DE2635016B2

DE2635016B2 - Verfahren zum Messen der gruppenlaufzeitbezogenen Charakteristik eines elektrischen Vierpols

Info

Publication number: DE2635016B2
Application number: DE2635016A
Authority: DE
Inventors: David D. Santa Rosa Calif. Sharrit (V.St.A.)
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1975-08-11
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US3968427A; GB1546667A; JPS567594B2; DE2635016C3; DE2635016A1; JPS5221874A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der gruppenlaufzeitbezogenen Charakteristik eines elektrischen Vierpols gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zu dessen Durchführung geeignete Schaltungsanordnung.

Aus Bell System Technical Journal, Band 7, Seiten 522 bis 549 ist es bereits seit langem bekannt, die Gruppenlaufzeit mittels eines bezüglich der Amplitude modulierten Prüfsignals als Quotient von dessen Phasenverschiebung nach Durchlaufen des zu untersuchenden Vierpols und der Modulationsfrequen⁷. für jede Frequenz des untersuchten Frequenzbandes einzeln zu bestimmen. Dieses Verfahren muß folglich sehr häufig jo wiederholt werden, um wenigstens annähernd das Gruppenlaufzeitverhalten über dem gesamten Frequenzband bei Übertragungsanordnungen zu erhalten.

Aus DE-OS 14 41 201 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ebenfalls die Gruppenlaufzeit nur bei einzel- js nen Frequenzen aus der Phasenverschiebung von bezüglich der Amplitude modulierten Prüfsignalen bestimmt wird. Hierzu werden dem zu untersuchenden Vierpol ein Jignal mit der Trägerfrequenz und den sich durch Amplitudenmodulation ergebenden Seitenband-Komponenten zugeführt. Eine nachgeschalfete Phasenvergleichs-Einrichtung mißt die Phasenverschiebung des Ausgangssignals von dem zu untersuchenden Vierpol durch Vergleich mit der Phase des dem Eingangsmodulator zugeführten Modulationssignals. Etwaige durch die Meßanordnung selbst eingeführte Gruppenlaufzeitfehler werden dabei nicht eliminiert.

Aus DE-OS 15 16 327 ist eine einkanalige Schaltungsanordnung zum Messen der Gruppenlaufzeit bekannt, bei welcher dem Eingang des zu untersuchenden Vierpols tin gewobbeltes Prüfsignal zugeführt wird. Das Ausgarigssigrial wird, von der Prüfsignalquelle gesteuert, auf ein Zwischenfrequenzsignal umgesetzt, welches einerseits unverzögert und andererseits verzögert Einrichtungen zur Phasendifferenzmessung zügeführt und dann abwechselnd auf eine Anzeigeeinrichtung geschaltet wird. Dieses seit langem bekannte Verfahren ist auf den Bereich von Verzögerungsmessungen begrenzt, die üblicherweise durch Phasenmesser gemessen werden können, nämlich auf maximal 360°.

Aus DE-PS 1004 728 ist ein Verfahren zum Messen von an Vierpolen auftretenden Laufzeitverzerrungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welchem die bezüglich der Frequenz gewobbelte Meßspannung außer in ihrer Ursprungsfrequenzlage « auch in trägerfrequente ' Lage dem zu untersuchenden Vierpol zugeführt wird und am Vierpolausgang die Frequenzdifferenz zwischen der in ihrer Ursprungsfrequenzlage übertragenen und der demoduiierten trägerfrequenten übertragenen Meßspannung gebildet wird, die ein Maß für die durch den Vierpol hervorgerufene Laufzeitdifferenz ist. Bei diesem Verfahren wird nicht die Gruppenlaufzeit selbst sondern nur ein etwaiger nicht-linearer Anteil der Gruppenlaufzeit gemessen. Da die Meßsignale dem zu untersuchenden Vierpol in zwei wesentlich voneinander verschiedenen Frequenzlagen zugeführt werden, und die Meßsignale in der einen (z. B. unteren) Frequenzlage bestimmungsgemäß einen linear von der Frequenz abhängigen Referenzwert der Gruppenlaufzeit ergeben, ist dieses Verfahren nicht dazu geeignet, die Gruppenlaufzeitverzerrungen sowohl von Tiefpaß- als auch von Hochpaßvierpolen zu messen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Schaltungsanordnung aufzuzeigen, mit welchem die Gruppenlaufzeit (nictr nur Gruppenlauf-

quenzvergleichs über dem interessierenden Frequenzbereich des zu untersuchenden Vierpols gemessen werden kann und etwaige Fehler bei der Frequenzmessung der Prüf- und der Referenzsignale nicht ins Ergebnis eingehen.

Ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff wird diese Aufgabe gelöst mit den iin Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Dabei wird von der neuen Erkenntnis ausgegangen, daß die seit Nyquist-Brand bekannte Definition der Gruppenlaufzeit als Differenzquotient der Phasendifferenz und der Frequenzdifferenz zweier Wechseispannungs-Meßsignale ersetzt werden kann durch die Frequenzdifferenz, die ein gewobbeltes Prüfsignal nach dessen Durchgang durch den zu untersuchenden Vierpol einerseits und nach dessen Durchgang durch einen Referenzkanal andererseits erfährt, £etei!· durch die Steigung des Frequenzverlaufs der dem Vierpol und dem Referenzkanal zugeführten Prüf- und Referenzsig :ale. Vorteilhafterweise werden dabei Laufzeitverzerrungen der Zuleitungen und Anschlüsse des zu untersuchenden Vierpols durch die Laufzeitverzögerungen des Vergleichskanals ausgeglichen

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen werden die Prüf- und die Meßsignale vor der Frequenzmessung zunächst auf eine feste Zwischenfrequenz durch ein Oszillatorsignal umgesetzt, dessen Frequenz der Wobbelfrequenz der Eingangssignale folgt, so daß die Frequenzmessung vereinfacht wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Somit werden weder ein externer Modulator noch eine externe Modulationsquelle benötigt. Da kein sinusförmiges Mo^ulationssignal verwendet wird, entfallen auch die Probleme, die mit der Messung der Phase von verzerrten Sinussignak'n verbunden sind. Schließlich bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher der Wobbelgenerator Jie Frequenz ändert, die Empfindlichkeit und d'\", Genauigkeit der Messung, und es wird ein zweckmäßiger Kompromiß sowohl für Breitbandanordnungen als auch für Schmalbandanordnungen gefunden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2A bis 2E Kurvenverläufe zur Erläuterung des BetrieDS der bevorzugten Ausführungsform:

F i g. 3 ein Schaltbild eines Frequenzdiskriminators und einer Summierschaltung;

F i g. 4 ein Schaltbild einer Differenzierschaltung;

F i g. 5 ein Schaltbild einer Teilerschaltung;

F i g. 6 ein Schaltbild der Steuerlogik von Fig. 1;

F i g. 7 ein Schaltbild eines Sägezahngenerators und

Fig.8 und 9 Kurvenverläufe zur Erläuterung des Betriebs der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Tabelle am Schluß der Beschreibung gibt die Bedeutungen der in den F i g. 6 bis 9 verwendeten Symbole wieder.

Ein Wobbelfrequenzgenerator 10 erzeugt ein Ausgangssignal Vi mit sich ändernder Frequenz auf einer Leitung 12. Das Ausgangssignal Vi wird sowohl einem zu untersuchenden Vierpol 14 über einen Anschluß 11 als auch über eine Leitung 15 als Referenzsignal V) direkt einem Eingangsmischer iö eines Netzwerkanalysator zugeleitet. Das Ausgangssignal V₂ von dem zu untersuchenden Vierpol 14 gelangt über einen Anschluß 13 an einen Mische-- 18. Die Frequenzen der Signale V₂ und V₁ werden mittels eines durch einen ZF-Oszillator zugeführten Steuersignals V₄ herabtransformiert. Die Frequenz des Oszillators 20 folgt genau der Frequenz des Signals vom Wobbelfrequenzgenerator 10 und unterscheidet sich von dieser um einen festen Betrag. Diese feste Frequenzdifferenz bestimmt die Zwischenfrequenz des Netzwerkanalysator, und das Steursignal Vt kann in verschiedener bei Netzwerkanalysatoren bekannter Weise erzeugt werden. Der Wobbelfrequenzgenerator 10 hat auch eine Steuerleitung 22 zum ZF-Oszillator 20, welche ein Gleichstromsignal V₁,, führt, dessen Amplitude proportional der Frequenz ων, des Signals V ist (vgl. Fig. 2Λ und 2B). Typischerweise ist das Signal V,., ein gepuffertes Abstimmsignal, das zur ZF-Einstellung im Wobbelfrequenzgenerator 10 dient.

Die Gruppenlaufzeit t» kann bestimmt werden durch Vergleich der Zeitverzögerungen /rund ti; /wischen den Signalen V₂ und Vi(Fi g. 2C). Für das Ausgangssignal Vi vom Wobbelfrequenzgenerator 10 gilt die Gleichung:

V, = A sin ((ω,,+ 1/2« t)t).

Dabei bedeutet ω_η die Kreisfrequenz des Signals am Ausgang 12 im Zeitpunkt r=0 und λ die Wobbelgeschwindigkeit in rad/s/s.

Wenn das Testsignal V₁ mit einer bestimmten Frequenz durch den zu untersuchenden Vierpol 14 gelangt, wird es ui.; ein Zeitintervall fr verzögert, und entsprechend ist das Referenzsignal Vj von der Leitung 15 durch einen Betrag t_R verzögert. Somit können die Signale V₂ und V₃ ausgedrückt werden durch:

K₂ = A ■ sin (((■,„ -i- I 2 \ (r - r₇)) · (r - t_T)),
V₃ = .4' ■ sin ((o.₀ + 12 χ (f - /_R|) · (r - t_R)).

