Een stille ontvanger is geen stroomprobe
Een stille ontvanger is geen stroomprobe
Een coaxkabel met een afsluitweerstand, een stekker die maar half aangesloten is, en plots zie je middengolfzenders op het spectrum. Sluit je de stekker volledig aan, dan verdwijnen ze weer. Een interessante proef — maar zijn daarmee ook de mantelstromen verdwenen?
RF.Guru-werkdefinitie: Common-modestroom is de niet-opgeheven fasorsom van de stromen in een gespecificeerde geleiderset, beoordeeld in een gedefinieerde doorsnede en met een verklaarde conventie voor de stroomrichting. In de bedoelde differentiële transmissielijnmodus zijn de heen- en retourstromen gelijk en tegengesteld, zodat hun fasorsom nul is. Wanneer ze elkaar niet opheffen, moet de resterende stroom zich sluiten via een ander referentie- of retourpad—zoals de buitenzijde van een coaxafscherming, een mast, een apparatuurchassis, stationsbekabeling, nabije structuren, aarde, de operator of gedistribueerde koppeling via de omgeving.
Deze bredere werkdefinitie is bijzonder bruikbaar in praktische antennesystemen. Bij zenden kan niet-opgeheven stroom op de buitenzijde van de coax de voedingslijn en verbonden structuren deel maken van het stralende antennesysteem, tenzij dat pad bewust is gekozen, duidelijk is gedefinieerd en correct wordt beheerst—bijvoorbeeld met het vereiste retourpad en een geschikte common-mode-choke op de juiste grens.
Ik kreeg een clubmail doorgestuurd over een eenvoudige maar opvallende proef. De antenne was losgekoppeld. Aan het andere uiteinde van een coaxkabel van 35 m zat een afsluitweerstand van ongeveer 50 Ω. Aan de ontvanger maakte eerst alleen de middenpen van de stekker contact. Er waren middengolfzenders te ontvangen. Zodra ook de afscherming contact maakte met de ontvanger, verdwenen die signalen in de ruis op het scherm.
Dat is een interessante vaststelling, en daar kunnen we iets mee. Alleen gaat de conclusie in de mail een stap te ver: dat de kabel daarmee ook vrij zou zijn van mantelstromen. In Engelstalige vakliteratuur heet dat common-mode current. Dat je ontvanger stil wordt, betekent nog niet dat er langs de buitenkant van de coax geen stroom meer loopt. Je hebt de ontvangst vergeleken, niet de stroom gemeten.
De auteur laat de laatste RG400-jumper en de dipool uitdrukkelijk buiten zijn conclusie. Dat is terecht. Ik trek de conclusie dus ook niet door naar die jumper of de antenne. We bekijken alleen wat deze proef ons vertelt over de kabel van 35 m met zijn afsluitweerstand.
Wat we uit deze proef kunnen meenemen
De antenne vervangen door een bekende belasting is een goed vertrekpunt. Zo kun je kabel en ontvanger onderzoeken zonder dat de antenne ondertussen allerlei gewenste en ongewenste signalen aanvoert. Met een goed afgeschermde afsluitweerstand van 50 Ω weet je wat er aan het einde van de coax hangt. Duikt er dan toch een omroepzender op, dan kun je gerichter zoeken hoe die binnenkomt.
Voor een ontvangstproef rond 1,5 MHz kan een voldoende inductiearme weerstand van 47 Ω, met korte aansluitdraden, best volstaan als benadering. Maak daar alleen geen universele RF-belasting van: op een andere frequentie kan de uitvoering veel zwaarder doorwegen.
Technisch bekeken: voor een ideale weerstand van 47 Ω op een lijn met een reële karakteristieke impedantie van 50 Ω geldt |Γ| = |(47 − 50)/(47 + 50)| ≈ 0,031. Dat komt overeen met een SWR van ongeveer 1,064. Die kleine differentiële misaanpassing is niet het belangrijkste zwakke punt van deze proef. Met een geschikte belasting op een connector vermijd je dat je een extra, onafgeschermde ontvangstructuur toevoegt.
Ook de stekker doet ertoe. Zodra de afscherming weer contact maakt, verandert de ontvangst duidelijk. Die verbinding hoort bij het RF-circuit. Ze zit er niet alleen om de stekker op zijn plaats te houden. Goede coax, degelijke connectoren en een doorlopende verbinding van de afscherming met de behuizing zijn dus geen overbodige luxe.
