DE1281564B

DE1281564B - Method for measuring the reflection factor of a measurement object in the microwave range

Info

Publication number: DE1281564B
Application number: DE1958S0069816
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Martin Niedereder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-10-27
Filing date: 1958-10-27
Publication date: 1968-10-31

Description

Verfahren zur Messung des Reflexionsfaktors eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Reflexionsfaktors eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet unter Verwendung von zwei zwischen einem Meßspannungsgenerator und dem Meßobjekt gegensinnig eingeschalteten Richtungskopplern, an deren Meßausgängen Teile der Meßspannung über Gleichrichter abgreifbar sind, die durch Quotientenbildung zur Ermittlung des Reflexionsfaktors herangezogen werden.Method for measuring the reflection factor of a measurement object in the microwave range The invention relates to a method for measuring the reflection factor of a DUT in the microwave area using two between a measuring voltage generator and directional couplers switched on in opposite directions to the device under test, at their measurement outputs Parts of the measuring voltage can be tapped off via rectifiers, which are generated by the formation of quotients can be used to determine the reflection factor.

Bekannte Meßverfahren dieser Art werden mit Hilfe von Meßanordnungen durchgeführt, die entweder an beiden Meßausgängen eigene Meßinstrumente aufweisen, aus deren Anzeigen der Reflexionsfaktor rechnerisch ermittelt wird, oder einen mit beiden Meßausgängen verbundenen Quotientenmesser, der eine direkte Anzeige des Reflexionsfaktors liefert. Known measuring methods of this type are made with the aid of measuring arrangements carried out, which either have their own measuring instruments at both measuring outputs, from the displays of which the reflection factor is calculated, or one with quotient meter connected to both measurement outputs, which provides a direct display of the reflection factor supplies.

Hierbei ist es jedoch nachteilig, daß eine normalerweise erforderliche Verstärkung der Meßspannungen zwei Verstärker mit gleichem Kennlinienverlauf bedingt, die den Meßausgängen jeweils individuell zugeordnet sind. Dies führt bei größerer Meßgenauigkeit zu einem beachtlichen Schaltungsaufwand, der auch dadurch nicht umgangen werden kann, daß beide Einzelverstärker durch einen zwischen den Meßausgängen umschaltbaren Verstärker ersetzt werden. Here, however, it is disadvantageous that a normally required Amplification of the measuring voltages requires two amplifiers with the same characteristic curve, which are individually assigned to the measurement outputs. This leads to larger Measurement accuracy to a considerable circuit complexity, which is not circumvented it can be that both individual amplifiers can be switched between the measurement outputs by one Amplifier to be replaced.

Die genannten Nachteile der bekannten Meßverfahren der eingangs beschriebenen Art werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Generatorspannung periodisch getastet wird, wobei die an den Meßausgängen auftretenden Teile der Meßspannung durch Demodulation in Spannungen der Tastfrequenz umgesetzt werden, daß diese den Eingängen eines an sich bekannten, quotientenbildenden Regelverstärkers zugeführt werden, wobei eine der beiden Spannungen zuvor in der Frequenz umgesetzt wird, sodann die dem Divisor entsprechende Spannung durch Rückwärtsregelung auf eine konstante Amplitude eingestellt wird und die den Dividenden darstellende Spannung gleichzeitig mitgeregelt wird, derart, daß sie dem Quotienten amplitudenmäßig entspricht und daß die mitgeregelte Spannung nach Gleichrichtung dem einen Ablenksystem eines Zweikoordinaten-Anzeige- bzw. Registriergerätes zugeführt wird, dessen anderes Ablenksystem von einer der Meßfrequenzen amplitudenmäßig proportionalen Ablenkspannung beaufschlagt wird. The mentioned disadvantages of the known measuring methods described at the beginning Art are avoided according to the invention in that the generator voltage is periodic is scanned, the parts of the measuring voltage occurring at the measuring outputs be converted by demodulation in voltages of the sampling frequency that this the Inputs of a known, quotient-forming control amplifier supplied one of the two voltages is converted in frequency beforehand, then the voltage corresponding to the divisor by backward regulation to a constant Amplitude is adjusted and the voltage representing the dividends at the same time is also regulated in such a way that it corresponds to the quotient in terms of amplitude and that the regulated voltage after rectification of the one deflection system of a two-coordinate display or registration device is supplied, the other deflection system of one of the Measurement frequencies amplitude proportional deflection voltage is applied.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zu seiner Durchführung im Vergleich zu den bekannten Verfahren mit direkter Meßwertanzeige nur ein relativ geringer schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist, da keine Maßnahmen im hochfrequent betriebenen Teil der Meßanordnung, wie z. B. eine Nachregelung des Sendepegels auf einen konstanten Wert, getroffen werden müssen, und da die Quotientenbildung vollkommen automatisch auf der Empfangsseite der Meßanordnung ohne Beeinflussung der Sendeseite erfolgt, wobei insbesondere auch schnelle Schwankungen des Sendepegels berücksichtigt werden. Daher eignet sich das Verfahren nach der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise für hohe Meßfrequenzen sowie für einen Wobbelbetrieb auch über breite Frequenzbänder.The method according to the invention is characterized in that to its implementation in comparison to the known methods with direct display of measured values only a relatively small amount of circuitry is required, since none measures in the high-frequency operated part of the measuring arrangement, such. B. a readjustment of the transmission level must be taken to a constant value, and since the quotient formation completely automatically on the receiving side of the measuring arrangement without any interference the transmission side takes place, with rapid fluctuations in the transmission level in particular must be taken into account. The method according to the invention is therefore particularly suitable advantageously for high measuring frequencies and for a wobble operation also over wide frequency bands.

