<Desc/Clms Page number 1>
Hochfrequenzspannungsteiler
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzspannungsteiler zur Gewinnung kleiner Hochfrequenzspannungen.
In der Hochfrequenzmesstechnik, insbesondere bei Gütefaktormessungen, ist es oft erforderlich, eine genau definierte kleine Hochfrequenzspannung in der Grössenordnung von Millivolt zu erzeugen. Zum Beispiel bei gewissen Gütefaktormessern mit einem Kopplungsglied niederer Impedanz und Spannungsmessung an einem Resonanzkreis muss der Resonanzkreis durch eine hochfrequente Spannung bekannter Grösse erregt werden. Diese kleine Erregerspannung kann insbesondere bei Frequenzen über 10 MHz nicht ohne grössere Schwierigkeiten direkt gemessen werden. Deshalb wird zu diesem Zweck ein frequenzunabhängiger Spannungsteiler angewendet, wobei die Grösse der gewünschten kleinen am Ausgang abgenommenen Spannung aus der am Eingang des Spannungsteilers gemessenen Spannung und dessen bekanntem Teilungsverhältnis bestimmt wird.
Für den Frequenzbereich von ungefähr 10 bis 3 00 MHz wird bei Gütefaktormessern meist ein induktiver Spannungsteiler verwendet, der als unsymmetrische, am Ende kurzgeschlossene Hochfrequenzleitung ausgebildet ist. Die Frequenzunabhängigkeit eines derart ausgeführten Spannungsteilers ist so lange ge-
EMI1.1
quenz ist. Dieser Fall wird an Hand der Fig. l der Zeichnung klargestellt : Die unsymmetrische, am Ende kurzgeschlossene Hochfrequenzleitung 3 wird aus einer Hochfrequenzquelle 4 gespeist. Die Spannung Us an der Eingangsabzapfung im Abstand l. vom kurzgeschlossenen Leitungsende wird mit einem Röhrenvoltmeter 5 gemessen. Die erwünschte kleine Spannung U wird am Ausgang im Abstand l von dem kurzgeschlossenen Leitungsende abgenommen.
Auf der Leitung werden stehende Wellen erzeugt, wobei der Verlauf der Spannung U der stehenden Wellen unter der Voraussetzung,. dass die Leitung verlustfrei ist, sinusförmig ist.
Die Fig. 2 stellt den Verlauf der stehenden Spannungswelle auf einer verlustfreien, am Ende kurzgeschlossenen Hochfrequenzleitung dar.
Im Abstand 1 von dem kurzgeschlossenen Ende ist die Grösse der Spannung U :
EMI1.2
wobei Um die Amplitude der stehenden Welle und ^- die Länge der Welle an der Leitung ist.
Analog gilt für die in Fig. l gegebene Schaltung :
EMI1.3
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
von dem kurzgeschlossenen Leitungsende :
EMI2.2
Zur Erregung des Resonanzkreises eines Gütefaktormessers muss die Ausgangsimpedanz der Erregungsquelle, welche die Spannung U an der Ausgangsabzapfung abgibt, am kleinsten sein.
Deshalb wird der wirkliche Abstand 12 einige Millimeter gewählt.
EMI2.3
Mein,gilt :
EMI2.4
Der Ausdruck (4) hat dann die Form :
EMI2.5
Aus dem letzten Ausdruck ist ersichtlich, dass für Frequenzunabhängigkeit der Spannung U2 gelten muss :
EMI2.6
Ist diese Bedingung erfüllt, kann man die Skala des die Spannung U1 messenden Röhrenvoltmeters 5 in
EMI2.7
EMI2.8
EMI2.9
EMI2.10
EMI2.11
EMI2.12
<Desc/Clms Page number 3>
Die Anwendung der kurzgeschlossenen Hochfrequenzleitung als Spannungsteiler nach Fig. 1 ist also einerseits durch die Frequenz, anderseits durch die geometrische Länge der Leitung 11 beschränkt.
EMI3.1
EMI3.2
EMI3.3
Der Wert von l bewegt sich praktisch zwischen 1-3 mm.
Ausserdem kann man die Länge der Leitung wegen der Leistungsanpassung des Spannungsteilers an die Speisequelle nicht beliebig verkürzen.
Diese beiden Bedingungen stehen in Widerspruch zur Forderung nach Frequenzunabhängigkeit des Spannungsteilers, nach welcher die Länge der Leitung l. so klein wie möglich sein soll. Bei der praktischen Ausführung des oben beschriebenen Spannungsteilers für den als Beispiel angeführten Frequenzbereich 10-300 MHz'ist es notwendig, zwischen den entgegengesetzten Forderungen einen Mittelweg einzuschlagen. Das Resultat einer solchen Lösung bringt aber immer entweder die Beschränkung des Frequenzbereiches oder die Herbeiführung eines bestimmten Fehlers mit sich, der bei den höchsten Frequenzen des Bereiches dann durch die Frequenzabhängigkeit des Teilungsverhältnisses verursacht wird.
Bei Anwendung dieses Spannungsteilers für die Erregung des Resonanzkreises des Gütefaktormessers verursacht also die Frequenzabhängigkeit des Teilungsverhältnisses direkt einen Fehler der angezeigten Angabe des Gütefaktors, wodurch die Genauigkeit des Gütefaktormessers herabgesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die erwähnten Nachteile und sie erweitert das Frequenzband, in dem die Frequenzabhängigkeit der Ausgangsspannung U, gewahrt bleibt. Dabei kann die Länge der Leitung l. ausreichend gross durchgeführt werden.
