DE1103459B

DE1103459B - Coaxial transmission power measuring device for the VHF-UHF area

Info

Publication number: DE1103459B
Application number: DEV15707A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Wilhelm
Original assignee: RAFENA WERKE RADEBERG VEB
Current assignee: RAFENA WERKE RADEBERG VEB
Priority date: 1959-01-06
Filing date: 1959-01-06
Publication date: 1961-03-30

Description

Koaxiale Durchgangsleistungsmeßeinrichtung für das VHF-UHF-Gebiet Die Erfindung betrifft eine koaxiale Durchgangsleistungsmeßeinrichtung für das VHF-UHF-Gebiet und bezweckt eine weitgehende Verminderung der Auswirkung eines Anpassungsfehlers des dieser nachgeschalteten Leitungszuges auf die Mellunsicherheit des Durchgangsleistungsmessers. Coaxial transmission power meter for the VHF-UHF area The invention relates to a coaxial transmission power measuring device for the VHF-UHF area and aims to reduce the effects of an adjustment error to a large extent of the downstream line to the Mell uncertainty of the throughput meter.

Bei Anpassungfehlern #m des der Meßeinrichtung nachgeschalteten Leitungszuges entsteht auf Grund der Überlagerung zwischen hinlaufender und rücklaufender Welle Uh bzw. Ur eine wellige Spannungsverteilung längs der Leitung mit Spannungsmaxima (U/+U,) und Spannungsminima (Uh Ur). Die üblichen Meßeinrichtungen mit der Spannungsauskopplung für die Meßdiode an nur einer Stelle der koaxialen Leitung werden daher je nach dem Ort, an dem sie in den Leitungszug eingefügt werden, eine in den Grenzen (Us+ U,) liegende Spannung messen. Die Ermittlung der Spannung ist jedoch nur ein notwendiger Umweg zur Bestimmung der einem Verbraucher zugeführten Hochfrequenzleistung N nach der Beziehung N=U2/Z, wobei für Z der jeweilige Leistungswellenwiderstand einzusetzen ist. Verständlicherweise kann bei schwankender Spannungsverteilung längs der Leitung die Leistungsermittlung nach obiger Methode nicht besonders genau sein, zumal wegen der quadratischen Abhängigkeit der Leistung von der Spannung kleine - Spannungsunterschiede dU reichlich doppelt so große Leistungsabweichungen AN ergeben. So beträgt beispielsweise die durch Fehlanpassung verursachte Meßunsicherheit F für einen Anpassungsfaktor + + 20 m = 0,8 F = ~ 25010. In the event of adaptation errors #m in the line run downstream of the measuring device arises due to the superposition between the incoming and the returning wave Uh or Ur is an undulating voltage distribution along the line with voltage maxima (U / + U,) and voltage minima (Uh Ur). The usual measuring devices with voltage decoupling for the measuring diode at only one point of the coaxial line are therefore depending on the place where they are inserted in the cable run, one in the limits (Us + U,) measure the voltage present. However, the determination of the voltage is only a necessary one Detour to determine the high-frequency power N supplied to a consumer the relation N = U2 / Z, whereby for Z the respective power characteristic impedance is to be inserted is. Understandably, if the voltage distribution fluctuates along the line the performance determination according to the above method will not be particularly precise, especially because of the quadratic dependence of the power on the voltage small - voltage differences dU result in performance deviations AN that are twice as large. For example the measurement uncertainty F caused by mismatching for an adjustment factor + + 20 m = 0.8 F = ~ 25010.

Da derartige Anpassungsfaktoren in der Praxis häufig vorkommen - z. B. bei Antennen -, ist es vcrteilhaft, Möglichkeiten zur Beseitigung oder wenigstens Abschwächung dieser erheblichen Meßunsich.efheiten zu suchen. Aus der bekannten Beziehung zur Ermittlung der tatsächlichen Hochfrequenzleistung N+ an fehlangepaßten Verbrauchern U Ur2 z geht hervor, daß für kleine Werte der rücklaufenden Welle Ur die übertragene Leistung praktisch nur von der hinlaufenden Welle Uh bestimmt wird, da in diesem Falle Ur2<Ui?. Since such adjustment factors often occur in practice - z. B. in antennas - it is disadvantageous to have options for elimination, or at least To seek a weakening of this considerable measurement uncertainty. From the well-known Relationship to the determination of the actual high frequency power N + on mismatched Consumers U Ur2 z it can be seen that for small values of the returning wave Ur the transmitted power is practically only determined by the incoming wave Uh, since in this case Ur2 <Ui ?.