Bei bekannten, nicht automatischen Verfahren zur Messung des Reflexionsfaktors eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet sind in der Regel zwei Meßvorgänge notwendig, um einen Meßwert zu bekommen. Der Grund hierfür liegt darin, daß es im Mikrowellenbereich nicht mehr ohne weiteres gelingt, eine der für die Quotientenbildung erforderlichen Größen über einen vorgegebenen Frequenzbereich konstant zu halten. Einmal ist es schon ohne größeren Aufwand nicht mehr möglich, die Sendespannung über einen größeren Frequenzbereich konstant zu halten und zum anderen gelingt es in der Regel bei Fehlanpassung nicht, dieselbe frequenzunabhängig an das Meßobjekt zu bringen. Daher bleibt keine andere Wahl, als zwei getrennte Messungen der Sendeamplitude und der Amplitude der vom Meßobjekt reflektierten Spannung vorzunehmen und das Meßergebnis durch Quotientenbildung aus beiden Einzelmeßergebnissen abzuleiten. Die Quotientenbildung kann zwar dadurch vermieden werden, daß die Sendespannung während der Messung konstant gehalten wird, wobei dann aus der Messung der Amplitude der reflektierten Spannungen das Meßergebnis unmittelbar abgelesen werden kann, doch ist das in diesem Fall erforderliche mehrmalige Nachstellen der Sendespannungsamplitude auf den Sollwert sehr zeitraubend. In known, non-automatic methods for measuring the reflection factor of an object to be measured in the microwave area, two measuring processes are usually necessary, to get a reading. The reason for this is that it is in the microwave range no longer succeeds without further ado, one of the factors required for the formation of the quotient To keep quantities constant over a given frequency range. Once it is no longer possible without great effort, the transmission voltage over a larger one Keeping the frequency range constant and, on the other hand, usually succeeds in the event of a mismatch not to bring the same frequency-independent to the test object. Therefore none remains other choice than two separate measurements of the transmit amplitude and the amplitude of the to undertake the voltage reflected by the measurement object and the measurement result by forming the quotient can be derived from both individual measurement results. The formation of the quotient can thereby Avoid keeping the transmission voltage constant during the measurement, then the measurement result from the measurement of the amplitude of the reflected voltages can be read immediately, but this is necessary in this case several times Adjusting the transmission voltage amplitude to the setpoint is very time-consuming.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist unter Verwendung eines an sich bekannten Schaltungsteiles aufgebaut, der in F i g. 1 dargestellt ist und zur Bildung des Quotienten zweier Wechselspannungen dient. The circuit arrangement according to the invention is using a per se known circuit part constructed, which is shown in FIG. 1 is shown and serves to form the quotient of two alternating voltages.

Mit 1 und 2 sind hierbei die Eingänge für die in Form von zwei vorzugsweise gleichfrequenten Wechselspannungen veränderbarer Amplitude vorliegenden Größen bezeichnet, aus denen der Quotient gebildet werden soll. Dabei ist angenommen, daß an die Klemmen 1 die den Dividenden und an die Klemmen 2 die den Divisor darstellende Größe geführt ist. With 1 and 2, the inputs for the in the form of two are preferred constant-frequency alternating voltages of variable amplitude present quantities, from which the quotient is to be formed. It is assumed that the terminals 1 the dividends and to the terminals 2 the value representing the divisor is.

