DE2223492B2 - Verfahren und eine anordnung zur bestimmung des frequenzgangs - Google Patents

Description

abstimmbare Anzeigeinstrumenl selbst

Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein abstimmbaies Meßinstrument zur Messung und Anzeige de·· Leistung in einer festen Bandbreite, deren Mittenfrequenz verändert werden kann, weiter durch signalerzeugende Mittel, wobei die zu prüfende Einrichtung zwischen die signalerzeugenden Mittel und das Meßinstrument derart geschaltet wird, daß das Meßinstrument das Frequenzverhalten der zu prüfenden Einrichtung in bezug auf das von den signalerzeugenden Mitteln gelieferte Signal mißt und anzeigt, und wobei die signalerzeugenden Mittel erstens Mittel für die Erzeugung eines Dauerstrichsignals vorgegebener Amplitude und Frequenz, zweitens Mittel zur Erzeugung eines weißen Rauschsignals, weiter Mittel für die wahlweise Zuführung des Dauerstrichsignals oder des weißen Rauschsignals zu der zu prüfenden Einrichtung sowie Mittel für die Einstellung der Amplitude des weißen Rauschsignals, derart, daß das genannte Meßinstrument bei Abstimmung auf die genannte vorgegebene Frequenz den gleichen Meßwert anzeigt, wenn entweder das genannte Dauerstrichsignal oder das weiße Rauschsignal an die zu prüfende Einrichtung angelegt wird, enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbild beschrieben.

Das Blockschaltbild zeigt den schcmatischen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung des Frequenzgangs einer zu prüfenden Einrichtung bzw. eines zu prüfenden An/cigeinstrurncnts. Wesentlich für die erfindungsgemäßc Anordnung ist. daß sie sowohl einen Generator /ur Erzeugung eines weißen Rauschsignals als auch einen Dauerstriehsignalgenerator. der ein Ausgangssignal mit einer fest eingestellten Frequenz liefert, enthält. Der Dauerstriehsignalgenerator kann quarzgesteuert sein. Im Blockschaltbild ist der Generator zur Erzeugung des weißen Rauschens mit I und der Dauerstriehsignalgenerator mit 4 bezeichnet. Ist der Schalter 8 geschlossen und befindet sich der mechanisch gekoppelte Doppelschalter 5 in Stellung I, so wird der Dauerstriehsignalgenerator 4 von der Stromversorgungseinrichtung, die aus Ladegerät 10 und Batterie 9 besteht, über Spannungsregler 11 gespeist. Der Ausgangspegel des Signalgenerators kann durch eine Einrichtung 6 eingestellt und von dem über den zweiten Teil des Schalters 5, der sich in Stellung I befindet, mit der Einrichtung 6 verbundenem Anzeigeinstrument 7 angezeigt werden. Wird der Schalter 5 ii. Stellung 11 gebracht, so wird statt des Dauerstrichsignalgenerators 4 der Generator zur Erzeugung des weißen Rauschens 1 über eine Stromeinstellvorrichtung 12 und Spannungsregeleinrichtung 11 mit der Stromquelle 9, 10 verbunden. Der Rauschgenerator 1 kann mit der Stromregeleinrichtung 12 eingestellt werden, wobei der eingestellte Strom durch das Instrument 3 angezeigt wird. Das vom Rauschgenerator 1 gelieferte Signal wird über einen Breitbandverstärker 17 mit einer Ausgangspegelregelung 18, einem Mischkreis 19 und von diesem über einen Regelwiderstand 22 dem Signalstärkemesser 13 (abstimmbaies Instrument) direkt oder über eine andere zu prüfende Einrichtung 23 zugeführt. Um dem Signalstärkemesser entweder das Signal aus dem Rauschgenerator 1 oder das Signal aus dem Dauerstrichgenerator 4 zuführen zu können, wird das Signal aus dem Dauerstrichgenerator 4 vom Ausgang des Pegelreglers 6 über ein Oberwellenfilter 20 ebenfalls dem Mischkreis 19 zugeführt, so daß je nach Stellung des Schalters 5 in Stellung I oder II vom Ausgang des Mischkreises 19 dem abstimmbaren Signalstärkemesser 13, der geprüft werden soll, oder zur Anzeige des Frequenzgangsverhaltens des Prüflings 23 dient, das Dauerstrichsignal oder das Rauschsignal zugeführt wird.

