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Automatisches Impedanzmeßgerät Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung
zur unmittelbaren Beobachtung und quantitativen Messung der Endlast Homogener oder
künstlicher Leitungen am I_ettclitschirm eines Oszillographen. Aii \-ier definierten
Punkten werden der Leitung durch Sonden Prüfspannungen entzogen, in geeigneter Weise
kombiniert und nach Verstärkung den :11>lenhplattcn einer liratinschen Röhre zugeführt.
.#uf dessen L-euclitschirm kann dann nach Wunsch der komplexe Widerstandswert oder
auch keflexionsfaktor des Meßobjekts bzw. die Anpassung eines Verbrauchers an die
Meßleitung abgelesen \%*erden. 1?rgänzt man diese Anordnung durch einen Sender,
dessen Wellenlänge stets den kritischen Sondendistanzen entspricht, sowie durch
rine Regelvorrichtung, die den mittleren Sonden-1>egel unabhängig \ an der Frequenz
macht, so kann finit einem Blick die Frequenzcharakteristik beliebiger Objekte,
z. B. Antennensysteme, Breitbandübertrager, Filter, Breitbandabsorber usw., über
ein breites Frequenzband hin übersehen werden.
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Es sind Anordnungen bekannt, die dazu dienen, den Betriebszustand
von Hochfrequenzenergieleitungen zu überwachen mit Hilfe getrennter Meßgeräte für
Betrag und Phase der Eingangsimpedanz oder auch durch Vergleich zweier Strom- bzw.
spannungsproportionaler Spannungen. Ist die Leitung an mehreren Punkten zugänglich,
so kann man auch in bekannter Weise mehrere in kurzen Abständen längs der Leitung
verteilte Meßpunkte zur Kontrolle vorsehen. Es .ist auch bereits vorgeschlagen worden,
zum Zwecke der Impedanzbestimmung die Spannungsverteilung einer Meßleitun.g auf
dem Schirm einer Braunsehen Röhre abzubilden, was eine bessere Kontrolle des Erregungszustandes
(Ober- und Gleichtaktwellen sowie sonstige Stö-
rungen) und
ein etwas rascheres meßtechnisches Arbeiten ermöglicht; es bleibt jedoch stets noch
das Resultat im Diagramm auszuwerten. Bekannt sind schließlich Impedanzmeßgeräte
nach der Brückenmethode unter Benutzung koaxialer oder hohler Wellenleiter, bei
denen entweder die gesuchte Impedanz nach der Nullmethode durch Kompensation mittels
bekannter Wirk- und Blindwiderstände gemessen wird oder die Störung des Brückengleichgewichts
zur oszillographischen Anzeige des Reflexionsbetrages bei einer oder mehreren Frequenzen
gleichzeitig herangezogen wird.
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In keinem der vorstehend beschriebenen Fälle wird unmittelbar die
Endimpedanz der Leitung nach Betrag und Phase angegeben. Demgegenüber gestattet
die vorliegende Erfindung unter Ausschluß jeder Rechenarbeit oder sonstigen graphischen
Auswertverfahrens den Zusammenhang herzustellen zwischen der auf der Leitung vorhandenen
Dämpfung und Knotenlage und der als Leuchtpunkt oder leuchtender Vektor auf einem
geeichten Oszillographenschirm erscheinenden Objektimpedanz bzw. Admittanz oder
Reflexion.
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Fig. i erläutert den Grundgedanken der Ausführung.
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Die eingangs erwähnten vier Sonden seien in Zwischenabständen von
A'/8 so angeordnet, daß die erste Sonde direkt die Objektspannung anzeigt, d. h.
also, sich am Leitungsende oder (wegen der bei inhomogenen Objekten auftretenden
Feldstörung und der unbequemen Mechanik) besser in @'/2 Abstand vom Leitungsende
befindet (.l' = Wellenlänge auf der Leitung). jede einzelne der Sondenspannungen
werde einem regelbaren Verstärker zugeführt und deren Ausgangsspannungen den Ablenkplattenpaaren
eines Oszillographen so zugeleitet, daß Sonde I auf dem von vorn betrachteten Schirm
eine Auslenkung das Kathodenstrahls nach rechts, Sonde II nach oben, Sonder III
nach links, Sonde IV nach unten bewirken.
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Die jeweiligen Horizontal- bzw. Vertikalausschläge sind somit zurückzuführen
auf die Differenzen der Spannungsbeträge der Sonden 1 und III bzw. II und IV.
