-
Verfahren zur Hochfrequenzmessung
Die bekannten Einrichtungen zur Hochfrequenzmessung,
sogenannte Wellenmesser, bestehen aus einem Hilfssender, welcher entweder eine geeichte
Einstellskala besitzt oder zu welchem Eichkurven oder Eichtabellen gehören. Wenn
der zu erfassende Frequenzbereich klein ist, läßt sich leicht eine hohe Meßgenauigkeit
erzielen. Sobald aber der Frequenz-Bereich groß ist, z. B. alle im Funkbetrieb verwendeten
Wellen (z. B. 20000 bis IOm) einschließt, wird die Eichung entsprechend kostspieliger.
-
Ferner wird die Eichung um so kostspieliger, je größer für einen bestimmten
Frequenzbereich die geforderte Meßgenauigkeit ist. Diese bekannten Wellenmesser
haben außerdem den Nachteil, daß die Eichung in gewissen Zeitabständen durch quarzstabilisierte
Schwingungen oder durch Leuchtquarze nachgeprüft werden muß.
-
Es ist bekannt, diese Schwierigkeiten dadurch zu vermindern, daß
man nicht nur die Grundwellen des Hilfssenders, sondern auch eine oder mehrere Oberwellen
ausnutzt. Dies geschieht, indem man die Oberwellen mit der ungefähr bekannten, genau
zu messenden Frequenz in Ubereinstimmung bringt und die am Hilfssender oder auf
einer Eichkurve abgelesene Grundwelle mit einer der Höhe der Oberwelle entsprechenden
ganzen Zahl multipliziert.
-
Diese Multiplikation führt man zur Vermeidung von Rechenfehlern und
zur Zeitersparnis im allgemeinen mit einer Rechenmaschine aus, da es sich meist
um mehrstellige Zahlen handelt.
-
Die prozentuale Genauigkeit des Meßergebnisses entspricht bei Verwendung
der Oberwellen ebenso wie bei Verwendung der Grundwellen immer der prozentualen
Eichgenauigkeit des Hilfssenders, weil
der absolute Fehler mit demselben
Faktor multipliziert wird wie die Grundwelle.
-
Es ist ferner bekannt, bei diesem Meßverfahren mit Oberwellen den
Hilfssender grob zu eichen und seine genaue Frequenz durch Messung des tonfrequenten
Schwebungstones zwischen der Grundfrequenz des Hilfssenders und einer von einem
Normalfrequenzwellenmesser gelieferten unveränderlichen Normalfrequenz mittels eines
geeichten Tonfrequenzmessers (z. B. 500 bis 3000 Hz) zu ermitteln.
-
Der bei diesem bekannten Meßverfahren verwendete Normalfrequenzwellenmesser
liefert ein ganzes Spektrum von Normalfrequenzen mit einem Abstand von z. B. 8 kHz
der einzelnen Frequenzen. Es kann daher vorkommen, daß zugleich zwei dieser Normalfrequenzen
einen tonfrequenten Schwebungston mit der Grundwelle des Hilfssenders ergeben. Man
muß dann mit Hilfe eines Wellenmessers, der mit einer Genauigkeit von + 0,5 kHz
arbeitet, die unbekannte Frequenz so genau messen, daß man nachrechnen kann, welche
der beiden Normalfrequenzen in Betracht kommt. Hierdurch wird die genaue Messung
der unbekannten Frequenz umständlich und unsicher.
-
Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil und besteht darin, daß bei
diesem Meßverfahren I. der Einrichtung zur Messung des tonfrequenten Schwebungstones
GL jeweils nur eine einzige Normalfrequenz zugeführt wird und daß 2. der vom Hilfssender
HS überstrichene Hochfrequenzvariationsbereich nur die ungefähre Größe des Tonfrequenzbereiches
umfaßt und in einem tonfrequenten Abstand von der Normalfrequenz liegt.
-
Das erste Merkmal allein würde noch nicht zum Ziel führen. Wenn man
nämlich eine Oberwelle des Hilfssenders mit der unbekannten Frequenz in Übereinstimmung
gebracht hat, weiß man noch nicht, ob die Grundwelle des Hilfssenders in tonfrequenter
Nähe der Normalfrequenz liegt und daher meßbar ist. Erst die gleichzeitige Anwendung
des zweiten Merkmals ergibt dagegen die Gewähr, daß man mit der unbekannten Frequenz
eine solche Oberwelle des Hilfssenders in Übereinstimmung bringt, deren Grundwelle
meßbar ist. Die Erfindung ermöglicht also eine eindeutige, einfache und sehr genaue
Messung ohne einen besonderen, auf 1 0,5 kHz genauen Wellenmesser. Es genügt vielmehr,
die unbekannte Frequenz vor der genauen Messung grob mittels eines kommerziellen
Empfängers zu messen. Die Erfindung hat also den großen Vorteil, daß nur ein außerordentlich
kleiner Frequenzbereich geeicht zu werden braucht, nämlich der Tonfrequenzmesser,
und trotzdem auf einem ganz wesentlich größeren Frequenzbereich gemessen werden
kann.
