DE728814C - Verfahren zur Messung der Phasenverschiebung von in der Frequenz veraenderbaren Hochfrequenzen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Messung der Phasenverschiebung von in der Frequenz veränderbaren Hochfrequenzen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Messung der Phasenverschiebung zweier hochfrequenter Ströme. Dabei ist die Frequenz der zu messenden hochfrequenten Ströme in weiten Grenzen variabel. Die Erfindung bedient sich der Anwendung an sich bekannter Phasemnmeßinstrumente, die die Eigenschaft haben, die Phase zwischen zwei Wechselspannungen auch bei verschiedener Amplitude der Wechselspannungen direkt zur Anzeige zu bringen. Derartige Phasenmeßgeräte sind aus konstruktiven Gründen für den Betrieb mit einer bestimmten Meßfrequenz gebaut, wobei die letztere meist eine Niederfrequenz ist. Die Erfindung sileht vor, durch geeignete Schwebungswellenbldung. wobei die Phasen unverändert bei der Schwebungswellenbildung mittransp oniert werden aus den zu messenden Hochfrequenzen Niederfrequenzen zu erzeugen, die dem Phasen meßgerät zugeführt werden können. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß nur in einer Uberlagerungssturfe abstimmabre Treenfilter, mittels welcher die Swchwebungswelle isoliert wird, Anwendung finden, während in den übrigen tufen, in welch Schwebungswellen erzeugt werden, bei Wellenwechsel der zu messenden Frequenzen eine Abstimmänderung der Trenufilter nicht erförderlich ist. Gemäß der Erfindung werden zwei um die Meßfrequenz des Phasenmessers voneinander verstimmte hochfrequente Hilfsfrequenzen verwendet, deren Differenzfrequenz die Bezugsphase für den Phasenmesser liefert. Dabei wird ferner die eine der Hilfsfrequenzen mit der einen der beiden Hochfrequenzen, deren gegenseitiges Phasenverhältnis zu messen ist, zur Überlagerung gebracht und unter Anwendung. eines jeweils entsprechend der Frequenz der zu mlessenden Hochfrequenz abzustimmenden Trennfilters die Schwebungswelle isoliert. Diese Schwebungsfrequenz wird daranf mit der anderen phasenverschobenen Hochfrequenz zu Überlagerung gebracht und unter Anwendung eines fest abgestimmten Bandfilters die Schwebungswelle, deren Frequenz der Frequenz der genannten Hilfsfrequenz lentspricht, isoliert.
• Diese Schwebungswelle ist bereits um den zu messenden Phasenwinkel verschoben. Durch nochmalige Schwebungswellenbildung mit der anderen Hlfsfrequenz wird darauf die die Phasenverschiebung tragende Meßfrequenz erzeugt und dem Phasenmeßgerät zugeführt.
• Die Abbildung zeigt das grundsätzliche Schaltbild. In dem vorliegenden Falle soll z. B. die Phase # der Spannung am Fußpunkt einer Antenne gemessen werden, die vom SenderS gespeist wird. Der Steuersender St steuert in normaler Weise den SenderS mit der Frequenz, bei der auch die Phasenmessung am Antennenfußpunkt erfolgen soll.
• Gleichzeitig liefert der Steuersender St auch die Trägerfrequenz für eine Modulatorstufe M1, die mit der ersten Zwischenfrequenz f1 moduliert wird und deren Anodenkreis durch abstimmbare Schwingungskreise auf das obere oder untere Seitenband abgestimmt ist. Im Ausgang dieser Modulatorstufe gewinnt man also die um L Ii von der an sich veränderbaren Grundfrequenzf abweichende Frequenz (f#f1). Diese Frequenz wird zusammen mit der hphasenverschobenen Frequenz f auf eine zweite Modulatorstufe gegeben, in deren Anodenkreis das untere Seitenband f1 mittels fest auf die Frequenz f1 abgestimmter Resonanzkreise heraugehoben wird, während Träger und oberes Seitenband unterdrückt werden. Bei der Modulation leibt der zu messende Phasenwinkel erhalten. Da nun die Frequenz f1 über den ganzen Wellenbereich konstant ist, so. könnte an sich die Phascnmessung schon hinter der Modulatorstufe M2 vorgenommen werden, wobei etwa die Spannung des Generators G1, der dic Zwischenfrequenz f1 liefert, als Vergleichsphase diene könnte, Jedoch besteht der Wunsch, die Phasenmessung durch direkt anzeigende, aus der Niederfrequenztechnik vorhandene Meßinstrumente vorzunehmen. Man müßte also f1 sehr niedrig wählen, Hierbei ist aber eine Grenze gegeben durch die wachsenden Selektionsschwierigkeiten im Modulator M1. Ohne komplizierte Hilfsmittel ließe sich bei dem gegebenen Grundfrequenzbereich in dieser Stufe, die ja bei Wellenwechsel abgestimmt werden muß, bei zu kleinem f1 die Trennung zweischen dem gewünschten Seitlenband einerseits und der Trägerfrequenz und dem anderen Seitenband andererseits nicht mehr durchführen.
