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Anordnung zur quantitativerl Bestirnmung von Inhomogenitäten in Breitbandkabeln
nach dem Impulsverfahren In der modernen Übertragungstechnik werden an die für die
Übertragung breiter Frequenzbänder verwendeten Kabel und Leitungen sehr hohe Anforderungen
hinsichtlich ihrer inneren Gleichmäßigkeit gestellt. Zur Erkennung kleinster innerer
Fehler der Kabel und Leitungen sind daher neue Meßverfahren entwickelt worden, die
sich der sogenannten Impulstechnik bedienen. Diese nach dem Echolotprinzip arbeitenden
Meßverfahren gestatten die genaue Ermittlung des Ortes von Fehlern in Kabelanlagen.
Die quantitative Bestimmung der Größe der Fehler ist dagegen nur mit einem beträchtlichen
Aufwand bei zumeist unzureichender Meßgenauigkeit möglich und bereitet eruebliche
Schwierigkeiten, insbesondere wenn auch sehr kleine Kabelfehler gemessen werden
sollen.
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Um diese Schwierigkeiten aufzuzeigen, sei zunächst kurz das Prinzip
der Impuls-Reflexionsmessung an Kabeln beschrieben. Bei einer bekannten Meßanordnung
dieser Art wird das Kabel an den einen Zweig einer Brückenanordnung geschaltet,
an deren gegenüberliegendem Zweig eine Nachbildung des Kabels liegt. Die Brücke
wird von einem Impulsgenerator gespeist und als Indikator ist ein Oszillograph vorgesehen.
Am freien Ende des Kabels liegt ein Abschluß in Gestalt eines ohmschen oder komplexen
Widerstandes. Bei genauem Brückenabgleich und genauer Nachbildung des Kabels wird
der vom Generator kommende Sendeimpuls kompensiert und gelangt nicht zur Anzeige,
dagegen werden die in das Kabel einlaufenden und an Fehlerstellen reflektierten
Im-
pulse auf dem Schirm der Oszillographenröhre abgebildet. Da
die Kompensation des Sendeimpulses nur dann vollständig ist, wenn die Nachbildung
genau dem Kaibeleingangsscheinwiderstand entspricht, wird praktisch der Kabelanfang
ebenfalls durch einen Impuls gekennzeichnet.
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Das gleiche gilt für das Kabelende, an dem ebenfalls nur bei idealem
Abschluß kein Impuls reflektiert werden würde. Durch die Lage des Fehlerimpulses
zwischen den Kabelanfang und -ende kennzeichnenden Impulsen läßt sich in einfacher
Weise der Fehlerort ermitteln.
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Will man jedoch die Größe des Wellenwiderstandes des Kabels und die
Größe des Kabelfehlers bzw. der Inhomogenitäten bestimmen, so muß man bei den bekannten
Anordnungen so vorgehen, daß man den Abschlußwiderstand so lange verändert, bis
der durch den Abschluß hervorgerufene Reflexionsimpuls verschwindet. Um einen Maßstab
für die Größe der Inhomogenitäten bzw. Fehler zu -erhalten, wird der Abschluß widerstand
dann um einen bestimmten Betrag verändert und der damit wieder erscheinende Abschluß
impuls kann als Maßstab für die quantitative Abschätzung der Inhomogenitäten und
Fehler verwendet werden. Obwohl der Anfangsimpuls in der Regel nicht zur Maßstatbbildung
herangezogen wird, muß auch die Nachbildung des Eingangsscheinwiderstandes möglichst
genau sein, damit nicht bereits am Anfang des Kabels ein großer Teil der Impulsenergie
reflektiert und auf dem Schirmbild ein Impuls hervorgerufen wird, der infolge seiner
großen Amplitude Teile des Kabelbildes überdecken und damit die Meßgenauigkeit beeinträchtigen
würde.
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Es ist also für. eine genaue Messung sehr wichtig, Eingangs- und Ausgangsscheinwiderstand
des Kabels möglichst genau nachzubilden.