-
Wenn man nur eine einzige Normalfrequenz anwendet, erhält man mit
dem Hilfssender mehrere meßbare Frequenzbereiche, entsprechend der Zahl der verwendeten
Oberwellen. Diese Frequenzbereiche liegen erst von einer durch die Normalfrequenz
und den Tonfrequenzbereich bedingten Oberwelle ab lückenlos nebeneinander. Will
man auch den unterhalb dieser Oberwelle liegenden Frequenzbereich lückenlos erfassen,
macht man gemäß der weiteren Erfindung den Normalfrequenzsender auf mehrere unveränderliche
Normalfrequenzen umschaltbar. Gleichzeitig wird der nicht oder grob geeichte Hilfssender
auf mehrere so bemessene Frequenzbereiche umschaltbar gemacht, daß die Schwebungsfrequenz
zwischen der jeweils eingestellten Normal frequenz und einer Frequenz des jeweils
eingestellten Hilfssenderbereichs in den Bereich des Tonfrequenzmessers fällt.
-
An Hand der in den Abbildungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung nachstehend erklärt: Die zu messende Frequenz möge in Abb. I
über die Antenne mit dem Empfänger empfangen und auf irgendeine bekannte Weise (z.
B. bei kurzen Wellen mit dem Schwebungsnullverfahren) mit einer Oberwelle des nicht
oder grob geeichten Hilfssenders HS in Übereinstimmung gebracht werden.
-
Die hierfür erforderlichen Schaltmittel sind nicht dargestellt. Der
Variationsbereich des Hilfssenders HS ist so gewählt, daß seine Grundwellen hinter
dem Gleichrichter Cl (oder Mischstufe) mit der unveränderlichen, z. B. quarzstabilisierten
Normalfrequenz des Senders NS' Schwebungstöne NF im Bereich der Tonfrequenzen liefern.
-
Durch Messung dieser Tonfrequenz NF mit der geeichten Meßvorrichtung
M (direkt zeigender Tonfrequenzmesser oder Summer oder Tonfrequenzmeßbrücke) kann
man dann jeweils feststellen, wie groß die genaue Frequenz der eingestellten Grundwelle
des Hilfssenders HS ist. Diese Frequenz kann z. B. gleich der Summe der Normalfrequenz
des Senders NS und der Schwebungsfrequenz NF sein.
-
Dann ist die Rechnung einfacher als bei einer Subtraktion. Man sieht
zweckmäßig am Wellenmesser zwei nebeneinanderliegende Blickfenster vor, nämlich
eins für die Zahl der eingestellten Normalfrequenz und eins für das Ergebnis der
Niederfrequenzmessung. Die Summe dieser beiden Zahlen wird, wie unten noch erläutert,
mittels einer Rechenmaschine mit einer der Oberwelle entsprechenden ganzen Zahl
multipliziert.
-
Hat der Normalfrequenzsender NS z. B. die feste Frequenz von 200
kHz, dann wird bei Verwendung eines Tonfrequenzbereiches von 500 bis 3000 Hz die
Variation des Hilfssenders HS 200,5 bis 203 kHz betragen. Hat man z. B. einen Schwebungston
von IOOI Hz gemessen, so beträgt die Grundwelle des Hilfssenders 200,000 + I,OOI
= 20I,OOI Hz. Also wird das Ergebnis auf 5 Io-O (= 1 : 200000) genau, obwohl die
Niederfrequenz in diesem Fall nur auf I io- (= 1 : iooo) ermittelt wurde. Es wird
hierbei vorausgesetzt, daß der Normalfrequenzsender eine Genauigkeit von besser
als I X lo-O hat, also bei dieser Rechnung unberücksichtigt bleiben kann.
-
Für den erfindungsgemäßen Wellenmesser ist der Einbau einer einfachen
Rechenmaschine zweckmäßig. Auf dieser wird die Summe aus der Normalfrequenz (runde
kHz-Zahl, z. B. 200 kHz) und die gemessene Tonfrequenz eingestellt und das
gewonnene
Ergebnis so lange mit ganzen Zahlen multipliziert (da die Oberwellen ganzzahlige
Vielfalle der Grundwelle sind), bis die am Empfänger roh l'etiininte Welle als Ergebnis
erscheint. Diese Grobmessung ermöglicht jeder kommerzielle Empfänger. ib}X.2 zeigt
schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen A.Ießsenders für den erwähnten Fall,
daß zur lückenlosen Erfassung eines größeren Wellenbereiches (z. B. von 52,5 bis
30 000 kHz) mehrere Xormalfrequenzen (z. B. 240, 120, 60, 30, IO kHz) vorgesehen
sind. Diese können durch Frequenzteilung einer einzigen quarzstabilisierten Frequenz
hergestellt werden.
