Fragen zu HF

Technik Elektronik & Elektrotechnik
1

Hi!

Ich hab mal ein paar Fragen zur Hochfrequenztechnik. Und zwar betreffen die den Wellenwiderstand.

Angenommen, ich habe einen Wellenleiter, also zB ein Coax-Kabel, eine Microstrip-Leitung, einen Hohlleiter, … Und der hat einen Wellenwiderstand von 50 Ohm.

Wenn da jetz die Welle so dahinpropagiert, über Stecker, Kabel, … dann sieht sie immer ihre 50 Ohm und wird immer schön weiterpropagieren.

Immer 50 Ohm, keine Verluste, keine Reflexionen, nur (gerichtete) Ausbreitung. Aber was ist, wenn so eine Welle in ein Bauteil reinmuß. Also zB in ein Spule, ein (diskret aufgebautes) Filter, einen IC, …

Da drin muß sie dann in ein elektrisches Signal (im herkömmlichen Sinn) umgewandelt werden. Stimmt das?

Wie macht man denn das? Welche Möglichkeiten gibts denn dafür?

Und wenn das Signal dann wieder unser Filter verläßt, oder den IC, …, dann muß man wieder eine Welle draus machen. Wie geht denn das?

Danke für eure Erklärungen schon mal im Voraus!

Bye
Hansi

2

Hi!

Ich hab mal ein paar Fragen zur Hochfrequenztechnik. Und zwar
betreffen die den Wellenwiderstand.

Hallo , ich habe mich damit ein wenig in der Freizeit beschäftigt , und weiß etwas darüber .
Aber alles mit Vorbehalt .
Allerdings kann man die Materie einmal eher einfach oder auch sehr kompliziert ausführen .
Zu den Fragen :

Angenommen, ich habe einen Wellenleiter, also zB ein
Coax-Kabel, eine Microstrip-Leitung, einen Hohlleiter, … Und
der hat einen Wellenwiderstand von 50 Ohm.

Was ist den eine Microstrip-Leitung ??

Wenn da jetz die Welle so dahinpropagiert, über Stecker,
Kabel, … dann sieht sie immer ihre 50 Ohm und wird immer
schön weiterpropagieren.

Die „Welle“ gibts nicht direkt im Kabel , es ist nur , das die 50 Ohm für eine Anpassung an einen 50 Ohm Widerstand stehen :
Bei einem Ohmschen Widerstand von 50 Ohm gibt es die geringste Reflexion und die meiste Energie geht in den Widerstand , und wird als Wärme frei .
Es treten durchaus Spannungen und Ströme im Koaxialkabel auf , welche man verwenden kann . Die sogenannten „Spannungsbäuche und Spannungsknoten“ , welche im Koaxialkabel auftreten , sind nicht dasselbe wie Wellen im Raum , sondern entstehen aufgrund der Induktivität und der Kapazität im Kabel .

Immer 50 Ohm, keine Verluste, keine Reflexionen, nur
(gerichtete) Ausbreitung. Aber was ist, wenn so eine Welle in
ein Bauteil reinmuß. Also zB in ein Spule, ein (diskret
aufgebautes) Filter, einen IC, …

Da drin muß sie dann in ein elektrisches Signal (im
herkömmlichen Sinn) umgewandelt werden. Stimmt das?

Das elektrische Signal ist im Koaxialkabel schon vorhanden . Es muß lediglich dafür gesorgt werden , das das anzuschließende Bauteil ebenfalls den Wellenwiderstand von 50 Ohm hat , damit es keine Reflexion gibt . Man verwendet für diesen Zweck Transformatoren und alle möglichen Schaltungstricks , um dieses Ziel zu erreichen .
Der Wellenwiderstand hat gewisse Ähnlichkeit mit dem Innenwiderstand von Stromquellen und Stromverbrauchern .

Wie macht man denn das? Welche Möglichkeiten gibts denn dafür?

Und wenn das Signal dann wieder unser Filter verläßt, oder den
IC, …, dann muß man wieder eine Welle draus machen. Wie geht
denn das?

Das Bauteil , welches die Hochfrequenz abgeben soll , muß einem Wellenwiderstand von 50 Ohm entsprechen , und kann dann direkt an das Koaxialkabel angeschlossen werden . Es gibt aber auch Anpassglieder und Transformatoren für die verschiedensten Zwecke und in verschiedensten Ausführungen .
Empfehlenswert erscheint es mir hierzu , sich mit Amateurfunk zu beschäftigen .