Vergelijk met dezelfde ontvangerinstellingen. De mail wijst terecht op het belang van de ontvangerinstellingen. Laat versterking en signaalverwerking niet ongemerkt mee veranderen. Schakel de noise blanker en ruisonderdrukking uit als ze de vergelijking beïnvloeden. Gebruik niet meer voorversterking dan nodig, zodat de ontvanger niet overstuurd raakt. Maar “alle filters uit” is op zich geen garantie voor een lineaire ontvanger. Soms heb je net filtering of verzwakking nodig om oversturing te vermijden. Houd ook de meetbandbreedte gelijk en noteer die.
Eén coaxkabel, twee verschillende stroompaden
Het gewenste signaal loopt binnen de coax, tussen de binnengeleider en de binnenzijde van de afscherming. Maar diezelfde afscherming heeft ook een buitenkant. Daar kan eveneens stroom lopen, met een terugweg via toestellen, andere kabels, nabije constructies en koppeling met de omgeving.
De weerstand van 50 Ω sluit het signaalpad binnen de coax af. Hij sluit niet vanzelf ook het stroompad langs de buitenkant af. Daar zit het cruciale onderscheid. Een kabel kan goed afschermen en tegelijk behoorlijk wat stroom langs zijn buitenkant voeren. Dat is geen tegenspraak: het zijn twee verschillende eigenschappen.
Technisch bekeken: kies op één vastgelegde doorsnede dezelfde positieve richting voor de stroom in de binnengeleider en die in de volledige afscherming. Dan geldt ICM = Ibinnengeleider + Iafscherming, waarbij we met complexe stroomfasoren rekenen. De bedoelde differentiële stromen heffen elkaar in die som op. Op RF helpt het beeld van binnen- en buitenoppervlak om de coaxiale modus van de externe modus te onderscheiden; het zijn geen drie fysiek afzonderlijke draden.
De impedantie van de externe modus hangt af van de geometrie en de omgeving waarlangs de stroom terugkeert. Ze ligt niet vast op 50 Ω omdat er “50 Ω” op de coax staat.
Goede afscherming houdt storing uit het signaalpad binnen de coax. Een geschikte mantelstroomchoke maakt het voor ongewenste stroom langs de buitenkant moeilijker om te lopen. Beide kunnen nodig zijn. Een betere afscherming vervangt dus niet zomaar een choke, en een choke herstelt geen slechte afscherming.
Een half aangesloten stekker verandert het circuit
Wanneer alleen de middenpen contact maakt, is de coax niet meer aangesloten zoals bedoeld. De verbinding tussen afscherming en ontvangerbehuizing ontbreekt. Rond die half aangesloten stekker kunnen elektromagnetische velden inkoppelen. Ook stroom of spanning aan de buitenkant van de kabel kan dan op een andere manier in de ontvanger terechtkomen.
Sluit je de stekker volledig aan, dan herstel je de afschermingsverbinding. Tegelijk verander je de terugweg van de stroom én de manier waarop een storing van buitenaf wordt omgezet in een signaal aan de ontvangeringang. Met deze proef kun je die effecten niet afzonderlijk uit elkaar halen. Ik zou dus evenmin beweren dat alles via de blootliggende pen binnenkwam, of dat alle storing door de vlecht van de coax lekte.
Technisch bekeken: een ontvanger detecteert een differentiële spanning aan zijn ingang; hij meet niet rechtstreeks de mantelstroom op de kabel. In een eenvoudig kleinsignaalmodel is één bijdrage Vstoring = Zomzetting ICM. De stekker volledig aansluiten kan zowel de mantelstroom als die omzetting veranderen. Daarnaast kunnen er nog andere manieren zijn waarop het signaal binnenkomt. Aan een kleinere Vstoring alleen zie je niet welke factor veranderd is. Hetzelfde onderscheid tussen afschermingsstroom en de omzetting daarvan naar storing in een schakeling komt aan bod in Jim Browns uitleg over het pin-1-probleem. Dat illustreert hoe zoiets kan werken; het zegt niet dat deze ontvanger dat specifieke probleem heeft.
Waar de conclusie te kort door de bocht gaat
Geen signaal meer is niet hetzelfde als geen mantelstroom
Wat toont de proef wél aan? Met de afscherming volledig aangesloten waren die omroepsignalen in deze opstelling niet meer van de ruisvloer op het scherm te onderscheiden. De stekker correct aansluiten maakte dus een duidelijk verschil voor wat de ontvanger binnenkreeg.
