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Verfahren zur Messung des Reflexionsfaktors eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Reflexionsfaktors eines
Meßobjekts im Mikrowellengebiet unter Verwendung von zwei zwischen einem Meßspannungsgenerator
und dem Meßobjekt gegensinnig eingeschalteten Richtungskopplern, an deren Meßausgängen
Teile der Meßspannung über Gleichrichter abgreifbar sind, die durch Quotientenbildung
zur Ermittlung des Reflexionsfaktors herangezogen werden.
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Bekannte Meßverfahren dieser Art werden mit Hilfe von Meßanordnungen
durchgeführt, die entweder an beiden Meßausgängen eigene Meßinstrumente aufweisen,
aus deren Anzeigen der Reflexionsfaktor rechnerisch ermittelt wird, oder einen mit
beiden Meßausgängen verbundenen Quotientenmesser, der eine direkte Anzeige des Reflexionsfaktors
liefert.
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Hierbei ist es jedoch nachteilig, daß eine normalerweise erforderliche
Verstärkung der Meßspannungen zwei Verstärker mit gleichem Kennlinienverlauf bedingt,
die den Meßausgängen jeweils individuell zugeordnet sind. Dies führt bei größerer
Meßgenauigkeit zu einem beachtlichen Schaltungsaufwand, der auch dadurch nicht umgangen
werden kann, daß beide Einzelverstärker durch einen zwischen den Meßausgängen umschaltbaren
Verstärker ersetzt werden.
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Die genannten Nachteile der bekannten Meßverfahren der eingangs beschriebenen
Art werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Generatorspannung periodisch
getastet wird, wobei die an den Meßausgängen auftretenden Teile der Meßspannung
durch Demodulation in Spannungen der Tastfrequenz umgesetzt werden, daß diese den
Eingängen eines an sich bekannten, quotientenbildenden Regelverstärkers zugeführt
werden, wobei eine der beiden Spannungen zuvor in der Frequenz umgesetzt wird, sodann
die dem Divisor entsprechende Spannung durch Rückwärtsregelung auf eine konstante
Amplitude eingestellt wird und die den Dividenden darstellende Spannung gleichzeitig
mitgeregelt wird, derart, daß sie dem Quotienten amplitudenmäßig entspricht und
daß die mitgeregelte Spannung nach Gleichrichtung dem einen Ablenksystem eines Zweikoordinaten-Anzeige-
bzw. Registriergerätes zugeführt wird, dessen anderes Ablenksystem von einer der
Meßfrequenzen amplitudenmäßig proportionalen Ablenkspannung beaufschlagt wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zu
seiner Durchführung im Vergleich zu den bekannten Verfahren mit direkter Meßwertanzeige
nur ein relativ geringer schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist, da keine
Maßnahmen
im hochfrequent betriebenen Teil der Meßanordnung, wie z. B. eine Nachregelung
des Sendepegels auf einen konstanten Wert, getroffen werden müssen, und da die Quotientenbildung
vollkommen automatisch auf der Empfangsseite der Meßanordnung ohne Beeinflussung
der Sendeseite erfolgt, wobei insbesondere auch schnelle Schwankungen des Sendepegels
berücksichtigt werden. Daher eignet sich das Verfahren nach der Erfindung in besonders
vorteilhafter Weise für hohe Meßfrequenzen sowie für einen Wobbelbetrieb auch über
breite Frequenzbänder.
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Bei bekannten, nicht automatischen Verfahren zur Messung des Reflexionsfaktors
eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet sind in der Regel zwei Meßvorgänge notwendig,
um einen Meßwert zu bekommen. Der Grund hierfür liegt darin, daß es im Mikrowellenbereich
nicht mehr ohne weiteres gelingt, eine der für die Quotientenbildung erforderlichen
Größen über einen vorgegebenen Frequenzbereich konstant zu halten. Einmal ist es
schon ohne größeren Aufwand nicht mehr möglich, die Sendespannung über einen größeren
Frequenzbereich konstant zu halten und zum anderen gelingt es in der Regel bei Fehlanpassung
nicht, dieselbe frequenzunabhängig an das Meßobjekt zu bringen. Daher bleibt keine
andere Wahl, als zwei getrennte Messungen der Sendeamplitude und der Amplitude der
vom Meßobjekt reflektierten Spannung vorzunehmen und das Meßergebnis durch Quotientenbildung
aus beiden Einzelmeßergebnissen abzuleiten. Die Quotientenbildung kann zwar dadurch
vermieden werden, daß die Sendespannung während der Messung konstant gehalten wird,
wobei dann aus der Messung der Amplitude der reflektierten Spannungen das Meßergebnis
unmittelbar abgelesen werden kann, doch ist das in diesem Fall erforderliche mehrmalige
Nachstellen der Sendespannungsamplitude auf den Sollwert sehr zeitraubend.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist unter Verwendung eines
an sich bekannten Schaltungsteiles aufgebaut, der in F i g. 1 dargestellt ist und
zur Bildung des Quotienten zweier Wechselspannungen dient.
