DE445576C - Verfahren zur Messung des Modulationsgrads von Wechselstroemen - Google Patents

Verfahren zur Messung des Modulationsgrads von Wechselstroemen

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DE445576C
DE445576C DEM93990D DEM0093990D DE445576C DE 445576 C DE445576 C DE 445576C DE M93990 D DEM93990 D DE M93990D DE M0093990 D DEM0093990 D DE M0093990D DE 445576 C DE445576 C DE 445576C
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/06Measuring depth of modulation

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Verfahren zur Messung des Modulationsgrads von Wechselströmen. Von den verschiedenen bekannten Methoden, welche den Modulationsgrad von. Hochfrequenzströmen, wie z. B. des Hochfrequenzstromes eines Telephoniesenders, zu messen gestatten, ist das Verfahren, welches sich auf die -mittels der Braunschen Röhre gewonnenen Oszillogramme gründet, theoretisch wohl am vollkommensten. Doch erfordert dies Verfahren, ebenso wie die anderen bekannten oszillographischen Methoden, die Anwendung einer ziemlich komplizierten Apparatur. Auch erlauben diese oszillographischen Methoden keine direkte Ablesung des Modulationsgrades. Es sind wohl auch andere Methoden zur Messung des Modulationsgrades angegeben, doch, soviel man aus der Literatur ersehen kann, erlauben auch diese Methoden keine direkte Ablesung des Modulationsgrades, oder aber, wenn eine entsprechende spezielle Eichung möglich ist, so gilt dieselbe nur für die jeweül@ge spezielle Anordnung.
  • Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Messung des Modulationsgrades von Hochfrequenzströmen, welches den Modulationsgrad direkt anzugeben erlaubt. Dieses Verfahren beruht auf folgenden überlegungen.
  • Bekanntlich kann man einen modulierten Hochfrequenzstrom i von der einfachsten Art durch die Funktion i-A(x+ksin2t)coswt darstellen. Praktisch erhält man, wie bekannt, einen solchen modulierten Hochfrequenzstrom, indem man z. B. auf das Mikrophon eines gut eingestellten Telephoniesenders (Frequenz c» mit einem reinen akustischen Ton von der Frequenz 52 einwirkt.
  • Da man unter dem Modulationsgrad wohl allgemein die Größe versteht und &, in Prozenten mißt, wobei Jmax bzw. ,jmin den maximalen bzw. minimalen Wert der Amplitude des Hochfrequenzstromes bedeutet, so erhält man in diesem einfachsten Fall, wie leicht zu sehen ist Man kann nun zur Bestimmung von k (und folglich auch #t) folgendermaßen vorgehen. Man bestimmt gleichzeitig Jmax und ieff und bildet das Verhältnis von J2" ax und i2eff: Dieses Verhältnis ergibt sich, wie eine einfache Rechnung zeigt, gleich also gleich einer Funktion, die lediglich von k (oder dem Modulationsgrade) abhängig ist. Ist man nun in der Lage, zu messen, so kann man also daraus h ermitteln.
  • Zu ganz ähnlichen Beziehungen gelangt man, wenn man an Stelle der Ströme die Spannungen zwischen irgend zwei Punkten eines von dem modulierten Strom durchflossenen Hochfrequenzwiderstandes betrachtet.
  • Wir kommen somit zum Schluss.e, daß ein Instrument, dessen Angaben (Ablenkungen) nur von dem Verhältnis des Maximalwertes der Strom- oder Spannungsamplitude zu dem Effektivwerte desselben Stromes oder Spannung abhängen, gleichzeitig ein Instrument darstellt, dessen Angaben eine Funktion lediglich von h (oder &,) sind, und welches folglich direkt als Modulationsgradmesser geeicht werden kann. Zu betonen ist, daß die Angaben eines solchen Instrumentes, insbesondere weder von der Frequenz des Hochfrequenzstromes, noch von der Frequenz des akustischen Tones, noch von der absoluten Amplitude des . Hochfrequenzstromes bzw. Spannung abhängig sind. Sie sind abhängig nur von der Form der Amplitudenkurve des Hochfrequenzstromes. Dies Resultat erlaubt eine Erweiterung des Verfahrens auf kompliziertere Arten der Modulation.
