DE949676C

DE949676C - Method for determining the internal impedance irregularities of cables

Info

Publication number: DE949676C
Application number: DES29024A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Heinrich Kaden
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-06-24
Filing date: 1952-06-24
Publication date: 1956-09-27

Description

Verfahren zdr Ermittlung der inneren hnpedanzungleidhmäßigkeiten von Kabeln Fabrikmäßig hergestellte Kabel unterscheiden sich von einem idealen Kabel dadurch, daß die Abmessungen nicht konstant sind, sondern von Ort zu Ort kleine Unterschiede aufweisen. Diese Unterschiede in der Größe der Dielektrizitätskonstante, in den geometrischen Abmessungen der Leiter und des Isolationsmaterials werden durch zufällIge Einflüsse, die während des Herstellungsverfahrens auftreten, hervorgerufen und sind daher auch regellos über die Kabellänge verteilt, so daß man in Wirklichkeit mit einem nicht ganz homogenen Kabel zu rechnen hat. Der Wellenwiderstand eines solchen Kabels ist also nicht konstant, sondern hat einen vom Ort x abhängigen ungleichmäßigen Verlauf entsprechend der Beziehung z (x) = ZO t S (x). Wenn Z (x) der Wellenwiderstand für jeden Punkt des Kabels, ZO der mittlere Wellenwiderstand des Kabels und S (x) die Schwankungsfunktion des örtlichen Wellenwiderstandes Z (x) im Kabel, d. h. die Abweichung des Wellenwiderstandes im Punkt x bedeutet. An jeder Stelle des Kabels ist daher eine kleine Reflexionsstelle vorhanden, an denen ein geringer Teil der vom Anfang zum Ende des Kabels laufenden primären Welle zum Anfang zurückfließt. Hier addieren sich die Wirkungen aller Reflexionsstellen entsprechend ihrer Phasen und rufen merkliche Schwankungen des Eingangswiderstandes des Kabels hervor. Außer diesem »Rückfluß« zum Kabelanfang besteht aber auch ein »Mitflußc< zum Kabelende, der von doppelten Reflexionen im Kabel herrührt und sich dem eigentlichen Nachrichtenfluß als Störung äberlagert. Die Größe der Wellenwiderstandsabweichungen gegenüber dem natürlichen Wellenwiderstand der ideal gleichmäßigen Leitung bildet ein Maß für die innere Gleichmäßigkeit des Kabels.Procedure to determine the internal impedance disorder of Cable Factory made cables are different from an ideal cable in that the dimensions are not constant, but small from place to place Show differences. These differences in the size of the dielectric constant, in the geometric dimensions of the conductor and the insulation material are through random influences that occur during the manufacturing process and are therefore also randomly distributed over the length of the cable, so that one in reality has to reckon with a not completely homogeneous cable. The wave resistance of a such a cable is therefore not constant, but has a non-uniform one that depends on the location x Course according to the relationship z (x) = ZO t S (x). If Z (x) is the wave resistance for each point of the cable, ZO is the mean wave impedance of the cable and S (x) the fluctuation function of the local wave impedance Z (x) in the cable, d. H. the Deviation of the wave resistance at point x means. At any point on the cable there is therefore a small reflection point at which a small part of the from the beginning to the end of the Cable's running primary wave to the beginning flows back. Here the effects of all reflection points add up accordingly their phases and cause noticeable fluctuations in the input resistance of the cable emerged. In addition to this "return flow" to the beginning of the cable, there is also a "co-flow" to the end of the cable, which results from double reflections in the cable, and which is the actual one Message flow superimposed as a fault. The size of the wave resistance deviations forms compared to the natural wave resistance of the ideally uniform line a measure of the internal evenness of the cable.

Es sind mehrere Verfahren zur Ermittlung der inneren Ungleichmäßigkeiten von Kabeln bekannt, die aber darauf hinauslaufen, das zu prüfende Kabel bei stationären Frequenzen zu messen, wobei relativ komplizierte Auswertungsmethoden erforderlich werden, um von den Meßdaten auf die inneren Schwankungen schließen zu können. There are several methods of finding the internal non-uniformities known of cables, but they come down to the cable to be tested in stationary To measure frequencies, whereby relatively complicated evaluation methods are required in order to be able to deduce the internal fluctuations from the measurement data.

