701

ist dann also die Laufzeit im verdrillten Paar.

Wenn man jetzt andersrum denkt und so ein echtes 0.75'er Kabel nach 
obiger Methode 2) speisen würde, bekäme man ja theoretisch 0.81c .....

Oder mach ich hier irgendwo nen Denkfehler? Wenn noch jemand aufklären 
könnte warum das beim Verdrillten langsamer läuft wäre Klasse. 
Vielleicht eine induktive oder kapazitive Wirkung?

Autor: rene (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja. die Signallaufzeit ist eine Funktion des Induktivitaets- und des 
Kapazitaetsbelages pro Meter. Der Induktivitaetsbelag ist die 
Induktivitaet pro Laenge, da spielt auch der Drahtdurchmesser rein. Fuer 
Radius Null geht die Induktivitaet geben Unendlich. Der Kapazitaetbelag 
ist die Kapazitaet pro Laenge, da spielt das Dielektrikum, sowie die 
Feldverteilung rein. Das Er, epsilon relativ, ist immer groesser gleich 
Eins. Teflon ist vielleicht Zwei. Ein chlorierter Kunststoff ist hoeher.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich habe mal gelernt, dass die Signalgeschwindigkeit

v = c0 / Wurzel ( µ(r)*ε(r) )

ist.

Hier ist µ(r)= 1, also liegts nur am Dielektrikum (?).

Es hängt also nicht vom Leiterwerkstoff Al / Cu ab.

Für das resultierende ε(r) ist der resultierende Wert
der gesamten Isolationsstrecke massgebend ( => Lufteinschlüsse,
andere Isoliermaterialien soweit sie von der elektrischen
Feldstärke E durchsetzt werden spielen mit hinein).

Dann verhält es sich für mich so:

1) 2 verdrillte Leiter, einer für "hin", einer für "rück":
   => Das Signal läuft den kompletten Weg, inkl. Windungen

2) Irgendein Leiter gegen Schirm:
   => Das Signal läuft nur die Ausdehnungslänge des Kabels entlang,
      nicht den weiteren "Verdrillungsweg"; die Verdrillung bewirkt
      nur mehr Induktivitäts- bzw. Kapazitätsbelag, jedoch keine 
grössere
      Signallaufzeit.


Gerne lerne ich dazu !

Autor: Dominik Friedrichs (forlix) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@rene
Gut also ich glaub die Formel

l = c0 * t / (2 * Wurzel( Er))

Ist erstmal nur für Koaxkabel, denn wenn ich versuche da meine Werte 
(Länge 7.75m und Laufzeit 34.8ns) einzusetzen dann erhalte ich ein c0 
das größer ist als c solange Er größer als 0.45 ist...

@Hase
einen für hin und rück stimmt ja nicht so ganz, da ja der eine auf 
Ground ist und beide Enden am Scope auch noch auf Ground zusammenlaufen.

Aber wenn sich das Signal so relativ zur GND-Leitung bewegt, kann es 
tatsächlich sein das es im Fall 1) da auch die Verdrillung entlangläuft, 
und im Fall 2) dann obwohl die Leiter in der Abschirmung verdrillt sind 
oder sonstwie nicht geradeaus mit dem Schirm laufen, sich doch das Feld 
gegen den Schirm aufbaut und das Signal durch die Verdrillung nicht 
länger braucht, man muss also das Kabel als ganzes betrachten und nicht 
den Leiter der im Schirm läuft.
Ich könnte mir auch vorstellen, das durch die Umhüllung des Schirms, die 
Position des Leiters darin ziemlich egal ist, da ja z.B. die Kapazität 
relativ gleich bleibt, wenn er sich z.B. von der Mitte entfernt, 
entfernt er sich zwar von der einen Wand, kommt aber der anderen umso 
näher.

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sind die einzelnen paare nicht unterschiedlich verdrillt? Schlagzahl ist 
da das Stichwort. Damit will man übersprechen verhindern.

Autor: rene (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die formel,
v = c0 / Wurzel ( µ(r)*ε(r) )
ist fuer eine TEM welle im Medium. Wie ich schon sagte, resp. nicht 
sagte. stellen diese beiden Zahlen empirische Werte fuer die Felder dar, 
die fuer die Ausbreitung aufgebaut werden muessen. Da sind die 
Feldgeometrien drin. Ob das Feld nun auf Twistedpair, oder Leiter gegen 
Schirm laeuft sind Unterschiede, die womoeglich wesentlich sind.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo, @ Dominik Friedrichs,

ist mir ja reichlich spät aufgefallen:

Masse von Ein- und Ausgangssignal waren wohl über Oszilloskop-Masse
verbunden (?).
Ich nehme fast an, dass hier der "Hase im Pfeffer" liegt:

Das Signal pflanzt sich beim Koaxkabel genauso wie bei einem 
symmetrischen
Kabel über beide Leiter fort, also ist "Vorne-Masse" ≠ "Hinten-Masse".

