Overførselsimpedans

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Overførselsimpedansen , også kendt som koblingsmodstanden , er en dimensionsafhængig målt variabel for afskærmningseffekten af ​​afskærmede elektriske ledninger. Overførselsimpedansen har dimensionen Ω / m; Normalt angives det i mΩ / m. I højfrekvent teknologi og i elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) karakteriserer værdien af ​​overførselsimpedansen kvaliteten af ​​et kabelafskærmning, for eksempel for koaksialkabler . Den dimensionsløse målte variable afskærmningsdæmpning , der lejlighedsvis bruges til afskærmede kabler, bruges til at evaluere afskærmningseffekten af ​​generel elektrisk afskærmning . Målemetoderne for overførselsimpedans er standardiseret i EN 50289-1-6 samt i IEC 62153-4-3 og i IEC 62153-4-4.

definition

Overførselsimpedansen beskriver afskærmningseffekten af ​​en elektrisk kort ( ), afskærmet kabelsektion. Det er defineret som en længde-relaterede mængde og er sædvanligvis angivet i enheden mQ / m (milli- ohm per meter). Overførselsimpedansen beskriver det længderelaterede forhold mellem længdespændingen der er koblet til det indre kredsløb (indersiden af ​​afskærmningen, den indre leder og afslutningsimpedanserne af ledningen) til strømmen som er imponeret som interferensstrøm i det ydre kredsløb (uden for skjoldet og dets omgivelser). Følgende gælder for overførselsimpedansen:

Overførselsimpedansen indeholder kun galvanisk og magnetisk kobling . Som en forstyrrelsesmekanisme beskriver overførselsimpedansen en forstyrrelsesspændingskilde , der styres af forstyrrelsesstrøm I -forstyrrelse. Jo mindre overførselsimpedans, desto bedre er afskærmningseffekten.

Den kapacitive kobling til lederen eller lederne beskyttet af kabelafskærmningen er omfattet af udtrykket overførselsadgang , som på grund af den forholdsvis svage indflydelse fra elektriske felter normalt kun kan overvejes, når kabelskærmene er forbundet til jord på den ene side.

Typisk forløb for kabler med flettet skjold

Karakteristisk forløb for overførselsimpedansen af ​​linjer med flettet skjold

Typiske værdier for overførselsimpedansen for flettede skjolde starter ved 10 mΩ / m til 20 mΩ / m for jævnstrøm. Ved lave frekvenser op til ca. 100 kHz svarer værdien af ​​overførselsimpedansen nogenlunde til skærmens DC -modstand. Denne værdi forbliver konstant op til ca. 1 MHz, da op til denne frekvens den galvaniske kobling dominerer koblingen af ​​interferensspændingen. Fra omkring 1 MHz dominerer den induktive kobling til den eller de indre ledere på grund af åbningerne i det flettede skjold, og overførselsimpedansen stiger lineært med frekvensen. På en logaritmisk skala er stigningen 20 dB pr. Frekvensårti. Kun med kabler af høj kvalitet er en forbedring i overførselsimpedansen mellem ca. 100 kHz og 1 MHz på grund af hudeffektkarakteristikken .

Påvirkning af bølgelængde, prøve længde og frekvens

Karakteristisk kurve for den målte overførselsimpedans af linjer med flettet skjold. Udryddelserne i den nærmeste og fjerne ende af et måleoplæg er tydeligt synlige. Med kortere kabellængder skifter afskæringsfrekvensen til højere frekvensområder. Også synlig for flettede skjolde med en høj dækningsgrad er starten på hudeffekten, hvilket forbedrer overførselsimpedansen fra ca. 100 kHz med særligt gode linjer

Målte fald i overførselsimpedansen ved højere frekvenser skyldes forskellen i bølgelængde mellem interferensstrømbølgen på kabelafskærmningen og interferensspændingsbølgen i det afskærmede kabel. Bølgelængdeforskellen skyldes, at den aktuelle bølge, der er imponeret på skærmen, oplever en permittivitet, der ligner permittiviteten i det frie rum, mens interferensspændingsbølgen mellem den indre og ydre leder ser permittiviteten af ​​det isolerende materiale. Da bølgelængden inden for linjen adskiller sig ved forkortelsesfaktoren fra bølgelængden af ​​interferensstrømmen uden for linjen på grund af dielektrikumet , ved højere frekvenser, når den afskærmede linje bliver elektrisk lang, slettes værdier ved bestemmelse af overførselsimpedansen fra måling af strøm og målespænding. Hvor ofte denne annullering sker, afhænger af længden af testobjektet fra og med valg af målepunkt for målespændingen, afhængigt af om bølgeretningen mellem det indre og ydre kredsløb er modsat eller i samme retning.

