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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des komplexen Ubertragungsmaßes
eines beliebigen Vierpols Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Sdialtungsanordnung
zur Bestimmung des komplexen Übertragungsmaßes eines beliebigen Vierpols, bei dem
dem Vierpol von einem Generator eine in der Frequenz veränderbare Spannung zugeführt
wird.
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Das Übertragungsmaß wird zweckmäßig durch Aufteilung in einen Realteil
und in einen Imaginärteil gemessen.
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Bei Entwicklungs- und Prüfungsaufgaben, insbesondere auf dem Gebiet
der Nachrichtentechnik, ist die Kenntnis der Übertragungseigenschaften von Vierpolen
in Al>hängigkeit von der Frequenz sehr wichtig Die punktweise Aufnahme von Meßwerten
der Übertragungseigenschaften mittels Brücken oder Spannungs- und Phasenmessung
ist zwar sehr genau, jedoch äußerst zeitraubend. Es wurden daher bereits Geräte
entwickelt, die die Ortskurve des komplexen Übertragungsmaßes eines Vierpols unmittelbar
aufzeichnen. Diese Geräte arbeiten häufig in der Weise, daß dem Vierpol eine Spannung
veränderbarer Frequenz unmittelbar zugeführt wird und die Spannung vor und nach
dem Vierpol in einer ersten Überlagerungsstufe und unter 900 Phasenverschiebung
in einer weiteren Überlagerungsstufe phasenmäßig yerglichen werden. Die jeweils
dem Vergleich dienende, häufig auch als Schaltspannung bezeichnete Uberlagerungsspannung
wird dabei in der Amplitude wesentlich größer gewählt als die am Eingang und Ausgang
des Vierpols entnommene Spannung, da dann die eine der Mischstufen eine dem Realteil
und die andere der Mischstufen eine dem Imaginärteil des komplexen Übertragungsmaßes
proportionale Größe als Mischprodukt liefert. Diese Meßanordnung ist indes nur für
den Betrieb relativ niedriger Frequenzen brauchbar, beispielsweise für Frequenzen
zwischen 30 Hz und 20 kHz, da die 900-Phasendrehung über einen größeren Frequenzbereich
nicht hinreichend konstant gehalten werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Bestimmung des komplexen Uhertragungsmaßes eines Vierpols unter anderem gerade
in dieser Hinsicht wesentlich zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß an
den Eingang und an den Ausgang des Vierpols je eine Überlagerungsstufe angeschaltet
werden, denen als Überlagerungsspannung ebenfalls die Spannung des Generators, jedoch
nach vorausgehender Amplitudenmodulation mit einer Niederfrequenzspannung, vorzugsweise
unter Unterdrückung eines Seitenbandes und gegebenenfalls auch des Trägers zugeführt
wird, und daß durch Vergleich der an den Ausgängen der beiden Überlagerungsstufen
als Mischprodukte auftretenden Niederfrequenzspannungen das zu bestimmende Übertragungsmaß
gewonnen
wird. Zweckmäßig erfolgt die Amplitudenmodulation derart, daß eines der entstehenden
Seitenbänder und gegebenenfalls auch der eigentliche Träger in an sich bekannter
Weise unterdrückt werden, so daß als Überlagerungsspannung eigentlich nur eines
der Seitenbänder dient.
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Durch die Ausbildung gemäß der Erfindung wird erreicht, daß die Meßgrößen
im Gegensatz zu der be; kannten Anordnung konstante Frequenz besitzen und aus ihnen,
beispielsweise mittels eines an sich bekannten Ortskurvenschreibers, die Ortskurve
gewonnen werden kann.
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Es ist zwar eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung und Aufzeichnung
desliomplexenÜbertragungsmaß es eines Vierpols bekannt, bei der die am Ausgang einer
an den Eingang und einer an den Ausgang des Vierpols angeschalteten Mischstufe entnommenen
Meßgrößen konstante Frequenz besitzen und mittels eines Ortskurvenschreibers in
Form einer Ortskurve aufgezeichnet werden. Bei dieser. bekannten Schaltungsanordnung
wird aber nicht nur die dem Vierpol zugeführte Meß- bzw. Signaispannung in der Frequenz
variiert, sondern auch die den beiden Mischstufen als Überlagerungsspannung zugeführte
Schaltspannung, und zwar derart, daß sich am Ausgang der Mischstufen hochfrequente
Mischprodukte konstanter Frequenz ergeben. Eine Amplitudenmodulation, vorzugsweise
der Schaltspannung, im Sinne der Erfindung ist daher bei dieser Schaltungsanordnung
nicht vor gesehen, wodurch diese Schaltungsanordnung wesentlich komplizierter im
Aufbau wird.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei spielen
näher erläutert.
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In Fig. list einem Blockschaltbild eine Übersicht über eine vollständige
Meßanlage nach der Erfindung wiedergegeben.
