DE2105327A1

DE2105327A1 - Coaxial transmission power meter for very high frequencies

Info

Publication number: DE2105327A1
Application number: DE19712105327
Authority: DE
Inventors: Eberhard χ 8142 Radeberg Wilhelm
Original assignee: INST fur NACHRICHTENTECHNIK
Current assignee: INST fur NACHRICHTENTECHNIK
Priority date: 1970-05-11
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1971-11-25

Description

Koaxiale Durchgangsleistungsmeßeinrichtung für sehr hohe Frequenzen Die Erfindung betrifft eine koaxiale Durchgangsleistungsmeßeinrichtung fUr sehr hohe Frequenzen, insbesondere für das UHF-SHF-Gebiet, bei der die Umwandlung der für Meßzwecke ausgekoppelten HF-Leistung in die für die Anzeige an einem Instrument und/oder ftlr andere Steuerzwecke notwendige Gleichstromleistung mittels zwei oder vier Richtdioden vorgenommen wird, die über kapazitive Rohrspannungsteiler an eine koaxiale Durchgangsleistung angekoppelt sind.Coaxial transmission power meter for very high frequencies The invention relates to a coaxial throughput power meter for very high frequencies, especially for the UHF-SHF area, where the conversion of the RF power coupled out for measurement purposes into that for display on an instrument and / or DC power required for other control purposes by means of two or four directional diodes is made, which are connected to a coaxial throughput are coupled.

Die Benutzung von Germanium- oder Silizium-Richtdioden für koaxiale Durchgangsleistungsmeßeinrichtungen ist bekannt und ihre Anwendung üblich. Die Verwendung eines kapazitiven Rohrspannungsteilers ist dann gegeben, wenn eine große HF-Spannung auf einen den Richtdioden zuträglichen Spannungswert herabgesetzt werden muß und eine induktive oder kapazitive Ankopplung aus Gründen des zu hohen Frequenzganges der Anordnung ausscheidet. Ein kapazitiver Rohrspannungsteiler entsteht durch das Einfügen eines möglichst dünnwandigen Rohres guter Oberflächenleitfähigkeit zwischen dem Innen- und dem Außenleiter einer koaxialen Leitung. Die äußere Rohrwand bildet gegen den Außenleiter die Fußpunktkapazität C2, die innere Rohrwand gegen den Innenleiter die Kopplungskapazität 01 des Teilers.The use of germanium or silicon directional diodes for coaxial Throughput measuring devices are known and their application is common. The usage a capacitive tube voltage divider is given when a high HF voltage must be reduced to a voltage value conducive to the directional diodes and an inductive or capacitive coupling due to the high frequency response the order is ruled out. A capacitive pipe voltage divider is created by the Insertion of a thin-walled tube with good surface conductivity between the inner and outer conductors of a coaxial cable. The outer pipe wall forms against the outer conductor the base point capacitance C2, the inner pipe wall against the inner conductor the coupling capacitance 01 of the divider.

Das Teilerverhältnis T ist unabhängig von der Länge 1 des eingeschobenen Rohres, nachfolgend Teilerrohr genannt; T ist nur eine Funktion der Rohrdurchmesser. Um eine weitgehende Unabhängigkeit der angezeigten Leistung vom Anpassungsfaktor des der Meßeinrichtung nachgeschalteten Leitungszuges zu erhalten, hat es sich als günstig erwiesen, zwei um die elektrische Länge #m #m/4 der mittleren Betriebswellenlänge #m versetzte Richtdioden an ein reichlich ;Q/4 langes Teilerrohr anzuschließen. Die beiden Teilrichtspannungen der einzelnen Richtdioden sind so geschaltet, daß sie sich zu einer Summenrichtspannung addieren. Durch zweifache sinngemäße Anwendung dieses Verfahrens läßt sich die ausnutzbare Bandbreite der Durchgangsleistungsmeßeinruchtung erhöhen. Obwohl ein schwach belasteter kapazitiver Spannungsteiler keinen nennenswerten Frequenzgang im Teilerverhältnis aufweist, ergibt sich in der Praxis, insbesondere bei Frequenzen>2 GHz, ein störender Frequenzgang der Richtspannung.The division ratio T is independent of the length 1 of the inserted Pipe, hereinafter referred to as divider pipe; T is just a function of the pipe diameter. To a large extent independence of the displayed performance from the adjustment factor of the line running downstream of the measuring device, it has to be proven to be beneficial, two around the electrical length #m # m / 4 of the mean operating wavelength #m staggered directional diodes to be connected to a generously; Q / 4 long divider tube. The two partial directional voltages of the individual directional diodes are switched so that they add up to a total rectified voltage. By applying it twice in the same way This method allows the usable bandwidth of the throughput measuring device raise. Although a lightly loaded capacitive voltage divider is not worth mentioning Having frequency response in the division ratio, results in practice, in particular at frequencies> 2 GHz, an interfering frequency response of the directional voltage.