Die Durchführung des Meßverfahi ens mit der anhand des Blockschaltbildes beschriebenen Anordnung soll nachfolgend an einem Beispiel betrachtet werden, bei dem der interessierende Frequenzbereich zwischen 1 und 100 FIz liegen soll. Dieses Beispiel entspricht insofern nicht der Praxis, als die in der Praxis interessierenden Frequenzen beispielsweise im MHz-Bereich liegen sollen, jedoch ist es gut geeignet, das Meßverfahren zu erläutern.

Es soll angenommen werden, daß die Filterbandbreite des Prüfinstruments (Signalstärkemesser) 4 Hz beträgt. Wird das Prüfinstrument auf 3 Hz abgestimmt, so werden alle Frequenzkomponenten im Bereich von 1 bis 5 Hz durch das Filter übertragen. Liegt die abgestimmte Mittenfrequenz bei 12Hz, so werden alle Frequenzkomponenten im Bereich von 10 bis 14 Hz durch das Filter übertragen. In ähnlicher Weise weiden bei einer Veränderung der Mittenfrequenz über den ganzen Bereich von 3 Hz bis zu 98 Hz bei jeder Einstellung alle Frequenzkomponenten in einem 4-Hz-Bereich durch das Filter übertragen. Vorausgesetzt, daß der weißes Rauschen erzeugende Generator alle Frequenzen mit gleichen Energiepegeln erzeugt, erscheint es offenbar, daß ungeachtet der Mittenfrequenz des Filters die gleiche Leistung durch das Filter übenragen wird. Daraus ergibt sich, daß bei richtiger Eichung des Anzeigegerätes sich die Anzeigen nicht ändern sollen.

Soll andererseits als bekannt vorausgesetzt werden, daß ein Signalstärkemesser richtig geeicht ist, und beabsichtigt 'st, den Frequenzgang einer anderen Einrichtung zu prüfen, beispielsweise eines Verstärkers, dessen Durchlaßband wesentlich breiter als das des Signalstärkcmesscrs ist, so wird das Ausgangssignal des weißes Rauschen erzeugenden Generators dem Eingang des Verstärkers zugeführt und das Ausgangssignal des Verstärkers wird dem Eingang des Signalstärkemessers zugeführt. Ist die Verstärkung des Verstärkers bei allen Frequenzen innerhalb des interessierenden Bereiches konstant, so darf sich die Anzeige nicht ändern, wenn die Mittenfrequenz des Meßgerätes über diesen Bereich verändert wird. Ändert sich die Anzeige, so kann der Grad der Abweichung direkt auf der Skala des Feldstärkemessers abgelesen werder, und der Verlauf der Verstärkung des Verstärkers über die Frequenz kann aufgetragen werden.

Ob nun das Prüfinstrument (Signalstärkemesser) selbst geprüft werden soll, oder ob ein Prüfinstrument, das als geeicht bekannt ist, dazu verwendet wird, den Frequenzgang einer anderen zu prüfenden Einrichtung zu bestimmen, so ist offenbar, daß mit den vorstehend beschriebenen Abfolgen lediglich der relative Frequenzgang des Prüfinstrumepts oder der zu prüfenden Einrichtung in bezug auf verschiedene Frequenzen innerhalb des interessierenden Bereiches bestimmt werden kann. Bleiben die Anzeigen des Feldstärkemessers konstant, so ist damit bestimmt, daß der Frequenzgang flach ist. Oftmals wird jedoch gewünscht, den absoluten Frequenzgang des Prüfinstrumentes oder anderer zu prüfender Einrichtungen zu bestimmen. Beispielsweise im Fall eines Prüfinstrumentes mit unbekannter Bandbreite, dessen Frequenzgang gemessen wird und dessen Anzeigegerät in Milliwatt geeicht

ist, bedeutet die Tatsache, daß die Anzeigen konstant bleiben, wenn die Mittenfrequenz, verändert wird, nicht, daß die Anzeige selbst richtig ist. Angenommen, die Ausgangsleistung des weißes Rauschen erzeugenden Generators im vorgenannten Beispiel sei 15 Milliwatt innerhalb jeder 4-Hz-Bandbreite, so kann die konstante Anzeige des Gerätes mehr oder weniger als 15 Milliwatt betragen, sogar, wenn die Anzeigen bei Durchstimmung der Mitlcnfrcqucn/ des Instruments von 3 bis 98 Hz konstant bleiben. Somit gestattet die Verwendung eines weißes Rauschen erzeugenden Generators wie vorstehend beschrieben nicht, das Prüfinstrument in absoluten Werten zu eichen.