Ifølge EN 50289-1-6 er koblingens længde L c elektrisk kort, hvis:

eller elektrisk lang hvis:

hvor c er lysets hastighed i det frie rum. Koblingsoverføringsfunktionen Tn, f repræsenterer forløbet af overførselsimpedans Z T og afskærmningsdæmpning a S af et kabelafskærmning eller en afskærmet komponent eller stik over frekvensen. Overførselsimpedansen er uafhængig af udbredelsesbetingelserne i kablet eller komponenten og sine omgivelser. Ifølge deres definition er det ikke den beskyttende dæmpning .

Over afskæringsfrekvenserne f n, f (c = afskåret, n = nær, f = langt) begynder bølgeudbredelsesområdet eller det område, hvor de undersøgte objekter kan betragtes som elektrisk langt.

Typisk kursus med lukket paraply

Karakteristisk forløb for overførselsimpedans af linjer med kontinuerligt lukket skjold

For kabelskærme fremstillet af selvstændigt skærmeledermateriale, f.eks. B. halvstive linjer , overførselsimpedansen falder med stigende frekvens, fordi hudeffekten sikrer, at interferensstrømmen på indersiden skaber et stadig mindre spændingsfald. Frekvensen, hvormed denne effekt starter, afhænger af tykkelsen af ​​den ydre leder og huddybden .

Denne effekt er ønskelig, fordi den fører til den ønskede afkobling mellem det eksterne og interne kredsløb.

Måling af overførselsimpedans

Overførselsimpedansen af ​​en linje måles ved at påvirke en defineret strøm I stör i kabelafskærmningen ved hjælp af et eksternt kredsløb over en defineret ledningslængde l . På testlinjen måles spændingen U -forstyrrelse, der falder der, på det indre kredsløb via en afslutningsmodstand Rlinjen, der afsluttes på begge sider med linjeimpedansen . Spændingen målt ved en afslutningsmodstand svarer til halvdelen af ​​spændingen koblet til kabelafskærmningen på kablet, der er afsluttet i begge ender. Overførselsimpedansen bestemt af de målte værdier er derefter:

I litteraturen er triaksiale måleindretninger eller arrangementer med en direkte tilførsel af interferensstrømmen til kabelafskærmningen på den testede enhed specificeret som måleindretning.

Triaksial målemetode

Triaksial måleopsætning til måling af overførselsimpedansen

Kablet eller komponenten, der skal testes, er forsynet med et stik i den ene ende og en afslutningsmodstand i den anden ende. Testemnet er indbygget i røret og kortsluttet til røret i transmitterenden. I tilfælde af koaksiale testobjekter danner koaksialkablet og målerøret et triaksialt system; kablet, der skal testes, danner det indre system og kabelafskærmningen med røret, der danner det ydre system. Energien føres ind i kablet, der skal testes, eller til det interne system via senderen.

Energien, der kommer fra kablet, der skal testes eller fra det indre system, breder sig i det ydre system. For bølgen, der bevæger sig til enden nær senderen, skaber kortslutningen en total refleksion, så superpositionen af ​​de udgående og returbølger eller af nær og fjern krydstale måles ved modtageren.

Den triaksiale målemetode er standardiseret i EN 50289-1-6 samt i IEC 62153-4-3 og i IEC 62153-4-4.

Alternativ målemetode til bestemmelse af overførselsimpedansen

Den mest præcise bestemmelsesmetode er med komplekse flettede skjolde ved måling. Den triaksiale metode er en ofte anvendt målemetode. [1] [2] Med denne målemetode er en tilpasset afslutning af testobjektet kun mulig med stor indsats. En uoverensstemmende afslutning giver gode resultater i lavfrekvensområdet, men resultaterne bliver mere og mere unøjagtige, når frekvensen stiger. Derudover fører større stik til meget store rørtykkelser, hvilket gør det endnu vanskeligere at opnå den korrekte bølgemodstand.