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Nun ist aber der Wellenwiderstand eines Kabels bekanntlich stark
frequenzabhängig und ein reflexionsfreier Abschluß kann daher streng nur für eine
Frequenz gebildet werden. Die fiir die Unter- -suchung verwendeten kurzen Impulse
enthalten jedoch nicht nur eine Frequenz, sondern überdecken auf Grund ihrer Impulsform
ein breites Frequenzspektrum. Der Abschluß des Kabels stellt daher für alle übrigen
in dem Impuls enthaltenen Frequenzen eine Fehlanpassung dar, welche nicht nur den
Abgleich auf Reflexionafreiheit wesentlich erschwert, sondern auch Meßungenauigkeiten
verursacht. Es müssen daher zur Nachbildung des frequenzabhängigen Wellenwiderstandes
Netzwerke verwendet werden, für die bei der geforderten Genauigkeit' ein beträchtlicher
Aufwand an Schaltelementen erforderlich ist. Ein solches Netzwerk ist auch nur für
einen bestimmten Kabeltyp anwendbar und muß bei Abweichung von einem Normaltyp des
Kabels von Fall zu Fall neu abgeglichen werden. Dieser Abgleich ist schwierig und
zeiCtraubend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur quantitativen
Bestimmung von Inhomogenitäten in Breitbandkabeln bztw. Hochfrequenzleitungen nach
dem Impulsverfahren zu schaffen, welche die vorstehend genannten Schwierigkeiten
vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an das Impulsmeßgerät
entweder gleichzeitig oder nacheinander mit dem zu untersuchenden Kabel ein möglichst
homogenes Kabel- oder Leitungsstück angeschlossen ist, in das ein oder mehrere künst-
-liche, in ihrer Größe bekannte, vorzugsweise einstellbare Fehler eingefügt sind,
die auf dem Schirmbild des Meßgerätes in Verbindung mit dem Reflexionsbild des zu
untersuchenden Kabels' geeignete Reflexionsimpulse hervorrufen, die zur Maßstabbildung
dienen.
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Mit Hilfe eines solchen, mit definierten Fehlern behafteten Kabel-
oder Leitungsstückes läßt sich auf einfache Weise ein Maßstab auf dem Leuchtschirm
des als Anzeigegerät dienenden Oszillographen bilden, mit dessen Hilfe auch kleinste
Inhomogenitäten des zu untersuchenden Kabels mit großer Genauigkeit quantitativ
bestimmt werden können.
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Das so mit definierten Fehlern versehene, sonst weitgehend homogene
Kabel- oder Leitungsstück, für das man, um Meßfehler weitgehend auszuschalten, zweckmäßig
eine. Kabel- oder Leitungslänge wählt, die bei einer Reflexionsmessung die geringsten
inneren Ungleichmäßigkeiten aufweist, wird dann als Vergleichs-MIeßleitw}ig für
die Bei stimmung der Größe der Inhomogenitäten der zu untersuchenden Kabel oder
Leitungen verwendet und bildet ein Eichnormal für Messungen an den verschiedensten
Kabeltypen.
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Da bei Messungen an Kabeln und Leitungen diese mit dem Meßgerät in
der Regel über eine Zuleitung verbunden sind, kann gemäß einer Weiterbildung des
Erfindungsgedankens diese Zuleitung selbst durch das mit den künstlichen Fehlern
versehene homogene Kabel- oder Leitungsstück gebildet werden. Es m,uß dabei lediglich
dafür gesorgt werden, daß der oder die künstlichen Fehler in einer solchen Entfernung
von den Enden der Zuleitung angebracht sind, daß sich etwa an den Enden bildende
Reflexionsimpulse nicht bis zu diesen Fehlerstellen auswirken. Die künstlichen Fehler
selbst bringt man vorteilhaft an Stellen ausgesucht guter Homogenität an. Die Fehler
bekannter. Größe kann man auf verschiedene Weise realisieren. So kann man die Leitung
örtlich begrenzt in ihrem Aufbau ändern, indem man beispielsweise die Abmessungen
eines der beiden Leiter und/oder die Abme&sungen des Dielektrikums verändert.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß zu den beiden Leitern Ider Meßleitung
eine oder mehrere Widerstände, Induktivitäten und/oder Kapazitäten parallel geschaltet
werden. Mit Hilfe dieser Elemente können mehrere Fehler verschiedener definierter
Größe an verschiedenen Stellen der Meßleitung gebildet werden, die auf dem Meßgerät
Refiexionsimpulse bestimmter Amplitude hervorrufen und die Maßstabbildung erleichtern.
Werden Widerstände parallel geschaltet, so ist es zweckmäßig, die eventuellen Blindkomponenten
der Widerstände zu kompensieren.
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Im folgenden soll die Meßanordnung gemäß der Erfindung und das mit
ihrer Hilfe durchgeführte Meßverfahren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden. In Abb. I ist eine solche Meßanordnung schematisch dargestellt. Das zu untersuchende
koaxiale Kabel ist auf eine Kabeltrommel Tr aufgewickelt, sein Ende mit einem Abscblußwiderstand
A abgeschlossen und sein Anfang über eine EQupplung mit der Meßzuleitung ML verbunden,
die ihrerseits mit ihrem anderen Ende an das Reflexionsmeßgerät RMG angeschlossen
ist.