Alles klar

Danke für eure Erklärungen schon mal im Voraus!

Bye
Hansi

3

Hallo Hansi,

Immer 50 Ohm, keine Verluste, keine Reflexionen, nur
(gerichtete) Ausbreitung. Aber was ist, wenn so eine Welle in
ein Bauteil reinmuß. Also zB in ein Spule, ein (diskret
aufgebautes) Filter, einen IC, …

Da drin muß sie dann in ein elektrisches Signal (im
herkömmlichen Sinn) umgewandelt werden. Stimmt das?

Nein, eine Welle auf einem Wellenleiter ist bereits ein elektrisches Signal. Sie hat eine elektrische Feldkomponente (Spannung) und eine Magnetische (Strom)

Wie macht man denn das? Welche Möglichkeiten gibts denn dafür?

Das Zauberwort heißt Leistungsanpassung. Das Bauteil, daß die Welle empfängt, muß einfach nur einen realen Eingangswiderstand von z.B. 50 Ohm haben. Das kann bei längeren Wellen auch mal ein ordinärer Widerstand sein, der einem wesentlich hochohmigeren Verstärkereingang parallel geschaltet ist. Bei Leistungsanpassung, die vor allem für die rauscharme Verarbeitung schwacher Signalen wichtig ist, wird die Leistung der ankommenden Welle vollständig absorbiert.

Und wenn das Signal dann wieder unser Filter verläßt, oder den
IC, …, dann muß man wieder eine Welle draus machen. Wie geht
denn das?

ganz genauso. Mit einem Ausgangswiderstand von 50 Ohm geht man von der Baugruppe direkt ins Kabel. Das Ausgangssignal wandert dann als Welle weiter.

Jörg

4

Hi!

Da drin muß sie dann in ein elektrisches Signal (im
herkömmlichen Sinn) umgewandelt werden. Stimmt das?

Nein, eine Welle auf einem Wellenleiter ist bereits ein
elektrisches Signal. Sie hat eine elektrische Feldkomponente
(Spannung) und eine Magnetische (Strom)

Ja, schon klar. E und H. Aber zB ein kleiner Transistor hat mit einer elektrischen Feldstärke am Basis-Eingang nichts am Hut. Der braucht dort Elektronen, die rein (oder raus) fließen.

Man muß da die sich ausbreitende Welle (die ja nur, weil sie geführt ist, in der Wellenleiterstruktur Ströme und Spannungen hat) umwandeln in (ganz schnelle) Ströme im herkömmlichen Sinn. Oder?

Bye
Hansi

5

Hi!

Was ist den eine Microstrip-Leitung ??

Im Prinzip eine Leiterbahn auf einer Platine. Nur daß sie nicht, wie üblicherweise als „Draht“ gilt, sondern in Zusammenarbeit mit der darunter befindlichen Ground-Plane eine Wellenleiter-Struktur bildet.
http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/D.Jefferies/mstr…
http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/D.Jefferies/gifp…
http://www.mit.edu/people/mcmahill/software/mstrip/m…

Es gibt noch einige andere Bauformen, die dann uU auch andere Namen haben.

Damit kann man auf normalen FR4 Platinen bis ca. 5 GHz leiten (eigentlich: führen). Wenns höher geht, muß man auf Keramik-Platinen übergehen.

In Deinem PC sind alle Bus-Leitungen, … als Microstrip ausgeführt. Da muß der Abstand, die Breite, die Verlegung, … genau stimmen. Drum gibts da auch eigene Berechnungs-Tools dafür. Ziel ist es, einen definierten Wellenwiderstand über die ganze Leitungslänge zu haben.

Was mir aber immer noch unklar ist: Wie tut man in einem diskret aufgebauten Filter, um den Wellenwiderstand am Eingang und am Ausgang zu haben?

Oder am Ausgang von einem IC (zB Bus-Treiber, Prozessor, …)?

Die „Welle“ gibts nicht direkt im Kabel , es ist nur , das die
50 Ohm für eine Anpassung an einen 50 Ohm Widerstand stehen :
Bei einem Ohmschen Widerstand von 50 Ohm gibt es die geringste
Reflexion und die meiste Energie geht in den Widerstand , und
wird als Wärme frei .

Dochdoch, die Welle gibts da drin. Zumindest wenn Du mit ein paar MHz dahinfunkst, oder die Leitung etwas länger ist. Bei DC gibts keine, klar, aber bei einigen MHz schon.