  • Das beschriebene Prinzip der Messung des Verhältnisses des Maximalwertes der Amplitude des modulierten Hochfreqwenzstromes oder Spannung zu dem Effektivwerte des gleichen Stromes oder Spannung bildet nun die Grundlage des neuen Verfahrens zur Bestimmung des Modulationsgrades, welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
  • Zur Erläuterung einer der möglichen Ausführungsarten dieses Verfahrens wollen wir etwas genauer das folgende Schema (Abb. i) betrachten. Hier bedeutet i eine Spule, welche induktiv (oder direkt) mit einer Spule z gekoppelt ist, die von dem zu messenden modulierten Strom durchflossen wird. Die Enden der Spule z werden verbunden einerseits direkt mit den Belegungen eines Kondensators 3 von bestimmter Kapazität, anderseits aber über einen Gleichrichter 4 (in der Abbildung ist beispielsweise ein Thermoelektronengleichrichter angegeben, der durch eine beliebige gleichrichtende Vorrichtung ersetzt werden kann) mit den Belegungen eines zweiten Kondensators 5. Während nun an der Kapazität 3 eine Hochfre; quenzspannung V1 herrscht, welche von der in der Spule z induzierten EMK abhängig ist, läßt sich durch entsprechende Wahl von 5 erreichen, daß, auf die Kapazität 5 eine wesentlich konstante Spannung V2 wirkt, welche praktisch gleich dem Maximalwert Vh,ax der auf 3 wirkenden Spannung ist. Verbindet man nun mit 3 und 5 je ein Elektrometer (oder statisches Voltmeter), so werden auf die beweglichen Systeme (Nadel) jedes Elektrometers mechanische Kräfte F1 bzw- F2 wirken, welche bekanntlich proportional dem Quadrat der effektiven Größe der Spannungen sind, die an 3 und 5 herrschen, und somit gleich zu setzen sind: F1 =u1 V12e@ bzw. F2 =:UIY22ef- ü2V12rnax . Dabei sind a1 bzw. a2 Größen, welche von der relativen Lage der beweglichen Teile der Elektrometer zu den festen Teilen abhängig sind. Sie sind folglich Funktionen des' Größe der Ablenkung. Verbindet man nun die beweglichen Teile beider Elektrometer mechanisch miteinander so, daß die Kräfte Ft und F2 gegeneinander wirken, und sorgt dafür, daß auf das gemeinsame bewegliche System keine anderen Kräfte, außer F, und F2, wie z. B. von der Schwerkraft, oder der Elastizität der Aufhängung o. dgl. leerrührende wirken, so daß das System bei Abwesenheit der obenerwähnten Kräfte F1 und F2 in jeder Stellung im indifferenten Gleichgewicht sich befindet, so wird bei Einwirkung von F1 und 172 das System nur dann im Gleichgewicht sein, wenn die Bedingung erfüllt wird F1 - F2 oder a1 V12,- 12 V12max'' woraus folgt: Da, wie oben ausgeführt, für jedes Instrument nur von der Lage des beweglichen Systems relativ zu den festen Teilen des Instrumentes, also nur von der Zeigerstellung (Angaben) des Instrumentes, abhängig ist, so stellt ein nach diesem Prinzip konstruiertes Instrument tatsächlich ein Instrument zum Messen der Verhältnisse von Effektivwerten der Spannungen und in der Anordnung der Abb.2 ein Instrument zur Messung des Verhältnisses zwischen dem Maximal- und dem Effektivwerte einer Spannung dar. Es sei bemerkt, daß die Angaben des Instrumentes bei der beschriebenen Anordnung unabhängig sind von dem Kopplungsgrad zwischen i und 2.