• Daher wird cine dritte Modulatorsufe M3 an M2 angeschlossen, in der f1 mit der Frequenz f2 modulier wird und in deren Anoden-Kreis wiederum mittels fest abgestimmter Selektionsmittel Träger und oberes Seitenband unterdrückt werden. Das untere Seitenband (f1-f2) stellt die zweite Zwischenfrequenz dar, die nunmehr zur Messung dient und der einen Spule des Phasenmeßinstrumentes Ph zugeführt wird. Die Spannung für die zweite Wächklung des Instrumentes mit der Vergleichsphase #0 gewinnt man direkt aus den Generatorfrequenzen f1 und f2 im Modulator m4, der ebenfalls Träger und oberes Seitenband mittels fest abgestimmter Selektionsmittel unterdrückt.
• Da die Frequenzen f1 und f2 über den ganzen Wellenbereich konstant gehalten werden, können die Generatoren G1 und G2 mit Quarzen gesteuert werden. Infolgedessen können f1 und f2 genügend dicht benachbart gewählt werden, um die Meßfrequenz (f1-f2) auf den gewünschten Wert herabzusetzen. Ein etwaiger Gang der Quarzfrequenzen gegeneinander hat nur eine Änderung der Meßfrequenz zur Folge. bewirkt aber keine Änderung der Phasendifferenz zwischen der auf die beiden Spulen des Phasenmeßinstrumentes gegebenen Spannungen. Um die Anforderungen an die Frequenzkonstanz der Quarzgeneratoren möglichst gering zu halten, wählt man f1 so klein, als es die Selektionsbedingungen in M1 zulassen. Im vor]iegenden Falle, wo # = 150 ...1560 kHz ist, läßt sich das um #1 = 100 kHz entfernt liegende Seitenband in allen Fällen noch bequem trennen. Soll die Meßfrequenz etwa 60 Hz betragen so wird #2 = 1000 # 0,06 kHz. Eine gegenseitige Frequenzkonstanz von 0,5 # 10-3, die sich mit Thermostaten leicht erreichen läßt, bedeutet lediglich eine Abweichung der Meßfrequenz um 0,5 Hz, das sind 0,83% von 60 Hz.
• Die Phasenmeßanordnung enthält an abzustimmenden Geräten, die bei Wellenwechsel zu bedienen sind, nur den Modulator M1.
• Dieser kann gegebenenfalls nach Art der in den Überlagerungsempfängern enthaltenen Oszillatorstufen im Gleichlauf mit dem Steuersender St angetrieben werden.
• Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Phasenmeßanordnung besteht darin, daß die auf das Phasenmeßinstrument gegben Spannungsamplitude iknnerhalb gewisser Grenzen konstant ist und nicht wesentlich von der Amplitude der Hochfrequenz abhängt; denn im Modulator M2 wird die Trägerfrequenz 1 der Meßstelle mit der konstanten Amplitude von der Frequenz (###1) moduliert, und im Anodenkreis bleibt allein das von der Trägeramplitude unabhängige untere Seitenwand übrig. Man hat nur dafür zu sorgen, daß in keinem Falle die Amplitude von f unter einen bestimmten, einen Modulationsgrad von 100% entsprechenden Wert sinkt.
