DE846868C - Verfahren und Anordnung zur Messung der Phasenverzerrungen und der Daempfung in Vierpolen, insbesondere in Kabeln - Google Patents

Description

Tn der Fernmeldetechnik ist es bekannt, daß man die Messung der Gruppenverzögerung τ einer Welle mit der Frequenz / auf die Messung der Phasenverschiebung Äff zurückführen kann, welche eine Welle mit der Frequenz /'", die die Frequenz / in der Amplitude moduliert, erleidet, hierbei ist F klein gegen /'. Man erhält so einen Mittelwert der Gruppenverzögerung j_m in dem Bereich f — F, f + F, der für praktische Bedürfnisse r hinreichend ίο angenähert ist, sofern /· klein genug ist.

Setzt man /·' = \f und 2.τ ■ Af = Ao), so kann

la;
man zeigen, daß r_m = . während τ der Quotient

.. der 1 Mffereutiale ,' ist.

Die Änderung der Gruppenverzögerung in Abhängigkeit von der Frequenz hat liesondere praktische Bedeutung, da von dieser Veränderung und nicht von dem absoluten Wert der Gruppenverzögerung die Deformation des übertragenen Signals abhängt. Man hat deshalb schon Verfahren vorgeschlagen, um die Differenz Ir = x_m — t„,₍₎ zwischen der Gruppenverzögerung einer Welle, deren Frequenz / sich in dem zu übertragenden Band ändern kann, und derjenigen einer Welle mit der festen Frequenz /₀ zu messen.

Da der zu prüfende Vierpol ein Kabel λόιι großer Länge bis zu mehreren hundert Kilometern sein kann, ist es für die Bequemlichkeit der Messungen wichtig, daß die an einem Ende angeordnete Appa-

ratur nicht dauernd mit dem anderen Ende durch eine Hilfsleitung verbunden sein muß. Andererseits ist es wünschenswert, daß die Meßkreise nicht systematisch der zu messenden Welle eine störende Phasenverschiebung auferlegen, was eine der Genauigkeit abträgliche Berichtigung erforderlich machen würde, noch eine störende Dämpfung, was in dem Fall störend sein würde, wo man die Messung der Dämpfung zugleich mit der Messung der to Gruppenverzögerung vornimmt.

Die Erfindung hat ein Meßverfahren zum Gegenstand, welches diese Mangel vermeidet. Das Verfahren der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß zur Messung der Differenz der von einem Vierpol an zwei Wellen mit der Frequenz /₀ und f hervorgerufenen Gruppenverzögerungen diese beiden Wellen, welche in der Amplitude durch zwei Frequenzen F_% bzw. F moduliert werden, von denen die eine ein Vielfaches der anderen ist, d. h. ao F = η F₀, gleichzeitig dem Eingang des Vierpols zugeführt und an seinem Ausgang die l>eiden Wellen demoduliert und die Modulationsfrequenzen F₀ und F getrennt werden, wobei die Frequenz F₀ ihrerseits in dem Verhältnis η vervielfacht wird, *5 worauf die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen gleicher Frequenz durch ein bekanntes Verfahren gemessen wird.

Um ein genaues Phasenverhältnis zwischen den

beiden Modulationsfrequenzen herzustellen, werden diese vorzugsweise von einem einzigen Generator erzeugt, wobei die eine von ihnen dann durch eine Vervielfachungsstufe geht.

Am Ausgang des Vierpols wird durch einen Detektor mit geringer Eingangskapazität und Stromweichen jede der Modulationsfrequenzen F₀ und F isoliert. Die Frequenz F₀ wird ihrerseits in dem Verhältnis η vervielfacht, so daß man zwei Wellen mit gleicher Frequenz F erhält, von denen die eine die Phasenverschiebung Δφ₀ aufweist, welche der Übertragung der Welle mit der Bezugsfrequenz /₀ entspricht, und die andere die Phasenverschiebung Αφ, welche der Welle mit der veränderlichen Frequenz / entspricht. Wenn ψ die Differenz zwischen diesen beiden Phasenverschiebungen ist, wobei ψ durch an sich bekannte Verfahren gemessen wird, erhält man

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.