Über zwei gegebenenfalls eingefügte, gleichartig aufgebaute Trennverstärker 3, 4, die die Eingangspegel um ein bestimmtes Maß anheben, werden beide Wechselspannungen dem Eingang 5 eines Regelverstärkers 6 zugeführt. Zuvor wird jedoch eine der Wechselspannungen mittels einer Mischanordnung 7 und einer von einem Generator 8 erzeugten Trägerfrequenz in eine solche Frequenzlage umgesetzt, daß eine Trennung von der anderen mittels Weichenschaltungen durchführbar ist. Eine derartige Weichenschaltung 9 ist im Ausgangsteil des Regelverstärkers 6 in der Weise angeordnet, daß der Anschluß 10 des Regelzweiges lediglich mit dem Pfad derjenigen Wechselspannung verbunden ist, deren Amplitude die dem Divisor des zu bildenden Quotienten entsprechende Größe darstellt.Via two similarly structured isolating amplifiers, which may have been inserted 3, 4, which raise the input level by a certain amount, both become alternating voltages the input 5 of a control amplifier 6 is supplied. Before that, however, one of the alternating voltages by means of a mixing arrangement 7 and a carrier frequency generated by a generator 8 implemented in such a frequency position that a separation from the other means Switch switching is feasible. Such a switch circuit 9 is in the output part of the control amplifier 6 arranged in such a way that the connection 10 of the control branch is only connected to the path of that alternating voltage whose amplitude represents the value corresponding to the divisor of the quotient to be formed.

Der Regelzweig ist dabei zweckmäßig so aufgebaut, daß die abgegriffene Teilspannung über eine Gleichrichteranordnung 11 und eine Verstärkereinrichtung 12 geführt ist und in einem Schaltgliedl3 größenmäßig derart mit einer Normalspannung verglichen wird, daß eine der Amplitudendifferenz entsprechende Regelgleichspannung gebildet und dem regelnden Organ 14 an der Eingangsseite des Regelverstärkers zugeführt wird. Durch eine Regelung auf konstanten Ausgangspegel an den Ausgangsklemmen 15 für die eine, dem Divisor des zu bildenden Quotienten entsprechenden Größe wird erreicht, daß die Ausgangsamplitude der anderen Wechselspannung an den Klemmen 16 dem Quotienten der beiden Größen proportional ist. The control branch is expediently structured so that the tapped Partial voltage via a rectifier arrangement 11 and an amplifier device 12 is guided and in a switching memberl3 in terms of size with a normal voltage it is compared that a DC control voltage corresponding to the amplitude difference formed and fed to the regulating member 14 on the input side of the control amplifier will. By regulating to a constant output level at output terminals 15 for the one variable corresponding to the divisor of the quotient to be formed achieves that the output amplitude of the other AC voltage at terminals 16 is proportional to the quotient of the two quantities.

In F i g. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die unter Verwendung des in F i g. 1 gezeigten Schaltungsteiles zur automatischen Quotientenbildung aufgebaut ist und eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung des Reflexionsfaktors eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet gestattet. In Fig.2 sind auf einer Hauptleitung zwischen dem Generator 41 und dem Meßobjekt 42, dessen Reflexionsfaktor bestimmt werden soll, zwei Richtungskoppler 43 und 44 mit entgegengesetzter Orientierung eingeschaltet, so daß an dem Meßausgang 27 des Richtungskopplers 43 ein bestimmter Teil der Sendeenergie des Generators 41 und am Meßausgang 28 des Richtungskopplers 44 ein bestimmter Teil der vom Meßobjekt 42 reflektierten Energie ausgekoppelt werden können. Dabei wird der Generator 41 durch einen Tastgenerator 45 getastet, so daß an den Meßausgängen 27 und 28 als Demodulationsprodukte jeweils Spannungen mit der Tastfrequenz auftreten. Diese werden der bereits in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung derart zugeführt, daß die an der Klemme 27 liegende Spannung die dem Divisor des zu bildenden Quotienten entspricht. In Fig. 2 shows a circuit arrangement using of the in FIG. 1 shown circuit part for automatic quotient formation and an implementation of the method according to the invention for measuring the reflection factor of an object to be measured in the microwave range. In Fig.2 are on a main line between the generator 41 and the measurement object 42, whose reflection factor is determined is to be, two directional couplers 43 and 44 with opposite orientation switched on, so that at the measuring output 27 of the directional coupler 43 a certain Part of the transmission energy of the generator 41 and at the measuring output 28 of the directional coupler 44 a certain part of the energy reflected by the measurement object 42 can be coupled out can. The generator 41 is keyed by a key generator 45, so that at the measurement outputs 27 and 28 as demodulation products, voltages with the Sampling frequency occur. These become the circuit arrangement already described in FIG. 1 fed in such a way that the voltage applied to terminal 27 corresponds to the divisor of the corresponds to the quotient to be formed.

