Die Sache mit der Leitungstheorie

[Marten (Gast)]

Hallo zusammen,

mal ein paar generelle Fragen zum Thema HF und der Leitungstheorie - was 
das ungefähr bedeutet wissen ja sicher einige von euch. Dabei sagt die 
Theorie ja, dass man mit Leitungsstuecken jede Art von Impedanz 
nachbilden kann, je nach Leitung/Laenge etc. Ok...

So, was heisst das nun fuer Messungen mit Oszilloskopen und den BNC 
Anschlusskabeln? Das die wirklich nur fuer den unteren HF Bereich < 1GHZ 
als Beispiel verwendet werden duerfen? Der Tastkopf eliminiert dabei 
Leitungsinduktivitaeten?
Ja, hier wuerde ja eine x Meter lange leitung ab einem gewissen 
Frequenzbereich eine ImpedAnzwandlung verursachen, richtig?

Und wie muss ich mir nun die Theorie bei Spektrumanalysatoren 
vorstellen? Hier gehts in den GHZ Breich und da spielt die Leitung keine 
Rolle???

Wuerd das Thema Leitungstheorie in der Praxis gern mal richtig verstehen 
:-(

Freu mich auf rege Diskussionen :-)

Gruss,
Marten

[ralf (Gast)]

> Und wie muss ich mir nun die Theorie bei Spektrumanalysatoren
> vorstellen? Hier gehts in den GHZ Breich und da spielt die Leitung keine
> Rolle???

Die Spektrumanalysatoren haben einen Eingangswiderstand von 50Ohm, 
genauso wie der Wellenwiderstand des Kabels. Die Leitungslänge ist also 
egal. Die Dämpfung muss man natürlich je nach Messung berücksichtigen.


> So, was heisst das nun fuer Messungen mit Oszilloskopen und den BNC
> Anschlusskabeln? Das die wirklich nur fuer den unteren HF Bereich < 1GHZ
> als Beispiel verwendet werden duerfen? Der Tastkopf eliminiert dabei
> Leitungsinduktivitaeten?

Rechne es nach: Durch den Tastkopf fällt die Frequenzabhängigkeit weg.

[Marten (Gast)]

ralf schrieb:
> Die Spektrumanalysatoren haben einen Eingangswiderstand von 50Ohm,
> genauso wie der Wellenwiderstand des Kabels. Die Leitungslänge ist also
> egal. Die Dämpfung muss man natürlich je nach Messung berücksichtigen.

Ja die Leitungen haben einen Wellenwiderstand von 50 Ohm, und wenn man 
in die Lehrbücher reinsieht, dann sind dort in der LEitungstheorie z.b. 
auch Koaxkabel angegeben. Und das Epsilon-r des Materials in der LEitung 
ist ja wieder Frequenzabhängig. Wie bekommen die Hersteller es also nun 
hin dass hier der Wellenwiderstand exakt gleich bleibt? Dämpfung ok, seh 
ich ein :-)

Wegen der Leitungstheorie, ich red hier teils recht allgemein und 
allumfassend, aber ich les mir das Zeugs durch und denk mir dann..."ja 
ok, aber wie wo brauch ich das"? Warum die Sonderfälle mit Kurzschluss 
und offene LEitung, Lambda/4, Lambda/2 etc.? Wichtig um dann im HF- 
Bereich statt mit diskreten Bauteilen (R, C, L) dann mit Leitungsstücken 
zu arbeiten um z.B. eine Induktivität, Kapazität nachzubilden? Und ich 
bin eben kein Entwickler im HF-Bereich, komme aber aus dem Bereich der 
Messtechnik. Aber die Theorie und Praxis war bisher irgenwie nicht so 
ganz in Verbindung zu bringen.

Ich denk jetzt gerade an sämtlichste Leitungen und Drähte die mir in den 
Sinn kommen :-) Auch der Skineffekt z.B. - ja er sagt mir was, 
Stromverdrängung richtung Außenbereich bei Leitern. Das ist der Grund 
warum man im höherfrequenten Berich Litzen verwendet, da hier der Strom 
auf mehrere dünne Drähte aufgeteilt wird und so der 
Stromverdrängungseffekt minimiert wird. Gut, aber ab einer gewissen 
Frequenz wird dann selbst bei kleinen Bonddrähten ja der Skineffekt 
heftig (Mikrometerbereich?)...und was ist dann? ICh hab gelesen, dass 
hier nicht mehr die Leitung und deren Größe eine Rolle spielt, sondern 
nur noch die Oberflächenbeschaffenheit des "LEiters". Spielt dann die 
Größe der Oberfläche noch eine Rolle? Oder jede höher veredelter, desto 
besser? (Cu, Ag, Au)

Ich könnte gerade dermaßen viel bohren bei dem Thema :-o Aber jetzt erst 
einmal genug...


