3 Attachment(s)
Hors d'oeuvres, part 3: Χαρακτηριστική αντίσταση και Time Delay Reflectometry
Ένα από τα χαρακτηριστικά ενός καλωδίου μεταφοράς σήματος που μας ενδιαφέρει είναι η χαρακτηριστική του αντίσταση. Η χαρακτηριστική αντίσταση δεν σχετίζεται με την ωμική αντίσταση που το καλώδιο εμφανίζει σε σειρά αλλά με την κατανεμημένη αντίσταση την οποία παρουσιάζει συνολικά. Σε γενικές γραμμές είναι ανεξάρτητη του μήκους του και εξαρτάται από το υλικό και την δομή του. Η αντίσταση μιας γραμμής μεταφοράς καθορίζει τις αντιστάσεις εξόδου και εισόδου του πομπού και του δέκτη αντιστοίχως, οι οποίοι μετέχουν στην γραμμή. Για σήματα υψηλών συχνοτήτων αν οι αντιστάσεις αυτές δεν συμπίπτουν, εμφανίζονται ανακλάσεις οι οποίες οδεύουν στην γραμμή μεταφοράς παραμορφώνοντας το σήμα. Η χαρακτηριστική αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια αν γνωρίζουμε τις κατασκευαστικές παραμέτρους του αγωγού (διάμετρο αγωγού, διάμετρο μανδύα γείωσης και διηλεκτρική σταθερά του μονωτικού υλικού) αλλά φυσικά αυτά δεν είναι διαθέσιμα σε μια δοκιμή. Υπάρχουν, όμως, δύο έμμεσες μέθοδοι υπολογισμού που βασίζονται σε μετρήσιμα μεγέθη και απλές μαθηματικές σχέσεις. Η πρώτη περιλαμβάνει την αυτεπαγωγή και την χωρητικότητα του καλωδίου και η δεύτερη μια μεθοδολογία η οποία είναι γνωστή ως TDR (Time Delay Reflectometry) και βασίζεται στην χρονική καθυστέρηση με την οποία επιστρέφει στην αρχή του καλωδίου η ανάκλαση που γίνεται στο τέλος του, όταν αυτό δεν είναι τερματισμένο. Για να προσδιοριστεί ο χρόνος ανάκλασης απαιτείται ένα σήμα παλμών (συνήθως από μια γεννήτρια τετραγωνικού σήματος με μεταβλητό duty cycle) και ένας παλμογράφος. Το σήμα που παράγεται είναι κάπως έτσι:
Attachment 587
Με ένα καλώδιο συνδεδεμένο στην έξοδο της γεννήτριας και τον παλμογράφο στην είσοδο του καλωδίου αυτού, αν το άλλο άκρο δεν είναι τερματισμένο, είμαστε σε θέση να δούμε την ανάκλαση κάπως έτσι:
Attachment 586
Το συγκεκριμένο καλώδιο είναι RG58 και με μήκoς 1.8μ και η παραπάνω εικόνα αναδεικνύει ένα πρόβλημα: Η συγκεκριμένη μεθοδολογία είναι σχεδιασμένη με βάση τις ανάγκες των τηλεπικοινωνιών όπου οι συχνότητες είναι πολύ υψηλές (και τα αντίστοιχα όργανα έχουν ανάλογες επιδόσεις) και τα μήκη των καλωδίων πολύ μεγάλα (από δεκάδες μέχρι χιλιάδες μέτρα). Mε συχνότητα 10MHz, duty cycle 10% και μήκος αγωγού κάτω από τα 2μ, η ανάκλαση επιστρέφει πριν τελειώσει ο αρχικός παλμός. Στο συγκεκριμένο καλώδιο αυτό είναι εμφανές και μετρήσιμο αλλά ως μέθοδος δεν είναι επαρκής. Η δοκιμή θα έχει καλώδια με μήκος μικρότερο του μέτρου. Μια ενδιαφέρουσα λύση στο πρόγραμμα είναι να κατασκευάσουμε μια γραμμή μεταφοράς "βάσης" με αρκετό μήκος (πάνω από 4μ) στο τέλος της οποίας προσαρτούμε το υπό μέτρηση καλώδιο. Η ανάκλαση, τώρα, φαίνεται κάπως έτσι:
Attachment 585
Η αρχική εκπομπή διαχωρίζεται σαφώς από την ανάκλαση και αυτό που μας ενδιαφέρει πλέον δεν είναι ο χρόνος μεταξύ των δύο, αλλά η διαφορά χρόνου που μετράμε με και χωρίς το υπο δοκιμήν καλώδιο προσαρτημένο στο τέλος της. Για παράδειγμα, με καλώδιο RG59, αν ο χρόνος επιστροφής της ανάκλασης είναι 48.2nS χωρίς το καλώδιο και 64.4nS με το καλώδιο, ο χρόνος που αντιστοιχεί στο τελευταίο είναι 16.2nS, τιμή η οποία ισοδυναμεί με χαρακτηριστική αντίσταση 73.1Ω, τιμή η οποία βρίσκεται πολύ κοντά στα 73.9Ω που υπολογίζονται με βάση την χωρητικότητα και την αυτεπαγωγή του καλωδίου.