Das Reflektionsverhalten von Leitungen und Leitungsübergängen bei Kabeln wird mittels TDR (Time Domain Reflectometry) bzw. FDR (Frequency Domain Reflectometry)-Messgeräten ermittelt. Damit lassen sich Fehlerstellen in Kabeln, Leitungen und Leitungssystemen, insbesondere an Leitungsübergängen, bestimmen und genau lokalisieren. Die Messung am Kabel oder Leitungssystem erfolgt im Frequenzbereich, wobei die erfassten Messwerte mittels umgekehrter Fouriertransformation in den Zeitbereich abgebildet werden.

Die derzeit käuflichen Messgeräte arbeiten ohne Korrektur bzw. nur mit schmalbandiger Korrektur der frequenz-und längenabhängigen Leitungsdämpfung der gemessenen Kabel. Die individuelle frequenz-und längenabhängige Dämpfung des Kabels verfalscht die Messergebnisse und erschwert es, tatsächliche Fehlerquellen mit Sicherheit zu erkennen bzw. die Güte der Leitungsanpassung zu beurteilen. Im Interesse eines guten Messergebnisses, d. h. einer sehr guten Auflösung im Zeitbereich, sollten die Messungen im Frequenzbereich breitbandig ausgeführt werden. Eine derartige breitbandige Messung führt jedoch ohne bzw. ohne umfassende Korrektur der frequenz-und längenabhängigen Leitungsdämpfung der gemessenen Kabel zu erheblichen Messfehlem.

Die Aufgabe der Erfindung liegt deshalb darin, ein Verfahren zur Korrektur der frequenzabhängigen Leitungsdämpfung bei Messungen an Hochfrequenzkabeln vorzuschlagen, mit welchem bei breitbandiger Messung wesentlich genauere Messwerte über den gesamten Längenbereich des Kabels erzielt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung beruht darauf, daß für jeden zu messenden Kabeltyp aus vom Hersteller vorgegeben Dämpfungswerten ein Parametersatz für ein Dämpfungsmodell erzeugt wird. Anhand dieses Dämpfungsmodells lasst sich im Zeitbereich eine längenabhängige Korrekturfunktion angeben, mir der dann die ebenfalls in den Zeitbereich transformierten Messwerte des komplexen Reflektionsfaktors korrigiert werden, wobei sich physikalisch richtige Werte ergeben.

Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Fehler der Messungen im Frequenzbereich, hervorgerufen durch eine frequenzabhängige und längenabhängige Leitungsdämpfung, im Zeitbereich korrigiert werden und die resultierenden Messergebnisse erheblich genauer werden.

Damit ist der weitere Vorteil gegeben, daß eine breitbandige Korrektur des frequenz-und längenabhängigen Fehlers über den gesamten betrachteten Frequenzbereich fo bis fmaY erzielt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

So ist z. B. vorgesehen, zur Impulsformung der Werte des komplexen Reflektionsfaktors R (f) im Frequenzbereich ein Impulsformungsfilter anzuwenden, um seitliche Überschwinger im Messignal zu unterdrücken,

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Dabei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild zur erfindungsgemässen Korrektur der längen- und frequenzabhängigen Leitungsdämpfung bei FDR-Messungen an Leitungssystemen ; Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild zur erfindungsgemässen Korrektur der längen- und frequenzabhängigen Leitungsdämpfung bei FDR-Messungen an Leitungssystemen mit Pulsformungsfilter ; Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Figur 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer zu messenden Hochfrequenzleitung 1. Ausgehend von einer idealen Leitung 2 weist jede Leitung eine definierte frequenz-und längenabhängigen Dämpfung 3 auf, die durch eine zu bestimmende Näherungsfunktion beschrieben werden kann.

