DE1107822B

DE1107822B - Verfahren zur Messung des Durchlassverhaltens nach Betrag und/oder Phase von Vierpolen, die Nichtlinearitaeten enthalten

Info

Publication number: DE1107822B
Application number: DET16128A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Oberbeck
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1959-01-15
Filing date: 1959-01-15
Publication date: 1961-05-31
Also published as: US3227949A

Description

Verfahren zur Messung des Durchlaßverhaltens nach Betrag und/oder Phase von Vierpolen, die Nichtlinearitäten enthalten Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren für das Durchlaßverhalten von Vierpolen, die Nichtlinearitäten enthalten können, wie Röhren (bei starker Aussteuerung), Gleichrichter oder Begrenzer. Das Verfahren ist nicht nur für eine punktweise Messung von Betrag und/oder Phase geeignet, sondern kann auch nach der Wobbelmethode betrieben werden. Insbesondere ist es geeignet zur Bestimmung des Durchlaßverhaltens von Vierpolen, die mit einem frequenzmodulierten Träger beaufschlagt werden sollen.
Das Wobbeln geht üblicherweise so vor sich, daß eine Spannung langsam veränderlicher Frequenz und möglichst konstanter Amplitude an den Eingang des zu messenden Vierpols gelegt wird. Am Ausgang des Vierpols entsteht dann eine frequenzabhängige Spannung. Diese wird nach einer breitbandigen Gleichrichtung an die vertikalen Platten eines Oszillographen gelegt; die horizontale Ablenkung muß proportional der Frequenzänderung vor sich gehen, dann ist die Durchlaßkurve des Vierpols in frequenzlinearer Aufzeichnung auf dem Schirm des Oszillographen sichtbar.
Diese Durchlafikurve hat auch für FM-Systeme Gültigkeit, solange der Vierpol keine nichtlinearen Schaltelemente wie Röhren (bei starker Ansteuerung) Gleichrichter und vor allem keine Begrenzer enthält.
Falls der Vierpol solehe Elemente enthält, ist das nach dem oben beschriebenen Wobbelverfahren aufgezeichnete Frequenzverhalten nicht mehr für modulierte Schwingungen gültig, und zwar weder für Amplitudenmodulation noch für Frequenzmodulation.
Bei Amplitudenmodulation leuchtet dies ohne weiteres ein, weil eine begrenzte Kurve wie eine maximal flache Kurve aussehen kann. Die maximal flache Kurve läßt aber eine amplitudenmodulierte Trägerfrequenz (wenn die Seitenbänder innerhalb des flachen Teiles liegen) ohne weiteres durch, während der Vierpol, der einen Begrenzer enthält, den Modulationsgrad des amplitudenmodulierten Trägers verändern wird und im Falle eines idealen Begrenzers völlig zu Null machen kann.
Komplizierter ist das Verhalten für frequenzmodulierte Träger, da man das Durchlaßverhalten einer großen Zahl von Seitenbändern kennen möchte, wobei die Ansteuerung mit fast gleicher Amplitude, aber sehr rascher Anderung der Frequenz erfolgt, d h., für die Ansteuerung ist im wesentlichen die Amplitude maßgebend, während für die Seitenbänder das spektrale Verhalten ausschlaggebend ist Hierbei ist noch zu unterscheiden, ob die Begrenzer rückwirkungsfrei sind, zB. elektronische Begrenzer, also Mehrgitterröhren mit geknickter Kennlinie und geringem Gitterstrom, oder ob die Begrenzer (beispielsweise zwei vorgespannte antiparallele Dioden) auf die Siebmittel (Schwingkreise, Bandfilter u. dgl.) zurückwirken.
Um das Durchlaßverhalten von Vierpolen zu messen, ist es bereits bekannt, hierfür eine phasenmodulierte Schwingung zu verwenden und am Ein-und Ausgang des zu untersuchenden Vierpols Phase und Amplitude einer entsprechenden Vergleichsmessung zu unterziehen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, wenn die Vierpole nichtlineare Schaltelemente enthalten.
