[TAE] Technische Akademie Esslingen Anwenderforum Elektrische Kabel, 21. Oktober Kopplungsdämpfung bis 2 GHz mit virtuellem Balun

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1 Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun Multiport (Vier-tor) bzw. Mixed-mode VNA Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun symmetrisch/ asymmetrischer Messrohr (CoMeT 40) DUT chirmhülse zu prüfender chirm Messrohr mit offenem Messkopf Ferrit-Absorber restliche Kabellänge, ca. 97 m Gehäuse Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq

2 Übersicht Physikalische Grundlagen der chirmung Kopplungswiderstand, Unsymmetrie, Kopplungsdämpfung Mischmoden -Parameter (virtueller ymmetrieübertrager) Auswahl von Absorbern Kopplungsdämpfung Zangenverfahren, IEC Triaxialverfahren, IEC Messungen Diskussion Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 3 Kopplungswiderstand und chirmdämpfung hohe Frequenzen: chirmdämpfung a = 0 log (P /P ) = 0log 0 (U /U ) [db] Verhältnis von zwei Leistungen --> längenunabhängig tiefe Frequenzen: Kopplungswiderstand Wellenlänge λ = (c 0 v k ) / f elektrisch lang: co f > l ε r ε r I U l < λ/0 I Z = T U I [mω/m] elektrisch kurz: c f < 0 l o ε r Verhältnis von U/I = R --> längenabhängig (EN bzw. IEC 653er Reihe) Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 4

3 ummenfunktion nf (l f) cn (l f) cf fern n f sin = ( β sin x/x ( β ± β ) ± β ).L.L c c 0, nah β beinhaltet die the Phasenkonstante des inneren und des äußeren Kreises Tiefe Frequenzen: 0,0,E+07,E+08,E+09,E+0 n f Hohe Frequenzen: eingeführt von Halme/zentkuti 988, [8] Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq n f ( β ± β ) l 5 gerechnete Kopplungsübertragungsfunktion, T nf Frequenzverlauf von a s und Z T T f s, n = ( Z ± Z ) F T Z Z l n f db T f Tn n = nahes Ende f = fernes Ende L = m ε r =,3 ε r =,0 Z F = 0 Die Kopplungsübertragungsfunktion T nf ergibt sich aus der Multiplikation der equivalenten Transferimpedanz Z TE und der ummenfunktion nf 0 khz 00 khz MHz 0 MHz fcn fcf GHz 0 GH Kopplungswiderstand chirmdämpfung & Kopplungsdämpfung Frequenz Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 6

4 Triaxial-Verfahren, Prinzip Kopplungswiderstand und chirmdämpfung DC bis über GHz mit einem Messaufbau ender zu prüfender chirm Meßrohr Abschlußwiderstand Abschirmhülse IEC Ed Kopplungswiderstand, IEC Ed chirmdämpfung, EN , Kopplungswiderstand und chirmdämpfung, Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 7 chirmdämpfung Kopplungswiderstand ZT/[mOhm/m as/[db] Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 8

5 Gegentakt- und Gleichtaktbetrieb Common mode koaxial Gleichtaktbetrieb P c Z com,n U com,n chirm/rückpfad Z com,f U com,f symmetrisch P d U diff,n chirm und/oder andere Paare Differential mode U diff,f Z diff,n Gegentaktbetrieb Zdiff,n ( P P ) a = 0 log / Die Unsymmetriedämpfung a U eines Kabels beschreibt im logarithmischen Maß, wie viel Leistung vom Gegentaktsystem in das Gleichtaktsystem (oder umgekehrt) überkoppelt. ie ist das logarithmische Verhältnis von eingespeister Leistung im Gegentaktbetrieb P d zu der in den Gleichtaktbetrieb übergekoppelten Leistung P c. Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq u d c 9 Zweitor bzw. Vierpol Netzwerk Das Übertragungsverhalten von Vierpolen bzw. Zweitoren wie z. B. Koaxialkabeln kann durch deren treuparameter (-Parameter) beschrieben werden. a b in Matrixschreibweise ergibt sich: Tor Allgemeines Zweitor Tor b a b b = a a a a ( ) = Bild : Allgemeines Zweitor die Messung von Kopplungs-widerstand und von chirmdämpfung oder von Kopplungsdämpfung ist im Prinzip eine Messung, d.h. es werden zwei Tore benötigt Prüfling Messrohr symmetrisch/ unsymmetrischer ymmetrieübertrager chirmhülse Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 0

