DEP0013305MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 30. Dezember 1954 Bekaimtgemacht am 14. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Für die Messung von Widerständen bei hohen Frequenzen hat sich die Hochfrequenzmeßleitung sehr gut bewährt. Bei der Messung wird die Tatsache ausgenutzt, daß der Verlauf von Strom und Spannung längs einer Leitung mit dem Wellenwiderstand Z durch den Abschlußwiderstand X bestimmt ist. Die Gleichung für die Spannung lautet:

UlU₀ = cos 2 π U λ + j (Z/X) sin 2 π Hl (ι)

U₀ bezeichnet die Spannung am Leitungsende. Die Länge / ist vom Leitungsende aus gerechnet, λ ist die Wellenlänge. Die Hochfrequenzmeßleitung hat den Nachteil, daß ihre Verwendung bei längeren Wellen dadurch begrenzt ist, daß ihre Länge mindestens gleich einer halben Wellenlänge sein muß; dadurch wird sie groß und unhandlich und kann nicht mehr mit der nötigen Präzision hergestellt werden.

Es ist nun eine Meßanordnung zur Messung von Widerständen bei Hochfrequenz bekannt (USA.-Patentschrift 2 630 474), bei der von einer speisenden Leitung zwei Leitungen rechtwinklig abgehen, von denen die eine mit einem Vergleichswiderstand, die andere mit dem zu messenden Widerstand abgeschlossen ist, und der in einer elektrisch abgeschirmten magnetischen Koppelschleife induzierte Spannungsverlauf, der zur Widerstandsbestimmung dient, in Abhängigkeit vom Drehwinkel meßbar ist.

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Die bekannte Anordnung bildet eine durchgehende Leitung zum Anschluß der beiden Widerstände, in welche rechtwinklig die Speiseleitung eintritt. Die über der Verzweigungsstelle liegende Koppelschleife mißt also das Magnetfeld aller drei Leitungen. Eine derartige Verzweigungsstelle ist aber ein inhomogenes Gebilde, welches bei höheren Frequenzen Maßnahmen zur· Kompensation erforderlich macht, die bei der bekannten Anordnung

ίο für alle drei Leitungen vorgesehen werden müssen. Erfindungsgemäß ist die Meßanordnung so ausgebildet, daß die von der Speiseleitung rechtwinklig abgehenden Leitungen aufeinander senkrecht stehen und die Koppelschleife um eine in der Ver-

t5 längerung der Speiseleitung liegende Achse drehbar ist. · ' - ';. ', '■ '

Auf diese Weise 'wirkt' auf die Schleife nur das Magnetfeld der , beiden Widerstandsleitungen ein, während das Feld der Speiseleitungen herausfällt.

Die notwendige Kompensation kann damit, wie weiter unten ausgeführt wird, mit sehr einfachen Mitteln vorgenommen werden.

Die neue Anordnung gemäß der Erfindung hat für die Messung die gleichen Eigenschaften wie eine Meßleitung und ist auch bei relativ langen Wellen verwendbar:"

' Abb. ι veranschaulicht die neue Meßverzweigung, es ist eine Leitungsverzweigung mit drei aufeinander senkrecht angeordneten Leitungen, vorzugsweise aus Koaxialleitungen gebildet. Die eine Leitung ist mit einem Normalwiderstand abgeschlossen, die andere mit dem unbekannten Widerstand. Als Normalwiderstand wird vorzugsweise ein Blindwiderstand verwendet. Die dritte Leitung dient zur Einspeisung der Meßfrequenz aus einer Spannungsquelle G. Die Zweigströme seien I_n und I_x. Senkrecht zur Ebene, die von den beiden Verzweigungsleitungen gebildet wird, ist über dem Verzweigungspunkt eine elektrisch abgeschirmte, drehbare -'Köppelschleife 5¹ angebrächt. Sie ist um eine in der Verlängerung der Speiseleitung liegende Achse drehbar. Diese Koppelschleife wird von dem durch die Ströme /„ und I_x erzeugten Magnetfeld, jedoch nicht von dem Strom auf der Speiseleitung erregt. Steht die Koppelschleife unter dem Winkel α zu der Leitung mit dem Strom /#, so ist die induzierte Leerlaufspannung ■

