DE1237679B - Anordnung zur Amplituden- und/oder Phasenmessung bei Hoechstfrequenzschwingungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIr

Deutsche Kl.: 2Ie-36/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1237 679
P 28261IX d/21e
18. November 1961
30. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Amplituden- und/oder Phasenmessung bei Höchstfrequenzschwingungen mittels einer Modulation der Höchstfrequenzschwingung und eines doppelten Leitungsweges, dessen einer Zweig einen Phasenschieber enthält.

Meßvorrichtungen, die mit Emseitenbandmodulator und nicht unterdrücktem Träger und zum anderen mit Modulation in beiden Zweigen arbeiten, sind bekannt.

Auch Gegentaktmodulatoren sind an sich bekannt. Im Prinzip bestehen sie aus einem »magischen T«, dessen einer Arm den Sender enthält, der eine feste Frequenz abgibt. Die beiden symmetrischen Seitenarme enden in zwei gleichen Abschlußimpedanzen, deren Reflexionsfaktoren mit einer Modulationsfrequenz gegenphasig gesteuert werden. Der vierte Arm gibt dann die beiden Seitenbänder ab. An sich ist jeder Balancemischer ein Gegentaktmodulator, wenn die beiden Dioden nicht als Mischer, sondern als Modulatoren verwendet werden. Für einige Anwendungen sind aber die zur Zeit erhältlichen Balancemischer nicht ohne weiteres geeignet, auch wenn ausdrücklich von ihnen behauptet wird, daß sie als Balancemodulator verwendbar sind. Es müssen Ab- «5 gleichmöglichkeiten vorhanden sein, die es erlauben, die Trägerfrequenz exakt wegzukompensieren, insbesondere, wenn es sich um Anordnungen für die Phasenmessung handelt.

Amplituden- und/oder Phasenmeßanordnungen mit Balance-Gegentaktmodulator sind bisher noch nicht benutzt worden. Die Erfindung ist demnach gekennzeichnet durch einen an den Höchstfrequenzschwinger angeschlossenen, an sich bekannten Gegentaktmodulator in dem einen Leitungszweig und einen dazu parallelen, an seinen beiden Enden über Richtkoppler angeschlossenen anderen Leitungszweig, der den Phasenschieber und einen Durchgangsresonator enthält, sowie einen hinter dem zweiten Richtkoppler als Diodendemodulator an beiden Leitungszweigen vorgesehenen Gleichrichter, dessen abgegebene Spannung ein Maß für die Phase bzw. Amplitude der vom Durchgangsresonator beeinflußten Schwingung ist.

Die neue Anordnung beseitigt die eingangs geschilderten Nachteile und gestattet recht genaue und vor +5 allem schnelle Messungen, die mit den bisher bekannten Anordnungen nicht möglich sind und daher in einigen Fällen ihre Anwendung zur Amplitudenbzw. Phasenmessung ausschlossen, abgesehen davon, daß der Aufwand bei den bekannten Vorrichtungen 5<> wesentlich höher ist und die eigentliche Messung bzw. Anzeige der Phasenverhältnisse nicht mit einer Anordnung zur Amplituden- und/oder
Phasenmessung bei Höchstfrequenzschwingungen

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Günter Schulten, Hamburg-Schneisen

einfachen Diode zu bewerkstelligen ist. Da ein Gegentaktmodulator nur in einem Leitungszweig benutzt wird, wird eine trägerfreie Modulation erhalten, was ein weiterer Vorzug der Erfindung ist.

Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele dar.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Phasenmessung und

Fig. 2 eine Anordnung zur Plasmamessung.

Am Arm 1 eines »magischen T« ist ein Sender 2 angeschlossen, der eine feste Frequenz Ω abgibt, während an den Armen 3 und 4 Kristalldioden 5 und 6 vorgesehen sind, deren Reflexionsfaktoren mit einer Modulationsfrequenz gegenphasig gesteuert werden. Der vierte Arm 7 gibt dann die beiden Seitenbänder

Ω ± ω

und bei nicht sinusförmiger Modulation höhere Seitenbänder ab, aber nicht die Trägerfrequenz Ω.

Die Kristalldioden 5 und 6 werden z. B. mit einer Reckteckspannung von 100 kHz gegenphasig moduliert, wobei ein Modulationsgrad von möglichst 100 °/o anzustreben ist. Zu den Armen 1 und 7 wird ein Leitungszweig 9 z. B. über Richtkoppler 8 und 13 parallel geschaltet. Dieser Leitungszweig 9 enthält einen Phasenschieber 10. Für die Phasenmessung wird zunächst die Leitung 9 unterbrochen und das »magische T« abgeglichen mit Hilfe des Phasenschiebers 11 und eines einstellbaren Dämpfungsgliedes 12 in den beiden Seitenarmen 3 und 4. Wegen der unvermeidlichen Verschiedenheit der Kristalldioden 5 und 6 werden diese zweckmäßigerweise außerdem mit verschiedenen Modulationsspannungen gesteuert. Die Trägerfrequenz kann so zum Verschwinden gebracht werden. Durch Anschluß des Leitungszweiges 9 mittels des Richtkopplers 13 wird der Träger wieder zugefügt. Das 100-kHz-Signal am Gleichrichter 14 hängt