Die Frequenz des Signals V₁ vom Oszillator 20 folgt der Frequenz des Signals V, mit einer konstanten Differenz ω/Fentsprechend der Gleichung für V₄:

16:

\'i = B sin

4-

i 2 \ r) i).

vom Mischer 18 und dem Signal V/m vom Mischer I_n, C sin ( -ί.ι,,ί, + 1/2 χί/ + ι,,,, t -\ttr).

("sin

4 \Hxt_R +<„,,!- xtt_R).

Die durch die Leitung 15 hervorgerufene Verzögerung Ir des Signals V₃ ist für alle Frequenzen konstant, falls die Leitung 15 eine gute Übertragungsleitung ist. Dieses geht aus F i g. 2C hervor, in welcher der Verlauf der Kreisfrequenz des Signals V₁ als Funktion der Zeit, zeitlich verschoben um den Betrag r» gegenüber derjenigen des Signals V₁, dargestellt ist. Bei den meisten Anordnungen, bei denen es sich nicht um einfache Übertragungsleitungen handelt, ist die Zeitverzögerung eine Funktion der Frequenz und ändert sich entsprechend Kurve ων₂ in F i g. 2C. Wie vorhrr erwähnt wurde, ist die Gruppenlaufzeit bei einer bestimmten Frequenz des Eingangssignals V, die Zeitverzögerung to zwischen den Signalen V₁ und V₍mit ihren zeitlichen Frequenzverläufen Wv₂ und W_Vj in F i g. 2C. Der Wert von tp kann aus der Frequenzdifferenz Δι dieser Signale und der Steigung α des Frequenzverlaufs ermittelt werden. Obgleich der dargestellte Verlauf der Frequenzkurve My₁ eine konstante Steigung aufweist, gilt das Entsprechende für eine Kur,t· mit veränderlicher Steigung. /!Fänden sich ebenso wie die Gruppenlaufzeit, und diese Frequenzdifferenz tritt in den Zwischenfrequenzsignalen V_!rr und ViFR nach der Herabtransformatioti der Frequenz auf. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine das Signale Vi_n führende Leitung 24 mit einem Frequenzdiskriminator 28 verbunden^ dieses erzeugt einen Ausgangsstrom, dessen Gleichstromwert direkt proportional der Frequenz ω»-λ · irdes Signals V«._Tist In ähnlicher Weise ist eine das Signal V_tFR führende Leitung 26 mit einem Frequenzdiskriminator 30 verbunden, der ein der Frequenz (oj/r-a · i«) des Signals V»« proportionales Signal erzeugt Die Differenz AF zwischen den Frequenzen der Signale Virr und V/fr kann ermittelt werden, indem die Differenz zwischen den Ausgangssignalen von den Frequenzdiskriminatoren 28 und 30 in einer Summierschaltung 32 mit einem negativen Eingang 34 und einem positiven Eingang 36 ermittelt wird, so daß im Ergebnis eine Subtraktion erfolgt. Aus der Differenz AF der Signale Vin und Vifr und aus F i g. 2C ergibt sich

IF = -x[tr- t_R).

to = t_T -

\F
Ir=

Das Ergebnis der Frequenzumsetzung besteht aus zwei Zwischenfrequenzsignalen, nämlich dem Signal Am Ausgang der Summierschaltung 32 tritt eine Spannung auf, die proportional der Frequenzdifferenz AFist Um die Gruppenlaufzeit to zu bestimmen, ist es außerdem erforderlich, daß die zeitliche Ableitung des Frequenzverlaufs des Prüfsignals bestimmt wird, d. h. die Wobbeigeschwindigkeit λ. Die das Signal K, führende Leitung 22 ist hierzu mit einer Differenzierschaltung 38 verbunden, die ein der zeitlichen Ableitung dieses Signals proportionales Signal V_a erzeugt Der Ausgang der Summierschaltung 32 ist mit einer analogen Teilerschaltung 40 verbunden. Der Ausgang der Differenzierschaltung 38 ist über ein synchrones Tiefpaßfilter 42 ebenfalls mit der Teilerschaltung 40 verbunden. Die Teilerschaltung 40 erzeugt ein analoges

Ausgangssignal, das proportional dem Verhältnis^- —)ist,

und dieses Ausgangssignal gelangt durch eine Abtast-Halteschaltung 41 an ein Sichtgerät 46. Das Sichtgerät 46 kann ein Spannungsmeßgerät, eine Kathodenstrahlröhre, eine digitale Anzeigeeinrichtung oder dgl. sein.

