Es gibt ja einige Messgeräte (im Gegenwert eines Mittelklassewagens) zur NF-Laufzeitmessung. Diese liefern aber nur bei geringen Laufzeiten von wenigen Millisekunden brauchbare Ergebnisse, so zumindest meine Erfahrungen bisher. (Es lag bestimmt wie so oft am Bediener.)

Rauschen oder Klirrfaktor wirken auch sehr störend auf das Messergebnis.

Nun gibt es aber auch ein Gleichwellen-Funksystem, in dem das NF-Signal ca. 30ms unterwegs ist. Wie wir nun alle wissen, muss die NF absolut gleichzeitig von allen Sendern im Funksystem ausgesendet werden, damit es im Funkfeld (Überlappungszone) zu keinen störenden Interferenzen kommt. Eine Laufzeitdifferenz von sagen wir mal 50µs dürfte da wohl die äußerste Schmerzgrenze sein.

Es bestand auch hier der Wunsch, die Laufzeit nachzumessen. Um nun bei dieser relativ hohen Laufzeit eine möglichst genaue Messung mit einfachsten Mitteln hinzukriegen (+/-20µs Messfehler erschien mir als akzeptabel), hatte ich nun einige Überlegungen angestellt. Das Ergebnis war nun ein simples Verfahren mittels Lissajous-Figur und einem genau einstellbaren Tongenerator.

Eines kann ich jetzt schon vorausschicken, das Verfahren ist zu meiner Überraschung so was von einfach, dass ich es selbst nicht fassen konnte. Man braucht wirklich nur ein Oszilloskop einen Tongenerator mit digitaler Anzeige (wenigstens 1/10 Hz Auflösung) und einen Taschenrechner. Also Dinge, die sowieso in der Elektronik-Werkstatt vorhanden sind.

Also, das Verfahren geht so: auf den Y-Eingang des Oszi’s gibt man das Eingangssignal welches ins System eingespeist wird, und auf den anderen X-Eingang gibt man das Ausgangssignal, welches das Funksystem durchlaufen hat.

Man schaut sich jetzt die Lissajous-Figur an und sucht sich eine Ton-Frequenz (z.B. in der Nähe von 1kHz), bei der die beiden Signale gleiche (oder eine bestimmte) Phasenlage zueinander haben. Diese Frequenz merken! Nun die Frequenz langsam erhöhen bis sich die Phase genau einmal gedreht hat. Auch diese Frequenz merken, usw..

Nun habe ich eine Formel zur Berechnung der Laufzeit entwickelt und diese in eine Excel-Tabelle eingearbeitet, wobei man noch weitere aufeinander folgende Frequenzen eingeben kann. Ich habe nun einige Messreihen gemacht und die Tabelle spuckte nun die Laufzeiten und die Periodendauer der Frequenzen aus. Und was mir dabei aufgefallen ist, konnte ich erst gar nicht glauben. Ich brauche nämlich meine relativ komplizierte Formel zur Laufzeitberechnung überhaupt nicht.

Es geht viel einfacher!!!

Es ist so genial einfach, dass man es eigentlich geheim halten müsste. Nein, natürlich nicht. Wenn du die genaue Vorgehensweise wissen willst, dann schreibe es hier, und ich werde es dir verraten.

Falls also genügend Interesse besteht, werde ich mal eine genaue Beschreibung der Vorgehensweise machen.

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John Carpenter sagt:

Servus, stehe vor dem Problem der Laufzeitmessung des NF-Signals über die Gleichwelle.
Wie geht es denn einfacher?
Wäre über eine Antwort seht dankbar!
Grüße John

admin sagt:

Hallo John,
meine Vorgehensweise zur NF-Laufzeitmessung habe ich oben schon grob beschrieben. Die Idee die dem zugrunde liegt ist denkbar einfach. Ich ermittle einfach die Anzahl der Perioden die die Messfrequenz benötigt, um das zu Prüfende System zu durchlaufen. Anschließend multipliziere ich einfach die Periodendauer der Messfrequenz mit der Anzahl der Perioden.
Und schon habe ich die Laufzeit!
Klar soweit?

Nun könnte man die Messfrequenz von Null angefangen nach oben durchdrehen, und dabei die Phasendrehungen zwischen Eingangs- und Ausgangssignal auszählen. Das wäre aber sehr umständlich und wenig praktikabel.
Unter der Annahme, dass immer die nächsthöhere Frequenz mit gleicher Phasenlage eine Phasendrehung (eine Periodendauer mehr) mehr braucht um das System zu durchlaufen, habe ich eine Formel zur Berechnung der Periodenanzahl der vorhergehenden Frequenz entwickelt.
Am besten ich schicke Ihnen die Excel-Tabelle mit der Berechnung der Laufzeit per Email.

