DE959571C - Verfahren zur Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier kurzer elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im UKW- und Fernsehbereich - Google Patents

Verfahren zur Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier kurzer elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im UKW- und Fernsehbereich

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DE959571C
DE959571C DES29930A DES0029930A DE959571C DE 959571 C DE959571 C DE 959571C DE S29930 A DES29930 A DE S29930A DE S0029930 A DES0029930 A DE S0029930A DE 959571 C DE959571 C DE 959571C
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measuring
waves
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difference
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Expired
Application number
DES29930A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Rembert Martinson
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents

Description

  • Verfahren zur Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier kurzer elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im UKW- und Fernsehbereich Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier kurzer elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im UKW und Fernsehbereich, mittels Meßleitung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß je eine der zu vergleichenden elektromagnetischen Wellen einem Eingang je einer mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Meßleitung zugeführt und auf jeder Meßleitung ein mit je einer Klemme eines Meßinstrumentes verbundener Abgriff so eingestellt wird, daß das Meßinstrument ein Spannungsminimum anzeigt, worauf die Differenz der Abstände jedes Abgriffes vom Eingang der zugehörigen Meßleitung ein Maß für die Phasenwinkeldifferenz beider Wellen darstellt.
  • Es sind bereits Verfahren zur Messung der Phasenverschiebung zweier elektromagnetischer Wellen im Dezimeterbereich bekannt, bei deren einem die eine der zu vergleichenden Wellen an den Eingang einer mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Meßleitung angelegt ist, während die andere über einen derart einstellbaren Abgriff der Meßleitung zugeführt wird, daß an einem Meßempfänger das Spannungsminimum abgelesen wird. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch die Änderung der Einstellung des Abgriffes an der Meßleitung ein Maß für die Änderung der Phasenwinkeldifferenz zweier elektromagnetischer Wellen, d. h., es kann mit diesem bekannten Verfahren zunächst nur eine relative Messung durchgeführt werden. Die Messung des absoluten Wertes der Phasenwinkeldifferenz zweier elektromagnetischer Wellen ist erst nach einer in einem besonderen Meßgang vorzunehmenden Eichung möglich. Demgegenüber bietet das Verfahren nach der Erfindung den Vorteil, die absolute Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier elektromagnetischer Wellen ohne zusätzliche Eichung zu ermöglichen.
  • Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Fig. z bis 5. Auf den in der Fig. = schematisch dargestellten Meßleitungen MLI' und MLIj' mit den Abschlußwiderständen WI' und WI[' sind die an den Eingängen EI' und Ea' eintretenden Wellen I' und II', deren Fortpflanzung in der angezeigten Richtung erfolgt, zu einem bestimmten Zeitpunkt eingetragen, wobei angenommen ist, daß die Welle I' der Welle II' um die Strecke voreilt. In bezug auf die in gleicher Entfernung von den Eingängen der beiden Meßleitungen herrschenden Schwingungszustände der Wellen I' und II' besagt dies, daß die Schwingungszustände der Welle I' denen der Welle II' um den zu bestimmenden Phasenwinkel voreilen. Aus der Fig. z ist ersichtlich, daß bei der gezeichneten Stellung der beiden Abgriffe A I' und A B' auf beiden Meßleitungen zu j eder Zeit der gleiche Schwingungszustand herrscht, so daß vom Meßinstrument ein Spannungsminimum angezeigt wird. Die Differenz der von den beiden Eingängen ,EI' und EI,' gemessenen Abstände ai' und a"' entspricht, wie unmittelbar der Fig. x entnommen werden kann, der Strecke Beim gleichmäßigen und gleichzeitigen Verschieben der Abgriffe in oder entgegengesetzt der Fortpflanzungsrichtung der Wellen werden stets Schwingungszustände gleicher Phase bezüglich beider Wellen überstrichen, wobei die Differenz der Abstände, nämlich erhalten bleibt. Dieselben Überlegungen gelten selbstverständlich auch dann, wenn die Wegdifferenz der beiden Wellen- nicht, wie hier angenommen, die Länge - irgendeinen anderen Wert beträgt. Die beim Spannungsminimum gemessene Differenz der Abstände jedes Abgriffes vom Eingang der zugehörigen Meßleitung ergibt direkt die Wegdifferenz der beiden Wellen oder, mit dem Faktor multipliziert, auch die Phasenwinkeldifferenz derselben.