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Diese Zuleitung wird erfindungsgemäß zur Maßstabbildung benutzt, indem
in ihr ein künstlicher Fehlers angebracht ist. Da der Abschlußwiderstand des zu
untersuchenden Kabels nicht zur Maßstabbildung herangezogen wird, genügt es, wenn
er rein ohmisch ausgeführt wird. Ein hierbei vom Kabelende reflektierter Restimpuls
stört in keiner Weise, er markiert auf der Zeitachse des Schirmbildes lediglich
das Kabelende. Ebensowenig ist hier eine vollkommene Kompensation des Sendeimpulses
erforderlich, der am Anfang der Meßzuleitung reflektiert wird und diesen auf dem
Bild kennzeichnet, denn bei eventueller Übersteuerung des Meßverstärkers würde durch
diesen Impuls höchstens der vordere Teil des Bildes der Meß zuleitung überdeckt
werden, nicht aber das Bild des zu untersuchenden Kabels. - Erwünscht ist nur, daß
das Kupplungsglied zwischen Zuleitung und Kabel einen möglichst kleinen Reflexionsimpuls
erzeugt, um eine iberdedrung des vorderen Teiles des Sdhirmbildes zu vermeiden.
Dies läßt sich durch ein verhältnismäßig einfaches Anpassungsglied erreichen, wenn
der mittlere Wellenwiderstand der Meßzuleitung mit dem des Kabels einigermaßen übereinstimmt.
Durch Ausbildung der Kupplung als veränderbares Anpassungsglied kann man erreichen,
daß die gleiche Meßzuleitung für verschiedene Kabeltypen verwendet werden kann.
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Ein wichtiger Teil der gesamten Meßanordnung ist das künstliche Fehlerglied.
Eine beispielsweise Ausführungsform eines solchen Gliedes zeigt Abb. 2. Zur Einschaltung
der Fehlerstelle wird, wie bereits erwähnt, eine Stelle der Meßleitung ausgesucht,
die sich bei der vorhergehenden Refiexionsmessung als besonders gleichmäßig erwiesen
hat. An diesem Punkt wird das Fehlerglied zwischen dem geöffneten Außenleiter 1a
und dem Innenleiter Ii angeordnet. Das Fehlerglied selbst besteht aus einem Widerstand
R bekannter Größe, der zwischen Innen- und Außenleiter geschaltet wird und dem ein
kleiner Trimmerkondensator C zur Kompensation einer eventuellen Blindkomponente
des Widerstandes parallel geschaltet werden kann. Durch eine etwas weitere Öffnung
D des Außenleiters kann an der betreffenden Stelle eine Kapazitätsverminderung erzeugt
werden, die gerade der Restkapazität der einzuschaltenden Widerstände entspricht.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der auf dem Schirmbild durch die künstliche Fehlerstelle
hervorgerufene Impuls nur von dem Realteil des Widerstandes abhängig und durch Rechnung
bestimmbar ist. Die Fehlerstelle in der Meßzuleitung wird nach dem Einsetzen des
Fehlergliedes durch einen Schutzlçasten S abgedeckt.
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Die quantitative Bestimmung der Inhomogenitöten des zu untersuchenden
Kabels bzw. der Hochfrequenzleitung mit Hilfe der Meßanordnung gemäß der Erfindung
geht so vor sich, daß nach Anschluß von Kabel und Meßzuleitung an das Reflexionsmeßgerät
der von den künstlichen Fehlerstellen auf dem Schirmbild des Braunschen Rohres hervorgerufene
Impuls in seiner Amplitude durch Regelung des Verstärkungsgrades des Meßverstärkers
oder durch Verändern irgendwelcher in dem Meßgerät vorgesehener Dämpfungsglieder
so eingestellt wird, daß seine Spitze eine auf oder vor dem Schirm in bestimmtem
Abstand von der Zeitachse (Nullinie) angebrachte Maßstablinie berührt.
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Da die Fehlergröße bekannt ist, bildet die Maßstablinie bei der gegebenen
Einstellung einen definierten Vergleichsmaßstab für die durch Kabelinhomogenitäten
auf dem Schirm hervorgerufenen weiteren Reflexionsimpulse. Ein solches Schirmbild
ist schematisch in Abb. 3 dargestellt. Auf diesem Abbild der Welligkeitskurve bedeuten
von linlçs nach rechts S den Sendeimpuls des Reflexionsmeßgerätes, MJ den an der
Fehlerstelle reflektierten Meßimpuls, K den an der Kupplungssteile zwischen Zuleitung
und Kabel entstehenden Reflexionsimpuls und A den Reflexionsimpuls vom Abschluß
des Kabels.