6 chirm- oder Kopplungsdämpfung mit Absorberzangen chirmdämpfung oder Kopplungsdämpfung von (30) MHz bis 000 MHz MD von 500 MHz bis 500 MHz MD Absorber Meßlänge Absorber tromwandler zu prüfender Kabelschirm Lastwiderstand IEC bzw. EN Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq Kopplungsdämpfung mit ymmetrieübertrager (Balun) Die Kopplungsdämpfung ist die Überlagerung aus der Unsymmetriedämpfung des Paares und der chirmdämpfung des chirmes Prüfling Messrohr symmetrisch/ unsymmetrischer balun = balanced - unbalanced ymmetrieübertrager chirmhülse Zur Anpassung des (unsymmetrischen) 50-Ohm Ausgangs des s an die 00 Ohm des symmetrischen Paares ist ein ymmetrieübertrager bzw. ein Balun erforderlich. Handelsübliche ymmetrieübertrager sind allerdings nur bis ca., GHz verfügbar. Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq

7 Kopplungsdämpfung mit virtuellem Balun zu prüfender chirm Messrohr mit offenem Messkopf Ferrit-Absorber restliche Kabellänge, ca. 97 m Gehäuse Handelsübliche ymmetrieübertrager sind nur bis ca., GHz verfügbar. Alternativ kann ein symmetrisches ignal auch mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) mit zwei en erzeugt werden, wobei ein um 80 phasenverschoben arbeitet. Eine weitere Alternative ist die Messung mit einem Mehrtor-VNA (en werden umgeschaltet) Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 3 Physikalische und logische VNA-Tore Für die Messung symmetrischer Zweitore (Kabel) werden bei einem Mehrtor-VNA die physikalischen Tore des Netzwerkanalysators zu logischen Toren zusammengefasst (oberes Bild), bei der Messung der Kopplungsdämpfung mit virtuellem Balun bzw. mixed mode wird über Tor und Tor eingespeist und an Tor 3 gemessen, Tor 4 bleibt frei, (unteres Bild). Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 4

8 Viertor Netzwerk a b a Tor Tor 3 Viertor a 3 b 3 a 4 b b b b 3 4 = std ( ) a a a a in Matrix chreibweise ergibt sich: 3 4 = a a a a 3 4 Tor Tor 4 b Bild 3: Viertor Netzwerk b 4 zu prüfender chirm Messrohr mit offenem Messkopf Ferrit-Absorber bei der Messung der Kopplungsdämpfung mit virtuellem Balun bzw. mixed mode wird über Tor und Tor eingespeist, und an Tor 3 gemessen, Tor 4 bleibt frei. restliche Kabellänge, ca. 97 m Gehäuse Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 5 Wellenwiderstand Primärseite Wellenwiderstand ekundärseite Unsymmetriedämpfung ekundärseite (offen) Unsymmetriedämpfung ekundärseite () Durchgangsdämpfung Primärseite (Kurzschluss) Durchgangsdämpfung ekundärseite (back to back) x 50 Ohm x 00 Ohm > 40 db > 40 db < 0, db < 0,8 db Messrohr (CoMeT 40) symmetrisch/ unsymmetrischer Prüfling chirmhülse Das verbindet die beiden 50-Ohm Ausgänge des s mit dem symmetrischen Paar. Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 6