Daarmee weet je nog niet hoeveel RF-stroom er langs de buitenkant liep. Er kan nog stroom lopen terwijl er veel minder van die storing in de ontvanger terechtkomt. Je weet evenmin wat er op de andere HF-banden gebeurt, met de antenne opnieuw aangesloten of tijdens het zenden. Dan krijgt het systeem andere signalen te verwerken en kunnen ook de stroompaden veranderen.
Moeten we dan voor alle zekerheid overal chokes hangen? Nee. Maar als we zeggen “hier loopt geen mantelstroom”, dan hoort daar een stroommeting bij: op welke frequentie, op welke plaats en tot hoe klein konden we nog meten?
Waarom 47 dB op het spectrum niet hetzelfde is als 24 dB op de S-meter
De mail vermeldt een spectrumpiek rond 1,467 MHz van ongeveer −73 dBm zolang de afscherming niet aangesloten is. Na het aansluiten verdwijnt die piek in de ruisvloer van de panadapter, rond −120 dBm. Daarnaast daalt de S-meter volgens de mail van S7 naar S3, bij een ontvangstbandbreedte van 3 kHz.
−73 − (−120) = 47 dB: aan die aftrekking is niets mis. Alleen meet je na het verdwijnen van de draaggolf niet meer afzonderlijk hoeveel ervan overblijft. Die −120 dBm is de ruisvloer op het scherm, niet een gemeten restsignaal. Met gelijke instellingen en een gekende detectiedrempel kun je wel een grens bepalen voor de onderdrukking. Een exacte invoegverzwakking van 47 dB heb je daarmee niet gemeten.
Elecraft specificeert voor de K4 S9 bij −73 dBm en 6 dB per S-eenheid, met compensatie voor voorversterker en verzwakker. Vier S-eenheden vertegenwoordigen op die schaal dus 24 dB. Dat is geen reden om de meter als ongekalibreerd af te schrijven.
Een piek op het spectrum en een S-meterstand vertellen niet noodzakelijk hetzelfde. De K4-documentatie maakt onderscheid tussen de gegevens per spectrumbin en de ontvangermeting. De ontvangstbandbreedte van 3 kHz zegt op zich niets over de resolutiebandbreedte van de panadapter. Zonder de precieze instellingen en de manier waarop beide waarden bepaald worden, kunnen we het verschil dus niet aan één bepaalde DSP-functie toeschrijven.
Technisch bekeken: bij een ongeveer vlakke ruisdichtheid schaalt het gemeten ruisvermogen met de equivalente ruisbandbreedte: ΔPruis = 10 log10(B2/B1) dB. Een smalle draaggolf en geïntegreerde ruis reageren verschillend op een verandering van bandbreedte. Rohde & Schwarz licht dit effect van resolutiebandbreedte toe. Geen van beide veranderingen op het scherm is op zichzelf een meting van de verzwakking van mantelstroom.
Voor een kabelmeting hoeft het labo geen halve golflengte lang te zijn
De vraag uit de mail is terecht: wat zegt zo’n afschermingscijfer van een fabrikant nu eigenlijk? Een waarde bij 1 GHz geldt niet automatisch voor alle andere frequenties. Maar de verklaring die eraan gekoppeld wordt, klopt niet: dat een meetruimte minstens een halve golflengte lang zou moeten zijn en dat je daarom op HF niet dezelfde afscherming zou kunnen halen.
Om een kabelafscherming te meten, heb je niet noodzakelijk een vrije-veldmeetbaan nodig zoals voor een antenne. In een gestandaardiseerde triaxiale meetopstelling zit een stuk kabel binnen een extra buitengeleider. Zo krijg je een gecontroleerd circuit waarin je de koppeling kunt meten. De elektrische lengte en de afsluitingen van die opstelling zijn belangrijk. De lengte van de kamer hoeft geen halve golflengte in de vrije ruimte te zijn.
Op lagere frequenties is de oppervlaktetransferimpedantie een bruikbare maat. Dat is een hele mondvol, maar het idee is eenvoudig: hoeveel spanning ontstaat er binnenin doordat er stroom langs de buitenkant van de afscherming loopt, per meter kabel? Afschermingsdemping, in het Engels screening attenuation, beschrijft de afscherming op een andere manier: in dB, onder welbepaalde meetomstandigheden. Geen van beide vertelt rechtstreeks hoeveel mantelstroom er in jouw installatie loopt.
