DE2820730C2 - Verfahren zur rauscharmen Messung der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signales und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur rauscharmen Messung der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signales und Einrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
a) daß mit der Amplitude (A) oder der Leistung des HF-Signals (u)der Frequenz /2 die Frequenz
f\ einer Oszillatorschaltung geändert wird, wobei gilt ί
< < 4
b) daß ein die Frequenz f\ des Oszillators bestimmendes reaktives Bauelement (10) in
einem Bereich starker Krümmung seiner reaktiven Kennlinie (Cu) durch das zu messende
HF-Signal (υ)ausgesteuert wird,
c) daß das reaktive Bauelement (10) eine Reaktanz (C) aufweist, deren Mittelwert (Cm) sich in
Abhängigkeit von dem Grad der Aussteuerung einstellt,
d) daß der in Abhängigkeit von der Krümmung der reaktiven Kennlinie (Cu) und der Amplitude
(A) des zu messenden HF-Signals (u) sich einstellende Mittelwert (Cm) der Reaktanz des
reaktiven Bauelementes (10) ein Maß für die Amplitude (A)des HF-Signals (u)ist,
e) und daß die zum Entdämpfen des frequenzbestimmenden Kreises des Oszillators der Frequenz
/i (LC-Schwingkreis (9) oder Resonator) erforderliche Energie einer externen Energiequelle
(8) entnommen wird.
2. Verfahren zum Messen der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signals einer Frequenz h durch
Erzeugen einer von der HF-Leistung der Frequenz /2
abhängigen Hilfsfrequenz f\ oder eines der Hilfsfrequenz /1 äquivalenten Gleichsignals durch FM-Demodulation,
dadurch gekennzeichnet,
a) daß mit der Amplitude (A) oder der Leistung des HF-Signals (u) einer Frequenz /2 die
Frequenz f\ einer Oszillatorschaltung geändert wird, wobei gilt /1
< < &
b) daß ein die Frequenz /i des Oszillator»
bestimmendes reaktives Bauelement (10) in einem Bereich starker Krümmung seiner
reaktiven Kennlinie (Cu) durch das zu messende HF-Signal (u,>
ausgesteuert wird,
c) daß das reaktive Bauelement (10) eine Reaktanz (C) aufweist, deren Mittelwert (Cm) sich in
Abhängigkeit von dem Grad der Aussteuerung einstellt,
d) daß der in Abhängigkeit von der Krümmung der reaktiven Kennlinie (Cu) und der Amplitude
(A) des zu messenden HF-Signals (u) sich einstellende Mittelwert (Cm) der Reaktanz des
reaktiven Bauelementes (10) ein Maß für die Amplitude (A)dts HF-Signals pullst,
e) und daß die zum Entdämpfen des frequenzbestimmenden Kreises des Oszillators der Frequenz
/i (LC-Schwingkreis) (9) oder Resonator) erforderliche Energie dem zu messenden Signal
(u) der Frequenz h entnommen, also ein parametrischer Effekt ausgenutzt wird.
3. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Konverter (4) zum Umsetzen des zu
messenden HF-Signals (4) in eine von diesem abhängige Frequenz f\ vorgesehen ist,
daß der Konverter (4) als Amplituden-Frequenz-Konverter oder als Leistungs-Frequenz-Konverter
ausgebildet ist,
daß dem Konverter (4) ein Frequenzdemodulator (5) nachgeschaltet ist,
daß dem Konverter (4) ein Frequenzdemodulator (5) nachgeschaltet ist,
daß der Konverter (4) im wesentlichen aus einem Schwingkreis (9) oder aus einem Resonator besteht,
der eine nichtlineare Reaktanz (10) aufweist
und daß an den LC-Schwingkreis (9) oder den Resonator ein entdämpfender Verstärker (8) angekoppelt ist, der Energie in den LC-Schwingkreis (9) oder den Resonator einspeist.
und daß an den LC-Schwingkreis (9) oder den Resonator ein entdämpfender Verstärker (8) angekoppelt ist, der Energie in den LC-Schwingkreis (9) oder den Resonator einspeist.
4. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Konverter (4) zum Umsetzen des zu messenden HF-Signals (u) in eine von diesem
abhängige Frequenz F\ vorgesehen ist,
daß der Konverter (4) als Amplituden-Frequenz-Konverter oder als Leistungs-Frequenz-Konverter
daß der Konverter (4) als Amplituden-Frequenz-Konverter oder als Leistungs-Frequenz-Konverter
2s ausgebildet ist,
daß dem Konverter (4) ein Frequenzdemodulator (5) nachgeschaltet ist,
daß der Konverter (4) im wesentlichen aus einem durch einen parametrischen Effekt entdämpften
LC-Schwingkreis (9) oder Resonator besteht, der eine nichtlineare Reaktanz (10) aufweist,
und daß dem Konverter (4) ein lose angekoppelter Verstärke·· nachgeschaltet ist.
und daß dem Konverter (4) ein lose angekoppelter Verstärke·· nachgeschaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der LC-Schwingkreis (9) oder
der Resonator eine Halbleiterdiode (10) mit nichtlinearer Kapazitätskennlinie (z. B. Kapazitätsdiode)
als frequenzbeeinflussendes Bauelement aufweist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den I.C-Scchwingk.-eis (9)
oder in den Resonator eingesetzten Kapazitätsdiode (10) ein stark temperaturabhängiger Widerstand (19)
und ein Potentiometer (20) eingesetzt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Begrenzen der Schwingungsamplitude
des LC-Schwingkreises (9) oder des Resonator.1= Begrenzungsdioden (13) eingesetzt sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung zum
Durchführen des Verfahrens.
Soll z. B, in einen Mikrowellenresonator die Amplitude
durch eine schnelle Regelung auf einen möglichst konstanten Wert der Größe AU/U kleiner 2xlO~5
gehalten werden, so ist es erforderlich, die Mikrowellenamplitude mit einer der Regelgenauigkeit entsprechenden
Meßgenauigkeit zu messen.
Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse das Mikrowellensignal mit Hilfe einer Gleichrichterdiode in
ein äquivalentes Gleichsignal umzuwandeln und dieses Gleichsignal als Maß für die Mikrowellenamplitude zu
benutzen (Microwave Measurements and Techniques 1976, S. 11).
Die Nachteile der bekannten Einrichtung bestehen insbesondere darin, daß bei der direkten Umwandlung
des elektromagnetischen Wechselfeldes mit Hilfe eines Gleichrichters in ein Gleichsignal Kor.vektionsströme
auftreten. Diese Konvektionsströme verursachen ein beträchtliches Schrot- und 1 //-Rauschen. Bei niedrigen
Signalfrequenzen überwiegt das 1//-Rauschen und stellt eine prinzipielle Grenze der Meßgenauigkeit dar.
Ein anderer Nachteil ergibt sich aus dem unbefriedigenden
"^mperaturverhalten der Diode, welches zur
Durchführung genauer Langzeitmessungen einen beträchtlichen Aufwand zur Temperaturstabilisierung
erforderlich macht
Zur Verminderung des l/Z-Rauschens ist es auch
bekannt, den durch nichtlineare Reaktanzen bewirkten parametrischen Effekt auszunutzen (z. B. Meinke-Gundlach,
Taschenbuch der HF-Technik, Springer Verlag, 3. Auflage 1968, S. 985).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung
zu entwickeln, welches bekannte Einrichtungen der erfindungsgemäßen Art dahingehend verbessert,
daß die Meßgenauigkeit begrenzende Rauscheffekte weitgehend unterdrückt oder ganz ausgeschaltet werden,
eine erheblich verbesserte Langzeitstabilität mit einfachen Mitteln gesichert werden kann, und insgesamt
eine Erhöhung der Regelgenauigkeit möglich wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegebene
Verfahren sowie durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 3 und 4 angegebenen Einrichtungen
gelöst
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß gegenüber den bekannten
Verfahren die Meßgenauigkeit um mehr als vier Zehnerpotenzen erhöht werden kann und außerdem die
Langzeitstabilität der Meßeinrichtung durch einfache Maßnahmen zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit
wesentlich verbessert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. la Kapazitäts- und Gleichrichterkennlinie einer
Varaktordiode mit Steuerwechselspannung,
Fig. Ib Kapazitätsänderung der ausgesteuerten Varaktordiode,
Fig.2 Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen
der Amplitude eines HF-Signals,
Fig.3 Meßeinrichtung mit Entdämpfungsverstärker,
Fig.4 Frequenzvariation als Funktion der Leistung
bei Einsatzeines Entdämpfungsverstärkers,
F i g. 5 Meßeinrichtung mit schwacher Kopplung zwischen LC-Schwingkreis und Verstärker,
Fig.6 Frequenzvariation als Funktion der Leistung
bei Nutzung des parametrischen Effektes.
In Fig. la ist die nichtlineare Kapazitätskennlinie Cu
und die Gleichrichterkennlinie Iu dargestellt. Derartige Kennlinien können z. B. bei einer Varaktordiode
gemessen werden. Wird die Varaktordiode im Bereich ihrer nichtlinearen Kapazitätskennlinie um den Arbeitspunkt
mit einer Wechselspannung u\ der Amplitude A\ und der Periode T ausgesteuert, so ändert sich die
Kapazität der Varaktordiode wie in F i g. Ib dargestellt
entsprechend dem Verlauf der Kurve Q1,). Dabei
bewirkt die Nichtlinearität der Kennlinie, daß sich es
abhängig von der Größe der Aussteuerung und der Krümmung der Kennlinie Cu ein mittlerer Kapazitätswert Gn/ einstellt. Erfolgt die Aussteuerung der
Varaktordiode z. B. mit einer Wechselspannung 1(2 der
Amplitude A2 und der Periode T, so ändert sich die
Kapazität der Varaktordiode entsprechend dem Verlauf der Kurve Cy,) mit dem Mittelwert der Kapazität Cn* In
dem dargestellten Beispiel ist die Amplitude Ai des
Signals 1/2 größer als die Amplitude A\ des Signals u\ und
demzufolge ist der sich einstellende Mittelwert der Kapazität der Varaktordiode Cm2 gröCer als der zu dem
Aussteuerungssignal u\ gehörende Mittelwert der Kapazität Cn,;.
Die Nichtlinearität der Kennlinie bewirkt also, daß sich je nach der Größe der Aussteuerung und der
Krümmung der Kapazitätskennlinie Cu ein mittlerer Kapazitätswert Cn, einstellt. Da sich dieser Mittelwert
mit der Amplitude des Aussteuerungssignals ändert, läßt sich eine Änderung der H F-Amplitude auf eine
Kapazitätsänderung zurückführen. Das heißt daß sich die H F-Amplitude durch eine Kapazitätsmessung
ermitteln läßt
Soll z. B. die Amplitude eines Mikrowellenresonators durch eine schnelle Regelung auf einen möglichst
konstanten Wert von AU/U kleiner 2χ 10~5 gehalten
werden, so ist notwendigerweise die Mikrowellenamplitude mit der geforderten Regelgenauigkeit und aus
Stabilitätsgründen einer entsprechend kleinen Ansprechzeit von weniger als IO-5 see zu messen.
In F i g. 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen der Amplitude eines HF-Signals
dargestellt. Das HF-Signal, dessen Amplitude gemessen werden soll, wird von einem HF-Generator 1
erzeugt und über einen Leistungsteiler 2 in ein Leistungsmeßgerät 3 und in einen Leistungsfrequenzkonverter
4 eingespeist. Das Ausgangssignal des Konverters 4 wird in einem dem Konverter nachgeschalteten
Demodulator 5 demoduliert. Der Ausgang des Demodulators 5 ist auf den Y-Eingang eines
XY-Schreibers 6 geschaltet, mit dessen X-Eingang das Leistungsmeßgerät 3 verbunden ist.
In Fig. 3 ist eine Einrichtung zum Messen der Amplitude eines HF-Signals dargestellt, deren Leistungsfrequenzkonverter
4 an seinem Eingang ein Anpassungsnetzwerk 7 besitzt und an dessen Ausgang ein Entdämpfungsverstärker 8 angeordnet ist. Der
Entdämpfungsverstärker 8 liefert die zum Entdämpfen eines LC-Schwingkreises 9 erforderliche Energie. Der
LC-Schwingkreis enthält als frequenzbestimmendes Bauelement eine Halbleiterdiode 10 mit nichtlinearer
Kapazitätskennlinie, z. B. eine Varaktordiode.
Mit einer Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist die in Fig.4 dargestellte Frequenzvariation als Funktion der
Leistung gemessen worden.
Wird die zur Entdämpfung des Oszillators erforderliche Leistung einem Entdämpfungsversfärker entnommen,
so wird die Frequenz des Oszillators eine Funktion der Versorgungsspannung, weil die Verstärkerparameter
des Entdämpfungsverstärkers von der Versorgungsspannung abhängen.
Der Einfluß der Versorgungsspannung kann dadurch ausgeschaltet werden, daß die Energie zum Entdämpfen
des Schwingkreises aus der Mikrowellenleistung entnommen wird. In F i g. 5 ist eine Meßeinrichtung dieser
Art dargestellt, bei der der Verstärker 15 am Ausgang des Leistungsfrequenzkonverters 16 an den LC-Sciiwingkreis
17 lose angekoppeil; ist.
F i g. 6 zeigt die Frequenzvariation als Funktion der Leistung bei Nutzung des parametrischen Effektes.
Wird die Amplitude A bei der Signalfrequenz durch die Begrenzungsdioden 18 begrenzt, so ergibt sich als
Kennlinie des LC-Schwingkreises 17 die in Fig.6 dargestellte Kurve 25. Bei Fehlen der Begrenzungsdioden
18 wird die Varaktordiode 10 auch durch die Signalfrequenz in weiten Bereichen ausgesteuert und
dadurch der Mittelwert der Kapazität zusätzlich erhöht, so daß sich die in Fig. 6 dargestellte Kurve 26 ergibt.
Die Temperaturkompension des Schwingkreises kann
auf einfache Weise mit einem stark temperaturabhängigen Widerstand 19, z. B. einer Germaniumdiode, und
einem Potentiometer 20 durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich eine temperaturabhängige Begrenzung der
Signalfrequenzamplitude, die der Temperaturabhängigkeit des Schwingkreises entgegenwirkt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum Messen der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signals einer Frequenz fi durch
Erzeugung einer von der HF-Leistung der Frequenz /2 abhängigen Hilfsfrequenz f\ oder eines der
Hilfsfrequenz /t äquivalenten Gleichsignals durch
FM-Demodulation, dadurch gekennzeichnet,
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782820730 DE2820730C2 (de) | 1978-05-12 | 1978-05-12 | Verfahren zur rauscharmen Messung der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signales und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
GB7916000A GB2025631B (en) | 1978-05-12 | 1979-05-09 | Measuring high frequency signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782820730 DE2820730C2 (de) | 1978-05-12 | 1978-05-12 | Verfahren zur rauscharmen Messung der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signales und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2820730A1 DE2820730A1 (de) | 1979-11-22 |
DE2820730C2 true DE2820730C2 (de) | 1982-01-28 |
Family
ID=6039174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782820730 Expired DE2820730C2 (de) | 1978-05-12 | 1978-05-12 | Verfahren zur rauscharmen Messung der Amplitude oder der Leistung eines HF-Signales und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2820730C2 (de) |
GB (1) | GB2025631B (de) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
DE3146280A1 (de) * | 1981-11-21 | 1983-06-23 | AEG-Telefunken Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Demodulatoren, deren regelinformation von einem leistungsdetektor gewonnen wird |
DE10361991A1 (de) * | 2003-09-27 | 2005-04-28 | Univ Hamburg Harburg Tech | Telemetrisch abfragbarer passiver Potentialsensor |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2717359A (en) * | 1947-01-10 | 1955-09-06 | Honeywell Regulator Co | Measuring apparatus |
US2567896A (en) * | 1949-02-15 | 1951-09-11 | Wheelco Instr Company | Voltage measuring device using frequency modulation |
-
1978
- 1978-05-12 DE DE19782820730 patent/DE2820730C2/de not_active Expired
-
1979
- 1979-05-09 GB GB7916000A patent/GB2025631B/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2025631B (en) | 1982-10-27 |
GB2025631A (en) | 1980-01-23 |
DE2820730A1 (de) | 1979-11-22 |
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