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Dem bezüglich seiner Übertragungseigenschaften zu untersuchenden
Vierpol 1, dessen Ubertragungsmaß aus dem Realteil R und einem Imaginärteil jX bestehen
soll, wird von einem Generator 2 eine Meßspannung mit der Frequenz F,-F1 zugeführt.
An die Eingangsleitung des Vierpols 1 ist eine lDberlagerungsstufe 2 und an den
Ausgang des Vierpols 1 eine Überlagerungsstufe 4 angeschaltet, denen vom Generator
2 die Schaltspannung mit der Frequenz Fot-f,-F, zugeführt wird. Den Ausgängen der
Überlagerungsstufen 3 und 4 werden die Mischprodukte mit der Frequenz J0 als Meßgrößen
entnommen.
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Die Bildung der Meß- bzw. Signalspannung F0-F1 geschieht in der Weise,
daß die Ausgangsspannung eines frequenzkonstanten Oszillators 5 der Frequenz F0
mit der Ausgangsspannung eines frequenzvariablen Oszillators 6 der Frequenz, in
einer Mischstufe 7 überlagert wird und das Mischprodukt der niedrigeren Frequenzlage
durch ein an den Ausgang der Mischstufe 7 angeschaltetes Filter, z. B. ein Tiefpaßfilter,
als Meßspanntmg ausgesiebt wird. Die Schaltspannung wird in der Weise gewonnen,
daß vom frequenzkonstanten Oszillator 5 eine Modulationsstufe 13 gespeist wird,
der als Modulationsspannung eine Niederfrequenzspannung von der Frequenz zugeführt
ist. Im Ausgang der Modulationsstufe 13 erscheint dann die Spannung mit der Frequenz
Fo mit der Niederfrequenzspannung 0 amplitudenmoduliert. Diese amplitudenmodulierte
Spannung, von der zweckmäßig wenigstens ein Seitenband, vorzugsweise das niedrigere,
unterdrückt wird, wird einer Mischstufe 8 zugeführt, die zugleich mit der Ausgangs
spannung des frequenzvariablen Oszillators 6 gespeist wird. Der frequenzvariable
Oszillator 6 besitzt zu diesem Zweck vorteilhaft zwei gegenseitig gekoppelte Ausgänge.
Aus der Mischstufe 8 wird die Schaltspannung als Mischprodukt entnommen, und zwar
gleichzeitig zur Mischstufe 7 unter Zwischenschaltung eines Filters, z. B. eines
Tiefpaßfilters, das das Mischprodukt der niedrigen Frequenzlage aussiebt. Dieses
Mischprodukt - das ist die Schaltspannung - besitzt die Frequenz F,+f,-F, Da auf
die vorstehend geschilderte Weise sichergestellt ist, daß bei der Überlagerung der
Meßspannung und der Schaltspannung in den Uberlagerungsstufen 3 und 4 als Mischprodukt
niedrigster Frequenzlage stets eine Ausgangsspannung mit der Frequenz J0 auftritt,
ist es möglich, die eigentliche Meßanordnung auf diese niedrigere Frequenz to allein
auszulegen, im Gegensatz zu der einleitend geschilderten bekannten Meßanordnung
für den Frequenzbereich zwischen 30 Hz und 20 kE:z. Die Phase und die Amplitude
des Mischproduktes mit der Frequenz f0 am Ausgang der Überlagerungsstufe 4 ändern
sich proportional den entsprechenden Schwankungen des komplexen Übertragungsmaßes
des Vierpols 1 bei Durchstimmung des frequenzvariablen Oszillators 6 und damit der
Meßspannung mit der Schwebungsfrequenz P0 - P1. Aus der Überlagerungsstufe 4 wird
das Mischprodukt der Frequenz to zweckmäßig unter Zwischenschaltung eines Tiefpaßfilters
und von Trennverstärkern zwei Modulatoren 9 und 10 zugeführt, die von der Überlagerungsstufe
3 aus mit dem vom Vierpol unbeeinflußten Mischprodukt der Frequenz fO, ebenfalls
zweckmäßig unter Zwischenschaltung eines Tiefpasses und von Verstärkern, gespeist
werden. In dem einen Zweig ist ein Phasendrehglied mit einer Phasenver-
schiebung
von 900 eingeschaltet. Unter der Voraussetzung, daß die von der Überlagerungsstufe
3 zugeführten Spannungen vorzugsweise wesentlich größere Amplituden besitzen als
die von der Uberlagerungsstufe 4 zugeführten Spannungen, ergibt sich am Ausgang
des Modulators 10 eine dem Imaginärteil und am Ausgang des Modulators 9 eine dem
Realteil des komplexen Übertragungsmaßes proportionale elektrische Größe. Von den
Modulationsstufen 9 und 10 können daher der Realteil und Imaginärteil unmittelbar
und getrennt entnommen und über zweckmäßig einzuschaltende Tiefpaßfilter und Verstärker
den Ablenkvorrichtungen einer Oszillographenvorrichtung, vorzugsweise einer Braunschen
Röhre, mit Ablenkung in kartesischen Koordinaten zugeführt werden.