Es besteht deshalb die Forderung, nur die hinlaufende Welle oder eine dieser betragsmäRig entsprechende Spannung zu messen. Diese Aufgabe wird normalerweise mit Hilfe von Richtungskopplern ge löst. Unter Umständen kann auch die Verwendung der nachfolgenden Schaltung zweckmäßiger sein, weil sie gegenüber dem Richtungskoppler größere Empfindlichkeit, geringeren Frequenzgang der Anzeige sowie einen unkritischeren Aufbau besitzt. There is therefore the requirement that only the incoming wave or to measure a voltage corresponding to this amount. This task is usually done solves ge with the help of directional couplers. The use of the subsequent circuit may be more useful because it is opposite to the directional coupler greater sensitivity, lower frequency response of the display and a less critical one Structure owns.

Werden zwei Halbleiterdioden erfindungsgemäß nach Abb. 1 oder 2 hochfrequenzmäßig parallel und bezüglich ihrer Richtspannungen in Reihe geschaltet annähernd um die elektrische Länge R m/4 der mitfleren Betriebswellenlänge Rnz im versetzt, galvanisch oder über einen kapazitiven Rohrteiler an den Innenleiter der koaxialen Leitung angekoppelt, so ist die Summen -richtspannung beider Dioden bei der mittleren Wellenlänge Am und in deren Nähe weitgehend konstant. If two semiconductor diodes according to the invention according to Fig. 1 or 2 are high-frequency connected in parallel with respect to their directional voltages in series approximately around the electrical length R m / 4 of the average operating wavelength Rnz im offset, galvanic or via a capacitive pipe divider to the inner conductor of the coaxial line coupled, the total rectified voltage of both diodes is at the middle wavelength On and in their vicinity largely constant.

Unter der Voraussetzung einer annähernd sinusförmigen Spannungsverteilung. Iängs der Leitung - diese Annahme trifft bei Anpassungsfehlern m <0,3 noch zu - mit der hinlaufenden Welle Uh als Mittellinie, messen die beiden Dioden auf Grund ihres Abstandes zwangläufig die Spannungen (UhtA Ur) utid (Uh -A Ur), wenn unter #Ur eine in ihrer Größe örtlich verschiedene Teilspannung der rücklaufenden Welle verstanden wird, so daß die Summenspannung stets annähernd 2 Uh beträgt. Die durch das Einfügen der Dioden in die homogene koaxiale Leitung entstehenden Feldverzerrungen heben sich wegen des gewählten A m/4-Abstandes in der Nähe der Wellenlänge Äm weitgehend auf. Die Benutzung dieser Schaltung ist vorwiegend für schmale Frequenzbänder (/max//min<ls3) 1,3) gedacht, um ihre Vorteile möglichst voll auszunutzen. Für breitere Frequenzbänder (fma»/ Jmin<2,S) läßt sich durch zweifache Verwendung der obigen Schaltung eine wesentlich breitbandigere Meß anordnung aufbauen. In Weiterbildung der Erfindung werden dabei vier Halbleiterdioden nach Abb. 3 annähernd im gegenseitigen elektrischen Abstand Amin/4 der kürzesten Betriebswellenlänge iSmin bezüglich ihrer Richtspannungen in Reihe geschaltet und hochfrequenzmäßig je zwei Dioden über einen kapazitiven Rohr- teiler an die koaxiale Leitung angekoppelt. Die größere Bandbreite dieser Vierdiodenmeßanordnung beruht darauf, daß sie im Gegensatz zur Zweidiodenanordnun,, bei zwei Wellenlängen, nämlich Amzn und 2 #min, eine in gewissen Grenzen (für m>0,7) von der Fehlanpassung des nachgeschalteten Leitungszuges Ullabhängige Summenspannung 4 ph mißt.Assuming an approximately sinusoidal stress distribution. Along the line - this assumption still applies in the case of adjustment errors m <0.3 - with the incoming wave Uh as the center line, measure the two diodes on the ground their distance inevitably the tensions (UhtA Ur) utid (Uh -A Ur) if below #Ur a locally different partial voltage of the returning wave in terms of its size is understood, so that the total voltage is always approximately 2 Uh. By the insertion of the diodes into the homogeneous coaxial line results in field distortions due to the chosen A m / 4 spacing, they largely stand out in the vicinity of the wavelength Äm on. The use of this circuit is mainly for narrow frequency bands (/ max // min <ls3) 1.3) in order to take full advantage of their advantages. For wider frequency bands (fma »/ Jmin <2, S), by using the above circuit twice, a Build a much broader measurement arrangement. In a further development of the invention are four semiconductor diodes according to Fig. 3 approximately in mutual electrical Distance Amin / 4 of the shortest operating wavelength iSmin with regard to their directional voltages Connected in series and in terms of high frequency, two diodes each via a capacitive one Pipe- divider coupled to the coaxial line. The wider range This four-diode measuring arrangement is based on the fact that, in contrast to the two-diode arrangement, at two wavelengths, namely Amzn and 2 #min, one within certain limits (for m> 0.7) Total voltage dependent on the mismatching of the downstream cable run Measures 4 ph.