Bei einem Verfahren zur Messung des Durchlaßverhaltens von Vierpolen, insbesondere solchen, die Nichtlinearitäten, wie Begrenzer, Gleichrichter u. dgl., enthalten, bei dem eine phasenmodulierte Schwingung verwendet und am Ein- und Ausgang des Vierpols Phase und Amplitude einer Vergleichsmessung unterzogen werden, wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß diese phasenmodulierte Schwingung, deren Modulationsindex vorzugsweise kleiner als 0,2 ist (so daß praktisch nur das obere und untere Seitenband entsteht), durch Modulation einer festen Frequenz f0, weiche gleich der Mitterfrequenz des Durchlaßbereiches des zu untersuchenden Vierpols ist, mit einer veränderlichen Frequenz erzeugt wird, wobei oberhalb dieser festen Frequenz fg das obere Seitenband und unterhalb der erwähnten Frequenz das untere Seitenband zum Abtasten des Vierpols als Meßfrequenz dient.
Im folgenden soll die Wirkungsweise näher erläutert werden im Zusammenhang mit der Figur, die den prinzipiellen Aufbau der Massenordnung zeigt.
Man geht von einem Modulator Mo aus, welcher mit einem so kleinen Modulationsindex moduliert ist, daß praktisch nur das obere und untere Seitenband der Modulationsfrequenz vorhanden ist, also die Frequenz f0 (Trägerfrequenz) und die beiden Frequenzen fo + fm bzw. f - fm, wobei fm die Modulationsfrequenz bezeichnet.
Die Seitenbänder sind dann die Meßfrequenzen, und der Träger sorgt dafür, daß die Begrenzer und Nichtlinearitäten im richtigen Arbeitspunkt liegen.
Die Phasenmodulation kann z. B. so vor sich gehen, daß ein Frequenzmodulator Mo mit einer entsprechenden Vorverzerrungsstufe Pr betrieben wird. Diese Verzerrung bedeutet, daß die Modulationsspannung proportional der Frequenz geringer wird, so daß der Modulationsindex X f/fm = konstant und vorzugsweise kleiner als 0,2 bleibt. Dabei ist der Frequenzhub Xf proportional der Modulationsspannung Um.
Die Messung erfolgt im einfachsten Falle so, daß die Modulationsfrequenz von Hand aus verändert wird und die Seitenbänder nach Amplitude und eventuell nach Phase von einem Empfänger abgetastet werden.
Damit kleine Schwankungen der Größe der abgetasteten Seitenbänder (am Eingang des Meßobjektes Me) nicht stören, empfiehlt es sich, die Spannung derselben vor und nach dem zu messenden Vierpol über einen Differenz- oder besser Quotientenmeßwert zu vergleichen. Beträgt die Spannung eines Seitenbandes vor und hinter dem zu messenden Vierpol U1 und U1', so entspricht das Verhältnis U1/U1, dem Amplitudenverhalten des Vierpols. Das Phasenverhalten mißt man durch den Phasenvergleich dieser beiden Spannungen.
Aus beiden Messungen kann man auf das Videodurchlaßverhaltennach derDemodulation und die sogenannte differentielle Phase schließen und eine Beziehung zum Gruppenlaufzeitverhalten und den auftretenden dynamischen Verzerrungen herstellen.
Um auch das Wobbelverfahren anzuwenden, muß man dafür sorgen, daß sich der Empfänger synchron zu der abzutastenden Seitenbandfrequenz ändert.
Dies kann auf folgende Weise geschehen: Ein Zf-Wobbler W gibt eine mit maximal 50 Hz schwankende Frequenz konstanter Amplitude ab.
Diese Frequenz soll zwischen f0-fm und fotfm schwanken, so daß der zwischen den Seitenbändern (f,-fm und fo+fm) liegende Frequenzbereich überstrichen wird. Die Zf-Wobbelfrequenz fwo wird erstens dem Mischer Mio zugeführt und dort mit einer Frequenz f1 = f0 + fn (aus dem Quarzgenerator Q1) überlagert. Dadurch entsteht hinter dem Mischer Mio die Frequenz (fmi fn). Diese wird dem Phasenmodulator zugeführt, wobei die Frequenzen fO, fo i(fmdcfn) entstehen.
Diese Frequenzen gehen auf das Meßobjekt Me.
Vor und hinter dem Meßobjekt sitzen zwei weitere, möglichst gleiche MischstufenMil und Mi2 mit je einer Trennstufe Trl und Tr2, die als Mischfrequenz die Zf-Wobbelspannung erhalten. Hinter der Mischstufe entsteht nach den Tief- oder Bandpässen F1 bzw. F2 die Frequenz fn,, und zwar wird bei Zf-Frequenzen die höher als fO liegen, das obere Seitenband und bei Frequenzen die unterhalb f0 liegen, das untere Seitenband abgetastet.