Fernerhin sind Verfahren zur Messung und Bestimmung von Impedanzunregelmäßigkeiten auf Leitungen bekannt, die die inneren Ungleichmäßigkeiten durch nicht stationäre Vorgänge ermitteln. Es werden hierbei mittels eines Impulsgenerators Impulse erzeugt, die der zu prüfenden Leitung zugeführt werden. Die durch die Impedanzunregelmäßigkeiten der Leitung hervorgerufenen Reflexionsstellen bewirken eine diesen Reflexionsstellen affine Abbildung auf dem Schirm der Braunschen Röhre. Die affine Abbildung der Impedanzunregelmäßigkeiten ist derart, daß bei einer starken spezifischen Änderung der Impedanzunregelmäßigkeiten eine große Amplitude auf dem Schirm entsteht, während bei kleiner spezifischer Änderung der Impedanzunregelmäßigkeiten auch eine kleine Amplitude auf dem Schirm zur Darstellung kommt. Furthermore, there are methods for measuring and determining impedance irregularities known on lines that the internal irregularities due to non-stationary Determine operations. Here, pulses are generated by means of a pulse generator, which are fed to the line to be tested. The one caused by the impedance irregularities The reflection points caused by the line cause these reflection points affine mapping on the screen of the Braun tube. The affine mapping of the impedance irregularities is such that when there is a large specific change in the impedance irregularities a large amplitude arises on the screen, while with a small specific change the impedance irregularities also have a small amplitude on the screen for display comes.

Ebenso ist es bekannt, zur Bestimmung von Impedanzungleichmäßigkeiten eine von einem Impulsspannungen erzeugenden Generator gespeiste Brückenschaltung zu verwenden, in deren einem Zweig das zu prüfende Kabel liegt, während in einem Nullzweig die Sichtbarmachungseinrichtung angeordnet ist. It is also known to determine impedance irregularities a bridge circuit fed by a generator producing pulse voltages to use, in one branch of which the cable to be tested is located, while in one Zero branch the visualization device is arranged.

Die bekannten Anordnungen zur Bestimmung der Impedanzungieichmäßigkeften stellen die Änderungen der Impedanzungleichmäßigkeften und somit die erste Ableitung der Schwankungsfunktion dar. The known arrangements for determining the impedance are inadequate represent the changes in impedance non-uniformity and thus the first derivative the fluctuation function.

Demgegenüber gibt die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der inneren Impedanzungleichmäßigkeiten von Kabeln an, bei der eine von einem eine Rechteck- oder nach einer Sprungfunktion verlaufenden Spannung erzeugenden Generator gespeist Brückenschaltung Verwendung findet, in deren Nullzweig die mit einem bestimmten Widerstand behaftete Sichtbarmachungseinrichtung und in deren einem Zweig das zu prüfende, mit seinem Wellenwiderstand abgeschlossene Kabel liegt; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Verlauf der Spannung des Impulsgenerators nach einer Rechteckfunktion in den die Sichtbarmachungseinrichtung enthaltenden Nullzweig eii: induktiver Vorwiderstand und bei Verlauf der Spannung nach einer Sprungfunktion im Nullzweig kein Vorwiderstand angeordnet-ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gelangt in der Brückenanordnung ein Differentialübertrager zur Anwendung. In contrast, the invention provides a circuit arrangement for determining the internal impedance irregularities of cables, where one of a Rectangular or jump function voltage generating generator fed bridge circuit is used, in whose zero branch the with a certain Resistance-afflicted visualization device and in one branch that too testing cable, terminated with its characteristic impedance, is located; it is by it characterized in that with the course of the voltage of the pulse generator according to a square wave function in the zero branch eii containing the visualization device: inductive series resistor and if the voltage changes according to a step function in the zero branch, no series resistor is arranged. In a further embodiment of the invention comes into the bridge arrangement a differential transformer for use.

Die Erfindung wird an Hand dreier in den Fig. 3, 5 und 6 dargestellter Ausführungsbeispiele, für die ein Koaxialkabel Verwendung findet, noch näher erläutert. The invention is illustrated by means of three in FIGS. 3, 5 and 6 Embodiments for which a coaxial cable is used, explained in more detail.

