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Einrichtung zum Messen des Gütefaktors von elektrischen
Schwingungskreis en
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vonten, wobei der Wert des Gütefaktors durch ein einziges Instrument unmittelbar angezeigt wird.
Zum Bestimmen desGütefaktors von Schwingungskreisen mit konzentrierter oder verteilter Kapazität und Induktivität sind bereits Einrichtungen bekanntgeworden, mittels welcher auf Grund des Vergleiches von Resonanzkurven die Gleichheit der Giltefaktoren von zwei Schwingungskreisen festgestellt werden kann. Die Messung erfolgt in der Weise, dass auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre die Resonanzkur- ven eines zu messenden Schwingungskreises bzw. eines geeichten Schwingungskreises mit veränderbarem Gütefaktor aufgezeichnet werden und der Gütefaktor des geeichten Schwingungskreises so lange verändert wird, bis die beiden Resonanzkurven einander genau gleich sind.
Bei Übereinstimmung der Resonanzkur- ven ist der Wert des gesuchten Gütefaktors gleich dem Wert des bekannten Gütefaktors des geeichten Schwingungskreises. Insbesondere im Mikrowellenbereich ist die beschriebene Einrichtung von allen bisher bekannten am besten geeignet, den Gütefaktor genau und schnell zu messen. Ein Nachteil dieser Ein-
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zu einem gewissen Grad vom subjektive Beurreilungsvermdgen der messenden Person abhängig ist.
Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemässe Einrichtung behoben, die geeignet ist, die Messung einerseits zu vereinfachen und zu beschleunigen, anderseits von subjektive Einflüssen weitgehend zu befreien. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass keine Kathodenstrahlröhre erforderlich ist, wodurch die Einrichtung im Vergleich mit den bekannten auch weniger kostspielig Ist. Der Arbeitsweise der erfindungsgemässen Einrichtung liegt ebenfalls ein Vergleich zugrunde, ohne dass dabei aber in dem zum Vergleich dienenden Schwingungskreis mit geeichtem Gütefaktor der Gütefaktor geändert werden muss, wodurch der geeichte Schwingungskreis einfacher aufgebaut werden kann.
Die erfindungsgemässe Einrichtung fusst auf folgender Überlegung :
Der Gütefaktor eines elektrischen Schwingungskreises kann aus den Werten der die Resonanzkurve beschreibenden Funktion bestimmt werden. Theoretisch kann bewiesen werden, dass der Gütefaktor Q eines Schwingungskreises aus der Gleichung
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den Kurve und der Frequenzachse bedeutet.
Aus Gleichung (1) folgt, dass bei Abstimmung beider Schwingungskreise auf die gleiche Resonanzfrequenz und bei gleichen Scheitelwerten Ihrer Resonanzkurven die Beziehung
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und T das Intervall der Durchschnittswertbildung bedeutet. Wenn demnach die Durchschnittswerte der Quadrate der die. Resonanzkurven beschreibenden Funktionen bestimmt werden können, ist ihr Quotient dem Gütefaktor des zu messenden Schwingungskreises proportional. Der Gütefaktor kann demnach aus der folgenden Gleichung errechnet werden :
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Die Ausgangssignale werden mittels der quadratischen Detektoren 4,5 gleichgerichtet. Der gleichgerichtte Strom jedes Detektors bzw. die an seinem Arbeitswiderstand messbare Spannung ist dem Quadrat des am Detektoreingang wirksamen Sigiialsproportional, Das gleichgerichtete. Signal kann ab Funktion der Frequenz dargestellt werden. indem die Frequenz als Abszisse und das gleichgerichtete Signal als Ordinate aufgetragen wird. Diese Kurve wird durch eine Funktion beschrieben, die dem Quadrat der die Resonanzkurve beschreibenden Funktion proportional Ist. Die Änderung der Oszillatorfrequenz Ist dem diese Frequenz modulierenden Signal proportional. Das modulierende Signal ändert sich mit der Zeit. Somit ändert sich auch die Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit von der Zeit.
Beispielsweise können sich das modu- lerende Signal und demnach auch die Oszillatorfrequenz mit der Zeit linear ändern. Wird dann das gleichgerichtete Signal in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, so zeigt das Diagramm ebenfalls das Quadrat der die Resonanzkurve des Schwingungskreises beschreibenden Funktion.