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Mit 1 und 2 sind hierbei die Eingänge für die in Form von zwei vorzugsweise
gleichfrequenten Wechselspannungen veränderbarer Amplitude vorliegenden Größen bezeichnet,
aus denen der Quotient gebildet werden soll. Dabei ist angenommen, daß an die Klemmen
1 die den Dividenden und an die Klemmen 2 die den Divisor darstellende Größe geführt
ist.
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Über zwei gegebenenfalls eingefügte, gleichartig aufgebaute Trennverstärker
3, 4, die die Eingangspegel um ein bestimmtes Maß anheben, werden beide Wechselspannungen
dem Eingang 5 eines Regelverstärkers 6 zugeführt. Zuvor wird jedoch eine der Wechselspannungen
mittels einer Mischanordnung 7 und einer von einem Generator 8 erzeugten Trägerfrequenz
in eine solche Frequenzlage umgesetzt, daß eine Trennung von der anderen mittels
Weichenschaltungen durchführbar ist. Eine derartige Weichenschaltung 9 ist im Ausgangsteil
des Regelverstärkers 6 in der Weise angeordnet, daß der Anschluß 10 des Regelzweiges
lediglich mit dem Pfad derjenigen Wechselspannung verbunden ist, deren Amplitude
die dem Divisor des zu bildenden Quotienten entsprechende Größe darstellt.
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Der Regelzweig ist dabei zweckmäßig so aufgebaut, daß die abgegriffene
Teilspannung über eine Gleichrichteranordnung 11 und eine Verstärkereinrichtung
12 geführt ist und in einem Schaltgliedl3 größenmäßig derart mit einer Normalspannung
verglichen wird, daß eine der Amplitudendifferenz entsprechende Regelgleichspannung
gebildet und dem regelnden Organ 14 an der Eingangsseite des Regelverstärkers zugeführt
wird. Durch eine Regelung auf konstanten Ausgangspegel an den Ausgangsklemmen 15
für die eine, dem Divisor des zu bildenden Quotienten entsprechenden Größe wird
erreicht, daß die Ausgangsamplitude der anderen Wechselspannung an den Klemmen 16
dem Quotienten der beiden Größen proportional ist.
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In F i g. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die unter Verwendung
des in F i g. 1 gezeigten Schaltungsteiles zur automatischen Quotientenbildung aufgebaut
ist und eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung des Reflexionsfaktors
eines Meßobjekts im Mikrowellengebiet gestattet. In Fig.2 sind auf einer Hauptleitung
zwischen dem Generator 41 und dem Meßobjekt 42, dessen Reflexionsfaktor bestimmt
werden soll, zwei Richtungskoppler 43 und 44 mit entgegengesetzter Orientierung
eingeschaltet, so daß an dem Meßausgang 27 des Richtungskopplers 43 ein bestimmter
Teil der Sendeenergie des Generators 41 und am Meßausgang 28 des Richtungskopplers
44 ein bestimmter Teil der vom Meßobjekt 42 reflektierten Energie ausgekoppelt werden
können. Dabei wird der Generator 41 durch einen Tastgenerator 45 getastet, so daß
an den Meßausgängen 27 und 28 als Demodulationsprodukte jeweils Spannungen mit der
Tastfrequenz auftreten. Diese werden der bereits in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung
derart zugeführt, daß die an der Klemme 27 liegende Spannung die dem Divisor des
zu bildenden Quotienten entspricht.
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Durch auf die Tastfrequenz abgestimmte Bandfilter 29 und 30 und gegebenenfalls
nachgeschaltete Verstärkeranordnungen 31 und 32 werden die beiden Wechselspannungen
nach einer Frequenzumsetzung der einen mittels einer Mischeinrichtung 46 und eines
Schwingungserzeugers 48 über ein auf die umgesetzte Frequenz abgestimmtes Bandfilter
47 bzw. direkt dem gemeinsamen Eingang 5 eines Regelverstärkers zugeführt, dessen
Schaltteile 14, 6, 9, 11 und 12 den gleich bezeichneten Schaltungsteilen nach F
i g. 1 entsprechen.
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Bei dem Schaltbeispiel nach F i g. 2 wird die dem Quotienten aus
beiden Meßgrößen amplitudenmäßig entsprechende Ausgangsspannung in einer nachgeschalteten
Gleichrichteranordnung 33 gleichgerichtet und dem einen Ablenksystem eines Zweikoordinatenschreibers
zugeführt, dessen anderes Ablenksystem von einer Spannung gesteuert wird, deren
Amplitude der Meßfrequenz proportional ist. Insbesondere kann, wie aus F i g. 2
ersichtlich ist, der Zweikoordinatenschreiber aus einer Kathodenstrahlröhre 34 bestehen,
die bei einer zusätzlichen Wobbelung der Meßfrequenz durch einen Wobbelgenerator
35 ein stehendes Bild der Reflexionsfaktorkurve in dem durchzumessenden Frequenzbereich
bietet.
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Für diesen Fall der Frequenzwobbelung tritt die Wobbelfrequenz als
Seitenband zur Tastfrequenz auf, was bei der Dimensionierung der Bandbreite der
vorhandenen Filter und Verstärker berücksichtigt werden muß.