=> Führe ich beide Massen zusammen, habe ich völlig andere ( für mich 
auf den ersten Blick unübersichtliche ) Verhältnisse.

Man könnte die Messungen ja mal mit Auftrennung von Anfangs- und 
Endmassen durchführen.

Viele Grüsse

Autor: Dominik Friedrichs (forlix) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hm das wäre mir neu.
Koaxkabel heißen doch nicht umsonst asymetrisch... symmetrisch sind 
diese 240 Ohm Antennenleitungen bei alten Fernsehern etc.

Ich hatte den Ground auch mal abgenommen am ende, aber das Signal sah 
danach sehr unglücklich aus, da ja dann die Masse nur übers Scope geht 
und das Signal ganz alleine (heul) durchs Kabel muss. Wenn du jetzt 
meinst Anfangs- und Endmasse richtig potentialmässig zu trennen, wird 
das schwierig da ich nur ein Scope hab. Ich sehe da echt keinen Sinn, 
vor allem da das Kabel ja dann durch den Schirm beide Massen zumindest 
für DC wieder vereint.

Also meiner Meinung nach tut das nicht zur Sache, das Signal was ins 
Koax reingeht wie soll das nach draußen schauen ob da bei Masse 
vielleicht eine Abkürzung ist? Das kann nur durchs ganze Kabel laufen 
wie durch nen Tunnel.

Aber um es nochmal klar zu stellen ich hab kein Koaxkabel genommen 
sondern ein Cat5e, dises aber assymetrisch gespeist. Also Innenleiter vs 
Ground wie beim Koax oder eben die Verdrillten, aber auch die nicht 
symmetrisch.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo, @ Dominik Friedrichs,

natürlich sind Koaxkabel asymmetrisch in Bezug auf Erde,
nur pflanzt sich das an einem Ende eingespeiste Signal mit
c0 * Verkürzungsfaktor genauso fort, wie beim symmetrischen Kabel.
Damit habe ich aber (i.d.R.) unterschiedliche Phase an Anfang und Ende 
des Kabels.

Oder anders:
Angenommen, ich schicke einen Dirac-Impuls ( Einheitsimpuls mit 
"unendlich" kurzer Dauer ) in irgendein Kabel, Signalmasse
nur am Anfang mit "Kabelmasse" verbunden, dann läuft dieser Impuls nur 
"hin" ( mit c0*Verkürzungsfaktor ).

Was passiert, wenn die Kabelmassen Anfang-Ende verbunden sind,
ist mir unklar, aber bestimmt doch etwas anderes ?

Als bekanntes Beispiel fällt mir übrigens auch die 
Mantelstromproblematik
bei UHF-Selbstbauantennen ( aktuell für DVB-T ) ein, wo auch genau, je 
nach Frequenz, angegeben wird, wie weit die Abschirmung umgeschlagen 
werden soll.
Wäre an jeder Stelle Abschirmung = 0 , wär's doch egal. ---

Oder mache ich da irgendwo einen Denkfehler ?

Viele Grüsse

Autor: Dominik Friedrichs (forlix) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Irgendwie versteh ich nicht ganz. Mantelstrom hat doch ganz andere 
Ursachen (z.B. Schutzisolierte Geräte stehen auf Potenzial)

Und unterschiedliche Phase hat man ja logisch wegen der Laufzeit?! Aber 
der Schirm liegt doch auf Gnd bzw sollte es idealerweise sein...
Was meinst du mit Signalmasse und Kabelmasse?
Reden wir jetzt von Koaxkabel oder meinst du den Fall wo ich in ein 
verdrilltes Paar einmal Ground und Signal gab und dann wahlweise den 
Schirm zusätzlich geerdet hab?

Ich habs gerad nochmal ausprobiert z.B. Koax mit offenem Ende aber das 
Gnd am Ende mit dem Gnd am Anfang verbunden, macht überhaupt keinen 
Unterschied.
Aber Gnd nur am Anfang und dann Signal mit 50ohm im Scope terminiert, 
ohne auch das Ende an Gnd (auch am Scope) zu legen, gibt ne komische 
Kondensator-Auflade-Kurve am Ende, und am Anfang eine sich nach der 
Aufladekurve abschwächende Reflektion...

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Signalmasse = Masse des Generators, Kabelmsse = Masse des Kabels, also
beim Koax-Kabel der Schirm, beim Paralleldrahtkabel einer der beiden 
Drähte ( dann ist natürlich die Symmetrie bzgl. Erde im Eimer )

"Aber Gnd nur am Anfang und dann Signal mit 50ohm im Scope terminiert,
ohne auch das Ende an Gnd (auch am Scope) zu legen, gibt ne komische
Kondensator-Auflade-Kurve am Ende, und am Anfang eine sich nach der
Aufladekurve abschwächende Reflektion..."

=> Wenn jeder "Masse"-Punkt ein solcher wäre, wär's ja egal ...

Gruss

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.