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Verfahren zur Messung kleiner ultrahochfrequenter Spannungen Die Schwierigkeiten,
die bei Strom- und Spannungsmessungen im Dezimeter- und Zenìimetervvell,engebiet
auftreten, sind bedingt durch die Tatsache, daß die Verbindung des Meßgeräts mit
den Punkten, in denen gemessen werden soll, nicht mehr klein gemacht werden können
gegenüber den Wellenlängen. Die Zuleitungen zum Meßgerät wirken je nach ihrer Länge
als Nebenschluß oder als Vorwiderstand. Aus dem «leichten Grunde können Spannungsteiler,
wie sie bei längeren Wellen verwendet und wie sie erforderlich sind zur Bestimmung
der Empfindlichkeit von Empfängern, zur Eichung von Verstärkern usf., in den bisher
bekannten Formen für Dezimeter- und Zentimeterwellen nicht mehr verwendet rverden.
Einwandfreie Meßmöglichkeiten bei kurzen elektromagnetischen Wellen können indessen
geschaffen werden durch eine konsequente Anwendung der Gesetzmäßigkeiten, die für
die Ausbreitung elektromagnetischer Vorgänge auf Energieleitungen bekannt sind.
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Im folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das eine Anwendung dieser
Gesetzmäßigkeiten darstellt und durch das auch bei sehr kurzen Wellen eine Spannungsteilung
durchgeführt werden kann. Damit ist man in der Lage, kleine Spannungen zu messen,
eine absolute Eichung von Empfängern und Verstärkern vorzunehmen und die bei längeren
Wellen möglichen Messungen auch bei sehr kurzen Wellen auszuführen. Das zur Anwendung
gelangende Prinzip der Spannung teilung wird, ohne den Erfi ndungsgegenstand auf
dieses Beispiel zu beschränken, an Hand der Abbildung erläutert.
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Ein Generator I speist über eine Leitung den Widerstand 3, der rein
ohmisch angenommen werden soll. Sein Wert sei gleich R.
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Die Leitung wird homogen und verlustfrei vorausgesetzt. Ihr Wellenwiderstand
sei gleich Z. Wenn R = Z gewählt wird, ist die Spannung über der Leitung dem Betrage
nach vom Ort unabhängig; über die Leitung pflanzt sich eine rein fortschreitende
Welle
fort. Die Energieleitung wfrd über den Widerstand 3 hinaus verlängert und wird in
5 kurzgeschlossen. Das Leitungsstück 4 zwischen dem Widerstand 3 und dem Isurzschlußbügel
5 sei gleich 1 i oder einem ungeraden Vielfachen von 1 i der sich auf der Leitung
ausbildenden Wellenlänge. In diesem Falle wird die Spannungsverteilung auf dem Leitungsstücli
2 durch die Verlängerung nicht gestört wenn die Leitung verlängerung wieder homogen
und verlustfrei angenommen wird. Auf dem Leitungsstück 4 bilden sich dagegen stehende
Wellen aus.
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Die Spannungsverteilung über 4 ist also nach bekannten Gesetzmäßigkeiten
von Punkt zu Punkt verschieden. In einem Punkte, dessen Abstand von 3 gleich einem
Viertel der verwendeten Wellenlänge ist, verschwindet die Spannung zwischen den
beiden Leitern. Wenn der Widerstand 3 ein Bolometer oder ein Thermoelement ist,
das die Leistung anzeigt, die über 3 fließt, dann kann aus der Leistung und dem
gemessenen Widerstand die über 3 vorhandene Spannung bestimmt werden. Wird nun über
der Leitung ein Spannungsanzeiger angebracht, der über die Leitung 2 und 4 hinwegbewegt
wird, etwa eine Gleichrichterstrecke, die so mit der Leitung gekoppelt wird, daß
die Spannungsverteilung über der Leitung nicht gestört wird, so zeigt dieser Spannungsregler
über 3, also auch über dem Leitungsstück 2 die ausder vorhergehenden Leistungsmessung
bekannte Spannung an. Bringt man den Spannungsanzeiger über das Leitungsstück 4,
so zeigt er in jedem Leitungspunkt einen anderen Aussclllag. Da die Spannung über
3 bekannt ist und die Spannung über 4 nach einem bekannten Gesetz von der Spannung
über 3 abhängt, kann jedem Ausschlag des Spannunganzeigers eine absolut bekannte
Spannung zugeordnet werden. Statt einer kurzgeschlossenen Leitungsverlängerung,
wie sie in diesem Beispiel vorausgesetzt wurde, kann prinzipiell auch eine offene
Leitung verwendet werden, deren Länge gleich der halheu Wellcfflänge der verwendeten
Schwingung ist. Es zeigt sich jedoch, daß die Spannungsverteilung bei kurzgeschlossener
Leitung weniger störanfällig ist als bei der offenen Leitung. Voraussetzung für
die Anwendung des Verfahrens ist, daß der Widerstand 3 genau gemessen werden kann.
Derartige WIessungen bereiten indessen keine Schwierigkeiten.
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Bei der Durchführung der Älessung wird die zu messende Spannung an
die Klemmen I der Äleßleitung gelegt. Der Spannungsanzeiger wird an einer beliebigen
Stelle zwischen I und 3, also auf dem Leitungsstück 2 angekoppelt und der Ausschlag
des Anzeigeinsti-uments abgelesen. Dann wird die zu messende Spannung von den Klemmen
I entfernt und ein Hilfssender an die Eingangskiemmen I der Meßleitung gelegt. Dieser
Äießsender nird auf die Frequenz der zu messenden Spannung eingestellt und seine
Amplitude so eingeregelt, daß über den Widerstand eine meßbare Leitung flieht, so
dab die Spannung über 3 meßbar ist. Dann wird der Spannungsanzeiger über das Leitung
stück 4 gebracht und dort der Punkt gesucht, in dem der Ausschlag des Spannungsanzeigers
gleich ist dem durch die unbekannte Spannung hervorgerufenen Ausschlag. Aus der
Entfernung dieses Punktes von 3 der Spannung über 3 und der Wellen länge der Schwingungen
wird dann nach bekannten Formeln die unbekannte Spannung berechnet.
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Ohne den Erfindungsgegenstand auf dieses Schema zu beschtãnken, ist
es ganz aligemein möglich, gemäß dieser Erfindung kleine Spannungen des Dezimeter-
und Zentimeterwellengebicts zu messen dadurch, da£J in einem Hilfskreis, bestehend
aus einer kurzgeschlossenen oder offenen homogenen, verlustfreien bzw. genügend
verlustarmen Energieleitung, auf der sich stehende Wellen ausbilden, ein Punkt ermittelt
wird, in dem die durch einen Hilfssender mit der gleichen Frequenz wie die Äleßfrequcnz
erzeugte Spannungsamplitude an dem ;bleßsystem den gleichen Ausschlag erzeugt wie
die zu messende Spannung. Aus der Entfernung dieses Punktes der Hilfsleitung vom
Spannungsbauch und der vom Hilfssender erzeugten Spannung im Spannungsbauch wird
dann die Spannung in dem ermittelten Punkte des Hilfskreises und damit die gesuchte
Spannung berechnet.
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Nach dem beschriebenen Verfahren können Empfänger, Verstärker, Röhrenvoltmeter
und ähnliche Geräte absolut geeicht werden. Es ist ferner möglich, die in einer
Antenne durch ein elektromagnetisches Feld induzierte Spannung zu bestimmen und
damit, wenn die Antenneneigenschaften bekannt sind, die Feldstärke zu messen.