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Notice

DETERMINAZIONE DELL'IMPEDENZA CARATTERISTICA DI UN CAVO COAX CON TDR

Salve a tutti, come preannunciato dal titolo, questo mio primo articolo riguarda la misura dell'impedenza caratteristica di un cavo coassiale, ignota perchè sulla guaina non è presente alcuna indicazione, nè sul tipo, nè sul produttore. In base alle dimensioni geometriche del cavo è sorto il ragionevole dubbio circa il valore: 50 o 75 ohm?

Il cavo oggetto della misura è di buona fattura con dielettrico espanso e doppia schermatura (fogliola di alluminio argentato e calza di rame argentato). Il conduttore centrale è in rame.

Il dubbio è sorto allo scrivente proprio a causa del diametro del conduttore centrale: più piccolo del conduttore centrale di un cavo tipo RG-213 (50 Ω) e più grande del conduttore centrale di un cavo RG-11 (75 Ω). Come sappiamo l'impedenza caratteristica di una linea di trasmissione coassiale è funzione, sia del rapporto tra i diametri dei conduttori (centrale e esterno), sia della costante costante dielettrica dell'isolante. Dato che quest'ultima non è determinabile con certezza, piuttosto che calcolare l'impedenza caratteristica in base ai parametri fisici, è sembrato più sicuro misurare direttamente l'impedenza caratteristica del cavo in esame.

In base alla strumentazione disponibile si è scelto di utilizzare il metodo TDR (Time Domain Reflectometer), il quale richiede principalmente l'utilizzo di un oscilloscopio, di un generatore di impulsi rettangolari, un trimmer resistivo di 100 Ω, un comune ohmmetro digitale, e pochi altri accessori.

 

 

Il generatore genera impulsi rettangolari molto squadrati con duty cycle 10/90, con T1≈ 100 nsec e T2≈ 900 nsec. Questo segnale si inietta all'ingresso della linea di trasmissione e tramite un'adattatore a T, il sistema generatore-cavo è connesso anche all'ingresso dell'oscilloscopio. La sensibilità e la base dei tempi dell'oscilloscopio sono adattate alla migliore visualizzazione dei segnali (Asse Vert. 1 V/div. e asse Oriz. 0,1 μs/div.).

Lasciando l'altra estremità del cavo aperta, sul display, si visualizzano due impulsi: uno molto regolare (quello trasmesso) posto alla sinistra del CRT e uno meno regolare e di ampiezza minore che rappresenta il segnale riflesso nell'estremo della linea aperta.

Quanto visualizzato rappresenta eloquentemente le tesi sostenute dalla teoria sulle linee di trasmissione. Cioè un segnale applicato all'ingresso di una linea di trasmissione si propaga attraverso di essa e se l'estremità opposta della linea non è chiusa su un carico di impedenza Zc uguale all'impedenza caratteristica Zo della linea, parte dell segnale immesso su trasferisce al carico e altra parte viene riflesso e si propaga in senso inverso lungo la linea fino al'inizio dove è connesso il generatore. Nel nostro caso, la linea è lasciata aperta, quindi Zc ≈∞ , perciò quasi tutto il segnale che giunge all'estremità della linea è riflesso verso il generatore. Da questa semplice prova è possibile stabilire il tempo di attraversamento andata e ritorno dell'impulso trasmesso e quindi conoscendo la lunghezza fisica del cavo sotto test, si può calcolare con sufficiente precisione il valore del fattore di velocità Fv. Oppure, diversamente, conoscendo il fattore di velocità, calcolare la lunghezza della linea o la distanza dal punto di guasto o discontinuità.

Applicando all'estremità aperta della linea un carico resistivo di valore variabile, costituito dal trimmer resistivo prima menzionato, agendo prorio su di esso, ruotando il cursore al  da un'estremo all'altro, si verifica sull display dell'oscilloscopio, il variare dell'ampiezza del segnale riflesso da un minimo ad un massimo. Regolando il trimmer in modo da annullare il segnale riflesso, si verifica la condizione di massimo adattamento del carico alla linea.

L'annullamento del segnale riflesso ha come condizione la chiusura della linea di trasmissione su un carico di valore identico all'impedenza caratteristica del cavo sotto esame. Staccando il trimmer così regolato dalla linea di trasmissione e misurando con il  multimetro digitale, il valore della resistenza del trimmer, questo valore qualunque esso sia coincide esattamente con il valore dell'impedenza caratteristica del cavo sotto test.

In questo caso l'impedenza del cavo è risultata prossima a 75 Ω.

Per verifica del banco di misura, si è effettuata con le stesse modalità, una seconda misura su un cavo RG-213. In questo secondo test l'impedeza caratteristica di questo cavo è risutata molto prossima a 50 Ω.

Per maggiore chiarezza si riporta il link del video relativo alle prove effettuate presso la stazione IK8BHF: http://youtu.be/Y4iKotyb6wc .

 
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