  • Die Angaben eines nach den oben angegebenen Prinzipien konstruierten und geschalteten Instrumentes sind somit Funktion nur von der Form der modulierten Spannung (oder des modulierten Stromes), und-das Instrument läßt sich infolgedessen direkt als Modulationsgradmesser eichen.
  • Es ist nicht immer notwendig, spezielle Kapazitäten einzuführen, da man u. U. mit den Eigenkapazitäten des kombinierten Doppelelektrometers auskommen kann, wie dies z. B. auf Abb. 2 angegeben ist. 3 und 5 bedeuten hier die entsprechenden Teile des Doppelelektrometers.
  • Auch ist es manchmal zweckmäßig, parallel zu dem Gleichrichter ¢ (oder der Kapazität 5) einen sehr großen Ableitungswiderstand 6 einzuschalten.
  • An Stelle eines nach den oben ausgeführten Prinzipien konstruierten Doppelelektrometers mit einem Zeiger und ohne eigene Direktionskraft kann man in der Schaltung der Abb. i und 2 zwei Elektrometer mit mechanisch voneinander unabhängigen beweglichen Systemen verwenden, deren Zeiger nach dem Prinzip des Ferrie-Wellenmessers über eine gemeinsame speziell geeichte Skala streichen.
  • Sowohl in diesem Falle wie auch in dem erst betrachteten empfiehlt es sich, den beweglichen Teilen der Elektrometer zwecks Erlangung einer gleichförmigen Skala eine für diesen Zweck geeignete Form zu geben.
  • Wir wollen noch eine von den -möglichen Ausführungsarten des Erfindungsgedankens betrachten, bei welcher das Verhältnis des Maximalwertes des modulierten Stromes zu seinem Effektivwerte benutzt wird, um die Modulation zu messen. Das Schaltungsschema für diesen Fall ist in der Abb.3 dargestellt. In dem Stromkreis, der von der Feldspule 7 des Elektrodynamometers vom Ohmschen Widerstand 9 und von der Kopplungsspule 2 gebildet wird, soll der Strom i durch Induktion auf 2 erzeugt sein.
  • Der Strom ii wirkt auf die bewegliche (Kurzschluß-) Spule $ des Elektrodynamometers mit einer Kraft F1 = (31 l21 @@, wo ßl von der Beschaffenheit des Dynamometers (Dimensionen der Spulen, Windungszahl usw.) und der relativen Lage der beweglichen Spule zu den festen Spulen abhängig ist. Anderseits ist die Spannung V2, welche auf das Elektrometer 5 wirkt, das über den Gleichrichter 4. mit den Enden des Ohmschen Widerstandes 9 verbunden ist, wesentlich konstant und angenähert gleich dem Maximalwert der Spannung, welche zwischen den Enden des Widerstandes herrscht, d. h. V2 = Rim", wenn f2 der Widerstand von 9 ist. Es wirkt somit auf das bewegliche System des Elektrometers die Kraft F2-.`r-.#2R2Z2 ma:i-- w!'3'2 22 mass wo ß', - (%R 2 außer von R nurvon der B eschaffenheit des Elektrometers und von der relativen Lage der beweglichen und der festen Teile desselben abhängt. Sind nun die beweglichen Teile des Dynamometers und des Elektrometers miteinander entsprechend verbunden und wirken auf das gemeinsame bewegliche System keine anderen Direktionskräfte außer den obenerwähnten F1 und F2, so erhalten wir auch in diesem Falle, wie oben, für die Gleichgewichtslage die Bedingung F1 = F2, woraus folgt wo nur von der Beschaffenheit des Instrumentes und von seinen Angaben abhängig ist. Das so beschaffene Instrument erlaubt somit in der in der Abbildung angegebenen Schaltung die Messung des Verhältnisses zwischen dem Maximalwert der Amplitude des modu= lierten Stromes und dem Effektivwerte desselben und eignet sich infolgedessen zur direkten Messung des Modulationsgrades.