Im gesamten Gebiet zwischen Amin und 2#min sowie etwas unter #min und über 2Amin ist die Summenricht-Spannung zwar nicht vollständig, so doch weitgehend konstant. Diese Konstanz bei zwei verschiedenen Wellenlängen läßt sich folgendermaßen auffassen. Für die Wellenlänge Amin wird die Anordnung als einfache Hintereinanderschaltung zweier Zweidiodenanordnungen betrachtet, von denen jede einzelne und demzufolge auch beide zusammen die Summenspannung konstant halten. Für die Wellenlänge 2imin denkt man sich die erste Diode mit der dritten und die zweite mit der vierten zusammenwirkend, dadurch entstehen ebenfalls zwei in Reihe geschaltete Zweidiodenanordnungen, wobei der Diodenabstand jeder einzelnen Anordnung 2Amin/4 beträgt, so daß bei der Wellenlänge 2Amin dieser Diodenabstand gerade wieder einer vierten Wellenlänge entspricht. Allgemeiner ausgedrückt, liegt der zweite Punkt konstanter Summen-Spannung bei der Wellenlänge A2, bei welcher der gleiche elektrische Abstand zwischen erster und dritter sowie zweiter und vierter Diode gerade A2/4 erreicht. In the entire area between Amin and 2 # min and a little below #min and over 2Amin the total rectification voltage is not complete, but largely constant. This constancy at two different wavelengths can be described as follows grasp. For the amine wavelength, the arrangement is a simple series connection two two-diode arrays considered, each of which and consequently also both together keep the total voltage constant. For the wavelength 2min if you think of the first diode interacting with the third and the second with the fourth, this also results in two series-connected two-diode arrangements, with the diode spacing of each individual arrangement is 2Amin / 4, so that at the wavelength 2Amin this diode spacing just again corresponds to a fourth wavelength. More general Expressed, the second point of constant sum voltage is at the wavelength A2, where the same electrical distance between the first and third as well as second and fourth diode just reached A2 / 4.

Da der Abstand sowohl zwischen erster und zweiter als auch dritter und vierter Diode wegen der Kompensationswirkung für Amin bereits zu Amin/4 festgelegt ist, kann A2 nur noch durch Änderungen des Abstandes 1 zwischen zweiter und dritter Diode beeinflußt werden. je größer dieser Abstand gewählt wird, desto mehr entfernt sich A2 von Amin, um so schlechter wird jedoch auch die Spannungskonstanz im Gebiet zwischen diesen beiden Wellenlängen. Eine zufriedenstellende Kompensationswirkung für den gesamten. Wellenlängenbereich ....... 2Amin ist noch vorhanden, wenn der Abstand zwischen zweiter und dritter Diode ebenfalls hmi,/4 gewählt wird. In gewissen Sonderfällen, beispielsweise wenn der Durchgangsleistungsmesser für zwei verschiedene, nicht zusammenhängende Frequenzbereiche benutzt werden soll, kann eine Dimensionierung 1 ?4 durchaus sinnvoll sein.Because the distance between both first and second and third and fourth diode already set to amine / 4 because of the compensation effect for amine is, A2 can only by changing the distance 1 between the second and third Diode are affected. the larger this distance is chosen, the more removed If A2 differs from amine, however, the constant voltage in the area also deteriorates between these two wavelengths. A satisfactory compensation effect for the whole. Wavelength range ....... 2Amin is still available if the Distance between the second and third diode is also chosen to be hmi, / 4. In certain Special cases, for example if the throughput meter for two different, If non-contiguous frequency ranges are to be used, a dimensioning can be used 1? 4 make perfect sense.