Es treten durchaus Spannungen und Ströme im Koaxialkabel auf ,
welche man verwenden kann . Die sogenannten „Spannungsbäuche
und Spannungsknoten“ , welche im Koaxialkabel auftreten , sind
nicht dasselbe wie Wellen im Raum , sondern entstehen aufgrund
der Induktivität und der Kapazität im Kabel .

Jup, in den Wänden der Wellenleiter werden Ströme und Spannungen induziert. Die Welle da drin breitet sich aber genauso aus, wie eine Freiraum Welle. Wirklich! Nur daß sie halt Randbedinungen einhalten muß, und drum ned x-beliebig aussehen darf. Die Randbedingungen sinds dann, die auch Ströme und Spannungen im Coax-Kabel, Microstrip, Hohlleiter, … entstehen lassen.

Diese Ströme sind aber nur lokal! Also nicht, wie über die Stromleitung, wo der Strom ständig in eine Richtung fließt. Im Wellenleiter sind das in sich geschlossene Kreise, …

Das elektrische Signal ist im Koaxialkabel schon vorhanden .
Es muß lediglich dafür gesorgt werden , das das
anzuschließende Bauteil ebenfalls den Wellenwiderstand von 50
Ohm hat , damit es keine Reflexion gibt . Man verwendet für
diesen Zweck Transformatoren und alle möglichen
Schaltungstricks , um dieses Ziel zu erreichen .

Ah, toll. Jetz muß ich aber gleich weiterfragen: Ein Trafo funktioniert _nur_ mit echten Strömen und echten Spannungen, _nicht_ mit Wellen. D.h. man muß die Welle aufm Kabel _doch_ zuerst umwaneln. Wie geht das? Bei Hohlleitern würd ich eine kleine Antenne reinbauen. :smile: Kann man beim Coax-Kabel einfach den Mittelleiter an den Trafo-Eingang anschließen?

Was ist, wenn _kein_ Trafo da ist? zB OPV-Eingang, Transistor-Eingang, … Was tut man denn dann? Da gehts ja direkt mit einem Halbleiter weiter.

Das Bauteil , welches die Hochfrequenz abgeben soll , muß
einem Wellenwiderstand von 50 Ohm entsprechen , und kann dann
direkt an das Koaxialkabel angeschlossen werden.

Wie tut man denn, daß das genau 50 Ohm hat?

Danke
Hansi

6

Hallo Hansi,

Ja, schon klar. E und H. Aber zB ein kleiner Transistor hat
mit einer elektrischen Feldstärke am Basis-Eingang nichts am
Hut. Der braucht dort Elektronen, die rein (oder raus)
fließen.

ich verstehe jetzt nicht so ganz, wo das Problem ist. Aufgrund der Geometrie des Wellenleiters entsprechen die Feldstärken definierten Spannungen und Strömen auf dem Leiter. Das Ende eines Wellenleiters verhält sich für das angeschlossene Bauteil wie eine Wechselspannungsquelle mit z.B. 50 Ohm Ausgangswiderstand. Wenn das Bauteil sehr hochohmig ist, bekommt es die volle Leerlaufspannung, nimmt keine Energie auf und die Welle wird ohne Phasensprung reflektiert. Wenn das Bauteil einen Widerstand von 50 Ohm hat, bekommt es die halbe Spannung und die Welle wird vollständig absorbiert. Wenn das Bauteil sehr niederohmig ist, bekommt es minimale Spannung und maximalen Strom, aber auch wieder keine Leistung. Die Welle wird dann mit 180° Phasensprung reflektiert.

Man muß da die sich ausbreitende Welle (die ja nur, weil sie
geführt ist, in der Wellenleiterstruktur Ströme und Spannungen
hat) umwandeln in (ganz schnelle) Ströme im herkömmlichen
Sinn. Oder?

Wie gesagt, die Geometrie bewirkt einen definierten Umrechnungsfaktor zwischen Feldstärken, Spannung und Strom. Diese Spannungen oder Ströme werden direkt vom Bauteil ausgewertet.
Das Bauteil weiss garnicht, ob da eine Welle ankommt oder ob das nur eine Wechselspannungsquelle ist

Jörg

7

Hallo Jörg!

ich verstehe jetzt nicht so ganz, wo das Problem ist. Aufgrund
der Geometrie des Wellenleiters entsprechen die Feldstärken
definierten Spannungen und Strömen auf dem Leiter. Das Ende
eines Wellenleiters verhält sich für das angeschlossene
Bauteil wie eine Wechselspannungsquelle mit z.B. 50 Ohm
Ausgangswiderstand. Wenn das Bauteil sehr hochohmig ist,
bekommt es die volle Leerlaufspannung, nimmt keine Energie auf
und die Welle wird ohne Phasensprung reflektiert. Wenn das
Bauteil einen Widerstand von 50 Ohm hat, bekommt es die halbe
Spannung und die Welle wird vollständig absorbiert. Wenn das
Bauteil sehr niederohmig ist, bekommt es minimale Spannung und
maximalen Strom, aber auch wieder keine Leistung. Die Welle
wird dann mit 180° Phasensprung reflektiert.