Mit Hilfe des erfindungsgemiiß in der Meßanordnung vorgesehenen Datierstrichsignalgcncrntors kann jedoch der absolute Frequenzgang des Prülinslrumcnlc wie folgt bestimmt werden.

Unter Bezug auf das vorstehende Beispiel soll das Dauerstrichsignal cinl5 Milliwalt-Signal mit einer Frequenz von 30 Hz sein. Das Instrument — Signalslärkeanzeiger - wird zunächst auf JO Hz abgestimmt und das Dauerstrichsignal seinem Eingang zugeführt — Stellung I des Schalters 5. Beträgt die Anzeige nicht 15 Milliwatt, so wird es abgeglichen, bis es 15 Milliwatt anzeigt.

Ohne Veränderung der Miitcnfrcqucn/ (Abstimmung) des Instruments wird dann das Dauerstrichsignal vom Hingang des Prüfinstruments abgeschaltet und statt dessen das weiße Rauschsignal dem Hingang zugeführt — Stellung Il des Schalters 5. Die Anzeige möge nun 17 Milliwatt betragen. Ils wird nun der Pegel de¹, weißen Rauschsignals verringert, bis die Anzeige auf 15MiIIiwiiii zurückgeht. Dies bedeutet, daß der Pegel des weißes Rauschen erzeugenden Generators s:> eingestellt ist. daß die Gesamtenergie der das Filter des Instruments passierenden Signalkomponentcn 15 Milliwatt beträgt. Für die berichtigte Pegeleinsiellung des weißes Rauschen erzeugenden Generators mißt das Anzeigegerät 15 Milliwatt in seiner auf eine Mitte von 30 Hz eingestellten Bandbreite, auch wenn d e Bandbreite des Instrumentenfilters unbekannt ist. Da bekannt ist. daß der weißes Rauschen erzeugende Generator alle Frequenzen mit gleicher Amplitude erzeugt und da die unbekannte Bandbreite des Instrumcntcnfiltcrs auch bei Änderung der Mittenfrequenz sich nicht ändert, wenn das Gerät innerhalb seines Bereichs richtig geeicht ist. muß die Anzeige bei 15 Milliwatt bleiben, wenn die Mittenfrequenz verändert wird.

Die Mittenfrequenz (Abstimmung des .Signalstärkemessers) wird nun über den Bereich zwischen 3 und 98 Hz verändert. Bei einer Mittenfrequenz von 30 Hz ergibt sich eine Anzeige von 15 Milliwatt. Weicht die Anzeige für eine beliebige andere Mittenfrequenz ab. beträgt sie beispielsweise 14 Milliwatt bei einer Mittenfrequenz von 80 Hz. so ist es bekannt, daß, während die Gesamtenergie, die das Filter des Instruments passiert. 15 Milliwatt beträgt, die Anzeige lediglich 14 Milliwatt ist. Es handelt sich somit um eine absolute Messung und nicht um eine relative. Der Signalstärkemesser kann nun abgeglichen werden, so daß bei einer Mittenfrequenz von 80 Hz die Anzeige korrekt 15 Milliwatt beträgt, oder der Fehler kann notiert werden.

In ähnlicher Weise soll angenommen werden, daß ein Breitbandverstärker geeicht werden soll und der Signalstärkemesser, der dazu verwendet werden soll, als richtig geeicht bekannt ist. Es soll weiter angenommen werden, daß die Verstärkung des Verstärkers bei allen Frequenzen im interessierenden Bereich 5 sein soll und daß das Dauerstrichsignal einen l.eistungspegel von 3 Milliwatt bei einer Frequenz von 30 Hz hat. Wird das Dauerstrichsignal über den Verstärker auf das Priifinstrumcnt übertragen und ist die Mittenfrequenz des Prüfinstruments 30 Hz, so soll eine Anzeige von 16 Milliwatt angenommen werden. Dies bedeutet, daß die Verstärkung des Verstärkers zu hoch ist. Der

ίο Verstärker kann abgeglichen werden, so daß die Anzeige auf 15 Milliwatt abfällt und die Verstärkung dann für ein Dauerstrichsignal von 30 Hz gleich 5 ist. Danach wird das weiße Rauschsignal dem Eingang des Verstärkers zugeführt, während die Miltcnfrequcnz des Prüfinstruments bei 30 Hz bleibt. Beträgt die Anzeige nicht 15 Milliwatt, so wird die Amplitude des weißen Rauschsignals eingestellt, bis eine Anzeige von 1 5 Milliwatt erzielt ist. Dies bedeutet, daß bei einem flach verlaufenden Frequenzgang der Verstärkung des

Verstärkers die Anzeige bei einer Änderung der Mittenfrequenz von 3 auf 98 Hz bei 15 Milliwatt bleibt, da die Fillerbandbreite des Prüfinslruments bei allen Mittenfrequenzen gleich ist. Bei jeder Mittenfrequenz kann der Verstärker auf eine Anzeige von 15 Milliwatt abgeglichen werden, falls die Anzeige zu hoch oder zu niedrig ist. Nach allen Einstellungen liegt dann die Verstärkung des Verstärkers bei allen Frequenzen genau bei 5.