  • In der Fig. 2 ist eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besonders geeignete Meßanordnung dargestellt, die sich dadurch auszeichnet, daß die beiden 1VIeßleitungen MLI und ML], als gleich lange und parallel nebeneinanderliegende Koaxial leiter ausgebildet sind, deren entgegengesetzt liegende Enden mit den Wellenwiderständen der Meßleitungen angepaßten Widerständen WI und Wa abgeschlossen und deren Eingänge mit zur Zuführung- der zu untersuchenden Wellen dienenden Anscblußköpfen AKI und AKI, versehen sind; mittels eines gemeinsamen, auf - beiden Koaxialleitern verschiebbaren Meßschlittens MS (Abgriffe A, undA a) wird das Spannungsminimum zwischen den'Innenleitern bestimmt, wobei der Abstand a der mit dem Meßschlitten MS starr verbundenen Abgriffe A, und A" vom Mittelpunkt M der Meßleitungen die halbe Differenz der Abstände jedes Abgriffes vom Eingang der zugehörigen Meßleitung darstellt: Diese Meßanordnung gestattet damit eine einfache Ablesung der Differenz der Abstände jedes Abgriffes vom Eingang der' zugehörigen Meßleitung und ermöglicht außerdem, die Länge der von den Klemmendes im MeßschlittenM S untergebrachten Instrumentes zu den zugehörigen Abgriffen führenden Leitungen auf ein Mindestmaß zu beschränken. Die Fig. 3 und q. dienen zur Erläuterung der bei der Durchführung der Messung auf dieser Meßanordnung eintretenden Vorgänge.
  • In der Fig. 3 sind die den beiden Meßleitungen MLI und MLa - beide von der gleichen Länge 1 -zugeführten und in ihrer gegenseitigen Phasenlage zu untersuchenden elektrischen Wellen I und II (z. B. gleicher Amplitude) längs der gemeinsamen x-Achse für einen bestimmten Zeitpunkt (t = to) aufgetragen, wobei die der Meßleitung MLI an der Stelle x = 0 zugeführte Welle I sich in Richtung der positiven x-Achse fortpflanzt, während sich die der Meßleitung ML], an der Stelle x = C zugeführte und gegenüber der Welle I um die zu bestimmende Phasenwinkeldifferenz nacheilende Welle II in Richtung der negativen x-Achse fortpflanzt. Die für die beiden Wellen I und II an den Eingangsstellen x = 0 der Meßleitung MLI bzw. x = C der Meßleitung ML], gemäß der Fig. 3 herrschenden Schwingungszustände zur Zeit t = to sind in der Fig. q. durch die beiden Vektoren 2[, (to, 0) bzw. UII (to, C) vergegenständlicht, wobei nach Voraussetzung der Vektor s?X.I, (t" 1) dem Vektor U, (to, 0) um die Phasenwinkeldifferenz d nacheilt.
  • Bei der Bestimmung der Schwingungszustände der beiden Wellen an dem Mittelpunkt der Meßleitung der als Ausgangspunkt der Messung dient, ist zu beachten, daß dieser Punkt bezüglich der Eingangspunkte x = 0 und x = C in der Fortpflanzungsrichtung beider Wellen liegt; d. h. daß dort für jede der beiden Wellen ein Schwingungszustand herrscht, der bereits früher bezüglich der Welle I an dem Punkt x = 0 und bezüglich der Welle II an dem Punkt x = 1 geherrscht hat.. In der Vektordarstellung der Fig. q. kommt dies dadurch zum Ausdruck, daß sowohl der Vektor 2[I (to, 0) als auch der Vektor Ua (1" t) in der negativen Zeitrichtung gedreht wird, und zwar beide um denselben Winkel worin die Wellenlänge in dem Dielektrikum der Isolierung zwischen Innen- und Außenleiter der Meßleitung bedeutet. Diese Drehung führt in der Fig. 4 auf die beiden Vektoren U, und Xa die sich beide im Zeitablauf mit einer der Frequenz der fortschreitenden Wellen entsprechenden Winkelgeschwindigkeit drehen. Die an dieser Stelle an den Klemmen des verschiebbaren Meßschlittens MS liegende Wechselspannung wird in dem Vektordiagramm der Fig. q. durch den Vektor dargestellt, dessen Länge als -Amplitude der Wechselspannung ein Maß für die angezeigte Spannung an der Stelle x = ist. Ausgehend von diesem Bezugspunkt x = werden beim Verschieben des Meßschlittens MS beispielsweise in der positiven Richtung der x-Achse die Schwingungszustände überstrichen, die bezüglich der Welle I bereits früher die Stelle x = passierten und bezüglich der Welle II die Stelle x = noch passieren werden. Dies hat zur Folge, daß sich in der Fig. q. der Vektor UI in der negativen und der Vektor 52.1]I in der positiven Zeitrichtung drehen, wobei die .Länge des Differenzvektors nCD und damit auch die angezeigte Spannung stetig abnimmt und nach Erreichen des Nullwertes wieder stetig zunimmt. Der ausgezeichnete Nullwert wird gemäß der Fig. q. dann erreicht, wenn sich-jeder der beiden Vektoren um einen Winkel gedreht hat, der gleich der halben Phasenwinkeldifferenz A p ist. Dieser Winkel ist mit der auf der Meßleitung überstrichenen Strecke A C durch die Gleichung verknüpft. Aus der Gleichung läßt sich mittels der gemessenen Strecke J C die Phasenwinkeldifferenz Ap berechnen. In der Fig.3 ist die Differenzspannung 21D (to) zurzeit to als gestrichelte Kurve dargestellt.