Fig. ι zeigt ein Prinzipschema der gesamten Anlage;

Fig. 2 ist ein Schaltungsschema des Gerätes für die Messung der Phasenverschiebung;

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Messung der Phasenverschiebung unter Verwendung einer Kathodenröhre ;

Fig. 4 ist ein Schema einer vereinfachten Anlage für die Messung der Dämpfungsdifferenzen;

Fig. 5 zeigt einen Differentialdetektor zur Anwendung bei der Anlage nach Fig. 4.

In Fig. ι ist 1 ein Oszillator für Niederfrequenz, der eine Frequenz F₀ erzeugt, welche in dem Modulator 3 die feste, von dem Hochfrequenzgenerator 2 erzeugte Frequenz f₀ moduliert. Die Frequenz F₀ wird in dem Vervielfacher 4 vervielfacht, und die so erhaltene Frequenz F = η F₀ geht durch den Phasenschieber 5, bevor sie in dem Modulator 7 die von dem Generator 6 erzeugte Schwingung von veränderlicher Frequenz / moduliert.

Die beiden modulierten Wellen werden in der Mischstufe 8 gemischt und sodann dem Vierpol 9 zugeführt. Auf den Abschlußkreis 10 des Vierpols folgt unmittelbar der nicht selektive Detektor 11, hinter welchem die Eingänge von.zwei Bandfiltern 12 und 13 parallel angeschlossen sind, welche die beiden Modulationsfrequenzen F und F₀ trennen und isolieren. Die Frequenz F₀ wird mit η in dem Vervielfacher 14 vervielfacht, so daß man in den beiden Kanälen die gleiche Frequenz F erhält. Diese beiden Wellen F^J'i» und F^J'i weisen eine relative Phasenverschiebung ψ = Αφ — Αφ₀ auf, welche von der Frequenz / abhängt. Diese Phasenverschiebung wird durch den Phasenmesser 15 gemessen.

In dem allgemeinen Fall bewirken der Modulator 7 und der Mischer 8 eine Gruppen verzögerung, die sich in Abhängigkeit von der Frequenz / ändern kann. Um diese Fehlerursache auszuschalten, wird der Phasenschieber 5 so ausgebildet, daß er an den Eingang des Vierpols 9 einen Strom von konstanter Phase bei jedem Wert von / liefert. Die Konstanz dieser Phase wird mittels des Detektors 11' der Filter 12' und 13', des Vervielfachers 14' und des Phasenmessers 15' ül>erwacht, wobei die Aufgaben dieser Organe die gleichen sind wie die der Organe 11 bis 15.

In dem besonderen Fall, wo die Bemessung der Organe durch ihren Aufbau am Eingang des Vierpols 9 die Erzeugung einer konstanten Umhüllungsphase gestattet, kann man selbstverständlich die Geräte 5, 11', 12', 13', 14' und 15' weglassen.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Schema der Einrichtung 15 für die Messung der Phasenverschiebung. In einem der beiden Kanäle sind ein Verstärker 16, ein Dämpfungsglied 18 und ein Phasenschieber 20 und in dem anderen Kanal gleiche Organe angeordnet, die mit 17, 19, 21 bezeichnet sind. Die beiden Kanäle werden in dem Mischer 22 vereinigt, in dem Detektor 23 demoduliert und dem Anzeigegerät 24 zugeführt. Die Dämpfungsglieder 18 und 20 sowie die Phasenschieber 20 und 21 bedient man in der Weise, daß das Anzeigegerät 24 auf Null gebracht wird. In diesem Augenblick entnimmt man aus den Ablesungen der Phasenschiel>er 20 und 21 den Wert des Winkels ψ.

Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine weitere Ausführungsart des Gerätes für die Messung der Phasenverschiebung unter Verwendung eines OsziHographen. Die Ströme jedes Kanals gehen durch zwei Verstärker 25 bzw. 26, zwei Dämpfungsglieder 27 bzw. 28 und zwei Phasenschieber 29 bzw. 30 und erregen dann einerseits die Platten für die horizontale Ablenkung der Kathodenröhre 31,

andererseits ihre Platten für die senkrechte Ablenkung. Wenn die l>eiden Spannungen in Phase oder Gegenphase sind, Iveohachtet man auf dem Schirm der Röhre eine Gerade. Dieses Verfahren ist schneller als die oben beschriebene Xullmethode in dem Sinne, daß es keine strenge Gleichheit der Amplituden verlangt. Hingegen verhindert die Stärke des Leuchtflecks die Beobachtung von kleinen Phasenabweichungen, z. ß. kleiner als i^c.

