-
Verfahren zur Linearisierung der Frequenz-Zeit-Charakteristik der
Ausgangsspannung eines Wobbelsenders In der Nachrichtentechnik werden Verstärker,
Vierpole, Kabel, Anpassungsglieder usw. verwendet, deren übertragungsmaß nach Größe
und Phase von der Frequenz der sie durchlaufenden Signale abhängt. Das Übertragungsmaß
ist im allgemeinen das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung oder
das entsprechender Ströme. Es kann punktweise gemessen werden, indem nacheinander
für diskrete Frequenzen im interessierenden Frequenzbereich bei konstanter Größe
der Eingangsspannung die Ausgangsspannung ermittelt wird und anschließend in einem
Kurvenzug das Übertragungsmaß in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt wird.
Diese Darstellung kann erfolgen sowohl für die Amplitude des übertragungsmaßes wie
auch für dessen Phasenlaufzeit oder Gruppenlaufzeit. Diese Art der Untersuchung
ist sehr langwierig und erfordert zeitlich sehr konstante Meßgeräte und Prüfgeräte.
Zur beschleunigten Messung derartiger Kurven werden die sogenannten »Wobbelverfahren«
mit der Aufzeichnung des Ergebnisses auf einem Registriergerät, bevorzugt dem Schirm
einer Braunschen Röhre, verwendet. Hierbei wird die Frequenz des sinusförmigen Meßsignals
des Wobbelsenders periodisch durch Ändern der Größe eines oder mehrerer die Frequenz
bestimmenden Teile kontinuierlich variiert und synchron hierzu der Elektronenstrahl
der Braunschen Röhre in horizontaler Richtung abgelenkt. Die Spannung am Ausgang
des Prüflings wird nach geeigneter Verstärkung und Gleichrichtung zur Ablenkung
des Elektronenstrahles in der vertikalen Richtung verwendet. Auf dem Schirm der
Braunschen Röhre erscheint dann ein Kurvenzug, der das Übertragungsmaß in Abhängigkeit
von der Frequenz darstellt. Die Frequenzänderung des Wobbelsenders kann z. B. mechanisch
durch Ändern des Drehwinkels eines Drehkondensators, elektrisch durch Ändern der
Vormagnetisierung des Kernes der Spule des Schwingkreises oder durch Ändern der
Spannung an einer Kapazitätsdiode vorgenommen werden. Die Frequenz des Wobbelsenders
ist im allgemeinen nicht proportional der Größe des die Frequenz modulierenden Signals,
also beispielsweise dem Drehwinkel des Drehkondensators, dem Strom im Vormagnetisierungskreis
der Schwingspule oder der Spannung an einer Kapazitätsdiode. Ist der Verlauf des
die Frequenz modulierenden Signals der Zeit proportional, so ist also noch nicht
die Frequenz des Wobbelsenders ebenfalls der Zeit proportional. Die Frequenz-Zeit-Charakteristik
ist nicht linear. Diese Nichtlinearität bedingt, daß gleiche Wege auf dem Schirm
der Braunschen Röhre, deren Strahl in der Zeitachse mit konstanter Geschwindigkeit
bewegt wird, nicht gleichen Frequenzdifferenzen entsprechen. Die Festlegung bestimmter
zur Beurteilung wichtiger Frequenzwerte geschieht dann durch eine Helligkeitsmodulation
des Schreibstriches, oder durch eine zusätzliche Auslenkung des Elektronenstrahles
in der vertikalen Richtung. Eine lineare Frequenz-Zeit-Charakteristik des Wobbelsenders
ist von besonderer Bedeutung bei einer Gruppenläufzeitmessung des Übertragungsmaßes
nach dem Spaltfrequenzverfahren. Bei diesem wird die durch den Prüfling geschickte
sinusförmige Schwingung des Wobbelsenders vorher mit der Spaltfrequenz amplitudenmoduliert
und diese hinter dem Prüfling durch Demodulation wieder zurückgewonnen. Durch Vergleich
der Phase der Spaltfrequenz nach dem Prüfling mit derjenigen vor dem Prüfling, also
am Ausgang des Wobbelsenders, kann dann die Phasendifferenz ermittelt werden. Ein
einwandfreies Ergebnis kann aber nur gewonnen werden, wenn die Frequenz-Zeit-Charakteristik
der Ausgangsspannung des Wobbelsenders tatsächlich linear ist. Es ist bekannt, die
Frequenz-Zeit-Charakteristik durch Rückführung einer von der Ausgangsspannung des
Wobbelsenders abgeleiteten Gegenkopplungsspannung auf den frequenzbestimmenden Teil
zu linearisieren.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Linearisierung der
Frequenz-Zeit-Charakteristik der Ausgangsspannung eines Wobbelsenders für Meß-und
Prüfzwecke durch Rückführung einer von der Ausgangsspannung abgeleiteten Gegenkopplungsspannung
auf den frequenzbestimmenden Teil anzugeben.