U₅ = K (cos a + j (Z/X) sin α)

K ist eine Konstante, die von der Größe der Kopplung abhängt..Der Klammerausdruck von (2) entspricht formal genau der rechten Seite von (1). Dies bedeutet, daß'die' in der Schleife induzierte Spannung in Abhängigkeit vom Drehwinkel genau den gleichen Verlauf hat wie die Spannung auf einer, Meßleitung. Einer vollen Umdrehung der Schleife entspricht eine Wellenlänge auf der Meßleitüng. . ·.■■.. 1: : ■

Wird die Meßverzweigung mit einem kapazitiven Normälwiders'tand N== —■ JZ abgeschlossen, so entspricht''sie· bei Umkehrung der Schleifendrehrichtung · ebenfalls der Meßleitung. Vertauschung der Widerstände N und X gestattet dann, die Stromverteilung auf der entsprechenden Leitung zu messen.

Voraussetzung für das richtige Funktionieren der Meßanordnung ist, daß die Schleife nur das magnetische Feld aufnimmt und gegen das elektrische abgeschirmt ist. Abb. 2 zeigt, wie sich dies sehr wirksam erreichen läßt: Die Schleife 1 liegt in einer Maske 2, die einen schmalen Schlitz 3 senkrecht zur Schleife besitzt, durch den die magnetische Kopplung erfolgt. Diese Anordnung gestattet außerdem eine einwandfreie mechanische Zentrierung der Schleife. -75

Für die theoretische Ableitung der in der Koppelschleife induzierten Spannung wurde an der _Verzweigurigsstelle das Bestehen eines homogenen Feldes für die einzelnen Teilleitungen vorausgesetzt. Diese Homogenität ist jedoch an der Verzweigungsstelle nicht gegeben, wodurch Meßfehler entstehen. Durch Anwendung von Kompensationsmaßnahmen an der Verzweigungsstelle läßt sich aber der auftretende Fehler sehr klein halten.

Abb..3 zeigt ein Beispiel für eine solche Kornpensati'on. Unter 45 ° zu den beiden mit den Widerständen abgeschlossenen Leitungen ragt ein Stempel 4 durch den Außenleiter, dessen Tauchtiefe eingestellt werden kann. Bei richtiger Einstellung, des Stempels ist eine Fehlerkompensation bis zu sehr hohen Frequenzen möglich. Als einstellbarer Normalwiderstand ist bei tieferen Frequenzen ein Drehkondensator, bei höheren Frequenzen auch eine am Ende kurzgeschlossene Leitung veränderlicher Länge zu verwenden.

Der Meßvorgang mit der vorgeschlagenen Anordnung gleicht nahezu der Widerstandsmessung mit einer Meßleitung. Es muß lediglich vorher der Normalwiderstand auf die Meßfreqüenz eingestellt werden. Bei der Drehung der Schleife können die beiden für die Widerstandsmessung erforderlichen Größen erhalten werden: Das Verhältnis m von maximaler, zu minimaler Spannungsamplitude und

die Größe -j- aus der Winkellage der Schleif enstel-

lung, bei der die Minimalspannung induziert wird. An einer mit der Meßschleife gekoppelten Skala kann die Größe desWinkels direkt abgelesen werden.

Mit der »Meßverzweigung« wird die Größe des Widerstandes X am Ort der Verzweigungsstelle gemessen. Soll an einem anderen Ort der Leitung zwischen der Verzweigung und.dem Meßobjekt der Widerstand bestimmt werden, so ist vor der Messung dieser Ort der Leitung kurzzuschließen, die , Meß schleife so „weit zu.drehen, bis die Schleifen-Spannung zu einem Minimum wird, und in dieser Lage · die Winkelskala auf NuJl zu stellen. Beim Anschluß des Meßobjektes bezieht sich nun die Messung auf den gewählten Leitungsquerschnitt.