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Es werden nun einige charakteristische Belastungsfälle betrachtet:
a) Die Leitung sei an der dem Sender abgewandten Seite kurzgeschlossen. Sonde I
ist spannungslos, Sonde II und IV sind auf gleicher Spannung, ihre Differenzspannung
ist also o, während Sonde III die Maximalspannungder Leitung,anzeigt. Der Leuchtpunkt
wird nach links wandern.
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b) Die Leitung sei an der dem Sender abgewandten Seite offen. Sonde
I und III arbeiten in vertauschten Rollen, für Sonde 1I und IV keine Änderung. Der
Leuchtpunkt wandert nach rechts.
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c) Die Leitung sei mit einer reinen Induktivität bzw. Kapazität abgeschlossen,
wie sie z. B. durch ein Ä78 bzw. 3 278 langes, am Ende kurzgeschlossenes
Leitungsstück des Wellenwiderstandes Z, dargestellt werden kann. Ist Z1 = Z, (Wellenwiderstand
der Meßleitung), so ist die Größe dieser auf Z, bezogenen Reaktanzen +
j bzw. -j.
Wie man sich durch Aufzeichnen der zugehörigen Spannungsverteilung
leicht überzeugt, wird sich der Leuchtpunkt auf der Vertikalen durch den Schirmmittelpunkt
nach oben bzw. nach unten bewegen.
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d) Die Leitung sei mit Zo abgeschlossen. Sämtliche Spannungen sind
gleich groß, alle Differenzen o; der Leuchtpunkt bleibt, falls die zwischen Sondeneingang
und Verstärkerausgang der zueinander gehörigen Sonden I und III bzw. 1I und IV wirksame
Gesamtverstärkung gleich groß ist, in der Mitte.
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Auf Grund dieser Resultate scheint es nahehegend, den Oszillographenschirm
mit einem transparenten Koordinatensystem nach Art des von S m i t h angegebenen
Kreisdiagramms für die Leitungsimpedanz zu überziehen. Eine der Voraussetzungen
hierfür ist jedoch, daß die in jedem der geschilderten Belastungsfälle sich auf
der Leitung ergebende Maximalspannung konstant, also unabhängig von der Art und
Größe der angeschalteten Reaktanz, ist.
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Wie man weiß, ist die relative Spannungsverteilung auf der Leitung
eindeutig vom Ende der Leitung her, also durch (las Meßobjekt, bestimmt; dagegen
ist das absolute \ ix-eau dieser Spannungsverteilung sehr wohl eine Funktion des
Innenwider-#tandes der Spannungsquelle, d. h. es ist aufzufassen als Summe der sich
ausbildenden Vielfachreflexionen zwischen Objekt und Innenwiderstand der am Leitungseingang
liegenden Spannungsquelle. Da man also im vorliegenden Fall mit den Differenzen
absoluter ShaiinuiigsgröL3en arbeitet, wäre der Ort des auf dein Oszillographenschirm
sichtbaren Leuchtpunkts eine Funktion von Objektwiderstand\ und Innenwiderstand
der Spannungsquelle. Diese Komplikation läßt sich dadurch umgehen, daß man die Senderspannung
so in die Leitung einführt, daß deren Eingang für jede vom Objekt reflektierte Welle
mit Z, abgeschlossen erscheint.
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Die Sondenspannungen sind nun unabhängig vom Speisewiderstand der
Leitung, da die aus der Quelle heraus auf der Leitung vorlaufende Spannung L', nur
einmal ain Objekt reflektiert wird. Die rückläufige Spannung 1-,-p (j)=
p - e i4' = komplexer Reflexionsfaktor des Objekts) wird vom Innenwiderstand
3i1=7., geschluckt.
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Nach Ausgleich der unterschiedlichen Sonden-und Ablenksystemempfindlichkeiten
durch die Verstärkung der Einzelverstärker läßt sich nun erreichen, daß der Leuchtpunkt
sich in jedem der geschilderten Belastungsfälle der Leitung auf den zugehörigen
Ort des Smithschen Diagramms einstellt.
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Damit ist jedoch noch nicht bewiesen, daß der Leuchtfleck für beliebige
Reaktanz den Reaktanzkreis des Diagramms durchläuft, noch daß er für eine beliebige
Impedanz der durch das Diagramm definierten Gesetzmäßigkeit folgt.
