DE898472C - Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und ruecklaufenden Welle - Google Patents

Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und ruecklaufenden Welle

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DE898472C
DE898472C DEB17041A DEB0017041A DE898472C DE 898472 C DE898472 C DE 898472C DE B17041 A DEB17041 A DE B17041A DE B0017041 A DEB0017041 A DE B0017041A DE 898472 C DE898472 C DE 898472C
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Germany
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measuring
arrangement
antenna
reflection coefficient
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Expired
Application number
DEB17041A
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English (en)
Inventor
Juergen Dr-Ing Grosskopf
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und rücklaufenden Welle Es ist bekannt, die einfallende und reflektierte Komponente einer einen Leitungszug durchlaufenden Welle durch die Anwendung zweier richtempfindlicher Kopplungselemente voneinander zu trennen. Der Quotient der auf beiden Kopplungselementen gemessenen Spannungs- oder Stromamplituden liefert dann den Refiexionskoeffizienten. Die Kopplungselemente bestehen bei den bekannten Anordnungen aus kleinen Rahmen, denen durch besondere Maßnahmen eine einseitige Richtwirkung gegeben worden ist. Die Nachteile dieser Anordnung sind die Unempfindlichkeit der Kopplungselemente, ihre schwierige Justierbarkeit und der geringe Frequenzbereich.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf koaxialen Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und rücklaufenden Welle (Reflektometerprinzip) als Meßantennen reflexionsfrei abgeschlossene Langdrahtantennen mit extrem großem, frequenzunabhängigem und auf rechnerischer Grundlage dimensioniertem Ausblendungsverhältnis und großer Empfindlichkeit zu verwenden. Unter Langdrahtantennen sind der Leitungsachse parallele gerade Antennen zu verstehen, deren Länge sehr groß gegenüber ihrem Abstand von einer Leiterfläche (z. B. Innenhaut der Außenleiter) ist, so daß die Randeffekte an den Enden der Antennen (Streufelder) vernachlässigt werden können. Damit ist die Homogenität der Antennenleitung und ihre exakte Berechenbarkeit ge- währleistet. Diese Kopplungselemente sind sehr genau justierbar, können ohne große Schwierigkeiten für einen großen Frequenzbereich abgeglichen werden und haben eine Empfindlichkeit, die ihrer Länge proportional ist.
  • Bei den bisherigen Anordnungen müssen für einen einzigen Meßvorgang, z. B. die Messung einer Impedanz, drei Amplitudenmessungen vorgenommen werden. Dabei muß in einigen Fällen eine extrem hohe Forderung an die Genauigkeit dieser Amplitudenmessung an den Kopplungselementen gestellt werden, wenn eine wesentlich geringere Genauigkeit des Endresultats garantiert werden soll.
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und rücklaufenden Welle (Reflektometerprinzip). Nach der Erfindung wird nun eine einzige auf beiden Seiten abgeschlossene Langdrahtantenne verwendet, deren Spannungs- oder Stromverteilung mit einem auf einem Abtastschlitten montierten Detektor abgetastet wird.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Bei der Anordnung der Abb. 1 speist ein Generator über das Reflektometer R und die Posaune P das Meßobjekt M. Im Reflektometer R befindet sich das Kopplungselement, welches aus einer Langdrahtantenne L besteht, die auf beiden Seiten mit ihrem Wellenwiderstand ZL abgeschlossen ist. ueber einen Abtastschlitten A mit Meßinstrument V wird die Spannung auf der Meßantenne L abgetastet.
  • Die Theorie der Erregung dieser Langdrahtantenne in der energieführenden koaxialen Leitung führt zu einer Spannungs- und Stromverteilung auf der Antenne von der Form cos Kx zu sin kl - sin kx (cos kl + r e-i2k) Ux = # cos kx # sin kl - sin kx (cos kl-##e-j2kl).
  • Dabei bedeutet 2# k= # = Wellenlänge, # r = R +--z den Reflexionskoeffizienten mit Z = Wellenwiderstand des Reflektometers. Hierbei schließt r im allgemeinen noch einen gerätemäßig bedingten Phasenfaktor ein: x = Länge des vom Abtaster abgegriffenen Abschnittes der Meßantenne und # = zu messende Impedanz, I= Gesamtlänge der Antenne.
  • Sofern die Länge I der Meßantenne klein gegen die Wellenlänge ist, welche Bedingung bei der praktischen Ausführung einzuhalten ist, kann man einfacher schreiben: Jx=1-x/@(1+##e-j2kl) (Abb. 2) Ux=1-x/l(1-##e-j2kl).
  • Die Abb. 2 zeigt ein Bild des Strom- und Spannungsvektors. Der eine Endpunkt beider Vektoren liegt bei Punkt I, der andere wandert proportional der Strecke x auf der Verbindungslinie zwischen dem Koordinatenursprung o und den Punkten I + r e-§2kg bzw.