Der er også den standardiserede paralleltrådsmetode, som opnår gode resultater med forskellige kabler. En lignende måleopsætning kan bruges til kabler og kabelstiksystemer. [3] Med ikke-symmetriske stik når denne metode hurtigt sine grænser, fordi måleresultaterne kan variere for forskellige positioner af fremføringstråden.

Ground Plate Method (GPM) blev udviklet i lyset af begrænsningerne ved LIM og den triaksiale metode, især til analyse i højfrekvensområdet. [4] De tre metoder adskiller sig væsentligt i typen af ​​strømtilførsel og returlederens struktur. Den triaksiale metode bruger en cylinder, paralleltrådsmetoden bruger en fremføringstråd, mens GPM bruger et jordplan som en returvej.

Forskel mellem overførselsimpedans og afskærmningsdæmpning

Ferritkappe og fælles koaksialkabel RG58

Billedet viser tværsnittet af to RG 58-linjer. Ferritmantlet ledningstype og kablet i det sædvanlige design har begge den samme overførselsimpedans, fordi ferritkappen ikke ændrer koblingen til den indre leder, når en interferensstrøm er imponeret over den ydre leder.

Den afskærmning dæmpning mod elektromagnetiske felter øges ved ferrit kappe. Referencesignalerne er ikke strøm I og spænding U, men feltstørrelser E og H. Desuden er handlingerne Ferritummantelung end for afskærmningseffektiviteten common mode choke, som et push-pull signal transformatorbaseret og til et common mode signal induktivt dæmper effekt.

Yderligere litteratur

  • H. Kaden: Eddy -strømme og afskærmning inden for kommunikationsteknik . 2. udgave. Springer Verlag, 1959, ISBN 3-540-32569-7 (marts 2006).
  • Joachim Franz: EMC, fejlsikker konstruktion af elektroniske kredsløb . Teubner, Stuttgart / Leipzig / Wiesbaden 2002, ISBN 3-519-00397-X .
  • IEC 62153-4-3: Metalliske kommunikationskabeltestmetoder - Del 4-3: Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Overfladeoverførselsimpedans - Triaksial metode.
  • IEC 62153-4-15: Metalliske kommunikationskabeltestmetoder - Del 4-15: Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Testmetode til måling af overførselsimpedans og screeningdæmpning - eller kobling af dæmpning med triaxialcelle.
  • IEC 62153-4-6: Metalliske kommunikationskabels testmetoder - Del 4-6: Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Overfladeoverførselsimpedans - Line Injection Method.
  • SAE ARP 1705C: Koaksial testprocedure til måling af RF -afskærmningskarakteristika for EMI -pakningsmaterialer
  • A. Mushtaq, K. Hermes, S. Frei: Alternativ målemetode til bestemmelse af overførselsimpedans for HV-kabler og HV-kabelstiksystemer til elektriske og hybridbiler . I: EMV Düsseldorf 2016.
  • A. Mushtaq, S. Frei, (2016): Alternative metoder til overførselsimpedansmålinger af afskærmede HV-kabler og HV-kabel-stiksystemer til EV og HEV . I: Int J RF og Microwave Comp Aid Eng. , doi: 10.1002 / mmce.20984

Individuelle beviser

  1. IEC 62153-4-3: 2013 | IEC webshop. I: webstore.iec.ch. Hentet 21. marts 2016 .
  2. IEC 62153-4-15: 2015 | IEC webshop. I: webstore.iec.ch. Hentet 21. marts 2016 .
  3. DIN IEC 62153-4-6: 2004-07. I: beuth.de. Hentet 21. marts 2016 .
  4. Abid Mushtaq, Stephan Frei: Alternative metoder til overførselsimpedansmålinger af afskærmede HV -kabler og HV -kabelstiksystemer til EV og HEV . I: International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering . 1. marts 2016, ISSN 1099-047X , doi : 10.1002 / mmce.20984 .