Gruß,
Marten

[ralf (Gast)]

> Und das Epsilon-r des Materials in der LEitung
> ist ja wieder Frequenzabhängig.

So genau solltest du das vielleicht nicht sehen. Das spielt nur in 
wenigen Fällen eine praktische Rolle. Irgendwo ist immer eine Grenze. 
Das entscheidende ist, wie das in Relation zur Genauigkeit des 
Messgerätes und der Wackeligkeit der Steckverbindungen aussieht. BNC ist 
da z.B. absolut ungeeignet, auch bei Frequenzen weit unter 1GHz.
Strenggenommen müsstest du ja auch noch Luftdruck (drückt aufs 
Dielektrikum) Luftfeuchtigkeit und noch andere Größen berücksichtigen.

> Warum die Sonderfälle mit Kurzschluss
> und offene LEitung, Lambda/4, Lambda/2 etc.? Wichtig um dann im HF-
> Bereich statt mit diskreten Bauteilen (R, C, L) dann mit Leitungsstücken
> zu arbeiten um z.B. eine Induktivität, Kapazität nachzubilden?

Im Mikrowellenbereich ist das nicht unüblich (Filter, 
Wellenwiderstandsanpassungen, Transformationen), weil es da schwer 
verlustarme diskrete Bauelemente gibt und man muss auch je nach Fall den 
Anschlussdraht eines Bauelements berücksichtigen. Es gibt also gewollte 
und ungewollte Induktivitäten und Kapazitäten.

[ralf (Gast)]

> Das ist der Grund
> warum man im höherfrequenten Berich Litzen verwendet, da hier der Strom
> auf mehrere dünne Drähte aufgeteilt wird und so der
> Stromverdrängungseffekt minimiert wird.

Das mit den Litzen geht auch nur bis zu einem gewissen Frequenzbereich 
wegen Kapazitäten zwischen den Litzen-Drahten und anderen unerwünschten 
Effekten. Irgendwann landet man dann bei versilbertem Draht mit großem 
Durchmesser, Koaxialkabel mit Luftdielektrikum und bei innen 
versilberten Hohlleitern. Bei noch höheren Frequenzen dann 
Glasfaserkabel.

[ralf (Gast)]

> Irgendwann landet man dann bei versilbertem Draht mit großem
> Durchmesser, Koaxialkabel mit Luftdielektrikum

Dabei muss man berücksichtigen, dass die Leitungstheorie nur gilt, 
solange die Wellenlänge sehr viel größer ist, als die Dicke des Kabels. 
Koaxialkabel mit Luftdielektrikum und Wellenwiderstand von 50Ohm 
scheiden dann für Mikrowellen wieder aus.

[Marten (Gast)]

ralf schrieb:
> So genau solltest du das vielleicht nicht sehen. Das spielt nur in
> wenigen Fällen eine praktische Rolle. Irgendwo ist immer eine Grenze.
> Das entscheidende ist, wie das in Relation zur Genauigkeit des
> Messgerätes und der Wackeligkeit der Steckverbindungen aussieht. BNC ist
> da z.B. absolut ungeeignet, auch bei Frequenzen weit unter 1GHz.
> Strenggenommen müsstest du ja auch noch Luftdruck (drückt aufs
> Dielektrikum) Luftfeuchtigkeit und noch andere Größen berücksichtigen.

Na wenn ich da so an Messkabel denke für bis in den >20 GHz Bereich, das 
sind dann natürlich Kabel mit SMA-Steckverbinder etc.

ralf schrieb:
> Im Mikrowellenbereich ist das nicht unüblich (Filter,
> Wellenwiderstandsanpassungen, Transformationen), weil es da schwer
> verlustarme diskrete Bauelemente gibt und man muss auch je nach Fall den
> Anschlussdraht eines Bauelements berücksichtigen. Es gibt also gewollte
> und ungewollte Induktivitäten und Kapazitäten.

Ok...also gewollte und ungewollte parasitäre Effekte ausnutzen :-) Ich 
habe mir vorhin ansatzweise die Diskussion eines 50OHm Durchgangsstückes 
angesehen, da war die Frage nach den "Innereien" von dem Teil.