Diese Abhängigkeit der Richtspannung von der Frequenz bei konstanter Durchgangsleistung ist die Folge einer Resonanzerscheinung des Teilerrohres. Während die theoretische Resonanzwellenlänge #r des Teilerrohres bei seiner doppelten geometrischen Länge liegt, verschiebt sich #r infolge zusätzlicher kapazitiver Belastung nach längeren Wellen entsprechend niedrigeren Frequenzen. Diese Zusatzbelastungen ergeben sich durch die an den Enden eines Teilerrohres angeschlossenen Richtdioden und durch die Randkapazitäten an den beiden Enden des Teilerrohres gegen den Außenleiter.This dependence of the directional voltage on the frequency at constant Throughput is the result of a resonance phenomenon in the divider pipe. While the theoretical resonance wavelength #r of the splitter tube at its double geometric Length, #r shifts as a result of additional capacitive loading longer waves correspond to lower frequencies. These additional burdens result through the directional diodes connected to the ends of a divider tube and through the edge capacitances at the two ends of the divider tube against the outer conductor.

Die Erfindung bezweckt die störende Abhängigkeit der Richtspannung von der Frequenz zu beseitigen, ohne dafür wesentliche neue Nachteile zu bringen.The invention aims at the disturbing dependency of the directional voltage of the frequency without bringing significant new disadvantages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine koaxiale Durchgangsleistungsmeßeinruchtung für sehr hohe Frequenzen, insbesondere für das UHF-SHF-Gebiet zu schaffen, bei der die Umwandlung der für Meßzwecke ausgekoppelten HF-Leistung in die für die Anzeige an einem Instrument und/oder für andere Steuerungszwecke notwendige Gleichstromleistung mittels zwei oder vier Richtdioden vorgenommen wird, die über kapazitive Rohrspannungsteiler an eine koaxiale Durchgangsleitung angekoppelt sind und wobei die Abhängigkeit der Richtspannung von der Frequenz infolge störender Resonanzerscheinungen des Teilerrohres durch Verschiebung dieser Resonanz auf eine weit genug vom Betriebswellenlängenbereich entfernte Wellenlänge beseitigt werden soll.The invention is based on the object of a coaxial throughput measuring device for very high frequencies, especially for the UHF-SHF area, where the conversion of the RF power decoupled for measurement purposes into that for the display DC power required on an instrument and / or for other control purposes is made by means of two or four directional diodes, which are connected to capacitive tube voltage dividers are coupled to a coaxial through line and the dependency of the Directional voltage from the frequency as a result of disruptive resonance phenomena in the divider tube by shifting this resonance to far enough from the operating wavelength range distant wavelength is to be eliminated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Richtdiode über ein eigenes kurzes Teilerrohr an die koaxiale Durchgangsleitung angekoppelt ist, wobei immer Je zwei Teilerrohre durch eine Hochfrequenzdrossel miteinander verbunden sind.This object is achieved according to the invention in that each directional diode Coupled to the coaxial through line via its own short divider pipe is, where always two divider pipes are connected to each other by a high-frequency choke are connected.