Näherungsfunktion für die frequenzabhängige Dämpfung Die Leitungsdämpfung für eine vorgegebene Lange und Frequenz wird an einer an einem Ende kurzgeschlossenen Leitung bestimmter Lange ermittelt. Für eine kurzgeschlossene Leitung der Länge lo läßt sich der Eingangsreflektionsfaktor r (f, lo) folgendermaßen angeben : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> r(f, l0) = -1.e-2.[α(f)+j.ß+j.ß(f)].l0 (1)<BR> <BR>

mit a (f) Dämpfung, als Funktion der Frequenz ß(f)...................(f)................... Phase als Funktion der Frequenz Der Betrag ist somit : !/)!="p) Der Returnloss aR (f, 10) stellt die doppelte Leitungsdämpfung dar und ergibt sich zu: <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> -40<BR> 2.aR(f,l0)=20.lg{|k(f,l0)|}=.α(f).l0 (3) Die Kabelhersteller geben in der Regel die Leitungsdämpfung für fünf bestimmte Frequenzen an. Die Funktion der einfachen Kabeldampfung aRN (f l0) über der Frequenz läßt sich sehr gut durch folgende Funktion annähern : (/o)=-/'-o(4) Durch Gleichsetzen der beiden Ausdrücke aR (f Xlo) und aR (f, lo), d. h. der Gleichungen (3) und (4), erhält man die frequenzabhängige Dämpfung a (f), die sich ergibt zu : <BR> <BR> <BR> ln(10)<BR> α(f) = - . a.fb (5)<BR> <BR> <BR> <BR> 20

Die Konstanten a und b sind leitungsspezifische Parameter. Diese können durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate bestimmt werden.

Misst man nun den komplexen Reflektionsfaktor R (f) des betrachteten Kabels 1 in äquidistanten Schritten über einen Frequenzbereich fo-fmax, so erhält man eine Reihe von Messwerten R1 (f)-Rn (f), die durch eine diskrete Fouriertransformation 4 in den Zeitbereich transformiert werden können. Man erhält den komplexen Reflektionsfaktor r* (t). Dieser Reflektionsfaktor im Zeitbereich ist fehlerbehaftet, hervorgerufen durch die frequenz-und längenabhängige Dämpfung des gemessenen Kabels 1. Um diese Fehler auszugleichen, wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, eine Korrektur 5 auf die Messwerte r* (t) anzuwenden. Damit erhält man berichtigte Messwerte, unabhängig von der kabelspezifischen Dämpfung. Die Korrektur 5 erfoigt durch eine Korrekturfunktion kD(f, 1).

Bedingung für eine Korrekturfunktion im Zeitbereich : Werden für die Bestimmung der Systemfunktion (komplexer Reflektionsfaktor im Frequenzbereich) idealerweise alle Frequenzen von 0 bis Unendlich herangezogen, so ergibt der Reflektionsfaktor im Zeitbereich (nach vorheriger Fouriertransformation) einen Delta-lmpuls an der Stelle °, mit cals C. vk Lichtgeschwindigkeit und vk als Verkürzungsfaktor der Leitung. Dieser Impuls hätte im Idealfall ohne Leitungsdämpfung die Amplitude 1, wird aber durch die frequenzabhängige Dämpfung auf einen kleineren Wert abgebildet.

Durch formale Einführung einer Korrekturfunktion kD (f lo) ! äßt sich der Delta- lmpuls auf den Wert 1 bringen.

Aus den vorherigen Aussagen kann folgende Bedingung angesetzt werden : oder im Fall t = 2-10 c-Vk Für jeden Wert r* (t) lasst sich nun ein Wert der Korrekturfunktion fD (f, I) angeben.

Durch Multiplikation der Werte des Reflektionsfaktors r* (t) mit den entsprechenden Werten der Korrekturfunktion ko (f, I) erhält man nun einen dämpfungskorrigierten Wert r (t) des Reflektionsfaktors.

Lösung des Integrals in Gleichung (6) : Für das im Nenner von Gleichung (6) stehende Integral existiert keine Stammfunktion, deswegen erfolgt die Lösung durch Reihenentwicklung.