  • Die Meßanordnung nach der Erfindung gestattet, zusätzlich eine Wellenlängenmessung auszuführen, wie sie unmittelbar aus den obigen Betrachtungen hervorgeht. Ein Verschieben des Meßschlittens MS von einer Nullage 01 in die nächstbenachbarte Nullage 02 bewirkt nämlich in der Fig. q. eine entgegengesetzte Drehung der beiden Vektoren 21I (to, 0l) und 913, (to, 0l) um den Winkel :L 7r, dem ein Fortschreitenlängs der beiden Wellen I und II um die halbe Wellenlänge entspricht. Die gemessene Entfernung zweier Nullpunktlagen braucht somit nur mit 2 multipliziert zu werden, um die Wellenlänge A, zu erhalten.
  • Die bisher bei Wellen gleicher Amplitude durchgeführten Betrachtungen ändern sich im wesentlichen nicht, wenn im Gegensatz hierzu die Amplituden der zu untersuchenden elektrischen Wellen nicht die gleiche Größe besitzen. An den ausgezeichneten Punkten liegt dann'an den Klemmen des Meßschlittens nicht mehr die Spannung 0, sondern eine Wechselspannung mit minimaler Amplitude, deren Größe gleich der Amplitudendifferenz beider Wellen ist. In der Fig.5 ist ein Anwendungsbeispiel für das Verfahren nach der Erfindung mit der in der Fig. 2 wiedergegebenen Meßanordnung schematisch dargestellt. Danach speist eine Hochfrequenzenz-giequelle Egr über ein zu untersuchendes Objekt V, das beispielsweise durch einen aktiven (z. B. Verstärker) oder passiven (z. B. Siebglied) Vierpol oder durch eine Reihe von Vierpolen, welche Elemente von verschiedenen Hochfrequenzvorrichtungen (z. B. Verstärker, Sender u. a. m.) sind, dargestellt sein kann, einen Verbraucher R. Die Messung der zwischen Eingang E und Ausgang A des zu untersuchenden Objektes V entstehenden Phasenwinkeldifferenz d 99 der hochfrequenten Welle und damit auch unmittelbar die Phasenlaufzeit wird dadurch ermöglicht, daß vom Eingang E und Ausgang A des zu untersuchenden Objektes V zu den Anschlußköpfen AKI und AKI, der beiden Meßleitungen MLI und ML], Verbindungsleitungen L, und L], gleicher elektrischer Länge führen. Die Messung der Phasenwinkeldifferenz der den beiden Meßleitungen auf diesem Wege zugeführten Wellen erfolgt dann, wie oben beschrieben.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier kurzer elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im UKW- und Fernsehbereich, mittels Meßleitung; dadurch gekennzeichnet, daß je eine der zu vergleichenden elektromagnetischen Wellen einem Eingang j e einer mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Meßleitung zugeführt und auf jeder Meßleitung ein mit je einer Klemme eines Meßinstrumentes verbundener Abgriff so eingestellt wird, daß das Meßinstrument ein Spannungsminimum anzeigt, worauf die Differenz der Abstände jedes Abgriffes vom Eingang der zugehörigen Meßleitung ein Maß für die Phasenwinkeldifferenz beider Wellen darstellt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßleitungen als gleich lange und parallel nebeneinanderliegende Koaxialleiter ausgebildet sind, deren entgegengesetzt liegende Enden mit dem Wellenwiderstand der Leitungen angepaßten Widerständen und deren Eingänge mit zur Zuführung der zu untersuchenden Wellen dienenden Anschlußköpfen versehen sind, und daß mittels eines gemeinsamen, auf beiden Koaxialleitern verschiebbaren Meßschlittens das Spannungsminimum zwischen den Innenleitern bestimmt wird, so daß der Abstand der mit dem Meßschlitten starr verbundenen Abgriffe vom Mittelpunkt der Meßleitungen die halbe Differenz der Abstände jedes Abgriffes vom Eingang der zugehörigen Meßleitung darstellt. In Betracht gezogene Druckschriften: Meinke: »Meßgeräte und Meßverfahren für Dezimeterwellenu, als Manuskript gedruckt zum Gebrauch an der Technischen Hochschule München.
DES29930A 1952-08-26 1952-08-26 Verfahren zur Messung der Phasenwinkeldifferenz zweier kurzer elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise im UKW- und Fernsehbereich Expired DE959571C (de)

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