Aaaah, jetzt versteh ich das! Supa! Danke!

Wie kommt man denn auf den Umrechnungsfaktor? Gibts da einfache Zusammenhänge? Etwa einfach über den Wellenwiderstand? Wie schauts denn aus, wenn man ein 50 Ohm Coax-Kabel an den Eingang anschließt

Wenn bei 50 Ohm Lastwiderstand nur die halbe Spannung ankommt, dann ist das doch ein Spannungsteiler, oder? Ich versteh jetzt nicht, wieso da doch die _volle_ Leistung ankommt. Wie hängt das zusammen?

Und jetzt zu einer ganz besonders kniffligen Frage: Ich hab einen normalen OPV mit fast 0 Ohm Ausgangswiderstand. Danach kommt ein Tiefpaß mit 40MHz. http://www.coilcraft.com/lcfilt.cfm Da steht im Datenblatt daß er für 50 Ohm gemacht ist. (50 Ohm characteristic impedance). Was bedeutet denn das? Das Filter wird direkt mit Drähten, nicht mit Wellenleitern angeschlossen.

Welche Möglichkeiten gibts, daß ich meinen OPV-Ausgang da anschließe? Muß ich da überhaupt für 50 Ohm sorgen?

Nach dem Filter kommt in meiner Schaltung wieder ein OPV mit hohem Eingangswiderstand. Wie muß ich den anschließen?

Danke
Hansi

Man muß da die sich ausbreitende Welle (die ja nur, weil sie
geführt ist, in der Wellenleiterstruktur Ströme und Spannungen
hat) umwandeln in (ganz schnelle) Ströme im herkömmlichen
Sinn. Oder?

Wie gesagt, die Geometrie bewirkt einen definierten
Umrechnungsfaktor zwischen Feldstärken, Spannung und Strom.
Diese Spannungen oder Ströme werden direkt vom Bauteil
ausgewertet.
Das Bauteil weiss garnicht, ob da eine Welle ankommt oder ob
das nur eine Wechselspannungsquelle ist

Jörg

8

Hallo Hansi,

Wie kommt man denn auf den Umrechnungsfaktor? Gibts da
einfache Zusammenhänge? Etwa einfach über den
Wellenwiderstand?

Ganz einfach. Der Wellenwiderstand ist der Umrechnungsfaktor. Wenn Du den Wellenleiter irgendwo auftrennst, ein Amperemeter einfügst und die Spannung z.B. zwischen Innen- und Außenleiter an dieser Stelle mißt, gilt ganz normal das ohmsche Gesetz.

Wie schauts denn aus, wenn man ein 50 Ohm
Coax-Kabel an den Eingang anschließt

An welchen Eingang ? Die Frage verstehe ich jetzt nicht so ganz.

Wenn bei 50 Ohm Lastwiderstand nur die halbe Spannung ankommt,
dann ist das doch ein Spannungsteiler, oder? Ich versteh jetzt
nicht, wieso da doch die _volle_ Leistung ankommt. Wie hängt
das zusammen?

Das gilt nur für das Ersatzschaltbild der Spannungsquelle mit Innenwiderstand.
Eigentlich ist die halbe Spannung bereits die volle. Wenn eine Welle auf ein offenes Ende trifft, verdoppelt sich die Amplitude, da ankommende und reflektierte Welle phasengleich sind und sich addieren. Wenn der Wellenleiter ordnungsgemäß terminiert ist, liegt am Lastwiderstand die einfache Signalspannung der ankommenden Welle an.

Und jetzt zu einer ganz besonders kniffligen Frage: Ich hab
einen normalen OPV mit fast 0 Ohm Ausgangswiderstand. Danach
kommt ein Tiefpaß mit 40MHz.
http://www.coilcraft.com/lcfilt.cfm Da steht im Datenblatt daß
er für 50 Ohm gemacht ist. (50 Ohm characteristic impedance).
Was bedeutet denn das? Das Filter wird direkt mit Drähten,
nicht mit Wellenleitern angeschlossen.

