DE4021944C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflexionsfaktor-Meßbrücke laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Reflexionsfaktor-Meßbrücken dieser Art sind bekannt (z. B. Meßbrücke ZRB2 der Firma Rohde & Schwarz). Bei Meßbrücken dieser Art wird sowohl die Hochfrequenz-Sig­ nalquelle als auch das Meßobjekt über koaxiale Anschluß­ buchsen angeschlossen. Bei manchen Meßobjekten ist während des Meßvorgangs gleichzeitig auch eine Gleichstromspeisung der im Meßobjekt eingebauten Bauelemente wie Transistoren oder Dioden über die koaxiale Anschlußstelle nötig. Es ist bekannt, hierfür einen speziellen Koaxialadapter zwischen Meßobjekt und Meßbrücke anzubringen. Es ist auch bekannt, den Gleichstrom über einen der Brücken­ widerstände zuzuführen und zu diesem Zweck die Hochfre­ quenz-Signalquelle über einen Transformator mit der Brückendiagonale zu verbinden (US 32 27 953). Diesen bekannten Maßnahmen ist der Nachteil gemeinsam, daß hierdurch die Symmetrie der Brücke beeinträchtigt wird und damit deren Eigenschaften verschlechtert werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zum Zuführen einer Gleichspannung zu einem über eine Koaxialleitung an eine Reflexionsfaktor-Meßbrücke angeschlossenen Meß­ objekt zu schaffen, durch welche die Brückeneigenschaften nicht verschlechtert werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Reflexionsfak­ tor-Meßbrücke laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Kompensationsmaßnahme am Symmetrierübertrager der Meßbrücke wird erreicht, daß der von außen zugeführte Gleichstrom sowohl durch die Kompensationswicklung als auch im entgegengesetzten Sinne über die Hauptwicklung des durch das Leitungsstück ge­ bildeten Symmetrierübertragerzweiges fließt, in dem zugehörigen Ferritkern also zwei Magnetflüsse von gleichem Betrag jedoch von unterschiedlicher Richtung erzeugt werden, die sich gegenseitig aufheben. Damit wird eine magnetische Sättigung des Ferritkernes auch bei hohen Gleichströmen vermieden, die Symmetrie der Brücke und auch deren Direktivität und Anpassung werden nicht ver­ schlechtert. Damit ist es erstmals möglich, ohne Ver­ schlechterung der Brückeneigenschaften über die Meßbrücke Bauelemente im Meßobjekt mit Gleichstrom zu speisen. Da bei der erfindungsgemäßen Art der Gleichstromzufuhr die Brückensymmetrie nicht gestört wird, eignet sich diese Speiseart auch für Meßbrücken, die in einem großen Frequenzbereich bis 5 GHz oder mehr einsetzbar sind.

Für die Ausbildung der Kompensationswicklung gibt es laut Unteransprüchen verschiedene Möglichkeiten. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Anbringung einer zweiten Kompensationswicklung auf dem Ferritkern des anderen durch das Koaxialkabel gebildeten Symmetrierübertra­ ger-Zweiges, die zwar nicht zur Gleichspannungszufuhr dient, sondern nur aus hochfrequenzmäßigen Symmetrie­ gründen vorgesehen ist, eine solche Anordnung besitzt den Vorteil, daß die Symmetrie der Brücke frequenzunab­ hängig auch bei Zufuhr hoher Gleichströme weitgehendst unbeeinflußt bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Reflexionsfak­ tor-Meßbrücke, der Hochfrequenz-Eingang 1 ist über eine Koaxial-Anschlußbuchse mit einem nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator verbunden, über die beiden Brücken­ zweige R1, R2 werden die beiden Anschlußpunkte 2 und 3 der Brückendiagonale gespeist, das Meßobjekt 4 wird über eine Koaxialanschlußbuchse 5 zwischen dem Anschluß­ punkt 2 und Masse als dritter Brückenzweig angeschlossen, der Präzisionswiderstand Z₀ ist zwischen dem Anschlußpunkt 3 und Masse als vierter Brückenzweig angeschlossen. Der Indikator 6 steht über ein Koaxialkabel 7 mit den An­ schlußpunkten 2 und 3 der Brückendiagonale in Verbindung und zwar ist der Innenleiter 8 dieses Kabels 7 mit dem Anschlußpunkt 2 und der Außenleiter 9 mit dem Anschluß­ punkt 3 verbunden. Das untere Ende des Außenleiters 9 des Koaxialkabels 7 liegt an Masse 10 (Gehäuse der Meß­ brücke).