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In Fig. 2 ist noch gezeigt, wie in an sich bekannter Weise die Bildung
des Realteils und des Imaginärteils des komplexen Übertragungsmaßes in den Modulatoren
9 und 10 zustande kommt. Die Ausgangsspannung U0 des Modulators 4 wird in Richtung
der Norinallage Re mit der Ausgangsspannung U der Überlagerungsstufe 3 im Modulator
9 zusammengesetzt.
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Die Amplitude der Spannung U soll bedeutend größer als die von U0
sein, so daß der resultierende Zeiger Re (U0+ U) mit relativ hoher Genauigkeit ein
Maß für den Realteil von U0 bildet. In dem Modulator 10 wird der Spannung U0 die
um 900 der Spannung U beispielsweise vorauseilende Spannung U? zugesetzt, die in
gleichartiger Weise, wie vorstehend geschildert, mit ihrem Summenzeigerlnz (U0+U)
ein Maß für den Imaginärteil des komplexen Übertragungsmaß es bildet.
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DerErfindungsgegenstand ist nicht nur zur Messung des komplexen Übertragungsmaßes
von Vierpolen, sondern auch zur Messung von Real- und Imaginärteil eines Zweipols
geeignet. In diesem Falle ist so, wie in Fig. 3 gezeigt, der Zweipol durch einen
hohen, reellen Vorwiderstand Ro zu einem Vierpol zu ergänzen. Die am Zweipol (R'+jX)
auftretende Spannung ist dann in an sich bekannter Weise ein Maß für den Scheinwiderstand
des Zweipols.
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In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit für den Generator
2 dargestellt. Der frequenzvariable Oszillator 6 speist ebenso, wie bei der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1, eine Mischstufe 7, die als Üb erl agerungsspannung die Ausgangsspannung
eines frequenzkonstanten Oszillators 5 mit der Frequenz Fo erhält. Der frequenzkonstante
Oszillator 5 besitzt wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einen zweiten entkoppelten
Ausgang, der eine Mischstufe 15 speist, die von einem weiteren, auf der Frequenz
Fo+fo arbeitenden Oszillator 14 gespeist wird, dessen Ausgangsleitung 19 die sogenannte
Schaltspannung abgibt. Damit stets eine ausreichend phasenstarre Zuordnung gegeben
ist, wird der Mischstufe 15 die Differenzfrequenz der Oszillatoren S und 14, das
ist die Frequenz fo, entnommen und in einem beispielsweise als Gegentaktmodulator
ausgebildeten Phasenvergleicher 17 mit der Ausgangsspannung eines auf der Frequenz
fo arbeitenden Niederfrequenzoszillators 16 verglichen. Stimmt die Frequenz des
Niederfrequenzoszillators 16 nicht genau mit der im Ausgang der Überlagerungsstufe
15 auftretenden Niederfrequenz überein, so entsteht im Ausgang des Phasenvergleichers
17 eine elektrische Spannung, die beispielsweise über die Reaktanzröhrenschaltung
18 den Oszillator 14 in der erforderlichen Weise nachregelt.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde als Meßspannung
stets die Schwebungsdifferenz F,-F, bzw. FoffoF1 benutzt, da diese die Über
streichung
eines sehr weiten Frequenzbereiches, beispielsweise von 10 bis 600 kHz in einem
Zuge, ermöglicht. Es kann jedoch ebensogut auch die Summenfrequenz von Fo+Ft bzw.
Fo+to+Fl benutzt werden, wie auch die eine Komponente der Schaltspannung aus Fo+fo
oder aus FofO oder aus F0+J0 bestehen kann. Insbesondere für den Fall der Unterdrückung
eines Seitenbandes und des Trägers bei der Amplitudenmodulation zur Gewinnung der
Schaltspannung können Signalspannung und Schaltspannung in der Meßanordnung vertauscht
werden. Es wird dann die z. B. nur aus dem Seitenband bestehende Spannung dem Meßobjekt
zugeführt. und die sonst als Meß-bzw. Signalspannung dienende Spannung übernimmt
die Rolle der Schaltspannung in den Uberlagerungsstufen 3, 4.
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PATENTANSPRVCHE: 1. Verfahren zur Bestimmung des komplexen ttbertragungsmaßes
eines beliebigen Vierpols, bei dem dem Vierpol von einem Generator (2) eine in der
Frequenz veränderbare Spannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den
Eingang und an den Ausgang des Vierpols (1) je eine über lagerungsstufe (3, 4) angeschaltet
werden, denen als Überlagerungsspannung ebenfalls die Spannung des Generators (2),
jedoch nach vorausgehender Amplitudenmodulation mit einer Niederfrequenzspannung,
vorzugsweise unter Unterdrückung eines Seitenbandes und gegebenenfalls auch des
Trägers zugeführt wird, und daß durch Vergleich der an den Ausgängen der beiden
Überlagerungsstufen (3, 4) als Mischprodukte auftretenden Niederfrequenzspannungen,
das zu bestimmende Übertragungsmaß gewonnen wird.