-
Hochfrequenz -Widerstandsmeßverfahren
Die Messung von Hochfrequenzwiderständen
ist mit den bekannten Hochfrequenzmeßbrücken für Frequenzen bis etwa 30 MHz einfach
und genau durch zuführen. Schwierigkeiten treten bei höheren Frequenzen mit den
Meßbrücken üblicher Bauart dadurch auf, daß die Brückeuzweige unerwünschte Induktivitäten
und Kapazitäten aufweisen und die benötigten Widerstandsnormale ungenau werden.
Im Gebiet der Höchstfrequenzen über IOO MHz hat man in der HF-Meßleitung ein Mittel
zu genauer Widerstandsmessung zur Verfügung. Sie ist prinzipiell für alle Frequenzen
brauchbar, kommt jedoch, weil sie mindestens eine halbe Wellenlänge lang sein muß,
für tiefere Frequenzen aus Herstellungsgründen nicht in Frage. Richtungskoppler
arbeiten frequenzunabhängig, jedoch sind mit ihnen nur reine Anpassungsmessungen
möglich. Sollen sie auch zu Scheinwiderstandsmessungen herangezogen werden, so werden
sie kompliziert und ungenau. Außerdem wird die Messung recht umständlich, denn zur
Bestimmung eines Widerstandswertes müssen drei Strom-und Spannungsmessungen gemacht
werden, wobei zur Ermittlung des Scheinwiderstandes aus den drei gemessenen Größen
zwei Quotienten gebildet werden müssen.
-
Erfindungsgemäß wird zur Messung von Widerständen bei Hochfrequenz
die Feldverteilung in der Umgebung einer definierten Verzweigungsstelle, an die
eine Speiseleitung, ein Widerstandsnormal und der zu messendeWiderstand in Parallelschaltung
angeschlossen sind, ermittelt, indem die sich um den Verzweigungspunkt ausbildenden
Minima der Feldstärke durch eine auf einer Kreisbahn um die Verzweigungsstelle bewegliche
Meßsonde gemessen werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Feld um die Verzweigungsstelle
ganz bestimmte Minima aufweist, deren Lage
von dem Verhältnis des
Normaiwiderstandes zum unbekannten Widerstand abhängig ist. Dieses Verfahren ergibt,
nachdem einmal die Eichung der definierten Verzweigungsstelle mittels Widerstandsnormalen
durchgeführt ist, die Möglichkeit, rasch und genau Wirk- und Blindwiderstände in
großen Frequenz-und Widerstandsbereichen zu messen.
-
Abb. I zeigt eine grundsätzliche Anordnung zur Ausführung des Verfahrens
nach der Erfindung. Darin ist V ein Verzweigungspunkt, an dem von der Senderleitung
S her der Normaiwiderstand N und der unbekannte Widerstand X gespeist werden. K
ist ein um den Verzweigungspunkt V auf einer kreisförmigen Bahn bewegliches Koppelglied,
mit dem das Feld um die Abzweigstelle herum gemessen wird. Die Anzeige der Feldstärke
erfolgt an einem Anzeigeinstrument A.
-
Man kann entweder das magnetische Feld mittels einer Koppelschleife
oder Spule oder das elektrische Feld mittels eines Koppelstiftes oder einer Koppelplatte
abtasten. Zweckmäßig bildet man die Abtastvorrichtung umschaltbar aus, damit man
je nach Bedarf beide Messungen durchführen kann. Weiter kann man die Koppelschleife
auch um ihre eigene Achse drehbar machen, um die Meßeinrichtung als Difterentialbrücke
benutzen zu können.
-
Abb. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung
zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar für koaxiale Leitungen.
Am Verzweigungspunkt V ist der Außenleiter dosenförmig ausgebildet, während die
Innenleiter Js, JN und Jx sich vorzugsweise um I20° versetzt verzweigen. Die Leitung
S wird vom Sender gespeist, an der Leitung N liegt der Normalwiderstand und an der
Leitung X der unbekannte Widerstand. Der Deckel der Dose ist drehbar angebracht
und mit einer Skala versehen, die seine Winkelstellung anzeigt. An ihm ist exzentrisch
eine Meßsonde angebracht, die damit auf einer Kreisbahn W um den Verzweigungspunkt
bewegbar ist.