Dem Bauteil ist es völlig egal, ob es an einem Wellenleiter mit 50 Ohm betrieben wird oder an einer Spannungsquelle mit 50 Ohm Innenwiderstand bzw. einer Last mit 50 Ohm.

Welche Möglichkeiten gibts, daß ich meinen OPV-Ausgang da
anschließe? Muß ich da überhaupt für 50 Ohm sorgen?

Wenn das Filter so spezifiziert ist, sollte es auch mit 50 Ohm betrieben werden. Ansonsten könnten die Filterdaten verfälscht werden.
Wenn der OP fast 0 Ohm hat, hängst Du einfach einen 50-Ohm-Widerstand in Serie, dann stimmst wieder. Natürlich muß der OP dann die doppelte Spannung liefern.

Nach dem Filter kommt in meiner Schaltung wieder ein OPV mit
hohem Eingangswiderstand. Wie muß ich den anschließen?

Im Prinzip wieder mit einer Parallellast von 50 Ohm. Bei hohen Frequenzen ist allerdings der Imaginärteil des OP-Eingangswiderstandes nicht mehr vernachlässigbar (Eingangskapazität). Der muß dann ggf. mit einem LC-Glied kompensiert werden, im einfachsten Fall mit einer Spule. Im Idealfall hat der Abschlußwiderstand keinen Imaginärteil.

Jörg

9

Hi Jörg!

Ganz einfach. Der Wellenwiderstand ist der Umrechnungsfaktor.
Wenn Du den Wellenleiter irgendwo auftrennst, ein Amperemeter
einfügst und die Spannung z.B. zwischen Innen- und Außenleiter
an dieser Stelle mißt, gilt ganz normal das ohmsche Gesetz.

Ahso. (hast Du „Voltmeter“ statt "Amperemeter gemeint?)

Wie schauts denn aus, wenn man ein 50 Ohm
Coax-Kabel an den Eingang anschließt

An welchen Eingang ? Die Frage verstehe ich jetzt nicht so
ganz.

Angenommen ich schließ das an die Basis von einem HF-Transitor an. Die Basis hat keine 50 Ohm. Was macht man dann?

Wenn bei 50 Ohm Lastwiderstand nur die halbe Spannung ankommt,
dann ist das doch ein Spannungsteiler, oder? Ich versteh jetzt
nicht, wieso da doch die _volle_ Leistung ankommt. Wie hängt
das zusammen?

Das gilt nur für das Ersatzschaltbild der Spannungsquelle mit
Innenwiderstand.
Eigentlich ist die halbe Spannung bereits die volle. Wenn eine
Welle auf ein offenes Ende trifft, verdoppelt sich die
Amplitude, da ankommende und reflektierte Welle phasengleich
sind und sich addieren. Wenn der Wellenleiter ordnungsgemäß
terminiert ist, liegt am Lastwiderstand die einfache
Signalspannung der ankommenden Welle an.

Ahso, ja. Das is, weil das von einer Welle auf eine Spannung umgewandelt wird, oder?

Dem Bauteil ist es völlig egal, ob es an einem Wellenleiter
mit 50 Ohm betrieben wird oder an einer Spannungsquelle mit 50
Ohm Innenwiderstand bzw. einer Last mit 50 Ohm.

Ahso, versteh ich. Und, hat jetzt das Filter, wenn ich reinmesse, 50 Ohm? Gilt das auch für DC? Oder zumindest für 0.1Hz?

Wenn das Filter so spezifiziert ist, sollte es auch mit 50 Ohm
betrieben werden. Ansonsten könnten die Filterdaten verfälscht
werden.
Wenn der OP fast 0 Ohm hat, hängst Du einfach einen
50-Ohm-Widerstand in Serie, dann stimmst wieder. Natürlich muß
der OP dann die doppelte Spannung liefern.

Ahso. Eh so einfach. :wink:

Nach dem Filter kommt in meiner Schaltung wieder ein OPV mit
hohem Eingangswiderstand. Wie muß ich den anschließen?

Im Prinzip wieder mit einer Parallellast von 50 Ohm. Bei hohen
Frequenzen ist allerdings der Imaginärteil des
OP-Eingangswiderstandes nicht mehr vernachlässigbar
(Eingangskapazität). Der muß dann ggf. mit einem LC-Glied
kompensiert werden, im einfachsten Fall mit einer Spule. Im
Idealfall hat der Abschlußwiderstand keinen Imaginärteil.

Hmm, ja, der hat ein paar pF. Aber das sollte bei 50 Ohm ned so arg sein, oder?

Danke
Hansi

10

Hallo Hansi,

Ganz einfach. Der Wellenwiderstand ist der Umrechnungsfaktor.
Wenn Du den Wellenleiter irgendwo auftrennst, ein Amperemeter
einfügst und die Spannung z.B. zwischen Innen- und Außenleiter
an dieser Stelle mißt, gilt ganz normal das ohmsche Gesetz.

Ahso. (hast Du „Voltmeter“ statt "Amperemeter gemeint?)

nein, ich meinte ein Amperemeter, das ich in den aufgetrennten Innenleiter einfüge um den HF-Strom zu messen. Die Spannung zwischen Innen- und Außenleiter messe ich natürlich mit einem Voltmeter.

Angenommen ich schließ das an die Basis von einem HF-Transitor
an. Die Basis hat keine 50 Ohm. Was macht man dann?

Auch ganz einfach: Wenn die Basis zu hochohmig ist, schalte ich was parallel, wenn sie zu niederohmig ist, setze ich einen Serienwiderstand ein. Bei sehr schwachen Signalen wird man aber versuchen, einen Transistor zu verwenden, dessen Arbeitspunkt sich so einstellen läßt, daß Wellenwiderstand und dynamischer Innenwiderstand möglichst übereinstimmen. Damit erreicht man einen maximalen Signal-Rauschabstand. Ist der Unterschied zu groß, sollte man einen Trafo dazwischenschalten.

Eigentlich ist die halbe Spannung bereits die volle. Wenn eine
Welle auf ein offenes Ende trifft, verdoppelt sich die
Amplitude, da ankommende und reflektierte Welle phasengleich
sind und sich addieren. Wenn der Wellenleiter ordnungsgemäß
terminiert ist, liegt am Lastwiderstand die einfache
Signalspannung der ankommenden Welle an.

Ahso, ja. Das is, weil das von einer Welle auf eine Spannung
umgewandelt wird, oder?

Nein, da wird nichts umgewandelt. Die Wechselpannung kannst Du an jedem Ort des Wellenleiters messen, da sie Bestandteil der Welle ist.

Dem Bauteil ist es völlig egal, ob es an einem Wellenleiter
mit 50 Ohm betrieben wird oder an einer Spannungsquelle mit 50
Ohm Innenwiderstand bzw. einer Last mit 50 Ohm.

Ahso, versteh ich. Und, hat jetzt das Filter, wenn ich
reinmesse, 50 Ohm? Gilt das auch für DC? Oder zumindest für
0.1Hz?

nicht unbedingt. Prinzipiell gilt es erstmal für den vom Hersteller spezifizierten Frequenzbereich. Genauere Angaben findest Du normalerweise im Datenblat, z.B. in Form einer Impedanzortskurve. Der Eingangswiderstand kann aber auch bei DC gelten, z.B. bei einem Tiefpass.

Im Prinzip wieder mit einer Parallellast von 50 Ohm. Bei hohen
Frequenzen ist allerdings der Imaginärteil des
OP-Eingangswiderstandes nicht mehr vernachlässigbar
(Eingangskapazität). Der muß dann ggf. mit einem LC-Glied
kompensiert werden, im einfachsten Fall mit einer Spule. Im
Idealfall hat der Abschlußwiderstand keinen Imaginärteil.

Hmm, ja, der hat ein paar pF. Aber das sollte bei 50 Ohm ned
so arg sein, oder?

Solange Du nicht in den UKW-Bereich kommst, könnte es gerade noch gehen.

Jörg

11

Hallo , ich kann noch was sagen , dann wirds aber schon sehr schwierig für mich .

Was mir aber immer noch unklar ist: Wie tut man in einem
diskret aufgebauten Filter, um den Wellenwiderstand am Eingang
und am Ausgang zu haben?

Das ist erstmal sprachlich etwas undeutlich , man „tut nicht in“ …
Es gibt ja ganz verschiedene Filter . Ein Beispiel sind Anzapfungen an Bandfiltern . Eine weitere Möglichkeit ist es , die Impedanzen der Transistorschaltungen durch Gegenkopplung und Auswahl von Basis,Emitter-oder Kollektorschaltung auf den Filter einzustellen . Bei manchen Filtern kommt es auf eine Anpassung nicht so drauf an . Das Gebiet ist sehr umfangreich .