  • Es sei bemerkt, daß man auch in diesem Falle, an Stelle- des eben beschriebenen Instrumentes, welches aus einer speziellen Kombination eines Dynamometers mit einem Elektrometer ohne eigene Direktionskraft und mit einem gemeinsamen Zeiger besteht, eine Kombination eines Dynamometers mit einem Elektrometer nach dem bereits erwähnten Prinzip des Ferrie-Wellenmessers verwenden kann.
  • Zum Schluß sei noch eine Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes erwähnt, bei welcher zwei Instrumente, welche die Effektivwerte der Ströme anzeigen, in einer Kombination verwandt werden, welche ebenfalls auf der Anwendung des Ferrie-Wellenm:esis-erprinzips beruht. Das in diesem Fall zu verwendende Schaltungsschema ist in der Abb. ¢ dargestellt. Hier bedeutet i o einen Strommesser, dessen Angaben ij (oder i2,ff) proportional sind. Das zweite Instrument i i, das ebenfalls Effektivwerte anzeigt, wird in Serie mit einem sehr großen Widerstand 12 parallel zu einem Kondensator 5 von entsprechender Kapazität C2 geschaltet. Der Kondensator liegt seinerseits in Serie mit einem Gleichrichter q. im Nebenschluß zu dem Ohmschen Widerstande 9 von der Größe R. Da der Kondensator 5 sich wesentlich auf die Maximalspannung Ri""" auflädt, so werden die Angaben von i i bei entsprechender Wahl von 5 und 12 wesentlich proportional i""1 (oder i2ma,) Die Kombination der beiden Strommesser nach dem Prinzip des Ferrie-Wellenmessers erlaubt somit das Verhältnis und infolgedessen auch den Modulationsgrad zu messen.

Claims (3)

  1. PATPNTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Messung des Modulationsgrades von Wechselströmen, gekennzeichnet dadurch, daß mit Hilfe von Instrumenten spezieller Konstruktion das Verhältnis des Maximalwertes der Amplituden des Wechselstromes oder der Spannung zu dem Effektivwerte entweder desselben Stromes oder Spannung oder eines Stromes oder Spannung derselben Form gemessen wird.
  2. 2. Instrument zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß das Meßinstrument gebildet wird durch eine Kombination von zwei miteinander mechanisch entsprechend verbundenen Elektrometern oder durch Kombination eines Elektrodynamometers und eines Elektrometers oder durch Kombination zweier Elektrodynamometer, wobei die beweglichen Teile des Instrumentes möglichst vollständig frei von eigenen Direktionskräften sind.
  3. 3. Schaltungsart zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet dadurch, daß .entweder die Spannung oder der Strom, welche von dem modulierten Strom in einem speziellen Kreise, welcher auf irgendeine Art mit dem zu untersuchenden Stromkreise des modulierten Stromes gekoppelt ist, erzeugt werden, ganz oder teilweise einerseits direkt zu einem Teil des nach Anspruch 2 konstruierten Instrumentes, anderseits über einen Thermoelektronen- oder einen anderen Gleichrichter zu dem andern Teil desselben Instrumentes geführt werden. q.. Schaltungsart zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß entweder die Spannung oder der Strom, welche von dem modulierten Strom in einem speziellen Kreise, welcher auf irgendeine Axt mit dem Stromkreise des modulierten Stromes gekoppelt ist, ganz oder teilweise einerseits direkt zu einem der beiden Instrumente, welche die Effektivwerte von Spannungen bzw. Strömen messen und welche nach dem Prinzip des Ferrie-Wellenmessers miteinander verbunden sind, anderseits über ein Thermoelektronen oder einen anderen Gleichrichter zu dem anderen Instrument zugeleitet werden..
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