Es ist daher offenbar, daß zur Bestimmung des absoluten Frequenzgang«» entweder eines Signalstärkemcssers oder einer anderen zu prüfenden Einrichtung die erfindungsgemäße Anordnung aus Daucrstrichsignalgcnerator mit fester Frequenz und fest eingestellter Amplitude (Pegel) und Generator zur Erzeugung eines weißen Rauschsignals, dessen Pegel einstellbar ist. große Vorzüge bietet.

Es muß beachtet werden, daß die Signalstärkcmeßjjc rate verschiedener Hersteller unterschiedliche Band breiten haben. Auf den ersten Blick könnte angcnom linen werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit Signalstärkemessern verschiedener Hersteller nicht praktikabel sei. weil der von dem weißes Rauschen erzeugende Generator über das Filter eines Signalstärkmessers notwendigerweise von der Filterbandbreite abhängt. Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht jedoch darin, daß ein beliebiges Signalstärkemeßgeräl verwendet werden kann, ohne daß auf seine spezielle Bandbreite geachtet werden muß. Der Grund dafür ist. daß bei Zuführung des Dauerstrichsignals zu dem

Signalstärkemesser ungeachtet der Bandbreite seines Filters das gesamte Signal bekannter Amplituden durch das Filter übertragen wird.

Wird danach der weißes Rauschen erzeugende Generator mit dem Eingang des Signalstärkemessers verbunden, so ist alles, was getan werden muß, eine Einstellung des Pegels des weißen Rauschsignals vorzunehmen, bis die Anzeige gleich der ist, die sich bei Zuführung des Dauerstrichsignals ergeben hat. Die Pegeleinstellung des weißen Rauschsignals kompensier!

automatisch den Einfluß der speziellen Filterbandbreite des Signalstärkemessers. Nachdem einmal die Anzeige bei einer Mittenfrequenz gleich der Frequenz des Dauerstrichsignals so eingestellt ist, daß sie gleich dei Anzeige, die sich für das Dauerstrichsignal ergeben hat

ist, ist es bekannt, daß die insgesamt angezeigte Leistung, die durch das Filter übertragen wird, dei angezeigten Leistung des Dauerstrichsignals entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des absoluten Frequenzgangs einer über einen interessierenden Frequenzbereich zu prüfenden Einrichtung unter Verwendung eines abstimmbaren Meßinstruments zur Messung und Anzeige der Leistung innerhalb einer festen Bandbreite, deren Mittenfrequenz verändert werden kann, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Abstimmen des Meßinstruments auf eine vorgegebene Frequenz,

b) Verwendung des nach a) abgestimmten Meßinstpjments zur Messung des Frequenzverhaltens der zu prüfenden Einrichtung bei einem Dauerstrichsignal vorgegebener Amplitude, dessen Frequenz gleich der genannten vorgegebenen Frequenz ist, und