Technisch bekeken: de transferimpedantie ZT(f) van een kabel heeft als eenheid Ω/m. Voor een korte, ongeveer uniforme meetlengte l geldt onder de opgegeven voorwaarden bij benadering Vgekoppeld ≈ ZT(f) · l · Iafscherming. In elektrisch lange of niet-uniforme installaties moet je rekening houden met stroom, fase en voortplanting langs de kabel. Je kunt een waarde gemeten op een kort stuk kabel dus niet zomaar met 35 m vermenigvuldigen.
IEC 62153-4-3 behandelt triaxiale meting van oppervlaktetransferimpedantie; IEC 62153-4-4 behandelt triaxiale meting van afschermingsdemping. Je kiest dus de grootheid en meetmethode die bij je vraag passen. Daaruit volgt niet dat afscherming op HF noodzakelijk slecht is. De kabeldemping in dB/100 m is nog een andere grootheid: die beschrijft verlies langs het bedoelde signaalpad, niet de afscherming tegen koppeling van buitenaf.
Een goede kabel kiezen vraagt meer dan draadjes tellen
De fabrikantenspecificatie van Ecoflex 10 vermeldt een afschermingsdemping van minstens 90 dB bij 1 GHz. Dat ondersteunt de kanttekening in de mail over de opgegeven frequentie. Het bewijst niet de afscherming van de complete installatie van 35 m bij 1,467 MHz.
De folie, de opbouw van de vlecht, het geleidermateriaal, de montage van de connectoren en de staat van de kabel spelen allemaal mee. Daarom kun je RG58, RG8, RG213, RG400 en allerlei merkkabels niet zomaar in één vaste rangschikking van slecht naar goed zetten. Je moet weten welke uitvoering en frequentie je vergelijkt, hoe er gemeten is en welke connectoren erop zitten. Kies een kabel voor wat je ermee wilt doen, niet alleen voor zijn dikte of het aantal draadjes in de vlecht.
Over de vervanging van Hyperflex door Ultraflex bevat de mail trouwens wel degelijk juiste informatie. Messi & Paoloni noemt Ultraflex 10 Competition als vervanger van Hyperflex 10. De Hyperflex-documentatie vermeldt 192 draadjes in de vlecht; het gegevensblad van Ultraflex vermeldt er 144. Dat zijn inderdaad 25% minder draadjes. Voor beide staat er een afschermingsdemping van meer dan 105 dB over 100–2000 MHz. Dat mogen we gewoon erkennen. Alleen verschillen ook het materiaal van de vlecht, de dekkingsgraad en andere details. Dezelfde opgegeven ondergrens voor afscherming maakt de kabels niet op alle punten identiek. En een specificatie vanaf 100 MHz vertelt ons nog niet hoe de afscherming op HF verloopt.
Hoe we met deze proef verder kunnen
Deze proeven zijn alleen voor ontvangst: zorg dat je niet per ongeluk kunt zenden voordat je aansluitingen verandert. Zend niet in een gedeeltelijk aangesloten stekker of een kleine weerstand voor ontvangstproeven. Laat de veiligheidsaarding, de vereiste vereffeningsverbindingen en de bliksembeveiliging intact; onderbreek nooit de beschermingsaarde om RF-ruis te bestrijden. Stop bij onverwachte spanningen op een connector of behuizing en laat die onderzoeken voordat je verbindingen aanraakt. Apparatuur uitschakelen bewijst niet dat een externe kabel veilig is. Werk niet aan buitenantennes tijdens onweer.
Ik zou dus verder werken met deze proef. Niet alles overboord gooien, maar telkens duidelijk maken welke vraag we ermee beantwoorden:
| Vergelijking | Welke vraag helpt dit beantwoorden? | Wat bewijst dit niet? |
|---|---|---|
| Een afgeschermde belasting rechtstreeks op de ontvanger | Wat je ontvangt zonder de buitenkabel, bij vaste ontvangerinstellingen | Het gedrag van de buitenkabel |
| Dezelfde belasting aan het verre uiteinde, met alle coaxconnectoren volledig aangesloten | Of er met de kabel signalen bijkomen die je zonder die kabel niet zag | Dat er geen mantelstroom loopt wanneer je geen verschil ziet |
| Een gekalibreerde RF-stroomprobe rond de volledige, intact aangesloten coax | Hoeveel nettostroom er op die plaats en frequentie loopt | Dezelfde stroom overal langs de kabel, of de afschermingsdemping van de kabel |
| Een geschikte choke toevoegen met de bedoelde antenne aangesloten | Of het aanpakken van het stroompad langs de buitenkant de ontvangst verbetert | Dat de ontvangst beter is als signaal én ruis evenveel verzwakken |
Vergelijk waar mogelijk in A–B–B–A-volgorde. Laat kabels en toestellen op dezelfde plaats liggen en verander de instellingen niet tussendoor. Volg naast de ruis ook een stabiel signaal. Het gaat uiteindelijk om de signaal-ruisverhouding: komt het gewenste signaal beter boven de ruis uit? Alleen een stillere luidspreker zegt niet genoeg. En als je wilt weten hoeveel stroom er loopt, meet dan ook de stroom.
