DE10153090C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten mittels Hilberttransformation bei FDR-Messungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten mittels Hilberttransformation bei FDR-MessungenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten mittels Hilberttransformation bei FDR-Messungen, wobei das Messsystem eine Signalquelle für ein Messsignal, ein mit der Signalquelle verbundenes Kopplungsglied und ein mit dem Kopplungsglied verbundenes Messobjekt aufweist. Der vom Messobjekt reflektierte Anteil des Messsignals wird über das Kopplungsglied ausgekoppelt und an einer Senke gemessen. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Kopplungsglied und dem Messobjekt ein Dämpfungsglied in den Signalpfad geschaltet. Das Dämpfungsglied kann auch im Kopplungsglied enthalten sein.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der sogenannten FDR-Messung (Frequency
Domain Reflectometry) und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten mittels
Hilberttransformation bei FDR-Messungen nach dem Oberbegriff der
unabhängigen Patentansprüche.
FDR-Messungen werden mit Hilfe von Netzwerkanalysatoren, die den
Reflexionsfaktor nach Betrag und Phase bestimmen können, oder durch
Spektrumanalysatoren, die nur den Betrag des Reflexionsfaktors messen
können, vorgenommen. Bei den zur Zeit gängigen Messverfahren mit Hilfe von
Spektrumanalysatoren mit Trackinggenerator wird die Berechnung der Phase
durch Hilberttransformation vorgenommen. Wichtig für die numerische Qualität
der Hilberttransformation ist die Tatsache, dass sich alle Polstellen der
logarithmierten Dämpfungsfunktion möglichst weit links der imaginären Achse im
Pol-Nullstellen-Diagramm befinden. Bei den zur Zeit existierenden
Messsystemen wird dies durch eine vollsymmetrische Parallelverzweigung in der
Messschaltung realisiert, die durch den Einsatz eines Koppelgliedes (Koppler)
realisiert wird. Derartige Koppler haben allerdings einen sehr hohen
Eigenreflexionsfaktor zum Messobjekt und eine geringe Einfügedämpfung von
der Quelle zum Messobjekt und wieder zurück vom Messobjekt zum
Leistungsmesser. Diese Schaltung gewährleistet nur die Vorrausetzungen zur
Durchführung der Hilberttransformation, das heißt alle Pole der
Dämpfungsfunktion liegen in der linken komplexen Halbebene. Dennoch treten
in der Regel unerwünschte und relativ große Fehler bei der Berechnung der
Phase auf.
Verfahren der oben beschriebenen Art zur Phasenberechnung aus den
Dämpfungswerten mittels einer Hilbert-Transformation sind z. B. in den
Veröffentlichungen DE 40 12 101 A1, WO 00/29862 A1 oder dem Artikel von
Lipka, D. "A Modified Hilbert Transform for Homodyne System Analysis", in:
AEÜ, Band 42, 1988, Heft 3, Seiten 192-192 offenbart.
Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit der Phasenberechnung sind aus
diesen Schriften nicht zu entnehmen.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dem
eine Genauigkeitssteigerung der Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten
mittels Hilberttransformation erreicht wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens soll ebenfalls angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den unabhängigen
Patentansprüchen angegeben Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß wird der Koppler so gestaltet, dass er eine hohe
Einfügedämpfung zwischen Quelle und Messobjekt und zwischen Messobjekt
und Senke aufweist. Dadurch werden die Pole der Dämpfungsfunktion weiter in
die linke komplexe Halbebene des Pol-Nullstellen-Diagramms verschoben, was
eine qualitativ bessere Phasenberechnung nach sich zieht. Dieselbe Wirkung
wird erzielt, indem ein Dämpfungsglied zwischen Koppler und Messobjekt
eingefügt wird.
Im folgenden wir ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnungen beschrieben. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsgebiete der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Messanordnung;
Fig. 2 Darstellung eines gemessenen Phasenverlaufs ohne
Dämpfungsglied;
Fig. 3 Darstellung eines berechneten Phasenverlaufs ohne
Dämpfungsglied;
Fig. 4 Darstellung des absoluten Phasenfehlers über der Frequenz ohne
Dämpfungsglied;
Fig. 5 Darstellung eines gemessenen Phasenverlaufs mit Dämpfungsglied;
Fig. 6 Darstellung eines berechneten Phasenverlaufs mit Dämpfungsglied;
Fig. 7 Darstellung des absoluten Phasenfehlers über der Frequenz mit
Dämpfungsglied.