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Die Länge des Kabels wird also durch den Abstand zwischen den Impulsen
K und A, die der Zuleitung durch den Abstand zwischen Spund K gekennzeichnet. M
sind die am oder vor dem Schirm angebrachten Maßstablinien, die, falls die Dämpfung
des zu untersuchenden Kabels nicht ins Gewicht fällt, was bei Messungen an den üblichen
Fabrikationslängen - in der Regel der Fall sein dürfte, als parallele Linien zur
Zeitachse erscheinen. Wie aus dem Bild ersichtlich, kann durch entsprechende Zeitdehnung
erreicht werden, daß auf dem Schirmbild nur ein Teil der Welligkeitskurve erscheint,
hier z. B. zunädhst nur das Kurvenbild der Meßleitung. Durch Verschieben der seitlichen
Zeitablenkuntg kann nun das Welligkeitsbild des Kabels über das Schirmbild geführt
werden und die Kabelfehler können durch Vergleich mit dem Maßstabimpuls quantitativ
festgestellt werden.
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Wie bereits erwähnt, können auch mehrere künstliche Fehler, vorzugsweise
von in bestimmter Weise abgestufter Größe an verschiedenen Stellen der Meßleitung
angebracht werden oder es kann das eingebaute Fehlerglied in bestimmter Weise veränderbar
gemacht werden, so daß auf dem Schirmbild mehrere Eichmarken gebildet werden können.
Durch Verwendung entsprechend kleiner künstlicher Fehler können bei geeigneter Verstärkung
selbst sehr kleine Inhomogenitäten mit großer Genauigkeit ermittelt werden.
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Macht sich bei der Messung die Kabeldämpfung bemerkbar, so kann man
etwa hierdurch bedingte
Meßfehler dadurch ausgleichen, daß man den
Maßstab zur Berücksichtigung - des - durch die Kabeldämpfung jhervorgerufenen Amplitudenabfalles
durch Linien bildet, die sich entsprechend der Kabeldämpfung der Zeitachse nähern.
Man kann -auch den' Verlauf der Maßstablinien einstellbar bzw. die Maßstäbe selbst
auswechselbar machen.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend näher beschriebene Beispiel
einer mit künstlichen Fehlerstellen versehene Meßzuleitung beschränkt, vielmehr
kann eine solche mit-definierten Febiern versehene Leitung auch, wie bereits erwähnt,
als Vergleichsnormal dienen. Grundsätzlich ist es möglich, in das zu untersuchende
Kabel selbst Widerstände als Sollfehlerstellen einzubauen. Auch kann eine derartige
Meßleitung als Abschluß des Kabels verwendet werden.
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'Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht es, selbst ganz kleine
Fehler quantitativ zu messen, da man auch beliebig kleine, in ihrer Größe bekannte
Vergleichsfehler erzeugen kann. Gegenüber den bekannten Verfahren wird durch das
eine Meßleitung gemäß wider Erfindung verwendendeVerfahren eine höhere Meßgenauigkeit
erzielt, außerdem sind die Meßergebnisse jederzeit reproduzierbar. Das Meßverfahren
ist wesentlich einfacher -und zeitsparend, und die Meßanordnung erfordert einen
beträchtlich geringeren Aufwand, da Nachbildung und komplexer Abschlußwiderstand
ganz fortfallen. Schließlich ist durch die Erfindung eine umfassendere Verwendungsmöglichkeit
der Meßanordnung bei den verschiedensten Kabel- und Leitertypen gegeben.
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PATENTANSPB0CRE I. Anordnung zur quantitativen Bestimmung von Inhomogenitäten
in Breitbandkabeln nach dem Impulsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß an das
Impulsmeßgerät entweder gleichzeitig oder nacheinander mit dem zu untersuchenden
Kabel ein möglichst homogenes Kabel- oder Leitungsstück angeschlossen ist, in das
ein oder mehrere künstliche, in ihrer Größe bekannte, vorzugsweise einstellbare
Fehler eingefügt sind, die auf dem Schirmbild des Meßgerätes in Verbindung mit dem
Reflexionsbild des zu untersuchenden Kabels geeignete Reflexionsimpulse hervorrufen,
die zur Maßstabbildung dienen.