Die durch das Einfügen der vier Dioden in die homogene koaxiale Leitung entstehenden Feldverzerrungen heben sich ebenfalls bei den beiden Wellenlängen Amin und Ao nahezu vollständig und im gesamten Gebiet dazwischen weitgehend auf. The one by inserting the four diodes into the homogeneous coaxial line The resulting field distortions also stand out at the two wavelengths Amin and Ao almost completely and largely in the entire area in between.

Abb. 4 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der UHF-Genera- tor 1 speist über den zwischengeschalteten Durchgangsleistungsmesser 2 einen fehlangepaßten Verbraucher 3. Die vier Hableiterdioden 4, 5, 6 und 7 sind im gegenseitigen Abstand Ämin14=4 cm der kürzesten Betriebswellenlänge Amin= 16 cm richtungsspannungsmäßig in Reihe geschaltet und hochfrequenzmäßig die Dioden 4 und 5 sowie 6 und 7 über die kapazitiven Rohrteiler 8 bzw. 9 an den Innenleiter 10 der koaxialen Leitung angekoppelt. Die vier in Reihe geschalteten Teilrichtspaunungen werden dem in Leistungseinheiten geeichten Indikator 11 zugeführt. Auf Grund des gewählten gegenseitigen Diodenabstandes bleibt die von der Meßanordnung gelieferte Summenrichtspannung zwischen #=14...36 cm weitgehend konstant, so daß der Einfluß eines Anpassungsfehlers A m des der SIeßeinrichtung nachgeschalteten Leitungszuges für Werte m < 0,3 auf die Meßunsicherheit des Durchgangsleistungsmessers stark abgeschwächt wird. Fig. 4 shows the basic circuit diagram of an embodiment of the Invention. The UHF genera- gate 1 feeds through the connected throughput meter 2 a mismatched consumer 3. The four semiconductor diodes 4, 5, 6 and 7 are at the mutual distance Ämin14 = 4 cm of the shortest operating wavelength Amin = 16 cm connected in series in terms of directional voltage and the diodes in terms of high frequency 4 and 5 as well as 6 and 7 via the capacitive pipe dividers 8 and 9 to the inner conductor 10 coupled to the coaxial line. The four partial directional spunts connected in series are fed to the indicator 11 calibrated in power units. Due to the The chosen mutual diode spacing remains that supplied by the measuring arrangement Total straightening voltage between # = 14 ... 36 cm largely constant, so that the influence an adjustment error A m of the line run downstream of the SIeßeinrichtung for values m <0.3 on the measurement uncertainty of the throughput meter is weakened.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Coaxial throughput measuring device for the VHF-UHF-Gehiet, the rectification of a high frequency voltage semiconductor diodes used, preferably for mismatched lines, characterized in that two Diodes connected in parallel with regard to high frequencies and in series with regard to their directional voltages, approximately by the electrical length; tm / 4 of the mean operating wavelength m offset, galvanically or via a capacitive pipe divider to the inner conductor of the coaxial Line are coupled.

2. Coaxial transmission power measuring device according to claim 1, characterized characterized in that four diodes are connected in series with respect to their directional voltages and in terms of high frequency, two diodes each coupled via a capacitive pipe divider are. where the mutual electrical distance I between the first (4) and the second (5) as well as third (6) and fourth diode (7) approximately aminl of the shortest operating wavelength #min and is arbitrary between the second (5) and third diode (6).

3. Coaxial throughput measuring device according to claim 1, characterized characterized in that four diodes are connected in series with respect to their directional voltages and in terms of high frequency, two diodes each coupled via a capacitive pipe divider are, where the mutual electrical distance I between first (4) and second (5) and third (6) and fourth diode (7) is approximately amine / 4 and between second (5) and third diode (6) is preferably within the limits of O <1 <ÄminI4.