Zunächst wird die Systemfunktion für die Beschaltung des Messsystems mit dem
Dämpfungsglied angegeben. Danach wird auf den Fall ohne Dämpfungsglied
spezialisiert und für beide Fälle die entsprechende Phase (Hilberttransformierte
der Dämpfung) und deren Abweichungen zur Originalphase angegeben.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der Messanordnung. Von einer Signalquelle 1,
wird ein Messsignal über einen Koppler 3 und ein Dämpfungsglied 4 zu einem
Messobjekt 5 gesendet. Der im Messobjekt reflektierte Anteil des Messsignals
wird im Koppler 3 ausgekoppelt und zur Senke 2 (Empfänger) geführt.
Gemessen wird die auf den Empfänger 2 zulaufende, also vom Messobjekt 5
reflektierte Leistungswelle b2. Die zugehörige Systemfunktion für die
Beschaltung mit dem Dämpfungsglied 4 am Tor 3 lautet:
mit den folgenden Matrizen:
Wird das Dämpfungsglied 4 entfernt, so wird D11 = D22 = 0 und D12 = D21 = 1 und
die obige Systemfunktion vereinfacht sich zu:
R liegt jetzt am Tor 3'.
Die Berechnung der Phase aus dem Betrag der Leistungswerte erfolgt durch
Hilberttransformation, die ihrerseits numerisch durch schnelle Faltung realisiert
wird:
Die nachfolgenden Fig. 2 bis 4 zeigen die Unterschiede zwischen der
gemessenen und berechneten Phase und die Fehlerfunktionen ohne
Dämpfungsglied 4. Auf der Abszisse ist jeweils die Frequenz in MHz angegeben,
während auf der Ordinate die Phase in rad aufgetragen ist.
Die Kurve gemäß Fig. 2 ist die gemessene Originalphase, während die Kurve
in Fig. 3 die durch Hilberttransformation bestimmte Phase darstellt.
In Fig. 4 ist zwischen den Fig. 2 und 3 bestimmte absolute Phasenfehler
über der Frequenz dargestellt. Man erkennt deutlich, dass gerade im mittleren
Frequenzbereich ein sehr großer Phasenfehler bei den berechneten Werten
auftritt.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen im Vergleich die Unterschiede von gemessener und
berechneter Phase sowie die Fehlerfunktionen bei Einsatz eines
Dämpfungsglieds 4 von -6 dB, das zwischen Koppler 3 und Messobjekt 5
geschaltet wurde. Der Eigenreflexionsfaktor D11 des Dämpfungsglieds 4 beträgt
im gezeigten Beispiel 12%. Auch hier ist auf der Abszisse jeweils die Frequenz
in MHz angegeben, während auf der Ordinate die Phase in rad aufgetragen ist.
Man erkennt, dass die Phasenkurven der Fig. 5 und 6 nahezu identisch sind,
und praktisch kein Phasenfehler auftritt, was auf den Einfluss der zusätzlichen
Dämpfung zurückzuführen ist.
In Fig. 7 ist wieder der absolute Phasenfehler über der Frequenz aufgetragen.
Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass nur in der Mitte des Datensatzes ein
Phasenfehler auftritt, dagegen wird beim Messsystem ohne Dämpfungsglied 4
gemäß den Fig. 2 bis 4 die Phase über den gesamten Bereich falsch
berechnet.
Claims (4)
1. Verfahren zur Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten mittels
Hilberttransformation bei FDR-Messungen, bei dem ein Messsignal über
ein Kopplungsglied (3) auf ein Messobjekt (5) geführt wird und der vom
Messobjekt reflektierte Anteil am Kopplungsglied (3) ausgekoppelt und
gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Kopplungsglied (3) und dem Messobjekt (5) ein
Dämpfungsglied (4) in den Signalpfad geschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler
selbst als Dämpfungsglied wirkt.
3. Vorrichtung zur Phasenberechnung aus den Dämpfungswerten mittels
Hilberttransformation bei FDR-Messungen,
mit einer Signalquelle (1) für ein Messsignal, einem mit der Signalquelle
(1) verbundenen Kopplungsglied (3) und einem mit dem Kopplungsglied
(3) verbundenen Messobjekt, wobei das Messsignal über das
Kopplungsglied (3) auf das Messobjekt (5) geführt wird und der vom
Messobjekt (5) reflektierte Anteil des Messsignals über das
Kopplungsglied (3) ausgekoppelt und an einer Senke (2) gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Kopplungsglied (3) und dem Messobjekt (5) ein
Dämpfungsglied (4) in den Signalpfad geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dämpfungsglied im Kopplungsglied enthalten ist.
Priority Applications (7)
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Citations (2)
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2001
- 2001-10-30 DE DE2001153090 patent/DE10153090C1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
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