Die Wirkungsweise der Resonanzfrequenzverschiebung dieser erfindungsgemäßen koaxialen Durchgangsleistungsmeßeinrichtung beruht darauf, daß jedes kurze Teilerrohr für sich betrachtet eine wesentlich höhere Resonanzfrequenz besitzt als ein reichlich # #m/4 langes Teilerrohr. Da die einzelnen kurzen Teilerrohre hochfrequenzmäßig gegeneinander entkoppelt sind, bleibt die günstige hohe Resonanzfrequenz auch für die gesamte Anordnung erhalten. Die Verbindung jeweilszweier kurzer Teilerrohre mittels einer Hochfrequenzdrossel ist erforderlich, um den Gleichstromweg der vorliegenden Gleichrichterschaltung zu schließen.The mode of operation of the resonance frequency shift of this invention coaxial throughput meter relies on each short divider tube considered by itself has a much higher resonance frequency than an abundant # # m / 4 long divider pipe. Since the individual short Dividing tubes in terms of high frequency are decoupled from each other, the favorable high resonance frequency remains for get the entire arrangement. The connection between two short dividing pipes using a high frequency choke is required to make the DC path of the present Close rectifier circuit.

Eine besonders günstige konstruktive Lösung für die zentrische und axiale Halterung zweier aufeinanderfolgender kurzer ergibt sich durch die Verwendung eines dünnwandigen Teilerrohres aus verlustarmem Isoliermaterial mit geringer relativer Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Polystyrol. Die beiden kurzen Teilerrohre können sowohl in das Trägerrohr eingeschoben als auch auf dieses aufgesetzt werden. Das Trägerrohr ist mit zwei ringartigen axial versetzten Querschnittserweiterungen (Ringen) versehen, wobei der Außendurchmesser des einen Ringes die Größe des Außenleiterinnendurchmessers der koaxialen Durchgangsleitung besitzt und der andere größere Ring noch etwas in die Innenwand des Außenleiters eingelassen ist. Um das Trägerrohr mit den beiden kurzen Teilerrohren und den auggabe setzten Schichtwiderständen in den Außenleiter der koaxialen Durchgangsleitung einführen zu können, ist es erforderlich, diesen aus zwei Halbschalen zu fertigen, die nach beendeter Montage miteinander verschraubt werden.A particularly favorable constructive solution for the central and axial support of two successive short ones results from the use of a thin-walled divider tube made of low-loss insulating material with a low relative dielectric constant, for example polystyrene. The two short dividing tubes can either be pushed into the carrier tube or placed on it. The support tube is provided with two ring-like, axially offset cross-sectional enlargements (rings), the outer diameter of one ring being the size of the outer conductor inner diameter of the coaxial through-line and the other larger ring being somewhat embedded in the inner wall of the outer conductor. In order to be able to insert the carrier tube with the two short dividing tubes and the specified sheet resistors into the outer conductor of the coaxial through-line, it is necessary to manufacture this from two half-shells, which are screwed together after assembly is complete.

Die einfachste Realisierung der zur Schließung des Richtstromkreises erforderlichen Hochfrequenzdrossel erfolgt durch das Aufwickeln einiger Windungen dünnen Drahtes, vorzugsweise Kupferdrahtes, auf den freien Raum des Trägerrohres zwischen den beiden kurzen Teilerrohren. Um die Wicklungskapazität gering zu halten, müssen die einzelnen Windungen einen gegenseitigen Abstand des mehrfachen Draht durchmessers besitzen. Bei Verwendung eines Polystyrolträgerrohres kann die Lage der einzelnen Windungen in einfacher Weise durch Verkleben mit flüssigem Polystyrol festgelegt werden.The simplest implementation for closing the rectifying circuit required high-frequency choke takes place through the winding a few turns of thin wire, preferably copper wire, to the free space of the carrier pipe between the two short dividing pipes. To the winding capacity To keep it low, the individual turns must have a mutual spacing of the Own multiple wire diameter. When using a polystyrene support tube can change the position of the individual turns in a simple manner by gluing with liquid Polystyrene to be set.