Technisch bekeken: een gekalibreerde stroomprobe heeft een eigen transferimpedantie, Zprobe(f) = Vuit/ICM, uitgedrukt in Ω. Dat is niet de kabelgrootheid in Ω/m. Met de voorgeschreven probeafsluiting geldt ICM = Vuit/Zprobe(f). Omsluit de volledige coax zodat de bedoelde differentiële stromen elkaar opheffen. Controleer achtergrondsignalen die de probe oppikt, de invloed van de probe op het circuit en de kalibratie. Meet op meer dan één plaats: een stroomminimum op één punt maakt de kabel nog niet stroomvrij.
Com-Power licht de toepassing van stroomprobes toe, inclusief het verband tussen gemeten stroom, transferimpedantie en uitgangsspanning.
De proef behouden, de conclusie aanscherpen
De clubproef toont iets belangrijks: een correcte verbinding van de afscherming kan een groot verschil maken voor de ontvangst. Dat is de moeite om mee te nemen. Net als het gebruik van een gekende afsluitweerstand, gelijke instellingen en het duidelijke onderscheid tussen de geteste kabel en de antenne die niet aangesloten was.
Maar haal drie zaken niet door elkaar: hoe goed de kabel afschermt, hoeveel storing er in de ontvanger terechtkomt en hoeveel stroom er langs de buitenkant van de coax loopt. Ze hebben met elkaar te maken, maar het ene is geen meting van het andere. Goede afscherming beschermt het signaal binnen de coax. Degelijke vereffening en het gericht aanpakken van ongewenste mantelstromen helpen om ook de buitenkant onder controle te houden. Door dat onderscheid te maken, weet je beter of je een connector moet aanpakken, een andere kabel nodig hebt of een choke moet inzetten.
Het signaal is niet meer zichtbaar. Dat beschrijft de mail. Of de mantelstroom ook verdwenen is, moet een stroommeting uitwijzen.
Bronnen en verdere technische uitleg
Deze bespreking vertrekt van een clubmail die ik doorgestuurd kreeg. De Elecraft-documentatie, kabelspecificaties en IEC-meetmethoden waarnaar ik hierboven verwijs, helpen om het resultaat van die proef juist te duiden: wat laat de proef zien, wat is er gemeten en wat kunnen we daaruit besluiten?
Mini-FAQ
- Zijn de mantelstromen weg als de ontvanger stil wordt? Dat kun je uit deze proef niet besluiten. De omroepsignalen zijn niet meer van de ruisvloer op het scherm te onderscheiden. Er kan ondertussen nog altijd stroom langs de buitenkant van de coax lopen.
- Sluit een weerstand van 50 Ω ook het stroompad langs de buitenkant af? Nee. Die weerstand sluit het differentiële signaalpad tussen binnengeleider en afscherming af. Het stroompad langs de buitenkant heeft een andere impedantie, die afhangt van de installatie en haar omgeving.
- Heeft de proef met alleen de middenpen dan geen nut? Toch wel. Je ziet ermee hoeveel verschil de afschermingsverbinding kan maken. Maar je verandert ook het circuit. Je meet dus niet rechtstreeks de mantelstroom of de afschermingsdemping van de kabel.
- Moet het labo een halve golflengte lang zijn om afscherming te meten? Nee. Bij een gestandaardiseerde triaxiale meting gebruik je een gecontroleerd koppelcircuit. De frequentie en de elektrische lengte bepalen welke grootheid je kunt meten en binnen welke grenzen.
- Hoe meet je dan de mantelstroom? Plaats een geschikte, gekalibreerde RF-stroomprobe rond de volledige coax. Gebruik de voorgeschreven afsluiting en houd rekening met de frequentierespons en meetgevoeligheid. Meet op meer dan één plaats langs de kabel.