Um einen hochfrequenzmäßigen Masseschluß des Anschluß­ punktes 3 der Brückendiagonale über den Außenleiter 9 des Koaxialkabels 7 zu verhindern, sind auf dem Außen­ leiter 9 Ferritkerne 11 und 12 aufgesetzt. Diese Ferrit­ kerne 11 und 12 bestimmen die untere Grenzfrequenz der Meßbrücke. Um eine große Bandbreite zu erzielen sind zwei unterschiedliche Ferritkerne 11 und 12 vorgesehen, auf welchen das Koaxialkabel 7 jeweils mit unterschied­ licher Windungszahl (N₁ und N₂) aufgewickelt ist. Zur Wiederherstellung der Symmetrie der Brücke ist parallel zu diesem mit Ferritkernen bestückten Koaxialkabel 7 ein zusätzliches Leitungsstück 13 angeordnet, das mit einem Ende wieder am Anschlußpunkt 2 der Brückendiagonale angeschlossen ist und mit dem anderen Ende 18 HF-mäßig über einen Kondensator C3 an Masse 10 liegt. Auch auf diesem Leitungsstück 13 sind wieder zwei Ferritkerne 14 und 15 aufgesetzt, das Leitungsstück 13 ist wieder mit unterschiedlichen Windungszahlen (N₁ und N₂) auf den unterschiedlich großen Ferritkernen 14 und 15 auf­ gewickelt. Das Koaxialkabel 9 mit den aufgesetzten Ferritkernen und das Leitungsstück 13 mit den ebenfalls aufgesetzten Ferritkernen bilden einen Symmetrierüber­ trager, die beiden Übertragerhälften sollen möglichst spiegelsymmetrisch aufgebaut sein.

Zur gleichstrommäßigen Trennung des Meßeinganges 5 sind die Kondensatoren C1, C3 und C4 vorgesehen, der Konden­ sator C2 ist aus Symmetriegründen vorgesehen.

Zur Speisung von aktiven Bauelementen im Meßobjekt 4 mit Gleichstrom über dessen Innenleiterzuführung 16 wird aus einer Gleichspannungsquelle über den Anschluß 17 die für das Meßobjekt 4 gewünschte Gleichspannung dem Anschlußpunkt 18 zugeführt, das hochfrequenzmäßig über den Kondensator C3 an Masse liegt. Um eine magnetische Sättigung des Ferritringes 15 bei größeren Gleichströmen und eine damit verbundene Verschlechterung der Symmetrie der Brücke zu vermeiden erfolgt die Zufuhr des Gleich­ stromes zum Anschlußpunkt 18 über eine Kompensationswick­ lung, die zusätzlich zum Leitungsstück 13 auf dem Ferrit­ ring 15 aufgewickelt ist und zwar vorzugsweise mit der gleichen Windungszahl N2.