Das synchrone Tiefpaßfilter 42 und die Abtast-Halteschal'uig 44 werden durch eine Steuerlogik 48 derart gesteue/t, daß beide während eines Wobbeivorgangs des Wobbelfrequenzgenerators 10 geschlossen bleiben und den Durchgang der Signale gestatten. Dagegen sind diese Schaltkreise unterbrochen während der Rückführung der Wobbeifrequenz, um eine Störung der Anzeige /u vermeiden.

Es ist eine Eichschaltung vorgesehen, um die beiden nicht rückgekoppelten Frequenzdiskriminatoren periodisch zu eichen. Die Steuerlogikschaltung schaltet periodisch einen Oszillator 50 ein, der ein Zwischenfreinipn7<:ii*na| ΡΓ7Ρΐ_ισΙ wpjrhps vnryiioKWPi^n pinp FrC- quenz von 100 kHz hat. Dieses Signal geht den übrigen Eingangssignalen der Diskriminatoren 28 und 30 vor, und die Abtast-Halteschaltung 44 ist unterbrochen und verhindert, daß fehlerhafte Information am Sichtgerät auftritt. Gleichzeitig wird das Signal vom Oszillator 50 einem Schalter 52 zugeführt, der geschlossen ist und den Ausgang der Summierschaltung 32 mit einer Integrierschaltung 54 verbindet. Diese Integrierschaltung 54 ist mit einem Verstärkungs-Steuerelement im Frequenzdiskriminator 28 verbunden und stellt die Verstärkung des Diskriminators ein, so daß der Ausgang der Summierschalt :ng 32 Null ist und anzeigt, daß die Frequenzen der Eingangssignale für beide Frequenzdiskriminatoren gleich sind. Nach einigen ms wird der Oszillator 50 abgeschaltet, der Schalter 52 öffnet sich wieder, und der regelmäßige Betrieb geht weiter. Diese Eichung wird während jeder Frequenzrückführung oder während jeder Sekunde wiederholt, wenn die Abtastung des Wobbelfrequenzgenerators langer als eine Sekunde dauert.

Bei sehr niedrigen Wobbeigeschwindigkeiten wird α so klein, daß das Zwischenfrequenz-Phasenrauschen des Signals AF das Gruppenlaufzeitsignal zu sehr stört, wenn das Signal AFm der Teilerschaltung durch den Kehrwert von α verstärkt wird. Um ein Signal zu erzeugen, das eine größere Steigung hat, ist ein Sägezahngenerator 60 vorgesehen, der auf einer Leitung 62 an den Wobbelfrequenzgenerator bei einem Steuerbefehl von der Steuerlogik auf einer Leitung 64 ein Sägezahnsignai abgibt. Der Schwellwertpegel des die Steigung der Frequenzkurve angebenden Signals, bei welchem der Sägezahngenerator getriggert wird, wird durch eine Komparatorschaltung 58 bestimmt. Das Sägezahnsignal wird zu der Einstellspannung des Wobbelfrequenzgenerators 10 addiert so daß die Einstellspannung die Kurvenform von Fig.2E erhält Aufgrund dieser Änderung der Einstellspannung ändert sich die Frequenz des Signals Vi in gleicher Weise.

Da die Einstellspannung mit den Sägezahnschwankungen der Differenzierschaltung 38 zugeführt wird, gibt das Signal am Ausgang der Differenzierschaltung die Steigung des kombinierten Sägezahn- und Einstellsignals wieder. Um ein gtettes Steigungssignal zu erzeugen, tastet das synchrone Tiefpaßfilter 42 bei einem Steuerbefehl der Steuerlogik 48 den Ausgang der Differenzierschaltung 38 beim Spitzenwert jeder Sägezahnspannung ab und häit diesen Wert bis zum Ende des nächsten Sägezahnsignais. Dieses Signal wird der Teilerschaltung 40 zugeführt, und der Ausgang der Teilerschaltung wird in gleicher Weise durch die Abtast- und Halteschaltung 44 abgetastet, um ein glattes

Ausgangssignal für das Sichtgerät 46 zu erzeugen.

Die Verwendung der inhärenten Frequenzmodulation in dem Signal Ki von dem Wobbelfrequenzgenerator hat wesentliche Vorteile bezüglich des Kompromisses, der /wischen den Anforderungen nach Genauigkeit und nach Empfindlichkeit zu finden ist Beim Testen von Breitbandanordnungen soll in der Regel der Wobbelgenerator eine hohe Wobbeifrequenz haben und die Modulationsfrequenz entsprechend hoch sein, wodurch ein hohes Auflösungsvermögen erreicht wird, das die Messung der kleinen Verzögerungszeiten gestattet, die im allgemeinen charakteristisch für Breitbandanordnungen sind. Wenn eine Schmalbandanordnung gemessen wird, ist die Wobbeigeschwindigkeit üblicherweise viel geringer, wodurch sich eine niedrigere Modulationsfrequenz und damit eine genaue Ablesung ergibt.