Die beiden Spannungen aus den Mischern Mil, Mi bzw. aus den Band- oder Tiefpässen F1, F2 vor und hinter dem Meßobjekt können mit Hilfe der Oszillographen Ol und O2 nach Betrag und Phase verglichen werden. Sie haben das gleiche Verhalten wie die Seitenbänder. O1 enthält einen Quotientenmesser, O2 einen Phasenmesser, so daß U1/U1, und S = rc,-,' in Abhängigkeit von der Frequenz aufgezeichnet werden.
Aus dem Frequenzschema der Figur ist zu ersehen, wie die Abtastung des oberen und unteren Seitenbandes zustande kommt.
Ein Zahlenbeispiel soll dies noch erläutern: Der Wobbler W habe die Frequenz f0 + fm = 70 MHz +5MHz = 75 MHz und die Quarzfrequenz f1 = fo + fn = 70 MlIz + 0,1 MHz = 70,1 MHz. Dadurch entsteht im Mischer Mio die Frequenz 75 MHz - 70,1 MHz = 4,9 MHz, dadurch im Phasenmodulator die Frequenzen 65,1 MHz, 70 MHz, 74,9 MHz. Die letztere Frequenz, die das obere Seitenband darstellt, liefert mit der ZF von 75 MHz 0,1 MHz.
Oder die Wobbelfrequenz betrage f0-fm = 70 MHz -5MHz = 65 MHz, und die Quarzfrequenz betrage wieder 70,1 MHz. Dann entsteht hinter dem Mischer Mio die Frequenz 5,1 MHz. Diese Frequenz liefert mit dem Phasenmodulator die Frequenzen 64,9 MHz, 70 MHz und 75,1 MHz. Die erstere Frequenz, die also jetzt das untere Seitenband darstellt, liefert mit der ZF von 65 MHz aus dem Wobbler wieder 0,1 MHz.
Dies läßt sich für jede Frequenz durchführen.
Das angegebene Wobbelverfahren läßt sich leicht auf eine Begrenzungsmessung anwenden, wie sie von Häärd vorgeschlagen wurde (Bertil Haar: Same Design Problems in FM Broadband Microwave Systems, Alta Frequenza, Vol. XXVII, Nr. 3-4, S. 245 bis 255 und 262, Giugno Agosto 1958). Man braucht hierzu nur den Phasenmodulator (oder Frequenzmodulator mit Preemphase) durch einen Amplitudenmodulator ersetzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Messung des Durchlaßverfahrens von Vierpolen, insbesondere solchen, die nichtlinearitäten (Begrenzer, Gleichrichter u. dgl.) enthalten, bei dem eine phasenmodulierte Schwingung verwendet wird und am Ein- und Ausgang des Vierpols Phase und Amplitude einer Vergleichsmessung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese phasenmodulierte Schwingung, deren Modulationsindex vorzugsweise kleiner als 0,2 ist (so daß praktisch nur das obere und untere Seitenband entsteht), durch Modulation einer festen Frequenz (fO), welche gleich der Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches des zu untersuchenden Vierpols ist, mit einer veränderlichen Frequenz erzeugt wird, wobei oberhalb dieser festen Frequenz (fO) das obere Seitenband und unterhalb der erwähnten Frequenz das untere Seitenband zum Abtasten des Vierpols als Meßfrequenz dient.
2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Um- und Rückmischung die Empfangsfrequenz mit der oberen oder unteren Seitenbandfrequenz bis auf einen konstanten Frequenzbetrag (f in Übereinstimmung gebracht werden, wenn die Modulationsfrequenz verändert wird.
3. Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fm#fn) durch Mischung mit der veränderlichen Frequenz foi.fm (fo ist die Festfrequenz) und der Hilfsfrequenz (fo+fn) erzeugt wird, daß die Modulationsfrequenz (fm#fn) den Phasenmodulator moduliert, so daß die Seitenbänder fo+(fmifn) und fo-(fmlfn) entstehen und diese vor und hinter dem zu messenden Vierpol mit der veränderlichen Frequenz (f0fm) gemischt werden, derart, daß am Ein- und Ausgang des Vierpols wieder Spannungen der Frequenz f, entstehen und daß diese beiden Spannungen nach Betrag und/oder Phase verglichen werden.
4. Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Frequenz (folfm) gewobbelt, also periodisch verändert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 047 310.