Oder am Ausgang von einem IC (zB Bus-Treiber, Prozessor, …)?

Die Ausgänge solcher IC´s sind entweder Kurzschlussfest , oder sind begrenzt in definierter Form belastbar . Diese Impedanzen kann man nicht anpassen , man verwendet daher Latchwiderstände , Abschlusswiderstände gegen Masse innerhalb von Busleitungen zur Vermeidung von Reflektionen und Ähnliches .
Eine Besondere Entwicklung ist die Verwendung niedriger Betriebsspannungen im PC .

Die „Welle“ gibts nicht direkt im Kabel , es ist nur , das die
50 Ohm für eine Anpassung an einen 50 Ohm Widerstand stehen :
Bei einem Ohmschen Widerstand von 50 Ohm gibt es die geringste
Reflexion und die meiste Energie geht in den Widerstand , und
wird als Wärme frei .

Dochdoch, die Welle gibts da drin. Zumindest wenn Du mit ein
paar MHz dahinfunkst, oder die Leitung etwas länger ist. Bei
DC gibts keine, klar, aber bei einigen MHz schon.

Naja , okay , danke für den Tip , aber es gibt trotzdem Unterschiede zur freien Welle , man kann ja zum Beispiel schlecht eine Schaltung direkt an eine UKW Rundfunkwelle anschließen .

Ah, toll. Jetz muß ich aber gleich weiterfragen: Ein Trafo
funktioniert _nur_ mit echten Strömen und echten Spannungen,
_nicht_ mit Wellen. D.h. man muß die Welle aufm Kabel _doch_
zuerst umwaneln. Wie geht das? Bei Hohlleitern würd ich eine
kleine Antenne reinbauen. :smile: Kann man beim Coax-Kabel einfach
den Mittelleiter an den Trafo-Eingang anschließen?

Antwort : ja , aber Hohlleitertechnik ist mir unbekannt . Die Abschirmung des Koaxkabels muß natürlich auch mit dran :wink:

Was ist, wenn _kein_ Trafo da ist? zB OPV-Eingang,
Transistor-Eingang, … Was tut man denn dann? Da gehts ja
direkt mit einem Halbleiter weiter.

Da muß die Schaltungsart passend ausgewählt werden . Dafür muß Dir die mögliche Schaltungstechnik bekannt sein .
Kriegst Du nicht die ganze Energie in den Halbleiter rein , weil er hochohmig ist ( zum Beispiel der FET ) , dann kann man einfach , zum Beispiel 70 Ohm paralell am Eingang anschließen .

Das Bauteil , welches die Hochfrequenz abgeben soll , muß
einem Wellenwiderstand von 50 Ohm entsprechen , und kann dann
direkt an das Koaxialkabel angeschlossen werden.

Wie tut man denn, daß das genau 50 Ohm hat?

Au weia , man kann nicht etwas tun , damit ein unbekanntes Bauteil eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm hat …
Es gibt zum Beispiel abstimmbare Pi-Filter . Oder man verwendet Bustreiber oder spezielle Verstärker für die Impedanz .
MfG
Matthias

*

12

Hi Jörg!

Super, danke! Deine Antworten haben mir sehr geholfen!

Danke
Hansi

13

Hallo,
zusätzlich zu den vielen sehr guten Erklärungen vom Kollegen
gebe ich noch folgenden Hinweis.

Dir Frage nach dem Charakter einer elektromagn. Welle bzw.
des Unterschiedes bzw. Welle und "herkömlichen elektr. Strom
hängt hauptsächlich von der Signalfrequenz und der Länge der
Übertagungsleitung ab.
Wenn eine Übertragungsleitung wesentlich kürzer als die
Wellenlänge des HF-Signals ist, dann braucht man auf
Impedanzanpassung und Abschlußwiderstände in der Regel nicht
achten. Bei einer Signalübertragung mit z.B. 100Mhz
(Lambda = 300cm) sind 5cm auf der Leiterplatte kaum ein
Problem, weil auf so kurzem Abstand kaum Signalverfälschungen
durch Reflektionen entstehen können.
Bei einer Leitungslänge ab ca. 0,1 * Lambda muß dann aber
auch schon der Wellencharakter des Signals berücksichtigt
werden. (ab 1/4 * Lambda werden Reflektionen durch Fehlanpassung
voll wirksam).
Deshalb ist es auch nicht problematisch, wenn zwischen einem
nichtangepassten Eingang (Transistor, OPV) und dem dazugehörigen
Anpasswiderstand (z.B. 50 Ohm-Shunt ) eine kurzes Stück
Leitung liegt.
In vielen Fällen kann auch die max. Frequenz eines Signals
schaltungstechn. beeinflusst werden.
Beispiel:
Am Ausgang eines Gatters mit Signalanstiegszeiten von weniger
als 1 ns treten Oberwellen im GHz-Bereich auf. Da reichen schon
wenige mm Leiterlänge aus, um Signalfehler durch Reflektionen zu
verursachen. Mit einem Tiefpass hinter dem Gatter können die
höchsten Frequenzen weggefiltert werden, so daß z.B. ein
100 MHz-Signal über wesentlich längere Leitungen (z.B 10cm)
immer noch problemlos ohne Impedanzanpassung übertagen werden
können. Das hat natürlich Vorteile, weil so viel weniger
Energie über die Anpassung verheizt wird.
Gruß Uwi