• In den meisten Fällen, wie z. B. blei Antennenanlagen, handelt ies sich darum, die relative Phasenlage mehrerer Spannungen untereinander zu messen, wobei die eine Phase willkürlich als B ezugsphase Null angesehen wird. Dann kommt gegenüber der skizzierten Anordnung für jede weitere Meßstelle je lein Modulator M2 und j43 und je ein Phasenmeßinstrument Ph hinzu, während die Teile M1, G1, G2 und M. für die ganze Anlage nur einmal vorhanden sind, d. h. M1 steuert bei n Meßstellen n Modulatoren m2, und M4 liefert die Spannung für n Phasenmeßinstrumente Ph. Die Erweiterung für zwei zusäz-J.che Meßstellen ist in der Abbildung gestrichelt gezeichnet.
• Im vorstehenden wurde die Anwendung der Erfindung in der Form gezeigt, daß die Phasenverschiebung, die die vom Steuersender St gelieferte Energie im Sendeverstärker S erfährt, gemessen wird. Die Erfindung kann aber ohne weiteres auch dazu dienen, die Phasenverschiebung zu messen, die zwei beliebige, von z.wei Wechselstromquellen gleicher Frequenz gelieferte Ströme besitzen.
• Es ist ferner möglich, statt mittels zweier Generatoren G1 und G2 die Frequenzen fi und 12 von einem Generator, der mit der Frequenz J1-J2/2 moduliert wird, abzuleiten, vorzugsweise unter Verwendung von Gegentaktmodulatoren.
• Die Bezugsfrequenz für den Phasenmesser kann dabei gegebenenfalls von dem die Modulationsfrequenz liefernden Generator durch Verdopplung abgeleitet werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Messung der Phasenverschiebung von in der Frequenz veränderbaren Hochfrequenzen unt unter Anwendung eines für eine solche Meßfrequenz geeichten Phasenmessers, die niedriger ist als die Hochfrequenz, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll, und vorzugsweise eine Niederfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um die Meßfrequenz des Phasenmessers gegeneinander verstimmte hochfrequente Hilfsfrequenzen (f1, f2) erzeugt werden, deren Differenzfrequenz (f1 - f2) die Bezugsphase für den Phasenmesser (Ph) liefert, und die eine der Hilfsfrequenzen (z. B. f1) mit der einen der beiden Hochfrequenzen, deren Phasen verschiebung gemessen wird (z. B. f), zur Schwebung gebracht und darauf die entstandene Schwebungsfrequenz (f#f1 mit der phasenverschobenen Hochfrequenz (f, qs) nochmals zur Schiebung gebracht wird und die aus der letztgenannten Schwlebugnsfrequenz (f1, #) durch weitere Schwebungswellenbildung mit der anderen Hilfsfrequenz (f2) gebildete, die Phasenverschiebung tragende Meßfrequenz (f1 - f2, #) dem Phasenmesser (Ph) zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I zur Messung der gegenseitigen Phasenlage mehrerer Spannungen, da durch gekennzeichnet, daß die Generatoren (G1, G2) für die beiden Hilfsfrequenzen (f1, 12), die Einrichtung (2 ) zur Bildung der Differenzfrequenz (f1 - f20 aus den Hilfsfrequenzen und die Einrichtung (M1) zur Bildung der Schwebungsfrequenz (f#f1) aus der einen hilfsfrequenz 9f1) mit einer der Hochfrequenzen (z. B.f), deren Phasenverschiebung gegen die anderen Hochfrequenzen gemessen wird, nur einmal vorhanden sind und die einzelnen Meßstellen mit je einer Einrichtung (M2') zur Schwebungsbildung aus der erwähnten Schwebungsfrequenz (f#f1) und der dieser Meßstelle zugeführten phasenverschbenen Hochfrequenz (f, ') sowie mit einer Einrichtung (M3,) zur weiteren Schwebungswellenbildung mit der anderen Hilfsfrequenz (12) und mit !einem Phasenmesser (Ph') ausgestatter sind.
3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I zur Untersuchung von Antennenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hochfrequenzspannung (f) vom Steuersender (St0 des die Antenne speisenden Senders (S) und die andere Hochfrequenzspannung (f, ) vom Fußpunkt der Am tenne abgenommen wird.
4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder folgenden, dadurch gekennzeichet, daß die beiden Hilfsfrequenze (f1, f20 von je einem quarzstabilisierten Generator (G1, G2) erzeugt werden.
5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfrequenzen (f1, i2) von einem mit der halben Differenzfrequenz vorzugsweise in Gegentaktmodulatoren modulierten Generator abgeleitet werden.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsphase für den Phasenmesser (Pk) durch Verdopplung der Modulationsfrequenz wird. erzeugt