Insbesondere handelt es sich beim Gegenstand der Erfindung um einen Hochfrequenzspannungsteiler mit einer unsymmetrischen, am Ende kurzgeschlossenen und von einem Hochfrequenzgenerator gespeisten Leitung, an deren Ausgangsabzapfung in geringem Abstand von dem kurzgeschlossenen Ende die gewünsche kleine Spannung entnommen wird und an deren Eingangsabzapfung in einem von dem kurzgeschlossenen Ende in weniger als 0, 25 \ kleinen Abstand ein Diodenvoltmeter angeschlossen ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die eigene Resonanzfrequenz f des aus der Induktivität der Zuleitungen zu der Diode 6 und aus der Kapazität der Diode Cd gebildeten Kreises zwecks Erzielung der Frequenzunabhängigkeit des Teilungsverhältnisses mit Hilfe einer zusätzlichen Kapazität C, die parallel zu der Diode 6 angeschlossen ist, derart gestaltet ist,
dass sie der Gleichung
EMI3.4
entspricht, wobei l. die Länge der Leitung von dem kurzgeschlossenen Ende bis zu der Eingangsabzapfung und X die Wellenlänge an der Leitung bei maximaler Frequenz f des erforderlichen Frequenzbereiches ist.
Die Erfindung wird näher an Hand der Fig. 3 der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel darstellt, erklärt. Die Hochfrequenzleitung 3, welche am Ende kurzgeschlossen ist, wird aus dem Hochfrequenzge- nerator 4 gespeist. Die gewünschte kleine Spannung U wird aus der Ausgangsabzapfung im Abstand l vom kurzgeschlossenen Ende abgenommen. An der Eingangsabzapfung im Abstand 11 von dem kurzge- schlossenen Ende ist ein Diodenvoltmeter mit einem Zeigerinstrument 5 angeschlossen, wobei L die Induk- tivität der Zuleitungen zur Diode 6 des Voltmeters und Cd die Kapazität dieser Diode 6 darstellen. Parallel zur Diode 6 ist ein zusätzlicher Kondensator 7 mit der Kapazität C angeschlossen. Der Kondensator 9 ist der Siebkondensator des Detektors.
Die Kapazität C des zusätzlichen Kondensators 7 und die Kapazität Cd der Diode 6 bewirken gemeinsam mit der Induktivität der Zuleitungen L zur Diode 6 die bekannte Frequenzabhängigkeit der Uss-Angabe des Voltmeters :
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
worin f die Arbeitsfrequenz und f. die eigene Resonanzfrequenz des Detektors ist.
Nach dem Einsetzen dieser Beziehung in die Gleichung (6) ergibt sich der Ausdruck für die Bestimmung der kleinen gewünschten Spannung U :
EMI4.2
Aus dem Ausdruck (9) ist ersichtlich, dass die durch den Ausdruck
EMI4.3
gegebene Frequenzabhängigkeit des Voltmeters mit der Diode 6 die Frequenzabhängigkeit des eigentlichen Spannungsteilers, die durch den Ausdruck
EMI4.4
gekennzeichnet ist, kompensiert.
Völlige Frequenzunabhängigkeit wird bei der Bestimmung von U dann erreicht, wenn :
EMI4.5
Dann ist die notwendige Resonanzfrequenz des Detektors :
EMI4.6
Da die Gleichung (10) bei einem bestimmten 11 genau nur für eine einzige Frequenz f gilt, ist es notwendig, in die Gleichung (11) für f die maximale Frequenz des notwendigen Frequenzbereiches einzu-
EMI4.7
EMI4.8
<Desc/Clms Page number 5>
Die vollausgezogene Kurve zeigt die Abhängigkeit
EMI5.1
die strichliert gezeichnete Kurve zeigt den Verlauf
EMI5.2
EMI5.3
EMI5.4
EMI5.5
EMI5.6
EMI5.7
EMI5.8
EMI5.9
EMI5.10
Die praktische Einstellung der Kompensation und damit auch der eigenen Resonanzfrequenz fo des Detektors gemäss Fig. 3 wird durch eine geeignete Einstellung der Kapazität des zusätzlichen Kondensators 7 oder durch geeignete Wahl der Induktivität L der Zuleitungen zur Diode 6 durchgeführt. Dies ist am besten mit Hilfe eines genauen Millivoltmeters, das für den genannten Frequenzbereich geeignet ist, durchzuführen. Das Millivoltmeter wird an die Ausgangsabzapfung der Hochfrequenzleitung 3 angeschlossen und man misst die Spannung U2 zuerst bei der niedrigsten Frequenz des Frequenzbereiches.
Die der mit dem Millivoltmeter gemessenen Spannung entsprechende Eingangsspannung, welche das Voltmeter 5 anzeigt, wird notiert und dann die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 4 so geändert, dass sie der maximalen Frequenz des gewünschten Frequenzbereiches entspricht. Durch Spannungsänderung des Hochfre- quenzgenerators 4 wird am Millivoltmeter wieder die gleiche Spannung U2 eingestellt und die Kapazität C des zusätzlichen Kondensators 7 so verändert, dass das Eingangsvoltmeter 5 wieder den ursprünglichen no- tierten Uss-Wert angibt.
Auf diese Art kann man die völlige Kompensation der Frequenzabhängigkeit eines als unsymmetrische Hochfrequenzleitung ausgeführten Spannungsteilers erzielen. Die Kompensation ermöglicht die Anwendung einer Hochfrequenzleitung, deren Länge 11 (Fig. l, 3) bis 0, 25 ^- betragen kann, wobei der durch die Frequenzabhängigkeit verursachte Fehler nicht 1% überschreiter, während bei derselben Leitung ohne Kompensation der Fehler in der Bestimmung von U2 ungefähr 36% beträgt, was auch aus Fig. 4 ersichtlich ist.