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Claims (5)

dann nach Größe und Richtung von der Phase des Trägers ab und kann nach Verstärkung durch 16 bei 17 angezeigt werden. Durch Nachregeln des Phasenschiebers 10 kann dies zu Null gemacht werden. Der Nullabgleich ist sehr empfindlich und in der Nähe von Null linear in der Phase. Vom Gegentaktmodulator erhält der Gleichrichter 14 die beiden Seitenbänder As cos (Ω + ω) t, As cos [Ω — ω) t. Über den Leitungszweig 9 kommt der Träger ATcos(Qt + φ) (1) dazu. Das Mischprodukt ist demnach proportional zu A5A7 [cos (Ω + ω) t + cos (Ω — ω) t] cos (Ω t + φ), und der Anteil der Modulationsfrequenz darin ist proportional zu A5Aj cos φ · cos ω t. ZO Die Amplitude der Modulationsfrequenz ω hinter dem Gleichrichter ist also proportional zu AT cos φ, wobei A7 die Amplitude, φ die Phase des Trägers im Leitungszweig ist. Wird cos φ zu 1, so tritt nur noch die Amplitude auf, die dann entsprechend gemessen werden kann. Zur Verwendung als Frequenzdiskriminator wird im Leitungszweig 9 ein Durchgangsresonator 15 eingeschaltet, der auf die Trägerfrequenz eingestellt ist. Dann ist der Ausgang des Gleichrichters 14 mit Hilfe des Phasenschiebers 10 auf Null zu regeln. Bei Frequenzänderungen oder beim Verstimmen des Resonators 15 entstehen Phasenverschiebungen, und man erhält eine steile lineare Spannungsänderung am Gleichrichter 14, die zur Stabilisierung verwendet werden kann. Hier wird nicht die Frequenzabhängigkeit der Eingangsimpedanz eines Resonators ausgenutzt, sondern nur die Frequenzabhängigkeit der Phase der durchgehenden Welle, während die Amplitude für die Regelung unwichtig ist. Das hat in manchen Fällen Vorteile. Der Resonator kann z. B. aus einem Absorptionsrohr mit einer Gasfüllung bestehen, wenn auf eine Molekülresonanz abgestimmt werden soll. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Phasenmeßbrücke braucht bei der Vorrichtung nach F i g. 1 beim Nullabgleich nur die Phase, nicht aber die Amplitude der beiden Vergleichszweige abgeglichen zu werden. Außerdem ist sie empfindlicher, da der Detektor 14 im linearen Bereich der Kennlinie betrieben wird. Diese letztere Eigenschaft erlaubt eine direkte Messung der Phase und damit auch die Eichung von Phasenschiebern mit Hilfe der vorstehenden Gleichung (1). Auch für die Plasmadiagnostik ist die neue Vorrichtung von besonderem Vorteil. Nach Fig. 2 wird das Plasma 18 zwischen zwei Hörnern 19 und 20 in den Leitungszweig 9 eingebracht. Am Gleichrichter entsteht eine Spannung der Frequenz ω und der Amplitude A7 cos φ, wobei A7 proportional zur Amplitude der Mikrowelle ist, die das Plasma 18 durchstrahlt, φ ist deren Phase. Mit Hilfe eines phasenempfindlichen Gleichrichters 21 läßt sich die genannte Beziehung (1) gewinnen und oszillographisch bei 22 registrieren. Ähnlich wie bei der bekannten Phasenmodulationsmethode, bei der eine sägezahnförmige Frequenzmodulation in Verbindung mit einer langen Mikrowellenleitung eine Phasenmodulation erzeugt, kann man aus dem Schirmbild den Brechungsindex des Plasmas bestimmen. Die Modulationsfrequenz ω muß dabei groß sein gegenüber zeitlichen Änderungen der Plasmaparameter, was mit Kristalidioden ohne weiteres erreicht werden kann. Da bei Plasmauntersuchungen sehr schnell Phasenänderungen auftreten können, ist die Anwendung der neuen Anordnung hier besonders vorteilhaft, insbesondere auch, weil sich die Messung in einfachster Art mit einer Registrierung verbinden läßt. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Amplituden- und/oder Phasenmessung bei Höchstfrequenzschwingungen mittels einer Modulation der Höchstfrequenzschwingung und eines doppelten Leitungsweges, dessen einer Zweig einen Phasenschieber enthält, gekennzeichnet durch einen an den Höchstfrequenzschwinger angeschlossenen, an sich bekannten Gegentaktmodulator in dem einen Leitungszweig und einen dazu parallelen, an seinen beiden Enden über Richtkoppler (8 und 13) angeschlossenen anderen Leitungszweig (9), der den Phasenschieber und einen Durchgangsresonator enthält, sowie einen hinter dem zweiten Richtkoppler (13) als Diodendemodulator an beiden Leitungszweigen vorgesehenen Gleichrichter, dessen abgegebene Spannung ein Maß für die Phase bzw. Amplitude der vom Durchgangsresonator beeinflußten Schwingung ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kristalldioden-Gegentaktmodulator verwendet ist, deren einer Kristalldiode ein Phasenschieber und deren anderen ein einstellbares Dämpfungsglied vorgeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsresonator auf die Trägerfrequenz eingestellt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einem Absorptionsrohr mit Gasfüllung besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungszweig ein Plasma zwischen zwei Hörnern einbringbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift »IRE Transactions Instrumentation«, Dezember 1957, S. 238 bis 240.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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