Zum Modulieren der Oszillatorfrequenz wird zweckmässig eine mit der Zeit periodisch veränderliche Spannung verwendet. In diesem Fall werden sich die am Ausgang der Schwingungskreise auftretenden Signale ebenfalls periodisch mit der Zeit ändern. Ist der Frequenzhub des Oszillators 1 genügend gross, so gibt eine die am Ausgang eines Schwingungskreises während einer Periode auftretende Spannung in Abhängigkeit von der augenblicklichenFrequenz des Oszillators darstellende Kurve praktisch die vollständige Resonanzkurve des Schwingungskreises an.
In rig. 2a ist auf der senkrechten Achse die Spannung Um zum Modulieren des Oszillators und auf der waagrechten Achse die Zeit aufgetragen. InFig. Zb ist auf der senkrechten Achse die Oszillatorfrequenz fr und auf der waagrechten Achse die Zeit aufgetragen. In Fig. 2c ist auf der senkrechten Achse das einem Detektor entnommene Spannungssignal Ud und auf der waagrechten Achse die Zeit aufgetragen. Die die Resonanzkurve beschreibende Funktion y ist in Fig. 2c dargestellt, wobei die Funktion y der Quadraturzel aus dem am Ausgang des Schwingungskreises erhaltenen Signal proportional ist.
Die Zeitfunktion, die den von einem Detektor erhaltenen pulsierenden Gleichstrom beschreibt, besteht demnach aus der periodischen Wiederholung eines Abschnittes des Quadrates der die Resonanzkurve beschreibenden Funktion, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das gleichgerichtete Signal kann nun verschiedenartig zum Bestimmen des Gütefaktors verwendet werden.
Gemäss der Erfindung ist an die Ausgänge der Detektoren 2, 3 einerseits ein Spitzenspannungs-Differenzrohrenvoltmeter 11 und anderseits ein Quotientmesser 10 angeschlossen. Dem Quotientmesser 10 fällt die Aufgabe zu, den Quotienten der arithmetischen-Mittelwerte der von den Detektoren 4 und 5 gelieferten Signale zu bilden. Ein einfaches Kreuzspulinstrument wird durch seine Trägheit dieser Forderung gerecht. Das elektrische Sigaal im zu messenden Schwingungskreis 2 ist derart zu regeln, dass das Spit- zenspannungs-Differenzröhrenvoltmeter 11 den Ausschlag Null anzeigt. Dann sind die Scheitelwerte der an den Ausgängen der Detektoren 4 und 5 erhaltenen Spannungen einander gleich, so dass der Ausschlag des Quotientmessers 10 lediglich vom Gütefaktor des zu messenden Schwingungskreises abhängt, wie dies aus Gleichung 3 offensichtlich ist.
Der Quotieutmesser 10 misst den arithmetischen Mittelwert der an den Ausgängen der Detektoren 4 und 5 auftretenden Signale. Somit ist sein Ausschlag dem Quotienten der Gütefaktoren der Schwingungkreise proportional. Wenn demnach der Gütefaktor des geeichten Schwingungskreises 3 bekannt ist, kann die Einrichtung unmittelbar in Werten des Gütefaktors des zu messenden Schwingungskreises geeicht werden. Erforderlichenfalls können zwischen den Detektoren 4, 5 und dem Spitzensparmgs- Differenzröhren- voltmeter 11 bzw. dem Quotientmesser 10 Verstärker 8 bzw. 9 vorgesehen sein. Die Einrichtung kann ins- besondere zum Messen des Gütefaktors von Hohlraumresonatoren vorteilhaft verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Einrichtung zum Messen des Gütefaktors von elektrischen Schwingungskreisen auf Grund des Vergleiches des Schwingungskreises mit zu messendem Gütefaktor mit einem Schwingungskreis von bekanntem Gütefaktor, bei welcher ein frequenzmodulierter Schwingungserzeuger, ein Hohlraumresonator mit geeichtemGütefaktor und Detektoren mit quadratischer Kennlinie vorgesehen sind, wobei die Detektoren an den Hohlraumresonator mit bekanntem Gütefaktor und an den zu messenden Schwingungskreis angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der quadratischen Detektoren (4 bzw. 5) einerseits an ein Spannungsdifferenzvoltmeter (11) und anderseits an einen Quotientmesser (10) zum Messen des Quotienten der durch die Detektoren gelieferten Signale angeschlossen sind.