14

Hallo Uwi!

Danke für die Erlärung, ab wann man sich über Anpassung gedanken machen muß. Das hab ich jetzt endlich kapiert!

In vielen Fällen kann auch die max. Frequenz eines Signals
schaltungstechn. beeinflusst werden.
Beispiel:
Am Ausgang eines Gatters mit Signalanstiegszeiten von weniger
als 1 ns treten Oberwellen im GHz-Bereich auf. Da reichen
schon
wenige mm Leiterlänge aus, um Signalfehler durch Reflektionen
zu
verursachen. Mit einem Tiefpass hinter dem Gatter können die
höchsten Frequenzen weggefiltert werden, so daß z.B. ein
100 MHz-Signal über wesentlich längere Leitungen (z.B 10cm)
immer noch problemlos ohne Impedanzanpassung übertagen werden
können. Das hat natürlich Vorteile, weil so viel weniger
Energie über die Anpassung verheizt wird.

So ein Tiefpaß würde dann aber das digitale Signal ziemlich verfälschen, vorallem auch die Anstiegszeit extrem erhöhen. Da ist es wohl geschickter, angepasste Signalleitungen zu verwenden, wie es zB beim RAMBUS RAM der Fall ist.

Danke
Hansi

15

Hallo,

So ein Tiefpaß würde dann aber das digitale Signal ziemlich
verfälschen, vorallem auch die Anstiegszeit extrem erhöhen.

ich habe da nichts von extrem geschrieben.
Unabhängig von der erforderlichen Anstiegs- und Schaltzeiten
haben digitale Standardgatter ja immer (abhängig von
der Technologie) die Eigenschaft sehr schnell zu sein.
Man bekommt also auch Anstiegszeiten im ns-Bereich, wenn man
das gar nicht braucht. Z.B weil die Gatter in einer Schaltung
arbeiten, die nur paar KHz max. Frequenz hat.
Dann treten bei wenigen cm Leitungslänge schon HF-Effekte
(Reflektionen, Übersprechen) auf, die dann zu Störungen führen,
obwohl die Schaltung an sich sehr langsam ist.
Dann ist es einfach und billig, die Anstiegszeiten z.B. bis in
den Bereich von 100ns … 1us zu verlängern.
Es gibt bei diversen Interface-IC auch spezielle Typen
mit reduzierten Anstiegszeiten, um eben weniger Störungen
bei reduzierter Baudrate zu bekommen.

Da ist es wohl geschickter, angepasste Signalleitungen zu
verwenden, wie es zB beim RAMBUS RAM der Fall ist.

Was geschickt ist, hängt vom Anwendungsfall ab.
Bei einer RS232 mit max. 115Kbaud und 2m Leitung wäre die
Impedanzanpassung einfach elektronischer Nonsens.
Ich beschalte RS232-Schnittstellen für typ. 9600Baud
immer noch zusätzlich mit einem CRC-Glied
(z.B. 1nF - 560 Ohm - 1nF) um die Störsicherheit und die
max. Leitungslänge zu erhöhen. Dann sind selbst 100m für eine
RS232 kein Problem.

Beim RAM geht es um Anwendungen mit max. Schaltfrequenz und
minimalen Schaltzeiten (Sub-ns-Bereich). Da brings natürlich
nichts, wenn man den BUS langsam macht, weil der ja def.gemäß
superschnell sein soll und sowieso an der Grenze des
physikalisch machbaren arbeitet.
Gruß Uwi

16

Hi Uwi!

Das ist interessant was Du schreibst! Danke!

Bye
Hansi