ρ ί σ 3 ^fHt ein Schaltbild der Diskriminstorschalt""-gen und Summierschaltungen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar. Monostabil Kippstufen 74 bzw. 76 erhalten Zwischenfrequenz· signale VV₇-und Vif_h über Trennverstärker 70 bzw. 72. ledesmal, wenn sich ein Signal an der Eingangsklemme 5 der monostabilen Kippstufe von einem oberen Pegel zu einem unteren Pegel ändert, erzeugt die monostabile Kippstufe einen Ausgangsimpuls mit einer Breite von etwa 4 μ5. Dieses Zeitintervall wird bestimmt durch Widerstands/Kondensator-Netzwerke 73,75 und 77,79. Die monostabilen Kippstufen sind mit schaltbaren Stromquellen 78 bzw. 80 verbunden. Wenn die Frequenzen der beiden Signale gleich sind, sind die Ein- und Ausschaltzeiten der Stromquellen gleich. Die Stromquellen sind derart verbunden, daß über die Stromquelle 78 Strom addiert und ült den Schalter 80 Strom subtrahiert wird. Wenn die Frequenz der beiden Zwischenfrequenzsigriale verschieden sind, wird am Eingang eines Summierverstärkers 82 ein dieser Frequenzdifferenz proportionales Signal erzeugt. Die Stromsignale gelangen durch ein Tiefpaßfilter 81, das mit dem Eingang des Slummierverstärkers 82 verbunden ist und die Signalkomponenten mit hohen Frequenzen entfernt die durch der Schaltvorgang entstehen.

Mit den Eingangsklemmen 3 und 4 jeder der monostabilen Kippstufen 74 und 76 ist eine Kippstufe 84 gemäß Fig.3 verbunden. Wenn ein Signal mit niedrigem Pegel an den LOSCEN-Eingängen der Verstärker 70 und 72! auftritt, werden die Verstärker abgeschaltet und sperren die Eingänge an der Klemme 5 der monostabilen Kippstufen. Wenn ein Signal mit dem oberen Signalpegel an einem Eingang OSCEN auftritt, wirti der Oszillator aufgetastet und das Ausgangssigna! des Oszillators erscheint auf einer Leitung 88, die mit den Klemmen 3 und 4 von jeder der monostabilen Kippstufen verbunden ist. Daher erhäit jeder Diskriminator das gleiche geeichte Signal, wenn die Kippstufe 84 betätigt ist

Ein Integrator 54 ist: mit der schaltbaren Stromquelle 78 verbunden und stellt die Verstärkung der Stromquelle und dadurch die Verstärkung des Diskriminators 28 ein.

Das Ausgangssignal über die Frequenzdifferenz wird dem Integrator 54 über den Schalter 52 bei einem Signal LSAMFB zugeführt

F i g. 4 stellt eine Differenzierschaltung 38 dar, welche einen Verstärker 90 mit einem Integrator 92 in der Rückkopplung enthält Der Integrator enthält einen Verstärker 94 mit einem Kondensator 96 in der Rückkopplung. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung gelangt durch ein synchrones Tiefpaßfilter 42,

dessen Durchlaßbereich etwa 100Hz beträgt und welches einen Verstärker 98, einen Kondensator 100, einen Widerstand 101 und einen Schalter 102 aufweist. Der Schalter 102 schließt entsprechend dem Signal LSAMFT.

In F i g. 5 ist ein Schaltbild einer analogen Teilerschaltung dargeste'U, welcher erläutert ist in »Non-linear Circuits Handbook«, veröffentlicht von Analog Devices, 1974, Kapitel Grundschaltungen, Seite 290, Figur 15. Die Teilerschaltung ermöglicht eine Teilung der Signale zweier Quadranten, so daß das richtige Ausgangssignal für jede Polarität des Signals AF erzeugt wird. Die Abtast- und Halteschaltung am Ausgang der Teilerschaltung enthält zwei Schalter und zugeordnete Kondensatoren. Das Signal gelangt zunächst durch den Schalter 104 und wird am Kondensator 106 gespeichert. Der Kondensator 106 ist mit einem FET-Schalter 108 durch einen Verstärker 110 verbunden. Das Signal am Ausgang des Schalters 108 wird im Kondensator 112 gespeichert. Der Schalter 104 schließt entsprechend dem Signal LSAMOUT, und der Schalter 108 schließt bei einem Signal auf der Leitung 114.