ίο Die Erfindung sieht in diesem Fall oder in anderen ähnlichen Fällen, welche andere Beobachtungsmethoden l>etreffen, vor, die l>eiden Frequenzen /·" durch Frequenzvervielfacher, wie 32 und 33 in dem Beispiel der Fig. 3, um den gleichen Faktor/) zu vervielfachen. Wenn/) z.B. gleich fünf gewählt wird, l>eträgt die Meßgenauigkeit o,2° für die !'hase der Frequenz /·', bei einer Ablesegenauigkeit von 1" für die Frequenz 5 F.

Aus Fig. ι und 2 ergibt sich, daß die Dämpfungsglieder 1S und 19, die mit fester Frequenz arbeiten, den Vergleich der Dämpfungen der Bezugswelle /„ und der veränderlichen Welle f gestatten. Zur Durchführung dieses Vergleichs muß der Pegel und der Modulationsgrad der veränderlichen Welle am Hingang des Vierpols 9 konstant bleiben, und die von den Phasenschiel>ern bewirkte Dämpfung darf sich nicht mit ihrer Einstellung ändern. Diese Bedingungen sind durch bekannte Maßnahmen leicht erfüllbar.

Fig. 4 zeigt als Ausführuiigsbeispiel eine Schaltung gemäß der Erfindung, welche die Messung der Dämpfungsdifferenzen unter Ausschluß der Differenzen der Gruppenverzögerungen ermöglicht. Die Apparatur kann dann vereinfacht werden, da die Frequenzen F und F₀ nicht mehr im Verhältnis von Vielfachen zu stehen brauchen. In dieser Figur ist 34 ein Niederfrequenzoszillator zur Erzeugung einer Frequenz F₀, welche durch den Modulator 36 die feste, von dem Hochfrequenzoszillator 35 erzeugte Frequenz f₀ moduliert. Ebenso moduliert der Oszillator 37 mit der Frequenz F durch den Modulator 39 die von dem Generator 38 erzeugte Schwingung mit der veränderlichen Frequenz /. Diese beiden modulierten Frequenzen werden ül>er den Mischer 40 dem durch den Kreis 42 abgeschlossenen Vierpol 41 zugeführt. Mit Hilfe des Detektors 43 und der Filter 44 und 45 können die Frequenzen F₀ und F getrennt erhalten werden. Tn jedem der l>eiden Kanäle ist ein Verstärker und ein Dämpfungsglied angeordnet, 46 und 48 für den Kanal /^; ₀, 47 und 49 für den Kanal F. 50 bezeichnet ein Gerät oder eine Gruppe von Geräten, welche es ermöglichen, die Gleichheit der Pegel zu beobachten, die man durch Einstellung der Dämpfungsglieder 48 und 49 erreicht.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsart des Gerätes 50 der Fig. 4 unter Verwendung eines Differentialdetektors.

Dieser Detektor besteht im wesentlichen aus zwei Dioden 51 und 52. Da die Punkte A und B am Ausgang der Dämpfungsglieder 48 bzw. 49 angeschlossen sind (Fig. 4), erhält die Anode 53 der Diode 51 die Spannung der Welle F₀. Die Gleichkomponenten der gleichgerichteten Ströme gehen in umgekehrter Richtung in das Galvanometer 55. Man bringt das Galvanometer durch Einstellung der Dämpfungsglieder 48 und 49 (Fig. 4) auf Null und liest dann an den letzteren die Differenz zwischen der Dämpfung der Wellen F und F₀ ab, woraus man die Differenz zwischen der Dämpfung der Welle mit veränderlicher Frequenz f und derjenigen der Bezugswelle mit der festen Frequenz f₀ folgert.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Vergleichung der Gruppenverzögerung und gegel>enenfalls der Dämpfung, die von zwei einen Vierpol durchlaufenden Wellen mit bestimmten Frequenzen verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese beiden Wellen durch je eine Spannung mit Frequenzen, von denen die eine ein Vielfaches der anderen Frequenz ist, moduliert, die l>eiden modulierten Wellen dem Eingang des Vierpols gleichzeitig zugeführt und ferner die beiden wiederhergestellten Modulationsspannungen getrennt werden, worauf die Frequenz der einen dieser Spannungen durch Vervielfachung der Frequenz der anderen Spannung gleichgemacht und schließlich zwischen diesen beiden Spaninnigen die Phasenverschiebung gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der einen Welle fest und die der anderen Welle in den Grenzen des durch den Vierpol übertragenen Bandes vcränderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Modulationsfrequenzen durch Vervielfachung der anderen erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Vergleichung der Dämpfungen, unter Ausschluß der Gruppenverzögerungen, getrennt die beiden Wellen durch zwei Spannungen mit beliebigen Frequenzeti moduliert, die l>eiden modulierten Wellen gleichzeitig am Eingang des Vierpols zuführt, sie am Ausgang des Vierpols demoduliert, die beiden wiederhergestellten Modulationsspannungen trennt und ihre Pegeldifferenz mißt.