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Es gilt daher, durch die Rechnung allgemein zu beweisen: a) daß bei
konstanter Dämpfung d auf der Leitung, jedoch beliebiger Distanz (lm;") des Minimums
vom Objekt der Leuchtpunkt Kreise um den
Schirmmittelpunkt r = N/Zo
= i beschreibt, deren Radius UP eine lineare Funktion der absoluten Objektreflexion
ist, b) daß der Leuchtpunkt bei beliebigem d bzw. p, jedoch konstanter Knotenlage
1.1" und damit konstantem Phasenwinkel cf" des Reflexionsfaktors sich auf einem
Radius des Kreisdiagramms bewegt, dessen Neigung gegen die horizontale Achse definiert
ist durch 99 - 7 + 2a' lmi" (2)
-= Wellenzahl der Leitung (s. Fig. 2). Man faßt zu diesem Zweck das Problem noch
etwas allgemeiner als in dem eingangs demonstrierten Beispiel und sucht gleichzeitig
festzustellen, ob es noch andere als die oben angeführten Sondenstellungen gibt,
die den gestellten Bedingungen genügen.
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Geeignet erscheint eine symmetrische Gruppierung der Sonden I und
1I bzw. III und IV um die
Man kann nun die Differenzen der gleichgerichteten Spannungen (U-- ' U?
) bilden, und zwar zwischen den Sonden 1 und Il bzw. III und IV,
wo k eine durch den Verstärkungsfaktor der Verstärker regelbare Konstante darstellt,
die die unterschiedlichen Gleichrichterwirkungsgrade und Plattenempfindlichkeiten
des Oszillographen usw. mitenthält und für alle vier Spannungen gleich groß gemacht
werden muß.
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Und damit ergibt sich die radiale Strahlauslenkung zu:
Punkt a) der Bedingung ist somit erfüllt. Der Betrag des Radiusvektors ist bei steifer
Vorlaufspannung, d. h. Senderspannung konstant und Leitungseingangswiderstand NI
= ZO' sowie definierten und gleichen Abständen x der Sonden von den Zentren
A und B nur bestimmt durch den Betrag der Objektreflexion p. Dagegen
ist er unabhängig vom Phasenwinkel 99 des Objekts und damit von der Knotenlage auf
der Leitung. Orte A (Objektdistanz = A'/4) bzw. B (Objektdistanz 3
7,'/8). Die den Sonden angebotenen Spannungen ergeben sich der Reihenfolge nach
(s. Fig. 3)
wobei L', willkürlich auf das Leitungsende bezogen sei.
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Da die Spannungsdifferenzen erst nach Gleichrichtung der HF-Spannungen
gebildet werden, interessieren nur deren Beträge.
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Die weitere Rechnung zeigt, daß zur Beschreibung des Kreisdiagramms
nur quadratische Kennlinie der gesamten Meßanordnung, bestehend aus Verstärker und
Gleichrichter, brauchbar ist.
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Es ergibt sich also: was mit dem eingangs zitierten Beispiel nicht
im @N'iderspruch steht, wenn man x = ,l'/8 macht Bildet in.-in nun das Verhältnis
der Spannungsdifferenzen, so erhält man den Neigungswinkel ; des Vektors zu:
Wie man sieht, wird e identisch mit 9p, wenn man die Differenzspannung (I-11) umpolt.
Demnach ist auch Punkt b) der obengenan:nten Voraussetzung für.die Verwendung des
Smithschen Diagramms erfüllt.
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Die bisherigen Ableitungen schließen es natürlich nicht aus, daß bei
anderen Kennlinien der Gesamtapparatur als der hier vorgeschlagenen quadratischen
die daraus entstehenden Abweichungen vom strengen Verlauf des Smithschen Diagramms
durch Nacheichung berücksichtigt werden. Im allgemeinen wird eine solche Korrektur
allein schon durch die normalerweise gewölbte Front großer Kathodenstrahlröhren
notwendig werden.
Den Faktor sin 2 ä x der Gleichung (6), der grundsätzlich
mit in dieKonatante hineingenommen werden kann, wird man so groß wie möglich zu
machen versuchen:, um an Verstärkung sparen zu können. Für sin 2 ä x = i wird die
Sondendistanz = .i'/8; es ist dies genau das anfangs erwähnte Beispiel. Ein weiterer
Spezialfall ist der, daß Sonde 1I und III sich decken (x = R'/16). Wieder ist die
Sondendistanz = i%8, sin 2a 'x
jedoch nur 0,7. Man kann also grundsätzlich
auch mit drei Sonden auskommen, wenn man einige Unannehmlichkeiten der nachfolgenden
Schaltung mit in Kauf nimmt.