Fig.6 zeigt ein Schaltbild der Steuerlogik 48 und F i g. 8 zeigt ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale von der Steuerlogik 48 während des regelmäßigen Betriebs. Der Wert der Steigung α ist in der Regel groß genug, so daß der Komparator 58 den Sägezahngenerator 60 sperrt und ein Signal mit dem unteren Pegel auf der /■/AfOD-Leitung erzeugt. Der Ausgang des Komparators 58 ist mit dem Eingang eines NAND-Gliedes 152 verbunden, das wiederum mit einem NAND-Glied 120 verbunden ist, dessen Ausgang das Signal LSAMOUT abgibt, das den Schalter 104 (F i g. 5) betätigt. Das Glied 120 erhält auch ein Signal LOSCEN von einem NAND-Glied 126 über einen Umkehrverstärker 128. Wenn das Signal HMOD den unteren Signalpegel und das Signal LOSCENden oberen Signalpegel hat, hat das Signal LSAMOUT den unteren Signalpegel und somit ist während des Betriebs des Wobbeigenerators der Schalter 104 stets geschlossen. Das Signal auf der Leitung 114 bewirkt auch, daß der FET-Schalter 108 eingeschaltet ist, während das Signal HMOD den niedrigen Signalpegel aufweist.

Nachdem der Wobbelgenerator die Frequenz einmal gewobbelt hat, muß die Frequenz wieder zum Ausgangswert zurückgeführt werden. Während der Rückführung gibt der Wobbelgenerator Rückführungssignale ab, die beispielsweise bei Netzwerkanalysatoren zum Austasten der Anzeige des Sichtgerätes oder zum Abheben eines Aufzeichnungsstiftes üblich sind, um fehlerhafte Anzeigen zu vermeiden. Dies;e Rückführsignale DBP und PL erscheinen auf den Leitungen 122 bzw. 123, die mit der Steuerlogik 48 verbunden sind. Wenn die Leitung PL den oberen Signalpegel führt, erzeugt sie das Signal LOSCEN über das NAND-Glied 126 und den Umkehrverstärker 128. Das Signal LGSCENund das inverse Signal OSCENaktivieren den mit den Eingängen der Diskriminatoren 28 und 30 verbundenen Eichoszillator 50. Nach eiiner kurzen, durch einen Widerstand 168 und einen Kondensator 170 bestimmten Zeitverzögerung führt die Leitung LSAMFB den unteren Signalpegel und schließt den Schalter 52, um den Integrator 54 mit dem Diskriminator 28 zu verbinden und die Verstärkung des Diskrirninato' s zu eichen. Wenn die Leitung DSP den oberen Signalpegel führt, bewirkt sie, daß d.e Leitung LSAMFT ebenfalls den oberen Signalpegel über das NAND-Glied 134 erhält und den Schalter 102 öffnet

Dadurch wird <",^;e Differenzierschaltung während der Rückführung des Frequenzsignals vom Signalfluß abgetrennt. Wenn auf der Leitung PL wieder der untere Signalpegel auftritt, führen die Leitungen LSAMFB und LOSCENsofort den unteren Signalpegel, und das Signal LSAMFT wird durch einen Widerstand 136 und einen Kondensator 138 verzögert, so daß dieses Signal erst wieder den hohen Pegel erreicht, nachdem das neue Wobbeisignal ausgelöst ist (F i g. 8).