9 Vergleich: Balun mit virtuellem Balun Prüfling Messrohr symmetrisch/ unsymmetrischer ymmetrieübertrager Messrohr (CoMeT 40) chirmhülse symmetrisch/ asymmetrischer Prüfling chirmhülse Messen der Kopplungsdämpfung mit ymmetrieübertrager und mit virtuellem Balun mit tandard-messkopf Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 7 Vergleich: Balun mit virtuellem Balun, -FTP Kabel Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 8

10 Einfügungsdämpfung von Absorbern Für die Messung der Kopplungsdämpfung mit offenem Messkopf sind geeignete Absorber zur Vermeidung rücklaufender Wellen und zum des ystems erforderlich. Einfügungsdämpfung von Absorbern mit Zangenverfahren nach IEC ender Absorber Messrohr Innenleiter Einfügungsdämpfung von Absorbern mit Triaxialverfahren Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 9 Einfügungsdämpfung von Absorbern (Triaxialverfahren) Beste Ergebnisse werden mit einer Kombination von nanokristalinen Absorbern und Ferritabsorbern erreicht Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 0

11 Kopplungsdämpfung, tandard oder offener Messkopf? Messrohr (CoMeT 40) symmetrisch/ unsymmetrischer Prüfling chirmhülse zu prüfender chirm Messrohr mit offenem Messkopf Ferrit-Absorber restliche Kabellänge, ca. 97 m Gehäuse Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq chirmdämpfung RG 058, tandard & offener Messkopf Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq

12 Berechnung der Unsymmetriedämpfung symmetrischer Paare R L G / C / C / G / G / C / C / G / L R Unsymmetrie-Kopplungsfunktion dx ummenfunktion: Bei hohen Frequenzen nähert sich der asymptotische Wert: und bei tiefen Frequenzen wird die ummenfunktion zu: setzt man die ummenfunktion in die Gleichung für die Unsymmetrie-Kopplungsfunktion ein, kürzt sich die Länge l bei hohen Frequenzen aus der Gleichung, bei tiefen Frequenzen bleibt l im Zähler, d.h. es ergibt sich eine Längenabhängigkeit bei tiefen Frequenzen. Daher wird nach IEC mit offenem Messkopf und einer Messlänge von 00m gemessen. Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 3 Unsymmetrie bei verschiedenen Längen Nah-Unsymmetriedämpfung eines /TP-Kabels bei unterschiedlichen Längen Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 4

13 Rückflussdämpfung bei verschiedenen Längen Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 5 Kopplungsdämpfung mit Triaxialverfahren offener Messkopf und tandardmesskopf an einem Cat8. Kabel Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 6

14 Kopplungsdämpfung mit Absorberzange MD Cat8. Kabel Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 7 Zusammenfassung Mit dem Triaxialverfahren kann mit einem Messaufbau der Kopplungswiderstand, die chirmdämpfung und die Kopplungsdämpfung gemessen werden. Zur Messung der Kopplungsdämpfung bis zu und über GHz eignet sich das Mixed mode - Verfahren. Das Triaxialverfahren mit tandard- und mit offenem Messkopf wurde diskutiert. Die Längenabhängigkeit der Unsymmetriedämpfung ist so gering, dass das Triaxialverfahren mit tandard Messkopf zur Messung der Kopplungsdämpfung bis GHz eingesetzt werden kann, (elektrisch lang). Allerdings ist der Einfluss der Rückflussdämpfung zu beachten, sie sollte besser als 0 db sein. Die vorgestellten Messungen zeigen, dass unter Berücksichtigung der beschriebenen Randbedingungen vergleichbare Ergebnisse vom Triaxialverfahren mit offenem Messkopf und dem tandardmesskopf sowie auch vom Zangenverfahren erwartet werden können. Weitere Info: Messtechnik, Fragen: bmund@.com Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 8