In weiterer Ausgestaltung Träger- der Erfindung können die beiden auf einem gemeinsamen Teilerrohr angeordneten kurzen Teilerrohre und/oder die Hochfrequenzdrossel dadurch hergestellt werden, daß dieses Trägerrohr innen oder außen mit einer dünnen zweckgeformten Schicht hoher Leitfähigkeit - beispielsweise einem Leitlack - versehen ist. Außer den Fertigungsvorteilen dieser Herstellungsmethode ergeben sich hierbei auch besonders geringe Feldverzerrungen an den Einfügungsstellen der kurzen Teilerrohre in der koaxialen Energieleitung, weil diese Leitschicht wesentlich dünner als die geringste herstellbare Wandstärke eines Metallrohres gehalten werden kann.In a further embodiment carrier of the invention, the two can short dividing tubes arranged on a common dividing tube and / or the high-frequency choke can be produced in that this support tube inside or outside with a thin purpose-formed layer of high conductivity - for example a conductive lacquer - provided is. In addition to the manufacturing advantages of this manufacturing method, this also results also particularly low field distortions at the insertion points of the short dividing tubes in the coaxial power line, because this conductive layer is much thinner than the smallest producible wall thickness of a metal pipe can be kept.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der ErSindung wird dann erreicht, wenn jede Richtdiode über einen ohmschen Schichtwiderstand an das dazugehörige kurze Teilerrohr angekoppelt ist, wobei die Außenleiterformgebung längs der Widerstandsschicht in bekannter Weise so zu bemessen ist, daß der Schichtwiderstand entgegen der Energieübertragungsrichtung betrachtet, einen reelfen Widerstand der Größe R darstellt.Another advantageous embodiment of the invention is then achieved if each directional diode is connected to the associated short via an ohmic sheet resistor Divider tube is coupled, the outer conductor shape along the resistance layer is to be dimensioned in a known manner so that the sheet resistance is opposite to the direction of energy transmission considered represents a real resistance of size R.

Die Wirkungsweise der Resonanzfrequenzverschiebung beruht hierbei darauf, daß mit der vorgenommenen Entkopplung der Richtdioden vom Teilerrohr durch die Schichtwiderstände deren kapazitive Belastung entfällt. Durch geeignete Formgebung des Außenleiterprofils länge der Widerstandsschicht kann erreicht werden, daR Jeder Schichtwiderstand für die ihm zugeordnete Richtdiode als reeller Innenwiderstand einer HF-Spannungsquelle wirkt; hierbei liegt der besonders günstige Fall vor, daß die Größe des Innenwiderstandes innerhalb der herstellbaren Grenzen frei wählbar ist. Wird nun dieser Innenwiderstand an den vorgebebenen Eingangswiderstand der Richtdiodenschaltung leistungsmäßig angepaßt, so erhält man eine weitgehend konstante Energieübertragung, ne rgieübertragung, die von frequenz bedingten Schwankungen des Eingangswiderstandes der Richtdiodenschaltung kaum beeinflußt wird. Da die Richtdioden auch bei Veränderungen ihres Eingangswiderstandes nahezu die gleiche HF-Leistung zugeführt erhalten, ergibt sich - abgesehen von der Vermeidung der störenden Resonanzerscheinungen des Teilerrohres -bei Anwendung der entkoppeldnen Schichwiderstände und geeigneter Dimensionierung ein geringerer Frequenzgang der MeSeinrichtung als baim direkten Aufsetzen der Richtdioden auf das Teilerrohr.The mode of action of the resonance frequency shift is based on this on that with the decoupling made of the directional diodes from the divider tube through the sheet resistors have no capacitive load. By suitable shaping of the outer conductor profile length of the resistance layer can be achieved by everyone Sheet resistance for the directional diode assigned to it as a real internal resistance an HF voltage source acts; here is the particularly favorable case that the size of the internal resistance can be freely selected within the manufacturable limits is. If this internal resistance is now matched to the specified input resistance of the Directional diode circuit adapted in terms of performance, a largely constant one is obtained Energy transfer, ne rgie transfer that of frequency-related fluctuations the input resistance of the directional diode circuit is hardly influenced. As the directional diodes Almost the same RF power even with changes in their input resistance Received supplied, results - apart from the avoidance of the disruptive resonance phenomena of the divider pipe - when using the decoupling layer resistances and suitable ones Dimensioning a lower frequency response of the measuring device than with direct Place the directional diodes on the divider tube.

Schließlich besteht noch als zweckmäßige Vereinfachung der vorgenannten Variante die Möglichkeit, daß Je zwei Richtdioden anstatt an die einzelnen kurzen Teilerrohre unter Weglassung der Hochfrequenzdrossel über ein gemeinsames Teilerrohr angekoppelt sind.Finally, there is also an expedient simplification of the aforementioned Variant the possibility that two each Directional diodes instead of the individual short dividing tubes omitting the high-frequency choke over a common one Divider pipe are coupled.

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment.

In der Zeichnung ist der Längsschnitt einer koaxialen Durchgangsleistungsmeßeinrich-tung für den Frequenzbereich f = 2,3 bis 2,7 GHz dargestellt.In the drawing is the longitudinal section of a coaxial Durchgangsleistungsmeßeinrich-device shown for the frequency range f = 2.3 to 2.7 GHz.

Zwischen dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 2 einer koaxialen Energie leitung ist ein Trägerrohr 3 aus Polystyrol angeordnet, auf das kurze Teilerrohre 4; 5 aufgeschoben sind. Das Trägerrohr ist mit zwei ringartigen, axial versetzten Querschnittserweiterungen versehen, wobei der Ring 6 die zentrische Lage des Trägerrohres 3 und der etwas in den Außenleiter 1 eingelassene Ring 7 zusätzlich noch dessen definierte axiale Lage gewährleistet. Durch die mit großer Steigung aus dünnem Kupferdraht gewickelte Hochfrequenzdrossel 8 werden die beiden kurzen Teilerrohre 4; 5 zur Schließung des Richtstromweges miteinander leitend verbunden. Jeweils in der Mitte der kurzen Teilerrohre 4; 5 sind Schichtwiderstände 9; 10 eingelötet, welche auf der anderen Seite durch doppelseitige Kontaktbuchsen 11; 12 gehalten werden, auf deren Gegenseiten die verschieden gepolten Germanium-Richtdioden 13; 14 in der üblichen Patronenformausführung aufgesetzt sind. Die beiden Polystyrolstützscheiben 15; 16 sichern die zentrische und axiale Lage der Schichtwiderstände 9 ; 10, deren Widerstandswert R = 150 Ohm beträgt wodurch eine besonders günstige Anpassung an den vorgesehenen Eingangswiderstand der Richtdiodenschaltung erzielt wird. Die Außenleiterformgebung 17; 18 ist bei beiden Schichtwiderständen 9; 10 gleich ausgeführt; sie ist so gewählt, daß die Schichtwiderstände 9, 10 für die Richtdioden 13; 14 in Verbindung mit den in Reihe geschalteten niederohmigen kapazitiven Blindwiderständen der beiden Fußpunktkapazitäten C2 als reelle 150-Ohm-Innenwiderstände von Spannungsquellen wirken. Bei dieser Dimensionierung wird die besonders konstante Energieübertragung in Anpassungsnähe ausgenutzt, wodurch sich auch bei frequenzbedingten Änderung des Eingangswiderstandes der Richtdiodenschaltung ein besonders geringer Frequenzgang der rgibt.Between the outer conductor 1 and the inner conductor 2 a coaxial energy line is a support tube 3 made of polystyrene is arranged on the short divider pipes 4; 5 are postponed. The support tube is axially offset with two ring-like Provided cross-sectional enlargements, the ring 6 being the central position of the support tube 3 and the ring 7, which is somewhat embedded in the outer conductor 1, also has its defined axial position guaranteed. Due to the large pitch of thin copper wire wound high-frequency choke 8, the two short dividing tubes 4; 5 to close of the directional current path are conductively connected to one another. Each in the middle of the short one Divider tubes 4; 5 are sheet resistors 9; 10 soldered which on the other Side through double-sided contact sockets 11; 12 are held on their opposite sides the differently polarized germanium directional diodes 13; 14 in the usual cartridge shape are put on. The two polystyrene support disks 15; 16 secure the centric and axial Position of the film resistors 9; 10, their resistance value R = 150 ohms is a particularly favorable adaptation to the intended Input resistance of the directional diode circuit is achieved. The outer conductor shaping 17; 18 is 9 for both sheet resistors; 10 executed the same; she is chosen so that the film resistors 9, 10 for the directional diodes 13; 14 in conjunction with the low-resistance capacitive reactances of the two base point capacitances connected in series C2 act as real 150-ohm internal resistances of voltage sources. With this dimensioning the particularly constant energy transfer is used in the vicinity of adaptation, whereby even with frequency-related changes in the input resistance of the directional diode circuit a particularly low frequency response that gives.