Fig. 1 zeigt eine erste Möglichkeit für die Ausbildung dieser zusätzlichen Kompensationswicklung auf dem Ferrit­ ring 15. Sie wird in diesem Ausführungsbeispiel durch den Innenleiter 26 eines Koaxialkabelstückes 25 gebildet, dessen Außenleiter die Fortsetzung des Leitungsstückes 13 bildet, in diesem Ausführungsbeispiel wird also die Wicklung 25 des Leitungsstückes 13 auf dem Ferritring 15 durch ein kurzes Koaxialleitungsstück 25 gebildet. An dem hochfrequenzmäßig an Masse liegenden Ende 18 des Leitungsstückes 13 ist der Innenleiter 26 galvanisch mit dem Außenleiter 27 dieses Koaxialleitungsstückes verbunden, diese Verbindungsstelle liegt über den Konden­ sator C3 hochfrequenzmäßig wieder an Masse. Das gegen­ überliegende Ende 21 des Innenleiters 26 ist über eine Hochfrequenzdrossel 22 und ein Tiefpaßfilter 23 mit dem Eingangsanschluß 17 für die Gleichspannung verbunden. Die Hochfrequenzdrossel 22 trennt dabei den Anschlußpunkt der Kompensationswicklung hochfrequenzmäßig vom Gleich­ spannungseingang 17. Der Speisegleichstrom für das Meß­ objekt 4 fließt also durch den Innenleiter 26 zum hoch­ frequenzmäßig an Masse liegenden Ende 18, von dort im entgegengesetzten Sinne durch den Außenleiter 27 und das daran anschließende Leitungsstück 13 zum Brückenan­ schluß 2 und von dort über den Innenleiter 16 ins Meßob­ jekt 4.

Fig. 2 zeigt eine breitbandigere Ausführungsform der Kompensationswicklung für den Speisegleichstrom. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kompensationswicklung durch eine zusätzliche Drahtwicklung 19 auf dem Ferritkern 15 gebildet, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit entgegengesetztem Wickelsinn wie die Wicklung 15 aufgebracht ist. Damit werden bei gleicher Stromrichtung durch die Wicklungen 19 und 25 entgegengesetzte Magnet­ felder im Ferritkern 15 erzeugt, die sich gegenseitig aufheben. Die Wicklung 19 könnte auch im gleichen Wickel­ sinn wie die Wicklung 25 aufgebracht sein, wenn dafür gesorgt ist, daß in dieser Wicklung 19 die Stromrichtung entgegengesetzt ist wie die in der Wicklung 25. Auch hier ist die Windungszahl der Wicklung 19 vorzugsweise gleich der Windungszahl der Wicklung 25 gewählt. Das obere Ende 21 der Drahtwicklung 19 ist mit der Hochfre­ quenzdrossel 22 verbunden, ihr anderes Ende ist mit dem Masseanschluß 18 verbunden. Aus Symmetriegründen ist auf dem Ferritring 12 des Koaxialkabels 7 der anderen Übertragerhälfte eine gleichartige Kompensationswicklung 20 aufgebracht und zwar mit gleicher Windungszahl wie die Wicklung 19, der Wickelsinn ist je nach Stromrichtung wiederum entweder gleich oder entgegengesetzt zum Wickel­ sinn des Koaxialkabels 7. Das obere Ende 29 dieser Kom­ pensationswicklung 20 ist mit dem Ende 21 der anderen Kompensationswicklung 19 mit der Hochfrequenzdrossel 22 verbunden, das untere Ende 28 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Widerstand 24 mit dem Anschluß 18 verbunden. Der über die Drossel 22 zugeführte Gleichstrom fließt also im wesentlichen durch die Kompen­ sationswicklung 19 zum Anschlußpunkt 18, von dort im entgegengesetzten Sinne durch die Wicklung 25 und das Leitungsstück 13 wieder zum Brückenanschluß 2. Wegen des Widerstandes 24 fließt in der zweiten Kompensations­ wicklung 20 nur ein relativ geringer Strom, gleichstrom­ mäßig fließt also der größte Stromanteil direkt zum Anschlußpunkt 18, hochfrequenzmäßig sind jedoch beide Übertragerzweige symmetrisch mit gleichartigen Kompensa­ tionswicklungen 19 und 20 belastet. Anstelle des Wider­ standes 24 könnte das Ende 28 der Kompensationswicklung 20 auch hochfrequenzmäßig beispielsweise über einen Kondensator unmittelbar mit dem Masseanschluß 10 verbunden werden, so daß durch die Wicklung 20 überhaupt kein Gleichstrom mehr fließt, die Wicklung 20 also nur ihre hochfrequenzmäßigen Symmetrieaufgaben erfüllt.