c) Verändern der Mittenfrequenz des genannten Meßinstruments über den interessierenden Frequenzbereich, um den Frequenzgang der zu prüfenden Einrichtung bei einem weißen Rauschsignal gleichförmiger Amplitude über den interessierenden Frequenzbereich zu messen, nachdem zunächst die Amplitude des weißen Rauschsignals so eingestellt ist, daß die Anzeige des Meßwerts bei Abstimmung des Meßinstruments auf die genannte vorgegebene Frequenz gleich der Anzeige der Messung gemäß Verfahrensschritt b) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu prüfende Einrichtung das Meßinstrument selbst ist.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein abstimmbares Meßinstrument (13) zur Messung und Anzeige der Leistung in einer festen Bandbreite, deren Mittenfrequenz verändert werden kann, weiter durch signalerzeugende Mittel (1, 4), wobei die zu prüfende Einrichtung (23) zwischen die signalerzeugenden Mittel (1, 4) und das Meßinstrument (13) derart geschaltet wird, daß das Meßinstrument (13) das Frequenzverhalten der zu prüfenden Einrichtung (23) in bezug auf das von den signalerzeugenden Mitteln gelieferte Signal mißt und anzeigt, und wobei die signalerzeugenden Mittel erstens Mittel (4) für die Erzeugung eines Dauerstrichsignals vorgegebener Amplitude und Frequenz, zweitens Mittel (1) zur Erzeugung eines weißen Rauschsignals, weiter Mittel (5) für die wahlweise Zuführung des Dauerstrichsignals oder des weißen Rauschsignals zu der zu prüfenden Einrichtung (23) sowie Mittel (18) für die Einstellung der Amplitude des weißen Rauschsignals derart, daß das genannte Meßinstrument (13) bei Abstimmung auf die genannte vorgegebene Frequenz den gleichen Meßwert anzeigt, wenn entweder das genannte Dauerstrichsignal oder das weiße Rauschsignal an die zu prüfende Einrichtung (23) angelegt wird, enthalten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Meßinstrument (13) direkt mit den signalerzeugenden Mitteln (1, 4) verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Frequenzgangs einer über einen interessierenden Frequenzbereich zu prüfenden Einrichtung unter Verwendung eines durchstimmüaren Meßinstruments zur Messung und Anzeige der Leistung innerhalb einer festen Bandbreite, die durch die Seitenbänder der beim Durchstimmen des Meßinstruments veränderbaren Mittenfrequenz gegeben ist.

Bei einem bekannten Verfahren zur Bestimmung des Frequenzgangs verwendet man einen durchstimmbaren Dauerstrichsignalgenerator mit einer Einstellmöglichkeit auf den gewünschten Ausgangspegel, der, auf einen konstanten Ausgangspegel eingestellt, gleichzeitig mit dem anzeigenden durchstimmbaren Instrument auf die jeweils interessierende Frequenz abgestimmt wird, wobei das gesamte interessierende Frequenzband von einem Ende zum anderen in mehr oder weniger großen Schritten durchgestimmt wird. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch sehr arbeits- und zeitaufwendig.

Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Frequenzgangs besteht in der Anwendung eines Wobbelgenerator mit einem konstanten Ausgangssignal des gewünschten Pegels, der den gesamten interessierenden Frequenzbereich durchwobbelt. Das zu eichende bzw. anzeigende Instrument wird auf jede interessierende Mittenfrequenz abgestimmt und sein Ausschlag notiert. Eine Wobbeigeschwindigkeit, die langsam genug ist. um der Detektorschaltung des zu eichenden Instruments die richtige Funktion zu gestatten, muß jedoch wegen des breiten durchzuwobbelnden Frequenzbereichs eine derart niedrige Folgefrequenz haben, daß der Zeiger des Anzeigeinstruments vibriert, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Ablesung ergeben. Als Folge des zu wobbelnden breiten Frequenzbereichs ergibt sich, daß die Wobbeigeschwindigkeit gewöhnlich nicht linear ist, sondern pro Bandbreiteneinheit bei den hohen Frequenzen innerhalb des Bereichs höher ist als bei den niedrigen Frequenzen innerhalb des Bereichs. Bekannte Wobbelgeueratoren sind im allgemeinen teuer und bauen relativ groß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des absoluten Frequenzgangs einer über einen interessierenden Frequenzbereich zu prüfenden Einrichtung zu schaffen, das eine schnelle Durchführung gestattet, relativ klein und leicht ist und batteriebetrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verfahrensschritte;

a) Abstimmen des Meßinstruments auf eine vorgegebene Frequenz,

b) Verwendung des nach (a) abgestimmten Meßinstruments zur Messung des Frequenzverhaltens der zu prüfenden Einrichtung bei einem Dauerstrichsignal vorgegebener Amplitude, dessen Frequenz gleich der genannten vorgegebenen Frequenz ist, und

c) Verändern der Mittenfrequenz des genannten Meßinstruments über den interessierenden Frequenzbereich, um den Frequenzgang der zu prüfenden Einrichtung bei einem weißen Rauschsignal gleichförmiger Amplitude über den interessierenden Frequenzbereich zu messen, nachdem zunächst die Amplitude des weißen Rauschsignals so eingestellt ist, daß die Anzeige des Meßwerts bei Abstimmung des Meßinstruments auf die genannte vorgegebene Frequenz gleich der Anzeige der Messung gemäß Verfahrensschritt (b) ist.

Die zu prüfende Einrichtung kann dabei das