koaxialen Durchgangsleistungsmeßeinruchtung. Der Innenleiter 2 ist längs des 'L'rSgerrohres 3 3 und längs der kurzen Teilerrohre 4 und 5 verschieden abgesetzt ausgeführt, um die durch das Einfügen dieser Bauelemente entstandenen Feldverzerrungen weitestgehend zu kompensieren und damit einen geringen Vierpolfehler des in der Zeichnung gezeichneten Teiles der koaxialen Energieleitung zu gewährleisten.coaxial throughput measuring device. The inner conductor 2 is along the 'L'rSgerrohres 3 3 and along the short divider pipes 4 and 5 different executed separately to the resulting from the insertion of these components To compensate for field distortions as far as possible and thus a small four-pole error of the part of the coaxial power line shown in the drawing.

Claims

Patent claims:

Coaxial transmission power meter for very high frequencies, especially for the UHF-SHF area, where the conversion of the decoupled for measurement purposes HF power in the for display on a measuring instrument calibrated in power units or for other control purposes necessary DC power by means of two or four Directional diodes are made, which are connected via capacitive tube voltage dividers to the coaxial Are coupled through line, characterized in that each directional diode (13; 14) via its own short divider pipe (4; 5) to the coaxial through line (1; 2) is coupled, with two divider tubes (4; 5) each by a high-frequency choke (8) are interconnected.

2. Coaxial throughput measuring device according to claim 1, characterized characterized in that the holder each two successive short divider tubes (4; 5) through a common thin-walled support tube (3) made of low-loss insulating material takes place with a low relative dielectric constant and this carrier tube (3) with two ring-like axially offset cross-sectional expansions (6; 7) against the outer conductor (1) of the coaxial through line (1; 2) is provided, the to a ring-like cross-sectional enlargement (6) the inner diameter of the outer conductor (1) corresponds and the other ring-like Cross-sectional expansion (7), which has a larger outer diameter, into a groove in the inner wall of the Outer conductor (1) engages.

3. Coaxial throughput measuring device according to claim 2, characterized characterized in that the high-frequency choke (8) consists of a layer of thin wire, the one with a steep incline on the carrier pipe (3) between the two short dividing pipes (4; 5) is wound.

4. Coaxial transmission power measuring device according to claim 2, characterized characterized in that the high-frequency choke (8) and / or the two short dividing tubes (4; 5) from a thin layer applied on the inside or outside of the support tube (3) high conductivity.

5. Coaxial throughput measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that each directional diode (13; 14) has an ohmic sheet resistor (9; 10) is coupled to the associated short divider pipes (4; 5), the Outer conductor shaping along the resistance layer so dimensioned in a known manner is that the sheet resistor (9; 10) counter to the direction of energy transmission considered, represents a real resistance of size R.

6. Coaxial passage power measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that the size R of the sheet resistor (9; 10) to one predetermined input resistance of the directional diode circuit adapted in terms of performance is.

7. Coaxial throughput measuring device according to claim 5 or 6, characterized in that two directional diodes (13; 14) instead of the individual short divider tubes (4; 5) omitting the high-frequency throttle (8) via a common divider pipe are received.

L e r s e i t e