Wird als Normalwiderstand ein reeller Widerstand der Größe Z verwendet, so ist ebenfalls eine Widerstandsmessung möglich. Es kann nunmehr jedoch das Vorzeichen der Blindkomponente, nicht unterschieden werden. Durch zusätzliche kapazitive Belastung des Normalwiderstandes läßt sich im Bedarfsfair aus der Veränderung der Lage be-

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Claims (11)

P 13305 VIIIc I'21 e ziehungsweise der Größe des Spannungsminimums auch das Vorzeichen der Blindkomponente erkennbar machen. Bei reellem Abschluß ist die »Meßverzweigung« auch als ' Reflektometer zu verwenden. Für eine Schleifenstellung im Winkel von 1350 mißt man eineSpannungproportional der Differenz i/Z—ifX, für eine solche im Winkel von 45 ° eine Spannung proportional der Summe 1/Z+1/X. Aus dem Quotient der beiden Werte ergibt sich der Reflexionskoeffizient. Bei Abschluß der Leitungsverzweigung mit den Widerständen Z und JZ (bzw. —jZ) ist die Amplitude der Schleifenspannung konstant, die Phase gleich dem Drehwinkel. Die Verzweigung läßt sich also auch als Phasenschieber zwischen ο und 3600 verwenden. Zur schnellen Auswertung 'der Meßergebnisse kann die Schleife der Meß verzweigung motorisch angetrieben und der Verlauf der abgetasteten Spannung auf einem Oszillographen sichtbar gemacht werden, wenn dessen Zeitablenkung mit der Umlauffrequenz der Schleife synchronisiert wird. a5 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von Widerständen bei Hochfrequenz mit zwei von einer speisenden" Leitung rechtwinklig abgehenden Leitungen, von denen die eine mit einem Vergleichswiderstand, die andere mit dem zu messenden Widerstand abgeschlossen und der in' einer elektrisch abgeschirmten magnetischen Koppelschleife induzierte Spannungsverlauf, der zur Widerstandsbestimmung dient, in Abhängigkeit vom Drehwinkel meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Speiseleitung rechtwinklig abgehenden Leitungen aufeinander senkrecht stehen und die Koppelschleife um eine in Verlängerung der Speiseleitung liegende Achse drehbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigung aus Koaxialleitungen aufgebaut ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswiderstand ein reiner Blindwiderstand ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Blindwiderstand durch einen verluftfreien Kondensator, ein induktiver. durch eine am Ende kurzgeschlossene Leitung veränderlicher Länge dargestellt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswiderstand ein rein ohmscher oder ein komplexer Widerstand ist.

6. Anordnung nach einem oder, mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Tauchtiefe einstellbarer Stempel an der Verzweigungsstelle durch den Außenleiter geführt ist, der unter 45⁰ zu den beiden mit den Widerständen abgeschlos-, senen Leitungen steht.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschleife ständig umläuft und zugleich die Zeitablenkung eines Sicht- oder Schreibgerätes steuert, dem die induzierte Spannung nach Verstärkung zugeführt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kopplung über eine Unterbrechung des Außenleiters und die elektrische Abschirmung durch eine Schlitzkopplung erfolgt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch 75' gekennzeichnet, daß die Koppelschleife mitsamt ihrer Zuleitung drehbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 2, angewendet zum Abgriff einer Spannung, deren Betrag konstant ist und deren Phase beliebig einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Verzweigungsleitung mit einem reinen Blindwiderstand, die andere mit einem reinen Wirkwiderstand gleichen Betrages abgeschlossen und die Koppelschleife mit einer Winkelteilung verbunden ist, an welcher der mit der gewünschten Phase linear zusammenhängende Winkel ablesbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1 zur Messung von Widerständen für Reflexionsbestimmung, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Koppelschleife bei den Winkelstellungen 45 und 135⁰ induzierten Spannungen gemessen werden.

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 630 474.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen