DE2827234C3 - Verfahren zur Messung von Mikrowellenleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Mikrowellenleistung, bei dem Mikrowellenleistung mit einer Schottky-Diode gleichgerichtet und das gleichgerichtete Signal ausgewertet wird.

Bei einem Verfahren dieser Art ergeben sich in der Praxis stets dann Probleme, wenn die Mikrowellenleistung über einen großen Leistungsbereich hin ermittelt werden soll und insbesondere dann, wenn hohe Leistungspegel zur Messung anstehen. Eine als Gleichrichter verwendete Schottky-Diode weist zwar eine Kennlinie auf, die bei geringen Leistungswerten bzw. bei einer geringen Durchlaßspannung recht genau eine quadratische Kennlinie annähert, doch ergeben sich besonders bei hohen Durchlaßspannungen, entsprechend einer hohen Meßleistung, beträchtliche Abweichungen von der rein quadratischen Funktion. Wenn eine höhere Meßgenauigkeit über den ganzen Leistungsbereich hin angestrebt wird, zeigt sich.zudem, daß die Abweichungen der Gleichrichterkennlinie von der idealen quadratischen Funktion bereits bei sehr kleinen Leistungspegeln beginnen und über die genutzte Kennlinie hinweg durchaus nicht konstant sind. Bei einem derartigen Meßverfahren entstehen also in Abhängigkeit von der zu messenden Leistung beträchtliche Meßfehler.

Aus der Veröffentlichung »Electronic Engineering«, Vol. 39, Heft 468, Februar 1967, Seiten 82 bis 86, ist bereits eine Detektorschaltung zur Niederfrequenz-Leistungsmessung beschrieben, die eine einfache Diode bei kleinen Leistungswerten im Bereich eines Durchlaßstromes von einigen Milliampere verwendet Dabei treten Meßfehler auf, die darauf zurückzuführen sind, daß bei einer gewöhnlichen Diode im niedrigen Leistungsbereich die Kennlinie bezüglich einer rein quadratischen Funktion eine Parallelversetzung entlang der Abszisse aufweist, die konstant etwa 75 mV beträgt Der dadurch hervorgerufene Meßfehler bei der Leistungsmessung läßt sich nun auf einfache Weise dadurch beheben, daß man diese gewöhnliche Diode mit einer Vorspannung beaufschlagt, die gerade diese kleine Versetzungsspannung von 75 mV kompensiert

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren zur Messung von Mikrowellenleistung der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß die Mikrowellenleistung in einem großen Leistungsbereich mit hoher Genauigkeit meßbar ist

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst

Bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensführung wird also, ausgehend von der Erkenntnis, daß die Abweichung der Kennlinie einer Schottky-Diode von der idealen quadratischen Funktion leistungsabhängig veränderlich ist, zunächst aus einem Vorrat von vorbestimmten, dieskreten Korrekturfaktoren dieser Abweichungen ein Korrekturfaktor ausgewählt und zur Erzeugung eines Korrektursignals herangezogen. Dieses Korrektursignal wird dann mit dem mit Fehlern behafteten gleichgerichteten Signal aus der Schottky-Diode derart kombiniert, daß gerade der Fehler, entsprechend der Abweichung von der idealen quadratischen Funktion, kompensiert wird. Das kombinierte Signal wird dann zur weiteren Auswertung als im Rahmen der Meßgenauigkeit fehlerfreies Meßergebnis angezeigt. Auf diese Weise lassen sich praktisch für beliebige handelsübliche oder speziell gefertigte Schottky-Dioden-Typen Korrekturen berücksichtigen, die die üblicherweise auftretenden Abweichungen der Kennlinie von der quadratischen Gestalt vollständig kompensieren.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die mit veränderlicher Leistung entlang der Kennlinie einer Schottky-Diode veränderlichen Abweichungen von der idealen quadratischen Funktion festzustellen und bei der Messung ganz gezielt in Abhängigkeit von der Meßleistung zu berücksichtigen.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahrensführung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Mikroweilen-Frequenzleistung gemäß der Erfindung und

F i g. 2 ein System zur Bestimmung der erforderlichen Korrekturfaktoren.
Die Vorrichtung zur Durchführung der Messung ist

IO

rechts von der gestrichelten Linie AA wiedergegeben und wird von einer amplitudenmodulierten Mikrowellenquelle 1 mit Leistung versorgt Das System wird zunächst geeicht, ohne daß irgendeine zu testende Vorrichtung 2 vorhanden ist; für diesen Fall ist die Schaltungsanordnung durch die gestrichelte Linie 20 wiedergegeben. Die Vorrichtung besteht aus einem Schottky-Sperrschichtdioden-DetektorS, der mit einem Eingangsanschluß 4 und mit einer Reihe von geschalteten Abschwächern 5 und 6 sowie Verstäikern 7 und 8 in der dargestellten Weise verbunden ist Die Verstärker 7 und 8 besitzen genau vorgegebene Verstärkungsfaktoren. Der Schottky-Sperrschichtdiodep.-Detektor 3 liefert ein gleichgerichtetes Mikrowellensigna], das von dem amplitudenmodulierten Mikrowellensignal abgeleitet ist, und ist so eingerichtet, daß er ein gleichgerichtetes Ausgangssignal liefert, das proportional zum Quadrat der Amplitude des an den Detektor angelegten Eingangssignals ist und das aus dem Tonfrequenzsignal besteht, mit dem die Mikrowellenqurlle 1 moduliert wird. Das vom Verstärker 8 gelieferte Verstärkersignal wird durch ein Bandfilter 9 geleitet, das so abgestimmt ist, daß es die Tonfrequenz-Amplitudenmodulation durchläßt, die dann an einen Präzisions-Tonfrequenz-Detektor 10 angelegt wird. Das gemessene Signal wird an einen Analog-Digital-Wandler 11 angelegt, der das an ihn angelegte Signal periodisch abtastet und in Antwort hierauf ein 8-Bit-Digitalwort erzeugt, das über einen parallelen Daten-Vielfachpfad 12 zu einer Überwachungsschaltung 13 in einer Steuereinheit 14 gesendet wird. Wenn die Amplitude des Digitalworts über einem bestimmten Pegel liegt, der durch eine Pegelschaltung 21 festgelegt ist, so wird ein Steuersignal zu einem Datenspeicher 15 gesendet, um einen Zugriff zu einem speziellen Speicherplatz des Speichers in Abhängigkeit vom tatsächlichen Wert des an den ersten Abschwächer 5 angelegten Signals zu bewirken. Die Kenntnis dieses Wertes wird aus der Größe des Wertes bestimmt, der durch das Digitalwort repräsentiert wird, das vom Tonirequenzdetektor 10 an die Überwachungs-Schaltung 13 angelegt wird, da die von den Abschwächern 5 und 6 bewirkten Abschwächungsfaktoren bekannt sind. Ein im Datenspeicher 15 gespeicherter Korrekturfaktor wird dann über die Datenausgangsleitung 16 erhalten und zum ursprünglichen Digitalwort durch einen Addierer 17 addiert. Das kombinierte Digitalwort wird dann zu einer digitalen Anzeigeeinheit 18 gesendet, die den richtigen Wert des von der Vorrichtung empfangenen Signals anzeigt.

Die Messung wird zunächst ausgeführt, ohne daß ein zu testendes Bauelement vorhanden ist, indem die Mikrowellenquelle direkt mit dem Eingang des Abschwächers 5 verbunden wird. Wenn die erste Messung ausgeführt worden ist, wird das zu testende Mikrowellenbauteil in der dargestellten Weise eingefügt und eine neue Messung durchgeführt. Der Unterschied zwischen den beiden Messungen stellt die durch das zu testende Mikrowellen-Bauelement bewirkte Abschwächung bzw. Dämpfung dar.

Man sieht, daß diese Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung voraussetzt, daß der Datenspeicher 15 Korrekturfaktorf r> thält, die sehr genau mit

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60 der Art und Weise korreJiert sind, in der die Ansprechcharakteristik des Detektors 3 von einem genauen quadratischen Gesetz abweicht Ein Verfahren, nach dem der Detektor 3 geeicht werden kann, wird nun kurz unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben.

Mikrowellen-Leistung, die mit einem Tonfrequenirsignal moduliert ist, wird von einer Mikrowellenquelle 23 an einen zu testenden Detektor 3 über einen Leistungs-Aufteiler bzw. eine Leistungsweiche 24, einen veränderbaren Abschwächer 25, einen Anpassungs-Abschwächer bzw. -Dämpfer 26, einen Stufenteiler bzw. Stufen-Abschwächer 27 und einen weiteren Anpassungs-Dämpfer 28 angelegt Das Ausgangssignal des Detektors 3 kann über einen Schalter 29 entweder an ein Digital-Voltmeter 30 oder an ein quadratisches Präzisionsinstrument 31 angelegt werden, das beispielsweise ein Quotientenmesser oder eine Wechselspannungsbrücke sein kann. Das Instrument 31 empfängt auch ein Signal von einem weiteren Detektor 32, der mit der Leistungsweiche 24 verbunden ist

Zunächst ist die Tonfrequenz-Modulation von der Quelle 23 abgeschaltet und die Abstimm-Abschwächer bzw. -Dämpfer werden auf ungefähr 1OdB voreingestellt, um eine konstante Anpassung für den Stufenteiler 27 zu ergeben und der Stufenteiler 27 wird so eingestellt, daß er eine Dämpfung gleich Null liefert Der veränderliche Abschwächer 25 wird so eingestellt, daß mit dem mit dem Detektor 3 verbundenen Voltmeter 30 ein spezieller Spannungspegel erhalten wird. Dann wird die Tonfrequenzmodulation zur Mikrowellenleistung bzw. Mikrowellenenergie zugeschaltet und der Meßwert am Instrument 31 notiert, wobei der Schalter 29 sich in der geeigneten Stellung befindet Dann wird der Stufenteiler 27 beispielsweise auf genau 1,0 dB eingestellt und die Meßwertänderung am Instrument 31 notiert. Die Differenz zwischen dem am Stufenteiler 27 erzeugten genauen Schritt von 1,OdB und dem durch das instrument 31 angezeigten Schritt ist der durch die Abweichung vom quadratischen Gesetz des Detektors 3 bewirkte Fehler. Dies ist schließlich der erforderliche Korrekturfaktor für die bekannte Ausgangsspannung.

Der Detektor 32 und die Leistungsweiche 24 sind lediglich vorgesehen, damit ein konstantes Referenzsignal an das Instrument 31 angelegt werden kann; doch sind die Eigenschaften des Detektors 32 nicht kritisch.

Bezüglich weiterer Einzelheiten von Verfahren zur Messung der Abweichungen vom quadratischen Gesetz für Detektoren wird auf folgende Artikel Bezug genommen:

1. Sorger & Weinschel »Comparison of Deviations from Square Law for R. F. Crystal Diodes and Barretters«. I.R.E. Trans, on Instrumentation Vol. 1-8, No. 3, Dec. 1959.

2. Sorger & Weinschel »Precise Insertion Loss Measurements using Imperfect Square Law Detectors ... etc.« I.R.E. Trans, on Instrumentation Vol. 1-4, October 1955.

3. B. O. Weinschel .Insertion Loss Test Sets using Square Law Detectors«. I.R.E. Trans, on Instrumentation Vol. 1 -4, October 1955.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung von Mikrowellenleistung, bei dem die Mikrowellenleistung mit einer Schottky-Diode gleichgerichtet und das gleichgerichtete Signal ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auswahl aus einer Vielzahl von vorbestimmten, diskreten Korrekturfaktoren in Abhängigkeit von der Größe eines aus dem gleichgerichteten Signal abgeleiteten Signals ein Signal zur Korrektur von Fehlern des abgeleiteten Signals resultierend aus Abweichungen der Kennlinie der Schottky-Diode von der idealen quadratischen Kennlinie erzeugt wird, daß das Korrektursignal mit dem abgeleiteten Signal kombiniert wird und daß die Größe des kombinierten Signals als Meßergebnis angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Messung empfangene Mikrowellensignal amplitudenmoduliert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellensignal mit einem schmalen Tonfrequenzband amplitudenmoduliert ist

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichgerichtete Signal mit vorgegebenen einstellbaren Dämpfungswerten abgeschwächt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichgerichtete Signal in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Stufen jeweils einstellbar abgeschwächt und jeweils anschließend mit voreingestelltem Verstärkungsfaktor verstärkt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichgerichtete Signal nach der letzten Abschwächung über ein auf das Tonfrequenzband abgestimmtes Bandfilter einem Tonfrequenzdetektor zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Tonfrequenzdetektors als das abgeleitete Signal verwertet wird, und daß die Auswahl der gespeicherten Korrekturfaktoren mittels einer auch die einstellbaren Dämpfungswerte steuernden Überwachungsschaltung erfolgt.