  • 1- r e j2kl Bei einer längenmäßigen Abtastung der Meßantenne wird also beispielsweise die Spannung einer Kurve durchlaufen, die gelegentlich ein Minimum aufweist, ja sogar Null aufweisen kann, je nach der Größe des Reflexionskoeffizienten r. Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich gegebenenfalls derart ausführen, daß der dem Meßobjekt entsprechende Reflexionskoeffizient in seiner Phase so weit gedreht wird, daß bei der Abtastung der Meßantenne die Messung des Reflexionskoeffizienten auf eine Nullmessung zurückgeführt werden kann. Die Phase des Reflexionskoeffizienten wird also so weit gedreht, daß in der Abb. 2 der Punkt I + r e-i2kz auf die reelle Achse zu liegen kommt und einen Wert # I erhält. Wenn das der Fall ist, wird an einer Stelle der abzutastenden Meßantenne ein exaktes Null und eine unmittelbare Ablesung des Reflexionskoeffizienten erhalten. Aus der Formel für U ergibt sich nämlich für den Nullwert der Spannung also Für x = 2 wird beispielsweise v = I, für x = I wird v = oDer zweiten Hälfte der Antenne von x = 2 bis x = I kann somit eine Teilung zugeordnet werden, die gemäß v = l - x/x unmittelbar den Reflexionskoeffizienten liefert.
  • Die Drehung des Reflexionskoeffizienten kann in verschiedener Weise bewirkt werden.
  • I. Zwischen Reflektometer und Meßobjekt kann ein Leitungsstück -gleichen Wellenwiderstandes mit dem Reflektometer, aber variabler Länge eingebaut werden (Posaune). Bei dieser in der Abb. I dargestellten Anordnung wird dann die Länge bei gleichzeitiger Abtastung der Meßantenne so lange verändert, bis auf dieser ein exaktes Null eingestellt ist. Der Reflexion koeffizient kann dann unmittelbar abgelesen werden.
  • 2. Es kann auf die normale geschlitzte Meßleitung zurückgegriffen werden, wobei deren kapazitiver oder induktiver Abtaster durch einen Spezialabtaster zu ersetzen ist. Die Abb. 3 zeigt eine derartige Ausführungsform, bei der dieser Spezialabtaster aus der oben beschriebenen, selbst wieder abtastbaren Meßantenne L besteht, die auf dem normalen Abtastschlitten S@ montiert ist und auf der geschlitzten Meßleitung M-L verschoben wird. Durch gleichzeitiges Verschieben des Abtasters A auf der Meßantenne L sowie der gesamten Meßantenne längs der Meßleitung M-L wird wieder ein Null gesucht. Aus der Teilung auf dem Schlitten kann der Absolutwert des Reflexionskoeffizienten v abgelesen werden. Die Stellung des Meßschlittens auf der Meßleitung liefert die Phase des Reflexionskoeffizienten. Es handelt sich hier also um eine modifizierte Meßleitung, die gleich- zeitig mit zwei Abtastschlitten arbeitet, einen für die Meßantenne und einen für die Meßleitung. Der Vorteil dieses Spezialabtasters für die Meßleitung besteht neben der reduzierten Länge der Meßleitung, die nicht länger als A zu sein braucht, vor allem darin, daß die 4 lästige, zeitraubende und in gewissen Fällen sehr ungenaue Bestimmung des Knotenabstandes und der Knotenbreite bei der normalen Abtastung fortfällt.
  • 3. Dem Meßobjekt kann eine Stichleitung parallel geschaltet und diese so lange variiert werden, bis wiederum ein exaktes Null auf der Meßleitung erhalten wird. Bei bestimmten Lagen der Impedanzebene ist gegebenenfalls noch eine weitere Transformation erforderlich.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRUCHE: I. Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und rücklaufenden Welle (Reflektometerprinzip) mit Hilfe reflexionsfrei abgeschlossener Langdrahtantennen, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine einzige, auf beiden Seiten abgeschlossene Langdrahtantenne verwendet wird, deren Spannungs- oder Stromverteilung mit einem auf einem Abtastschlitten montierten Detektor abgetastet wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Meßobjekt entsprechende Reflexionskoeffizient in seiner Phase so weit gedreht wird, daß bei der Abtastung der Meßantenne die Messung des Reflexionskoeffizienten auf eine Nullmessung zurückgeführt werden kann.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Reflexionskoeffizienten durch eine Verzögerungsleitung erfolgt.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastschlitten einer normalen geschlitzten Meßleitung mit der über einen zweiten Meßschlitten abtastbaren Meßantenne ausgerüstet wird.
DEB17041A 1951-10-05 1951-10-05 Anordnung zur Messung der Welligkeit und der Leistung auf Leitungen sowie zur Messung von Impedanzen auf der Grundlage der getrennten Messung der hinlaufenden und ruecklaufenden Welle Expired DE898472C (de)

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