-
Je nach ihrer Ausbildung kann man das magnetische oder elektrische
Feld um den Verzweigungspunkt herum auf der Kreisbahn W in den Sektoren I, II und
III messen und die sich dort ausbildenden Minima feststellen. Ihre Lage hängt vom
Verhältnls der Widerstände N und X ab. Ist N ein reeller Widerstand, so kann die
induktive und kapazitive Phase von X nicht unterschieden werden. Denn die Lage der
Minima ist durch den Absolutwert der in Richtung X und N fließenden Ströme bestimmt,
die für konjugiert komplexe Werte von X gleich sind. Ist N ein reiner Blindwiderstand,
so ist die Messung in der gesamten Widerstandsebene eindeutig.
-
Die Messung ist praktisch frequenzunabhängig und nach hohen Frequenzen
nur dadurch begrenzt, daß die Meßdose in ihren Abmessungen kleiner als etwa i/I0
bleiben muß.
-
Die Anordnung nach Abb. 2 ist nur eine Möglichkeit der Durchführung
des Meßverfahrens nach der Erfindung. Man kann die Verzweigungsstelle auch aus erdsymmetrischen
Leitungen aufbauen. Ebenso können die Abzweigleitungen in verschiedenen Ebenen liegen.
-
Durch entsprechende Bemessung des Normalwiderstandes oder des Winkels
zwischen den abzweigenden Leitungen oder beides kann man auch erreichen, daß die
Genauigkeit der Messung in einem gewünschten Bereich besonders groß ist.
-
Das Meßverfahren nach der Erfindung setzt eine empirische Eichung
mittels bekannter Widerstände voraus, gestattet aber, nachdem diese einmal durchgeführt
ist, eine sehr rasche und genaue Messung.
-
Zur Eichung setzt man an die Stelle des unbekannten Widerstandes X
einen zweiten Normalwiderstand Nx1 und schaltet diesem eine in der Länge veränderbare
Leitung bekannten Wellenwiderstandes vor. Dann bewegt sich in der komplexen Widerstandsebene
(Abb. 3) der Punkt Nx1 mit zunehmender Leitungslänge in Pfeilrichtung. Der Wellenwiderstand
der Leitung ist durch die geometrischen Abmessungen gegeben und kann durch bekannte
Meßverfahren (Meßleitung) sehr genau bestimmt werden. Durch Änderung der Leitung
bestreicht man ein Gebiet komplexer Widerstände mit induktiver und kapazitiver Blindkomponente,
wobei die Widerstandswerte der einzelnen Punkte auf dem Kreis genau definiert sind.
Setzt man nun für Nx1 einen zweiten Normalwiderstand Nz2, so erhält man einen zweiten
Kreis als geometrischen Ort für die Zusammenschaltung von Nz2 mit der Leitung.
-
Noch einfacher läßt sich die Eichung mittels seiner zum NormalwiderstandNx
parallel geschalteten, in der Länge veränderbaren und am Ende kurzgeschlossenen
Leitung durchführen, da diese sich technisch leichter darstellen läßt. In der komplexen
Widerstandsebene ergibt dies das Bild der Abb. 4, wobei X,r1 und Nr2 wieder verschiedene
Normalwiderstände bedeuten und der Pfeil die zunehmende Leitungslänge bezeichnet.
-
Man legt nun die Lage der Minima in den drei Sektoren für jeden eingestellten
Widerstandswert fest.
-
Betrachtet man einen einzelnen Sektor, so treten gleiche Lagen des
Minimums in diesem Sektor für verschiedene Widerstandspunkte in der komplexen Ebene
auf. Das gleiche gilt für die Lage der Minima in den beiden anderen Sektoren. Jetzt
werden für einen Sektor sämtliche Punkte gleicher Lage des Minimums verbunden, und
man erhält eine Kurvenschar, wie sie beispielsweise für den Sektor I in Abb. 5 dargestellt
ist. Das gleiche Verfahren ergibt beispielsweise für den Sektor 3 die Kurvenschar
nach Abb. 6.
-
Gegebenenfalls kann man auch noch die Kurvenschar für den zweiten
Sektor aufzeichnen. Bringt man nun mindestens zwei dieser Kurvenscharen zur Deckung,
so findet man aus dem Schnittpunkt der Kurven für die Lage in den einzelnen Sektoren
den gesuchten Wert des Widerstandes X. In Abb. 7 sind die Kurvenscharen aus Abb.
5 und 6 zur Deckung gebracht. Hat man beispielsweise für einen unbekannten Widerstand
die Lage des Minimums im Sektor I zu 50°, im Sektor 3 zu 270° ermittelt, so liegt
der gesuchte Widerstandswert im Schnittpunkt der Kurven für 50 und 2700 bei X.