Wenn das die Steigung der Frequenzkurve angebende Signal unter den am Eingang des Komparators 58 gesetzten Schwellwert fällt, tritt auf der Leitung HMOD der obere Signalpegel auf und schaltet den Sägezahngenerator 60 (Fig. 7) ein. Das Ausgangssignal dieses Generators wird der Einstellspannung des Wobbelgenerator zugeführt. Auf der Leitung 64 wird durch einen Umkehrverstärker 142 und ein NAND-Glied 144 ein Auslösesignal für den Sägezahngenerator MODEN erzeugt. Das NAND-Glied 144 nimmt das Signal HMOD sowie ein Signal GDEN auf, welches den oberen Pegelwert hat, wenn die Gruppenlaufzeitmessung über ein Schaltpult angewählt wird. Wenn die Leitung MODEN den oberen Signalpegel führt, erscheint auf der Leitung 62 das Sägezahnsignal in Form des Signals FMOD in Fig.9. Die mit der Leitung 62 verbundenen Komparatoren 146 und 148 erzeugen Ausgangsimpulse, wenn das Sägezahnsignal den höchsten Wert erreicht. Der mit der Leitung 114 verbundene Komparator 146 schaltet den FET-Schalter 108 jeweils am Ende eines Sägezahnsignals aus. Wenn kein Sägezahnsignal vorliegt, hält der Komparator 146 den FET-Schalter 108 dauernd im durchgeschalteten Zustand. Der Komparator 148 erzeugt im wesentlichen das gleiche Ausgangssignal wie der Komparator 146, und das Ausgangssignal vom Komparator 148 auf der Leitung 150 wird einem NAND-Glied 152 zugeführt, um die Schalter 104 und 102 synchron mit dem Sägezahnsignal zu betätigen. Jeweils am Ende der Sägezahnperiode führen die Leitungen LSAMFTund LSAMOUTdtn niedrigen Signalpegel und bewirken eine Abtastung und Speicherung des momentanen Gruppenlauizeitwertes am Kondensator 106. Wenn der Schalter 104 wieder öffnet und die Leitung LSAMOUT den oberen Pegelwert annimmt, schließt der Schalter 108 wieder und führt den Wert am Kondensator 106 dem Ausgang und damit dem Sichtgerät zu.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die Rückführung des Signals des Eichoszillators 50 ausgelöst und der Schalter 52 geschlossen, um die Verstärkung des Diskriminators 28 zu eichen. Da sehr langsame Abtastvorgänge sich über mehrere Sekunden oder sogar Minuten erstrecken können, ist es wünschenswert, den Diskriminator in solchen Fällen mehrere Male zu eichen. Die Eichung soll etwa einmal pro Sekunde erfolgen, und es ist daher ein Oszillator 133 mit einer Periode von einer Sekunde in der Steuerlogik 48 gemäß Fig.6 vorgesehen. Der Oszillator 133 wird durch das NAND-Glied 126, den Umkehrverstärker 128 und zugeordnete Baugruppen gebildet Wenn mehr als eine Sekunde vergangen ist, erzeugt der Oszillator 133 einen LOSCE/V-Impuls mit einer Dauer von etwa 10 ms und eine Periode von einer Sekunde. Der Signalveriauf ergibt sich aus dem rechten Teil in F i g. 9, dessen Zeitskala im Vergleich zum linken Teil der Fig.9 gedehnt ist. Dieser gleiche Impuls gelangt durch einen Widerstand 168 und einen Kondensator 170, so daß auf der Leitung LSAMOUT der obere Signalpegel erscheint und das Eichsignal nicht am Ausgang für Gruppenlaufsignale auftritt

Il

Tabellarische Legende zu den F i g. 6 bis 9:

DBT: Anzeige-Ausblendimpuls,

PL: Signal zum Abheben des Schreibstiftes

eines Aufzeichnungsgerätes,

LSAMFT: unterer Logikpegel: Ausgang des Differenziergliedes 38 wird abgetastet,

LOSCEN: unterer Logikpegel: Oszillator 50 stellt Frequenzdiskriminatoren auf Null,

12

LSAMFB: unterer Logikpegel: Abtastung der Rückkopplungsspannung (bei 52 in Fig. 1) für die Frequenzdiskriminatoren,

FMOO: lineares frequenzmoduliertes Sägezahnsignal zur Steuerung des Wobbelgenerator,

HSAMOUT: oberer Logikpegel: Abtast-Ausgangssignal.

I liiT/ti S HIaII /ca !

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der gruppenlaufzeitbezogenen Charakteristik eines üu untersuchenden elektrischen Vierpols, bei welchem ein bezüglich der ι Frequenz gewobbeltes Prüfsignal für einen den Vierpol enthaltenden Meßkanal sowie ein in gleicher Weise gewobbeltes Referenzsignal erzeugt werden und ein auf die Gruppenlaufzeit bezogenes Ausgangssignal erhalten wird aus der Messung der ι ο Frequenzdifferenz von Signalen, die von dem Prüfsignal und dem Referenzsignal abgeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

— das Referenzsignal gleich dem Prüfsignal (V3) ist und aus diesem für einen Vergleichskanal abgezweigt wird,

— aus dem Ausgangssignal (V2) des Vierpols (14) und dem Ausgangssignal des Vergleichskanals (15) ein erstes Hilfssignal (Vaf) erzeugt wird, das repräsentativ für die Frequenzdifferenz (Δ F) ist, die sich zwischen dem Ausgangssignal des Meßkanals und dem Ausgangssignal des Vergleichskanals infolge unterschiedlicher Laufzeiten des Vierpols einstellt,

— ein zweites Hilfssigna! (Vix) erzeugt wird, ^2:> welches repräsentativ für die Steigung (α) des Frequenzverlaufs der Prüf- und der Referenzsignale ist und

— von den ersten und zweiten Hilfssignalen ein für

/ IF\

den Quotienten ( -^-J repräsentatives Signal (Vu) als Maß für die Gruppenlaufzeit (ίο) des zu untersuchenden Vierpols "bgeleitet und angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

— das Ausgangssignal (V2) von dem zu untersuchenden Vierpol (14) sowie das Ausgangssignal (13) vom Vergleichskanal (15) auf die gleiche Zwischenfrequenz mittels eines dritten Hilfssignals (VA) umgesetzt werden, welches repräsentativ für den Augenblickswert der Frequenz der Prüf- und der Referenzsignale ist, ₄ -,

— ein viertes Hilfssignal (V/fr) erzeugt wird, welches repräsentativ für die Frequenz (ω/ρ— λ · Ir) des auf die Zwischenfrequenz umgesetzten Referenzsignals ist,

— ein fünftes Hilfssignal (V/n) erzeugt wird, -,« welches repräsentativ für die Frequenz (UHF—»- ■ tr) des auf die Zwischenfrequenz umgesetzten Ausgangssignals von dem zu untersuchenden Vierpol (14) ist und

— das erste Hilfssignal (Vaf) von der Differenz -,-, zwischen den vierten und fünften Hilfssignalen abgeleitet wird.

3. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Wobbelfrequenz-Generator, welcher das bezüglich der Fre- ^h0 quenz gewobbelte Prüfsignal an den zu untersuchenden Vierpol abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß

— eine Frequenzmeßeinrichtung (16 bis 36) mit dem Ausgang des zu untersuchenden Vierpols (14) zur _h-, Aufnahme von dessen Ausgangssignal und mit dem Wobbelfrequenzgenerator (10) zur Aufnahme des bezüglich der Frequenz gewobbelten Referenzsignals (V3) verbunden ist und das erste Hilfssignal (Vaf) erzeugt, welche repräsentativ für die Frequenzdifferenz (AF) der Signale an deren Eingängen ist,

— eine Differenzierschaltung (38) mit dem Wobbelfrequenzgenerator verbunden ist und das zweite für die Steigung (α) des Frequenzverlaufs des gewobbelten Prüfsignals repräsentative Hilfssignal (ν«) erzeugt, und

— eine Teilerschaltung (40) mit der Frequenzmeßschaltung und der Differenzierschaltung verbunden ist und das für die Gruppenlaufzeit (ίο) des zu untersuchenden Vierpols repräsentative Meßsignal (V,_D) erzeugt

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

— daß ein mit dem Wobbelfrequenzgenerator synchronisierter Zwischenfrequenz-Oszillator und ein mit diesem und dem Ausgang des zu untersuchenden Vierpols verbundener erster Mischer vorgesehen sind,

— daß ein zweiter Mischer (16) das Referenzsignal (V3) aufnimmt und mittels desselben Zwischenfrequenz-Oszillators (20) auf dieselbe Zwischenfrequenz a'nsetzt wie das Ausgangssignal (V2) von dem zu untersuchenden Vierpol (14),

— ein erster Frequenzdiskriminator (28) mit dem ersten Mischer (18) verbunden ist und das fünfte Hilfssignal ( V/ft) erzeugt, welches repräsentativ für die Frequenz des Ausgangssignals von dem zu untersuchenden Vierpol ist,

— ein zweiter Frequenzdiskriminator (30) mit dem zweiten Mischer (16) verbunden ist und das vierte Hilfssignal ( Vifr) erzeugt, welches repräsentativ für die Frequenz des Referenzsignals ist und

— eine Schaltung (32) mit de■·, Ausgängen (36; 34) der ersten und zweiten Frequenzdiskriminatoren zur Abgabe des ersten Hilfssignals (V^f) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Wobbelfrequenzgenerator (10) durch einen Sägezahngenerator (60) gesteuert ist, der eine sägezahnförmige Frequenzmodulation der Prüf- und der Referenzsignale bewirkt,

— ein synchron gesteuertes Tiefpaßfilter (42) zwischen der Differenzschaltung (38) und der Teilerschaltung (40) angeschlossen ist und ein für die Steigung («) des Frequenzverlaufs des sägezahnförmigen Prüfsignals repräsentatives Signal erzeugt und

— eine Abtast- und Halteschaltung (44) mit dem Ausgang der Teilerschaltung verbunden ist und das für die Gruppenlaufzeit repräsentative Signal zu einem bestimmten Zeitpunkt des Prüfsignals abtastet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

— eine Eichsteuerschaltung (48) periodisch ein Eichbefehlssignal erzeugt,

— eine Eichsignalquelle (50) mit den ersten und zweiten Frequenzdiskriminatoren (28, 30) und der Eichsteuerschaltung verbunden ist und ein Wechselspannungs-Eichsignal an jeden Fre-

quenzdiskriminator entsprechend dem Eichbefehlssignal abgibt und

eine Integrierschaltung (54) vorgesehen ist, deren Eingang mit dem Ausgang der Schaltung (32) zur Abgabe des ersten Hiifssignals ( V/ιή verbunden ist und auf das Eichsteuersignal anspricht, und
ein Ausgang der Integrierschaltung mit einem der ersiin und zweiten Frequenzdiskriminatoren (28, 30) verbunden ist zur Änderung der Verstärkung dieses einen Frequenzdiskriminators entsprechend dem Wert eines Gleichspannungssignals von der Schaltung zur Abgabe des ersten Hilfssignais, der durch das Wechselspannungseichsignal erzeugt ist

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