Fig. I zeigt eine an sich bekannte, für das Verfahren gemäß der Erfindung zur Ermittlung der inneren Ungleichmäßigkeiten- von Kabeln abzuändernde, von dem die Spannung E liefernden Generator G gespeiste Brückenschaltung mit dem zu prüfenden und mit einem Abschlußwiderstand R versehenen Kabel K, dem Brückenwiderstand W und den ohmschen Brückenwiderständen rj und r2 ; in ihrem Nullzweig befindet sich eine mit dem Widerstand Ra behaftete und mit dem komplexen Vorwiderstand Rv, der in die beiden Widerstände 2 aufgespalten ist, versehene, die Spannung U vermittelnde Anzeigevorrichtung V. Fig. I shows a per se known for the method according to the invention to determine the internal irregularities of cables to be modified from the the voltage E supplying generator G-fed bridge circuit with the test and provided with a terminating resistor R cable K, the bridge resistor W and the ohmic bridge resistances rj and r2; there is one in its null branch with the resistance Ra and with the complex series resistance Rv, which is included in the two resistors 2 is split, provided, the voltage U conveying display device V.

Der von der Frequenz abhängige Übertragungsfaktor A zwischen der Eigangsspannung E und der Spannung U an der Anzeigevorrichtung V ist gegeben durch wenn w die Kreisfrequenz bedeutet, die beiden Brükkenwiderstände r1 = r2 = r gemacht werden und der Brückenwiderstand W gleich dem Kabelabschluß--widerstand R, der entsprechend den Schwankungen durch die innere Reflexion im Kabel nur sehr wenig von dem Kahelwellenwiderstand Z abweichen möge, gewählt wird. Ferner ist vorausgesetzt, daß die Summe der Widerstände im Nullzweig Rv + Ra R"> r ist. Der EingangswiderstandZ des Kabels ermittelt sich zu worin Z0 der mittlere Wellenwiderstand des Kabels, S (x) die Schwankungsfunktion des örtlichen Wellenwiderstandes Z (x) im Kabel, y die Fortpflanzungskonstante und s die Kabellänge bedeutet.The frequency-dependent transfer factor A between the input voltage E and the voltage U at the display device V is given by if w means the angular frequency, the two bridge resistances are made r1 = r2 = r and the bridge resistance W is chosen to be equal to the cable termination resistance R, which should deviate very little from the wave resistance Z according to the fluctuations caused by the internal reflection in the cable . It is also assumed that the sum of the resistances in the zero branch Rv + Ra R "> r. The input resistance Z of the cable is determined by where Z0 is the mean wave impedance of the cable, S (x) is the fluctuation function of the local wave impedance Z (x) in the cable, y is the propagation constant and s is the cable length.

Wird von dem Impulsgenerator G eine nach einer in Fig. 2 dargestellten Stoßfunktion verlaufende Spannung geliefert, wenn Eo der Scheitelwert des Stoßes, t die Zeit, e die Basis des logarithmus naturalis und j die Einheit der imaginären Zahlen bedeutet.If the pulse generator G has a shock function shown in FIG running tension is delivered if Eo is the peak value of the shock, t is time, e is the base of the natural logarithm and j is the unit of imaginary numbers.

Macht man die Impulsdauer T hinreichend klein, so kann man in erster Nährung mit einem für alle Frequenzen konstanten Amplitudenspektrum rechnen und kann schreiben Der jetzt zeitliche Verlauf der Empfangsfunktion (t) an der Anzeigevorrichtung V läßt sich nun wie folgt angeben: Nach Einfügung des Wertes für A (so) ergibt sich, wenn R = ZO gewählt wird, Führt man für die Fortpflanzungskonstante # γ = j die Fortpflanzungsgeschwindigkeit v ein und nimmt für den Vorwiderstand Rv eine reine Induktivität entsprechend R2 =jü>L>Ra an, so ermittelt man für die Empfangsfunktion u(t) den Ausdruck Nach dem Fourierschen Integraltheorem stellt das Doppelintegral die Schwankungsfunktion selbst dar; es ist daher E0 T γ Ra v u(t) = S(t (γ+R)2L 2 Es ergibt sich also bei Anwendung der Stoßfunktion die Folgerung, daß man im Empfangsgerät unmittelbar die Schwankungen des örtlichen Wellenwiderstandes ablesen kann, wenn ohmsche Widerstände in der Brücke benutzt und vor der Sichtbarmachungseinrichtung eine Induktivität geschaltet wird, so wie es die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt.If the pulse duration T is made sufficiently small, then, as a first approximation, one can calculate with an amplitude spectrum that is constant for all frequencies and one can write The time course of the reception function (t) on the display device V can now be specified as follows: After inserting the value for A (see above), if R = ZO is chosen, If the propagation speed v is introduced for the propagation constant # γ = j and a pure inductance corresponding to R2 = jü>L> Ra is assumed for the series resistor Rv, the expression for the reception function u (t) is determined According to Fourier's integral theorem, the double integral represents the fluctuation function itself; It is therefore E0 T γ Ra vu (t) = S (t (γ + R) 2L 2 When using the shock function, the result is that the fluctuations of the local wave impedance can be read directly in the receiving device if ohmic resistances are in the bridge is used and an inductance is switched in front of the visualization device, as the circuit arrangement according to FIG. 3 shows.