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Es ist weiterhin möglich, die Sondenzentren A und B ari andere als
die in der Rechnung gewählten Orte zu verlagern. Zum Beispiel kann Zentrum A an
alle jene Orte verlegt werden, deren Distanz vom Objekt = m-A'/8 (m = 2, 4, 6, 8
... ) und ebenso Zentrum B an alle jene Orte, deren Objektdistanz
--- n-.1'18, (n = 1, 3, 5, ,7. . .). Durch derartige Verlagerungen
ändert sich nichts am Betrag des am Leuchtschirm gebildeten Radialausschlags, dagegen
sind die zueinander gehörigen Plattenpaare jeweils so umzupolen, daß e und der Phasenwinkel
des Objekts übereinstimmen. Die frei wählbaren Größen n und m wird
man in der Praxis so klein wie möglich halten, um die Frequenzempfindlichkeit zu
vermindern. Wie schon oben erwähnt, ist hesonders n = 3 und m = 2
zu empfehlen.
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1Nlan hat sich bisher nicht festgelegt bezüglich der Verstärkung der
von den Sonden gelieferten Spannungen noch bezüglich deren Modulationsart bzw. Kurvenform.
In der Tat läßt sich der durch die behandelten Gleichungssysteme festgelegte Prozeß
technisch in verschiedenster Weise realisieren.
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Die unmodulierte Trägerwelle verlangt vier Gleichstromverstärker mit
erheblichem Aufwand an Stabilisationsmitteln.
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Bei Modulation der Trägerwelle sollte bevorzugt die Rechteckform gewählt
werden (Modulationsgrad iooo/o), da wegen der unvermeidlichen Frequenzverwerfung
bei allen anderen Modulationsformen mit zeitlich langsamem Spannungsanstieg und
großen Modulationsgraden die Spannungsverteilung auf der Leitung gefälscht werden
kann.
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Möglich sind nun u. a.: Bei modulierter oder unmodulierter Trägerwelle
ein einziger Verstärker mit vor- und nachgeschaltetem Umschalter (Fig. rb), der
die vier Sondenspannungen nacheinander an den Verstärkereingang bringt und sie am
Verstärkerausgang nach Gleichrichtung auf die vier Platten verteilt. Der Amplitudenausgleich
unter den Sonden erfolgt am Sondenausgang. Die parallel zu den hochohmigen Widerständen
RS bis Re liegenden Kondensatoren müssen so bemessen sein, daß sie die ihnen durch
den Umschalter zugeführten Gleichspannungen während eines Umlaufs des Drehschalters
aufrechterhalten. Am Ende eines Schalterumlaufs kann man sämtliche Plattenspannungen
über' vier gleich große, geeignet dimensionierte Widerstände kurzschließen und damit
den Leuchtpunkt auf _W/Z,) = i, d. h. auf Schirmmitte, zurückführen. Es entsteht
so für das Auge der Eindruck eines Leuchtvektors, der den komplexen Reflexionsfaktor
p des Meßobjekts darstellt. Der Aufbau der vier Plattenspannungen und damit des
Impedanzwerts auf dem Leuchtschirm sollte in einem Zeitraum erfolgen, der klein
ist gegen die Umlaufdauer des Schalters, um störende, zum eigentlichen Meßpunkt
nicht gehörende Linien am Oszillographenschirm zu vermeiden. Das Kurzschließen der
Sondenspannungen nach jedem Schalterumlauf gestattet weiter, rasche Änderungen am
Meßobjekt vorzunehmen, die dann unmittelbar und trägheitslos am Schirm beobachtet
werden können.
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Eine weitere Lösung bei modulierter oder unmodulierter Trägerwelle
mit nur einem Verstärker wäre die, nur eine Sonde auf der Leitung entlang zu führen
und den im Ruhezustand blockierten Verstärker an den durch die Gleichungssysteme
festgelegten Orten zu öffnen, z. B. mit Hilfe einer zweiten Wellenmesserleitung,
deren Phasengeschwindigkeit gleich einem Viertel der der eigentlichen Meßleitu@ng
wäre, und synchron die gleichgerichteten Verstärkerausgangsspannungen auf die Platten
zu verteilen.
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Vorzuziehen sind wohl Lösungen ohne zusätzliche Schaltermechanik.
Eine Ausführungsform mit modulierter Trägerwelle und nur zwei Verstärkern, ohne
Schalter, ergibt sich, wenn man die Differenzen der Sondenpaarspannungen bereits
am Sondenausgang bildet. Man erhält dann eine Rechteckspannung bzw. bei Resonanzverstärkern
eine Sinusspannung am Verstärkerausgang, deren Amplitude den abgeleiteten Bedingungen
entspricht, deren Phase jedoch um i8o° springt, wenn der Pegel der einen Sonde,
bezogen auf den ihres Partners, negativ oder positiv wird. Das Vorzeichen dieser
Pegeldifferenz bestimmt darüber, ob der Kathodenstrahl, z. B. von den Horizontalplatten,
nach rechts oder links von der Schirmmitte aus abgelenkt wird. Zur Umsetzung dieses
Phasensprungs von i8o° in eine Vorzeichenänderung der Plattengleichspannungen der
Braunschen Röhre fügt man zur Ausgangswechselspannung eine gleichfrequente Rechteck-
bzw. Sinusspannung von konstanter Phase (o bzw. 18o° bezogen auf die Phase der Ausgangswechselspannung
der Verstärker) und etwas mehr wie maximaler Verstärkerausgangsamplitude hinzu.
Zieht man von der gleichgerichteten Summe beider Wechselspannungen eine Gleichspannung
ab, die in ihrer Höhe der zugeführten Wechselhilfsspannung entspricht, so erhält
man eine bezüglich der Symmetriemitte der Ablenkplatten positive bzw. negative Gleichspannung,
entsprechend dem Pegelunterschied der Sonden.
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Die einfachste und gleichzeitig stabilste Ausführungsform bei unmodulierter
bzw, modulierter Trägerwelle ergibt sich, wenn jede der vier Sonden ihren unabhängigen
Gleichspannungs- bzw. Resonanzverstärker besitzt (Fig. i a). Die Gleich.spannungsverstärker
bzw. die am Ausgang der Resonanzverstärker befindlichen Gleichrichter liefern ihre
Gleichspannung an je vier Ladekondensatoren, die von Hochohmwiderständen überbrückt
sind.
Die Zeitkonstante dieser R/C-Kombination wird so eingestellt, daß Änderungen am
MeBobjekt ohne allzu große Trägheit an der Braunschen Röhre verfolgt werden können.
Der zu messende Impedanzwert erscheint am Schirm des Oszillographen als Leuchtpunkt
oder, wenn man die Ladekondensatoren periodisch über Widerstände entlädt, als Leuchtvektor.
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Die praktische Verwirklichung der gesamten illel3anordnung stützt
sich auf bekannte Bauelemente. Entsprechend den obigen Ableitungen wird eine quadratische
Kennlinie der Anlage zwischen den Sondenein- und den Verstärkerausgängen benötigt.
Besonders geeignet erscheinen Kristalldetektoren, die bei den inFrage kominendenkleinen
HF-Spannungen nur wenig von der idealen quadratischen Kennlinie abweichen und sich
auch hinreichend stabil und erschütterungsunempfindlich herstellen lassen. Die Verstärker
müssen dann linear arbeiten.
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1)ie Sonden selbst können selektiv oderaperiodisch ausgeführt sein,
je nach Oberwellengehalt des Senders. Bei raschem Frequenzwechsel ist die aperiodische
Sonde vorzuziehen, da sie keine Abgleicharbeit erfordert. Man wird jedoch aus Sicherheitsgründen
ein Filter zwischen Sender und Leiturig schalten, wobei darauf zu achten ist, daß
der Speisewiderstand der Leitung, der ja laut Bedingung gleich dem Wellenwiderstand
der Leitung :ein muß, durch die Abstimmung des Filters nicht beeinflußt wird. Eine
geeignete Schaltung zeigt Fig. 4.
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Der nach obigen Gesichtspunkten gebaute Impedanzmesser ist betriebsfertig,
wenn die Plattenspannungen absolut und untereinander so abgeglichen sind, daß das
auf dem Leuchtschirm befindliche Diagramm von allen vier Teilspannungen bis zum
Reaktanzkreis ausgesteuert wird. Man wählt als Abschlußwiderstand der Meßleitung
zunächst einen Kurzschluß und stellt den Leuchtpunkt oder -vektor durch Regelung
des Verstärkungsgrades des zugehörigen Verstärkers 3 auf Ji/Zo = o, während alle
anderen Verstärker auf o gestellt sind. Bei leerlaufender Leitung regelt man dann
V, auf den Diagrammort N/Zo = ooE Man beläßt die Verstärkungsregler von 1i und h3
auf ihren Stellungen und sucht sich eine Induktivität, die den Leuchtpunkt wieder
in die Schirmmitte zurückführt, was ein Kriterium dafür darstellt, daß die induktive
lteaktanz ' ` = + jZo ist, da für diesen Fall Sonde I und III gleiche Spannungen
führen, während Sonde IV spannungsfrei ist. Man schiebt also den Leuchtpunkt mittels
V2 auf j1. Legt man nun an das Leitungsende eine kapazitive Reaktanz, dergestalt,
daß der Leuchtpunkt wieder auf o zurückwandert, so ist die Endlast W = -jZo und
man dreht h4 auf _N/ZO = - j1. Am besten verwendet man zur Durchführung dieser Eichung
eine Hilfskoaxialleitung, die am Leitungsende angeschlossen wird und in der ein
Kurzschlußkolben um verschoben werden kann. An Stelle dieser Hilfsleitung lassen
sich auch verlustfreie Schwingkreise verwenden, die von Serien- auf Parallelresonanz
umschaltbar sind und somit ebenfalls den Reaktanzkreis des Schirms zu durchlaufen
gestatten.
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Sind sämtliche vier Sonden vollkommen gleichartig aufgebaut, so daß
die Abhängigkeit der von ihnen gelieferten Spannung von der Frequenz bei allen die
gleiche ist, so genügt es, beim Übergang auf eine andere Meßwelle die Sonden in
die in obigen Ableitungen erwähnten Stellungen zu bringen, was am einfachsten mit
Hilfe einer Schere (Fig. 5) erfolgt, und den Leuchtpunkt mittels der Senderamplitude
bei beliebiger reaktiver Last auf den Reaktanzkreis zu schieben, um die Apparatur
wieder betriebsfertig zu machen.
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Ein weiterer Schritt zur Automatisierung der Messung in einem größeren
Frequenzbereich besteht darin, die in die Leitung eingespeiste Sen@derspannung U,
durch einen Regelverstärker 1s zu kontrollieren. Man kann zu diesem Zweck z. B.
an'
den Kondensator C, (i/wCl < ZO, Fig. 4) eine fünfte Sonde, die
gleiche Frequenzcharakteristik wie die übrigen vier Sonden hat, ankoppeln, die von
ihr gelieferte Spannung verstärken, gleichrichten und in bekannter Weise durch Vergleich
mit einer konstanten Gleichspannung zur Beeinflussung der Senderamplitude verwenden.
je kleiner die zur Steuerung des geregelten Netzgeräts GN nötige Regelgleichspannung
ist im Vergleich zu der Höhe der konstanten Gleichspannung, desto größer ist die
Genauigkeit, mit der der Randkrei:spegel am Oszillographen konstant gehalten werden
kann.
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Schließlich ist es noch möglich, die Stellung der Sonden und die Senderwellenlänge
in einen den abgeleiteten Distanzbedingungen entsprechenden Gleichlauf zu bringen,
d. h. primär die Senderwelle zu verändern und sekundär durch eine selbsttätige.
Regelung die Sonden so nachzustellen, oder umgekehrt primär die Sonden und sekundär
die Wellenlänge, daß die Distanzbedingungen stets erfüllt sind. Dies kann entweder
aufrein mechanischem -Wege durch ein Getriebe mit zwischengeschalteter Kurvenscheibe
erfolgen, wobei letztere die meistens nicht lineare Abhängigkeit von Senderwelle
und Drehwinkel des Drehkondensators zu berücksichtigen gestattet, oder allgemein
unter Benutzung einer zusätzlichen Wellenmesserleitung, deren Phasengeschwindigkeit
gleich der der Hauptleitung ist und deren scharfe Miniara zur Beeinflussung eines
Servomotors dienen, .der seinerseits die Senderwelle jeweils auf die neue Sondenstellung
bzw. die Sonden jeweils auf die neue Senderwellenlänge nachstellt.
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Fig. 4 und 6 dienen zur weiteren Erklärung. Die Hilfsleistung
HL sei am Ende dauernd kurzgeschlosesn, die beiden auf ihr entlang zu führenden
Sonden sind mit Sonde I (Fig. 4) der HauptmeB-leitung ML mechanisch gekoppelt
und elektrisch gegeneinandergeschaltet, so daB für den Fall, daB die beiden Sonden
symmetrisch zu einem Minimum stehen, die von ihnen gelieferten Spannungen sich gegenseitig
auslöschen (Fig.6). Am Ausgang des Verstärkers he wird nun in der bereits oben besprochenen
Weise
eine Hilfswechselspannung Uh
der Modulationsfrequenz und gleicher oder entgegengesetzter
Phase wie .diese in Serie zu .der Ausgangswechselspannung des Verstärkers geschaltet,
so daß hinter den Gleichrichtern nach Abzug einer amplitudenmäßig der Hilfswechselspannung
Uh entsprechenden Gleichspannung eine resultierende Gleichspannung zur Verfügung
steht, die je nach der Sondenstellung bezüglich des Minimums positiv oder negativ
gepolt ist. Die so zur Verfügung stehendeRegelgleichspannung kann entweder direkt
über einen Servomotor h1 oder unter Zwischenschaltung eines polarisierten Relais
PR zur Verstellung des Senderdrehkondensators bzw. der Sondenschere verwendet werden.
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Führt man nun die vier Meßsonden mit Hilfe ihrer Schere und einer
motorgetriebenen Leitspindel gleichförmig über die Meßleitung hin und her, so werden
die Hilfssonden mitgenommen und stellen mit der nachfolgenden Regelautomatik z.
B. den Senderdrehkondensator so nach, daß die Meßleitung mit der Wellenlänge beschickt
wird, die der jeweiligen Sondenstellung entspricht. Gleichzeitig sorgt der Amplitudenregelverstärker
dafür, daß die eingespeiste Spannungsamplitude eine konstante maximale Leuchtschirmamplitude
(Reaktanzkreisradius) erzeugt. Die eventuell vorhandene Regelträgheit in der Frequenznachstellung
kann auf mechanischem Wege kompensiert werden. An Stelle die Sonden über die Schere
primär anzutreiben und die Senderwelle nachzustellen, kann man, wie erwähnt, natürlich
auch den Senderdrehkondensator primär verstellen und die Sonden mit Hilfe der Regelspannung
nachstellen.
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Das beschriebene Verfahren ist grundsätzlich bei Kurz-, Mittel- und
Langwellen ebensogut anwendbar, wie bei cm-, dm- und m-Wellen, wenn die homogene
glatte Leitung durch eine künstliche mit der gewünschten Phasengeschwindigkeit ersetzt
wird. Eine solche Leitung kann in bekannter Weise homogen (Spulenleitung) oder auch
aus diskreten verkoppelten oder unverkoppelten Reaktanzvierpolen aufgebaut werden,
deren Phasenwinkel/Glied io° für die kürzeste jeweils verwendete Welle nicht überschreiten
soll, um geringen Frequenzgang der elektrischen Charakteristika und stetigen Kurven-"erlauf
zu gewährleisten.
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Die wesentlichen Vorteile der beschriebenen Apparatur können kurz
so zusammengefaßt werden: i. Die interessierende Objektivimpedanz bzw. -reflexion
wird ohne zusätzliche Auswertarbeit und in einem Bruchteil der bisher benötigten
Zeit unmittelbar nach Betrag und Phase dargestellt.
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2. Die Auswirkungen evtl. mechanischer oder elektrischer Veränderungen
am Meßobjekt auf dessen Impedanz können während der Änderungen selbst beobachtet
werden, wobei der Charakter des Diagramms Parallel- oder Serienkompensationen bei
Fehlanpassung wesentlich erleichtert.
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3. Bei vollautomatischem Gerät läßt sich die Breitbandcharakteristik
von Objekten, :die bisher aus einer Summe von Einzelmessungen gewonnen wurde, in
kürzester Zeit unmittelbar darstellen (Fig. 7), wobei Meßbereiche von etwa zwei
Oktaven durchaus realisierbar erscheinen.
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Das Gerät stellt ein abgeglichenes Ganzes dar, das in seinem elektrischen
Aufbau und seiner Mechanik notwendig all die Erfahrungen vereinigen muß, die der
Experimentator jeweils erst mit großem Zeitverlust sammeln muß.
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Beim Übergang von einem Meßbereich auf einen anderen ist nur der hochfrequente
Teil der Anordnung auszuwechseln.