-
In Abb. 2 sind die einzelnen Sender oder Frequenzteiler, welebe die
Normalfrequenzen liefern, mit NSl bis NS5 bezeichnet. Sie lassen sich durch einen
Umschalter U1 einstellen. Älit diesem tmscllalter U1 ist ein zweiter Umschalter
U2gekuppelt, der die den Normalfrequenzen entsprechenden Hilfssenderfrequenzbereiebe
einschaltet. Beträgt z. E. die Normalfrequenz NSo 120 kHz, dann müßte der entsprechende
Bereich des Hilfssenders liS 120,5 bis 123 kHz überstreichen. Die ÄIeßgenauigkeit
würde etwa o,S IO - (= 1 : I20 000) betragen, wenn die Niederfrequenz auf I Hz genau
gemessen werden kann, oder die Genauigkeit wäre gleich 4 x IO-6 (=0,5 : 120 000)
bei 1/2 Hz Niederfrequenzmeßgenauigkeit.
-
Eine Eichung des Hilfssenders mit diesen Genauigkeiten und die dauernde
Erhaltung dieser Genauigkeit über größere Zeiten wäre technisch nur mit allergrößtem
Aufwand zu erreichen und außerordentlich teuer. lTm ungeübtem Personal das Messen
mit der Anordnung nach Abb. 2 zu erleichtern, kann eine Tabelle, z. B. in Bandform
wegen ihrer Länge, verwendet und zweckmäßig in den Wellenmesser eingebaut werden,
die für den Bereich, in welchem die zu messende Welle liegt, angibt, weller Wellenbereich
mit den Ttmschaltern einzuschalten ist und welche Oberwelle in Frage kommt. Diese
Einrichtung ist besonders dann sehr wertvoll, wenn mit dem Wellenmesser eine vorgeschriebene
Welle einzustellen ist.
-
Der gleiche Erfindungsgedanke kann auch in der in Abb. 3 dargestellten
Weise ausgewertet werden.
-
Der Normalfrequenzsender NS unterscheidet sich von den Normalfrequenzsendern
NS in dem vorigen Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 dadurch, daß er mit einer Genauigkeit
von etwa 5 X IOS grob geeicht ist, jedoch mit Hilfe der gestrichelt gezeichneten
Anordnung jeweils so genau geeicht wird, daß er eine Normalfrequenz liefert. Zur
Überstreichung eines Wellenbereidles von z. B. 30 bis 30 ooo kHz haben diese beiden
Sender NS und HS je zwei Bereiche, z. B. 30 bis 60 kHz und IOO bis 200 kHz. Der
Normalfrequenzsender NS wird bei der Messung auf eine ganze kHz-Zahl in seinem Bereich
eingestellt und mit sehr hoher Genauigkeit (Genauigkeit eines Quarzes) mit Hilfe
der gestrichelt gezeichneten Anordnung synchronisiert, während der Hilfssender HS
wie in den anderen Ausführungsbeispielen zum Einmessen der unbekannten Welle mit
Hilfe von Oberwellen dient.
-
Die erwähnte Synchronisierung des Senders A S wird folgendermaßen
durchgeführt: Die konstante Frequenz von 1 kHz (wegen der erwähnten ganzen kHz-Zahlen)
des Senders G, die z. B. von einer Quarzfrequenz durch Frequenzteilung abgeleitet
ist, wird der Stufe MV (Älultivibrator oder Verzerrer) zugeführt, so daß vom Ausgang
dieser Stufe über den Schalter U3 kräftige Oberwellen im Abstand von I kHz dem Sender
NS zugeführt werden und diesen mitnehmen. Zur Überprüfung dieser Älitnahme dient
das Abhörgerät Abh.
-
Bei der Durchführung der Messung stellt man den Normalfrequenzsender
NS innerhalb des Alitnahmebereiches auf eine ganze kHz-Zahl unterhalb der eingestellten
Frequenz des Hilfssenders HS ein und überprüft die Synchronisierung. Dann hört man
hinter dem Gleichrichter Cl den SchwebungstonAF zwischen den beiden Sendern ab und
mißt ihn durch il. Hierbei tritt als weiterer Vorteil die Tatsache hinzu, daß die
Niederfrequenzmeßeinriebtung nur einen Meßbereich von 500 bis I500 Hz zu umfassen
braucht. Auch in diesem Fall wird das Endergebnis der Messung in der oben beschriebenen
ÄVeise mit Hilfe einer Rechenmaschine erhalten.