Die Bezeichnungsweise der Schaltelemente in Fig. 3 entspricht dabei der bereits in Fig. 1 gewählten. The notation of the switching elements in FIG. 3 corresponds that already selected in FIG.

V ist die mit dem Widerstand Ra behaftete Sichtbarmachungseinrichtung mit dem im Nullkreis der L Brücke angeordneten, in die beiden Spulen 2 aufgespaltenen Vorwiderstand.V is the visualization device with the resistance Ra with the one arranged in the zero circle of the L bridge and split into the two coils 2 Series resistor.

Wird von dem Impulsgenerator G eine nach einer in Fig. 4 dargestellten Sprungfunktion verlaufende Spannung geliefert, wobei Eo der Scheitelwert dieser Funktion bedeutet, so folgt der zeitliche Verlauf der Empfangsfunktion u (t) zu Nach Einfügung des Wertes tür A (o>) ergibt sich, wenn R = Z0 gewählt und R, = o gesetzt wird, Das Doppelintegral ist nun wieder nach dem Fourierschen Integraltheorem die Schwankungsfunktion selber, es ist daher E0γ (v u(t) = S(t) (R+γ)2 2 Somit erhält man auch bei Anwendung der Sprungfunktion eine affine Abbildung der inneren Schwankungen des Kabelwellenwiderstandes bei Verwendung ohmscher Brückenwiderstände, wobei der Vorwiderstand vor dem Empfangsgerät Null ist, so wie es die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 zeigt.If a step function is generated by the pulse generator G according to a step function shown in FIG running voltage is supplied, where Eo means the peak value of this function, the time course of the reception function u (t) follows After inserting the value for A (o>), if R = Z0 is selected and R, = o is set, According to Fourier's integral theorem, the double integral is again the fluctuation function itself, it is therefore E0γ (vu (t) = S (t) (R + γ) 2 2 when using ohmic bridge resistors, the series resistance in front of the receiving device being zero, as the circuit arrangement according to FIG. 5 shows.

Die Bezeichnungsweise der Schaltelemente in Fig. 5 entspricht der bereits in Fig. 3 gewählten. The notation of the switching elements in FIG. 5 corresponds to already selected in Fig. 3.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung ist in der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 dargestellt. Auch hier entspricht die Bezeichnungsweise der Schaltelemente der bereits in Fig. 3 gewählten. D ist der Differentialübertrager, der den die Sichtbarmachungseinrichtung V und den in die L beiden Spulen 2 aufgespaltenen Vorwiderstand enthaltenden Nullzweig an die Brücke anschließt. Die Reaktanz #L ist dabei größer als der Widerstand Ra der Sichtbarmachungseinrichtung zu wählen. Another embodiment for explaining the invention is shown in the circuit arrangement according to FIG. Here, too, the notation corresponds of the switching elements already selected in FIG. 3. D is the differential transformer, that of the visualization device V and the two coils 2 split into L Series resistor containing zero branch connects to the bridge. The reactance #L is choose greater than the resistance Ra of the visualization device.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Circuit arrangement for determining the internal Impedance irregularities of cables where one of a rectangular or after a jump function running voltage generating generator fed Bridge circuit is used, in whose zero branch the with a certain Resistant visualization device and in one branch of it the The cable to be tested, terminated with its wave impedance, is located, characterized in that, that in the course of the voltage of the pulse generator according to a square wave function in the zero branch containing the visualization device an inductive series resistor and if the voltage changes according to a step function in the zero branch, no series resistor is arranged.

2. Circuit arrangement according to claim I, characterized in that A differential transformer is used in the bridge arrangement. ~~~~~~~ References considered: British Patent Nos. 55I 8I8, 638 738; U.S. Patent No. 2493,800.