15 Internationale Normen für Triaxialverfahren, TR Ed Introduction to electromagnetic (EMC) screening measurements /438/CD Ed urface transfer impedance - Triaxial method 03-0 published Ed hielded screening attenuation, test method for measuring of the screening attenuation a up to and above 3 GHz /439/CDV Ed hielded screening attenuation test method for measuring the Transfer impedance Z T and the screening attenuation a or the /459/CD coupling attenuation a C of RF-Connectors and assemblies up to and above 3 GHz, Tube in tube method Ed Electromagnetic Compatibility (EMC) Coupling attenuation, triaxial method Ed hielded screening attenuation test method for measuring the creening Effectiveness of Feedtroughs and Electromagnetic Gaskets Test method for measuring transfer impedance and screening attenuation - or coupling attenuation with Triaxial Cell Relationship between surface transfer impedance and screening attenuation, Conversion a and Z T in Beratung /494/CD /50/CDV /5/DTR Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 9 Literatur [] 46C/00/CD - IEC Ed..0: Multicore and symmetrical pair/quad cables for digital communications - Part 9: Cables for horizontal floor wiring with transmission characteristics up to GHz - ectional specification [] 46C/00/CD - IEC Ed..0: Multicore and symmetrical pair/quad cables for digital communications - Part 0: Cables for work area wiring with transmission characteristics up to GHz - ectional specification IO/IEC TR Ed..0: INFORMATION TECHNOLOGY - Guidance for balanced cabling in [3] support of at least 40 Gbit/s data transmission [4] IEC , Metallic communication cable test methods - Part 4-9: Electromagnetic compatibility (EMC) - Coupling attenuation of screened balanced cables, triaxial method [5] IEC , Metallic communication cables test methods - Part 4-5: Electromagnetic compatibility (EMC) - Coupling or screening attenuation - Absorbing clamp method IEC , Metallic communication cable test methods - Part 4-3: Electromagnetic compatibility (EMC) [6] - urface transfer impedance - Triaxial method [7] Thomas Hähner, Bernhard Mund EMV-Verhalten symmetrischer Kabel EMC Journal 4/997 [8] Yangawa, K.; Cross, J. Modal decomposition (non-balun) measurement technique: error analysis and application to UTP/TP characterisation to 500 MHz; Proceedings of the IWC 995; pp [9] Christian Pfeiler u.a., Analysis of Balance Parameters of Cables for High Data Rate Digital Communications, Proceedings of the 6nd IWC Conference, Charlotte, U, Nov. 03 [0] Thomas Hähner & Bernhard Mund, Balunless Measurement of Coupling Attenuation of Balanced Cables & Components, Wire and Cable Technology International, July 03 [] Thomas Hähner, Messung der Übertragungseigenschaften symmetrischer Kabel bis in den GHz Frequenzbereich, Technische Akademie Esslingen [TAE], 5. Oktober 03 [] Thomas Hähner, Bernhard Mund Test methods for screening and balance of communications cables; [3] Proceedings of EMC Zurich, 999, pp Lauri Halme, Bernhard Mund: Messen der chirmwirkung elektrischer Kabel, Anwenderforum Elektrische Kabel, Technische Akademie Esslingen [TAE], 5. Oktober 03 Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 30

16 teuer- & Auswerte-oftware WinCoMeT - teuerung des Netzwerkanalysators - Auswertung der Messergebnisse - Dokumentation - Export der Daten nach M-Excel - Ausgabe auf Drucker - Vollversion zur Messung der Übertragungsparametern von Kommunikationskabeln - einschliesslich FFT und Gating-Funktion - mixed-mode Messungen mit Multiport VNA Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 3 Danke fürs Zuhören??? bmund@.com Messen der Kopplungsdämpfung bis GHz mit virtuellem Balun - Co-Autoren: Ahmad Hamadeh,, Dr. Christian Pfeiler, Draka-Comteq 3