Da die Reflektionsstellen in der Systemfunktion als Summe erscheinen, kann vom speziellen Fall des Kurzschlusses auf eine Leitung mit mehreren Fehlerstellen verallgemeinert werden. Durch Ersetzung des Parameters 10durch I kann jeder Bildpunkt im Zeitbereich korrigiert werden.

Die durch Fouriertransformation gewonnene Zeitfunktion wird mit der Korrekturfunktion multipliziert. Die in der Zeitfunktion dargestellten Reflektionsstellen werden dadurch dämpfungskorrigiert.

Verwendung eines Cosinus-Filters zur Impulsformung : In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es gemäss Figur 2 vorgesehen, zur Impulsformung der Werte des komplexen Reflektionsfaktors R (f) im Frequenzbereich ein Impulsformungsfilter 6 anzuwenden. Grund dafür ist, dass die Rücktransformation der Meßwerte aus einem bis beschränkten sin x Frequenzbereich den Nachteil hat, daß anstatt eines 8-Impulses eine- x sine Funktion die Reflektionsstelle beschreibt. Diese-Funktion hat die x Eigenschaft, daß die seitlichen Überschwinger des Signals nahegelegene andere Reflektionsstellen beeinflussen. Um diese Überschwinger möglichst klein zu halten, bzw. ganz zu beseitigen, ist es üblich, die Frequenzdaten mit einem Cosinus-lmpulsformungsfilter 6 zu versehen. Diese Filter haben folgende allgemeine Darstellung im Frequenzbereich :

Dieses Filter wird im Frequenzbereich mit den Werten des Reflektionsfaktors R (f) multipliziert und ergibt somit ein neues Filter. Unter Beachtung der im Punkt 2 erwähnten Argumentationskette kann nun ausgehend von Gleichungen (6) und (8) folgende Bedingung für die Korrekturfunktion ko (f, I) angeschrieben werden.

Lösung des Integrals in Gleichung (9) : Das im Nenner stehende Integral wird in drei Teilintegrale aufgespaltet, die ihrerseits nur durch Reihenentwicklung lösbar sind.

1 |kD(f , l0)| = |k0 ( f , l0) + k1(f , l0) + k2(f , l0)| <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Die Lösungen der Teilintegrale lauten folgendermaßen:<BR>

Die durch Fouriertransformation gewonnene Zeitfunktion r* (t) wird mit der Korrekturfunktion ko (f, I) multipliziert. Die in der Zeitfunktion dargestellten Reflektionsstellen werden dadurch dämpfungskorrigiert, außerdem werden die Uberschwinger unterdrückt.

Figur 3 erläutert nochmals die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Der komplexe Reflektionsfaktor R (f) eines Kabels wird im Frequenzbereich fo-fmax in äquidistanten Frequenzschritten gemessen und die erhaltenen Messwerte 7 abgespeichert. Die Messung erfolgt mit einem handelsüblichen FDR-Messgerät.

Die Messwerte werden anschliessend an einen Personalcomputer übertragen und dort abgespeichert. Die weitere Verarbeitung der Messwerte erfolgt durch den Personalcomputer. Zunächst werden die Messwerte im Frequenzbereich durch ein Impulsformungsfilter 6 korrigiert um die seitlichen Überschwingen zu unterdrücken.

Nach einer optionalen Verstärkung 8 der tiefen Frequenzen zur Korrektur der Energiebilanz erfolgt die Transformation 4 der Messwerte R (t) vom Frequenzbereich in den Zeitbereich r* (t) durch Anwendung der diskreten Fouriertransformation. Anhand der zuvor ermittelten Korrekturfunktion ko (f, I) 5 für

das gemessene Kabel werden nun die Messwerte r* (t) mit den entsprechenden Korrekturwerten kd-1 bis kd-n der Korrekturfunktion ko (f, I) multipliziert, so daß sich ein dämpfungskorrigiertes Ergebnissignal r (t) 7 im Zeitbereich ergibt, das abgespeichert und in geeigneter Weise numerisch und/oder graphisch dargestellt werden kann.