Es gibt ja für den HF-Berich bis, z.B. 6 GHz und mehr Dämpfungsglieder 
und Anpassungsnetzwerke (50/75ohm)...sind dann in den Teilen überhaupt 
keine diskreten Bauteile mehr drin und nur noch mit Microstrips die 
richtig geführt werden?

ralf schrieb:
> Das mit den Litzen geht auch nur bis zu einem gewissen Frequenzbereich
> wegen Kapazitäten zwischen den Litzen-Drahten und anderen unerwünschten
> Effekten. Irgendwann landet man dann bei versilbertem Draht mit großem
> Durchmesser, Koaxialkabel mit Luftdielektrikum und bei innen
> versilberten Hohlleitern. Bei noch höheren Frequenzen dann
> Glasfaserkabel.

Ok, ja das hab ich gelesen, dass dann zwischen den Litzen noch 
kapazitive Effekte stören und das Prinzip zu Nichte machen. Versilberter 
Draht mit großem Durchmesser? Also ein Medium dass veredelt ist und eine 
große OBerfläche hat...was ist dann mit einer Folie? Ich weiss zwar 
nicht ob der Skineffekt bei NICHTrunden LEitern verhält, aber eine Folie 
ist nicht dick und hat eine große OBerfläche.

Das mit dem Luftdielektrikum habe ich einmal in der Praxis erkannt, dort 
waren die SMA-Stecker/Buchsen dann nicht mehr mit dem weissen 
Dielektrikum gefüllt, sondern nur noch mit Luft.

Glasfaserkabel...lol...aus der Welt bin ich leider raus :-)

[Finsbury (Gast)]

>Marten schrieb:


>
> Lambda/4, Lambda/2 etc.?

Das ist sogar enorm wichtig,  ohne würde keine Antenne, keine 
Anpassschaltung und keine deiner Messtechnik im höheren Frequenzbereich 
mehr funktionieren ;) ab ca. 1 GHz kann man z.B. konzentrierte 
Richtkoppler weglegen, Filter werden vor allem durch parasitäre 
Eigenschaften geprägt als durch die Bauteilwerte. In MSL- und 
Hohlleitertechnik muss man zwar auch mal die Kirche im Dorf lassen, der 
Ansatz kommt aber doch noch aus der einfachen Leitungstheorie. Selbst 
Grundelemente der Antennentechnik lassen sich aus der Leitungstheorie 
recht simpel herleiten.

>
> Ich denk jetzt gerade an sämtlichste Leitungen und Drähte die mir in den
> Sinn kommen :-) Auch der Skineffekt z.B. - ja er sagt mir was,
> Stromverdrängung richtung Außenbereich bei Leitern

Den Skin-Effekt kann man ganz simpel auf einen ohmschen Leitungsverlust 
ummünzen. Bei steigender Stromdichte auf der Leitung erhöht sich deren 
Widerstand und Verlust. Bei Höchstfrequenzen wird tatsächlich die 
direkte Oberflächenbeschaffenheit wirksam, denn der Strom fließt nunmal 
in fast keiner Leitschichtdicke mehr. Das wird dann interessant, wenn 
z.B. Hohlraumresonatoren eine hohe Güte (also geringe Verluste) 
erreichen sollen.

[Galenus ein Reisender (Gast)]

Hallo Marten,
jedes Kabel ist anders. mal 50 mal 75 mal X Ohm, ein Tastkopf ist gut 
aber ein selbstgebauter Tastkopf mit Glasperlen ist genauer und er zeigt 
das was du misst und was du kennst. Ein technisches Manual und 
Datenblatt des verwendeten Spectrumanalyser ist auch wichtig. Jeder ist 
anders. Nicht nur das Kabel sondern auch die Qualität des BNC Stecker 
ist wichtig. Geh mal auf den Flohmarkt und suche nach Suhner. Praxis und 
Lötkolben gibt es bei den Funkamateuren 
http://www.darc.de/mitglieder/ortsverbaende/ Theorie auf der Uni FH. 
Betriebstechnische Erfahrung im Ghz Bereich z.B. Oberhalb von 100 gibt 
es hier http://ham.darc.de/ghztagung/programm.html Ein Blick ins 
Vortragsprogramm liegt hier und das Skript mit den Vorträgen bekommt man 
auf der Tagung pro Jahr. Die alten Skripte sind auch noch vorhanden. 
Liegen auf dem Tisch neben dem Aktuellen. Preise zwichen 5 und 8 Euro. 
Such mal in den alten Skripten hier die Liste. 
http://ham.darc.de/ghztagung/archiv/archiv_c.pdf war mal ein Beitrag. 
Messgeräte und Ghz Hilfe ist im Flur am Samstag zu haben. Was dort steht 
ist meistens selbstbau und wenn du einen Photoapparat mitnimmst kann man 
sich viele Ideen holen um die Spekturmanalysatoren zu modifizieren bzw. 
wie man solide Messungen machen kann.