Die zusätzliche Kompensationswicklung 20 müßte nicht einmal mit dem Anschlußpunkt 21 der Kompensationswicklung 19 elektrisch verbunden sein, sie könnte mit ihrem unteren Ende 28 beispielsweise unmittelbar galvanisch an Masse 10 liegen und mit ihrem oberen freien Ende 29 über eine aus Symmetriegründen vorgesehene zusätzliche Hochfre­ quenzdrossel, die der Drossel 22 entspricht, und einem Kondensator hochfrequenzmäßig an Masse liegen, auch in diesem Fall erfüllt sie hochfrequenzmäßig ihre Symme­ trieraufgabe, ohne selbst vom Speisegleichstrom durch­ flossen zu sein. In den dargestellten Ausführungsbei­ spielen ist nur der größere Ferritkern 15 (bzw. der Ferritkern 12) mit einer entsprechenden Kompensations­ wicklung 19 bzw. 26 (bzw. 20) versehen, wenn jedoch je Symmetrierübertragerhälfte zwei oder mehr solche Ferrit­ ringe vorgesehen sind, wie dies in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, können bei Bedarf auch auf diesen zu­ sätzlichen Ferritkernen entsprechende Kompensationswick­ lungen aufgebracht sein, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 also auch auf dem Ferritring 14 bzw. im Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 sowohl auf dem Ferritring 11 als auch auf dem Ferritring 14.

Claims (9)

1. Reflexionsfaktor-Meßbrücke, bei welcher die an der Brückendiagonale (2, 3) abfallende Spannung über ein Koaxialkabel (7) dem Indikator zugeführt ist, dessen Innenleiter (8) mit dem einen (2) und dessen Außen­ leiter (9) mit dem anderen Anschluß (3) der Brücken­ diagonale verbunden ist und das mit einem parallel­ geschalteten Leitungsstück (13) einen Symmetrierüber­ trager bildet, wobei sowohl das Koaxialkabel (7) als auch das Leitungsstück (13) auf mindestens einem Ferritkern (11, 12, 14, 15) aufgewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr einer Gleichspannung (17) zu einem über eine Koaxialleitung (5, 16) an die Meßbrücke angeschlossenen Meßobjekt (4) über eine Kompensationswicklung (19, 26) zu dem hochfrequenzmäßig an Masse (10) liegenden Ende (18) des Leitungsstückes (13) des Symmetrierübertragers erfolgt, die auf mindestens einem der Ferritkerne (14, 15) aufgebracht ist.

2. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (17) über eine Hochfrequenz-Drossel (22) mit dem dem Hoch­ frequenz-Masseanschluß (18) abgewandten Ende (21) der Kompensationswicklung (19, 26) verbunden ist.

3. Meßbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (25) des Leitungsstückes (13) auf mindestens einem der Ferritkerne (14, 15) durch ein Koaxialkabelstück ge­ bildet ist, dessen Innenleiter (26) die Kompensations­ wicklung bildet und am Hochfrequenz-Masseende (18) mit seinem Außenleiter (27) verbunden ist.

4. Meßbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensations­ wicklung durch eine zusätzlich zur Wicklung (25) des Leitungsstückes (13) auf mindestens einem der Ferrit­ kerne (14, 15) aufgewickelte Wicklung (19) gebildet ist.

5. Meßbrücke nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch auf mindestens einem der Ferritkerne (11, 12) des Koaxialkabels (7) des Symme­ trierübertragers eine gleichartige Kompensationswick­ lung (20) aufgewickelt ist.

6. Meßbrücke nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch diese weitere Kompensa­ tionswicklung (20) mit ihrem einen Ende (21) mit der Gleichspannungsquelle (17) verbunden ist.

7. Meßbrücke nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Anschlußpunkt (21) der Gleichstromquelle (17) abgewandte Ende (18) hoch­ frequenzmäßig an Masse liegt.

8. Meßbrücke nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Anschlußpunkt (21) der Gleichstromquelle (17) abgewandte Ende (28) dieser zusätzlichen Kompensationswicklung (20) über einen Widerstand (24) mit dem hochfrequenzmäßig an Masse liegenden Ende (18) der Kompensationswicklung (19) des Leitungstückzweiges (13) des Symmetrierübertragers verbunden ist.

9. Meßbrücke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungszufuhr über ein Tiefpaßfilter (23) erfolgt.