Um es jetzt mal abzukürzen:
Die Periodendauer der “Differenzfrequenz” zwischen zwei aufeinander folgenden Frequenzen mit gleicher Phasenlage entspricht genau der Laufzeit !!!

John Carpenter sagt:

Servus,
leider kann ich Dir nur teilweise folgen, ” ..Ich ermittle einfach die Anzahl der Perioden die die Messfrequenz benötigt, um das zu Prüfende System zu durchlaufen. Anschließend multipliziere ich einfach die Periodendauer der Messfrequenz mit der Anzahl der Perioden ” denn wenn z.B die Periodendauer der Messfrequenz 1khz/1ms länger ist als die Systemlaufzeit z.B 70us wie sieht es dann hier mit der Darstellung aus?
In meinem Fall müsste ich Laufzeitunterschiede natürlich über den Frequenzgang des System erkennen können ( 250Hz bis 2,6 kHz ) da die laufzeiten natürlich auch frequenzabhängig sind. Ich sah schon einmal ein SW-Tool welches z.B. die Masterstation durchsweept und dann diese Werte als default ablegt, dies erfolgt in 70ms – langen Einzeltönen in 50 Hz-Schritten von 250 bis 2600 Hz. Anschließend wird dann der Offset zur nachfolgenden Messung z.B. der ersten Slavestation ermittelt. Anschließend könnte man dann die Laufzeiten im System entsprechend der Messung anpassen. Kennst Du so etwas?
Servus

admin sagt:

ok John,
mit meinem Artikel oben wollte ich lediglich zeigen, dass unter bestimmten Voraussetzungen eine Laufzeitmessung, für einen bestimmten NF-Frequenz-Bereich, auch ohne Analysator möglich ist. Nur mit Tongenerator, Oszillograph (Lissajous-Figur) und Taschenrechner bewaffnet.
Vorzugsweise für größere Laufzeiten. (auch Voip- oder E1-Verbindungen)

Ok, die “bestimmten Voraussetzungen” sind:
-Die zwei Messfrequenzen müssen sich in einem Bereich mit annähernd gleicher Laufzeit befinden. Ist das nicht der Fall, so erhält man eine mittlere Laufzeit für den Bereich zwischen den beiden Messfrequenzen.

-Die zu messende Laufzeit sollte schon größer als 1-2ms sein, da man mit einer Lissajous-Figur nur Phasenwinkel von 0° oder 180° genau erkennen kann. Phasenwinkel von 90° oder 270° kann man evtl. noch schätzen, aber alle anderen Zwischenwerte kann man mit einer Lissajous-Figur einfach nicht ermitteln. Das geht halt nur mit einem entsprechenden Analysator.

-Ein klein wenig Kreativität beim Messaufbau und der Auswahl der Messfrequenzen gehört natürlich auch dazu.

Die folgende Aussage ist natürlich voll skalierbar:
“Die Periodendauer der “Differenzfrequenz” zwischen zwei aufeinander folgenden Frequenzen mit gleicher Phasenlage entspricht genau der Laufzeit !!!”

Ein Beispiel:
Du möchtest eine Laufzeit von 1ms nachmessen. Dann suchst Du dir genau die Frequenz bei 1kHz, bei der die Phasenlage zwischen Eingang und Ausgang genau 0° ist. Auf dem Oszi ist eine Linie von links unten nach rechts oben zu sehen.
Diese Frequenz so genau wie möglich ablesen und notieren!

Jetzt die Frequenz erhöhen, bis bei 1,5kHz die Phase genau 180° ist. Auf dem Oszi ist jetzt eine Linie von links oben nach rechts unten zu sehen.
Diese Frequenz auch so genau wie möglich ablesen und notieren!

Jetzt die Differenz zwischen beiden Frequenzen ausrechnen. (Taschenrechner)
Da wir die Phase nur um eine halbe Periode weitergedreht haben (180°), müssen wir noch die Differenz mit 2 multiplizieren, um die Differenz für eine ganze Umdrehung (360°) zu erhalten. Jetzt noch die Periodendauer der Differenzfrequenz berechnen, und schon haben wir die exakte Laufzeit. (also 1/f)

War doch einfach, oder?

Wir im QRL benutzen seit sehr vielen Jahren einen FFT-Analysator (CF-350Z) zur Gruppenlaufzeitmessung. Der Analyzer erzeugt also einen Sweep (z.B.25Hz-Schritte) und ermittelt die Phasenlage zwischen Eingangs- und Ausgangssignal des GW-Systems für jede einzelne Messfrequenz des Sweeps. Nach Ablauf des Messvorgangs erhält man einen Graph des Frequenz-Phasengangs bzw. der Gruppenlaufzeit, die sich wiederum aus dem Frequenz-Phasengang errechnen lässt, und umgekehrt.

Hast Du eigentlich die Email mit der Tabelle bekommen?