Durch auf die Tastfrequenz abgestimmte Bandfilter 29 und 30 und gegebenenfalls nachgeschaltete Verstärkeranordnungen 31 und 32 werden die beiden Wechselspannungen nach einer Frequenzumsetzung der einen mittels einer Mischeinrichtung 46 und eines Schwingungserzeugers 48 über ein auf die umgesetzte Frequenz abgestimmtes Bandfilter 47 bzw. direkt dem gemeinsamen Eingang 5 eines Regelverstärkers zugeführt, dessen Schaltteile 14, 6, 9, 11 und 12 den gleich bezeichneten Schaltungsteilen nach F i g. 1 entsprechen.By band filters 29 and 30 and, if necessary, matched to the sampling frequency downstream amplifier arrangements 31 and 32 are the two alternating voltages after a frequency conversion of the one by means of a mixing device 46 and one Vibration generator 48 via a band filter matched to the converted frequency 47 or fed directly to the common input 5 of a control amplifier whose Switching parts 14, 6, 9, 11 and 12 are the same as switching parts according to F. i g. 1 correspond.

Bei dem Schaltbeispiel nach F i g. 2 wird die dem Quotienten aus beiden Meßgrößen amplitudenmäßig entsprechende Ausgangsspannung in einer nachgeschalteten Gleichrichteranordnung 33 gleichgerichtet und dem einen Ablenksystem eines Zweikoordinatenschreibers zugeführt, dessen anderes Ablenksystem von einer Spannung gesteuert wird, deren Amplitude der Meßfrequenz proportional ist. Insbesondere kann, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, der Zweikoordinatenschreiber aus einer Kathodenstrahlröhre 34 bestehen, die bei einer zusätzlichen Wobbelung der Meßfrequenz durch einen Wobbelgenerator 35 ein stehendes Bild der Reflexionsfaktorkurve in dem durchzumessenden Frequenzbereich bietet. In the switching example according to FIG. 2 is made up of the quotient output voltage corresponding in amplitude to both measured variables in a downstream Rectifier arrangement 33 rectified and the one deflection system of a two-coordinate recorder fed whose other deflection system is controlled by a voltage whose Amplitude of the measuring frequency is proportional. In particular, as shown in FIG. 2 it can be seen that the two-coordinate recorder consists of a cathode ray tube 34, with an additional wobble of the measuring frequency by a wobble generator 35 is a still image of the reflection factor curve in the frequency range to be measured offers.

Für diesen Fall der Frequenzwobbelung tritt die Wobbelfrequenz als Seitenband zur Tastfrequenz auf, was bei der Dimensionierung der Bandbreite der vorhandenen Filter und Verstärker berücksichtigt werden muß. For this case of frequency sweeping, the sweeping frequency occurs as Sideband to the sampling frequency, which is important when dimensioning the bandwidth of the existing filters and amplifiers must be taken into account.

Claims

Claim: Method for measuring the reflection factor of a DUT in the microwave area using two between a measuring voltage generator and directional couplers switched on in opposite directions to the device under test, at their measurement outputs Parts of the measuring voltage can be tapped off via rectifiers, which are generated by the formation of quotients used to determine the reflection factor, d a d u r c h marked, that the generator voltage is sampled periodically, with the at the measuring outputs occurring parts of the measuring voltage by demodulation in voltages of the sampling frequency be implemented that these the inputs of a known, quotient-forming Control amplifier are fed, with one of the two voltages previously in the Frequency is converted, then the voltage corresponding to the divisor by backward regulation is set to a constant amplitude and that representing the dividends Voltage is also regulated at the same time, in such a way that it corresponds to the quotient in terms of amplitude and that the regulated voltage corresponds to the one-Alenksystem after rectification a two-coordinate display or registration device is supplied, the other Deflection system of a deflection voltage proportional to the amplitude of the measurement frequency is applied.

Documents considered: German Patent No. 894 134; "Telefunken-Zeitung", December 1955, pp. 246 to 255.