-
Erfindungsgemäß wird das gewobbelte sinusförmige Signal veränderlicher
Frequenz auf eine Verzögerungsleitung geschaltet und aus der Differenzfrequenz zwischen
der verzögerten mit der unverzögerten
Spannung die Gegenkopplungsspannung
gebildet. Dann ist der Frequenzgang praktisch linear von der Zeit abhängig, die
Frequenz-Zeit-Charakteristik ist linear.
-
Die Erfindung soll zunächst an Hand der A b b. 1 und 2 näher erläutert
werden: Die Frequenz f des Wobbelsenders 1 werde durch einen irgendwie aufgebauten
Mechanismus periodisch geändert. Am Beginn einer solchen Wobbelperiode sei (A b
b. 2 a) die Frequenz f l, am Ende sei sie f2. Der Übergang von f1 nach f"
erfolge nach der gezeichneten Kurve mit einer nichtlinearen Frequenz-Zeit-Charakteristik.
Am Ende der Wobbelperiode springt die Frequenz des Wobbelsenders von f., auf f1
zurück, und zu gleicher Zeit wird der Leuchtfleck auf dem Oszillographen von der
rechten Endlage in die linke Endlage zurückgeführt. Am Ausgang des Verzögerungsgliedes
2 ergibt sich der Verlauf der Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit nach A b b.
2b. Er entspricht dem Ausgangssignal des Wobbelsenders nach A b b. 2 a und ist diesem
gegenüber um die Zeit 4 t verzögert. Aus A b b. 2 a und 2b ergibt sich die zeitabhängige
Frequenzdifferenz 1 f, die nicht konstant ist, und die im Falle der vorliegend gewählten
Kurve mit zunehmender Zeit abnimmt. Die sinusförmigen Signale mit dem Frequenz-Zeit-Verlauf
entsprechend A b b. 2 a und 2 b werden der Mischschaltung 3 in A b b. 1 zugeführt,
welche die Differenzfrequenz A f nach A b b. 2 c liefert. Diese Frequenz
wird in dem Frequenzdiskriminator 4 in ; ein Gleichstromsignal umgesetzt, welches
die Frequenz des Wobbelsenders 1 derart zusätzlich steuert, daß die Frequenzänderung
bei zu schnellem Anstieg der Frequenz verringert und bei zu schwachem Anstieg vergrößert
wird. Für die Umformung des Gleichstromsignals von 4 in Frequenzänderungen des Wobbelsenders
kann nach bekannten Verfahren vorgegangen werden.
-
Als Verzögerungsglieder können verschiedene technische Einrichtungen
verwendet werden. In Weiterbildung der Erfindung kann beispielsweise ein aus T-
oder @z-Gliedern bestehender elektrischer Kettenleiter benutzt werden, der am Ende
reflexionsfrei abgeschlossen ist und im betrachteten Frequenzbereich konstante Laufzeit
hat. Das Wobbelsignal läuft mit konstanter Geschwindigkeit über dieses Verzögerungsglied,
und die am Ausgang auftreffende Welle wird vom Abschlußwiderstand absorbiert. In
Weiterbildung der Erfindung ist es aber auch möglich, ein Laufzeitglied zu verwenden,
das am Ende nicht reflexionsfrei abgeschlossen wird und das an den Signalgenerator
mit dem Wellenwiderstand angepaßt ist. Dann wird der Wellenzug am Ende des Laufzeitgliedes
reflektiert, läuft den Kettenleiter wieder zurück zum Anfang der Speisestelle, und
dort wird seine Energie im Abschlußwiderstand vernichtet. Am Eingang des Kettenleiters
stehen dann sowohl das verzögerte wie auch das unverzögerte Signal. Damit ergibt
sich das Schema der A b b. 3. Der Schwingungsgenerator im Wobbel-Sender 5 mit nichtlinearer
Frequenz-Zeit-Charakteristik speist den am Ende reflektierenden Kettenleiter6, und
die reflektierte Welle wird am Eingang im Abschlußwiderstand absorbiert. Die beiden
an der Verbindungsleitung zwischen 5 und 6 stehenden Signale werden der Mischhaltung
7 zugeführt, an deren Ausgang die Differenzfrequenz beider entsteht. Sie wird in
dem Frequenzdiskriminator 8 gleichgerichtet, und die gewonnene Gleichspannung dient
zur Regelung der Frequenz des Wobbelsenders in der gewünschten Form.
-
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird als Verzögerungsglied
ein Hochfrequenzkabel verwendet, das in gleicher Form wie der Kettenleiter in den
gesamten Weg eingeführt wird. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein
Ultraschallverzögerungsleiter verwendet.