5. Anordnung zur Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile umfaßt: i. eine Sendeeinrichtung, bestehend aus zwei Hochfrequenzoszillatoren, einem niederfrequenten Oszillator, welcher einerseits die Spannung des einen Hochfrequenzoszillators und andererseits über einen Frequenzvervielfacher und einen regelbaren Phasenschieber die Spannung des anderen Hochfrequenzoszillators moduliert, und einem Mischer, in welchem die beiden modulierten Spannungen vereinigt werden und welcher den Vierpol speist; 2. eine Empfangseinrichtung, bestehend aus einem Abschlußkreis und einem nicht selektiven Detektor, die am Ausgang des Vierpols angeordnet sind, zwei

' Bandfiltern, die am Ausgang des Detektors parallel angeordnet und auf je eine der l*eiden Modulationsfrequenzen eingestellt sind, einem Frequenzvervielfacher, der am Ausgang des auf die niedrigere der beiden Frequenzen eingestellten Bandfilters angeordnet und so ausgebildet ist, daß er diese der höheren Frequenz gleichmacht, und einem Gerät zur Messung der Phasenverschiebung zwischen den beiden so erzeugten Frequenzen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Konstanz der Phase am Eingang des Vierpols außerdem am Eingang des Vierpols eine Empfangseinrichtung vorgesehen ist, die der am Ausgang dieses Vierpols angeordneten Empfangseinrichtung entspricht.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Messung der Phasenverschiebung an jedem seiner beiden Eingangskreise einen Verstärker, ein regelbares Dämpfungsglied und einen regelbaren Phasenschieber aufweist, wobei die Ströme in diesen l>eiden Kreisen dann in einem Mischer vereinigt werden und über einen Detektor ein Gerät für Nullanzeige speisen.

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät für die Messung der Phasenverschiebung in jedem seiner beiden Eingangskreise einen Verstärker, ein regelbares Dämpfungsglied, einen regelbaren Phasenschieber und andererseits eine Kathodenstrahlröhre aufweist, deren eines Plattenpaar mit einem der Phasenschieber und deren anderes Plattenpaar mit dem anderen Phasenschieber verbunden ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Meßeinrichtung für die Phasenverschiebung ein Frequenz vervielfacher am Ausgang jedes Phasenschiebers eingeschaltet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichung der Dämpfungen, unter Ausschluß der Vergleichung der Gruppenverzögerungen, einerseits eine Sendeeinrichtung vorgesehen ist, bestehend aus zwei Erzeugern von modulierten Hochfrequenzschwingungen und einem Mischer, über welchen diese beiden Schwingungen gleichzeitig dem Eingang des Vierpols zugeführt werden, andererseits eine Empfangseinrichtung, bestehend aus einem nicht selektiven Detektor, zwei am Eingang des Detektors parallel angeordneten Bandfiltern, die auf jede der Modulationsfrequenzen eingestellt sind, einem Verstärker und einem regelbaren Dämpfungsglied, die in Reihe am Ausgang jedes Filters angeordnet sind, und einem am Ausgang der beiden Dämpfungsglieder angeschlossenen Gerät für Differentialanzeige.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät für Differentialanzeige folgende Teile umfaßt: 1. zwei Dioden, von denen die Kathode der ersten über einen Kondensator mit einem der Dämpfungsglieder und ihre Anode mit der Kathode der zweiten Diode verbunden ist, während die Anode dieser zweiten Diode über einen Kondensator mit dem anderen Dämpfungsglied verbunden ist; 2. ein Galvanometer, das einerseits zwischen die Anode der ersten Diode und die Kathode der zweiten Diode und andererseits an den Verbindungspunkt zweier Widerstände geschaltet ist, deren andere Enden mit der Kathode der ersten Diode bzw. mit der Anode der zweiten Diode verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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