FR2728075A1 - Impedance measuring device for impedances having length comparable to excitation wavelength - Google Patents

Abstract

The impedance measuring device has a connector with known impedance characteristics formed by two rigid conductors (1,2) which can be displaced so the distance between them can be varied. The conductors are triangular in shape. The two conductors converge toward each other, and are pivoted one from the other at their apex (A). The impedance being measured connects between the ends of two triangles. The length of the triangles corresponds to a multiple of a half wavelength at the frequency of the signal carried by the line. Measurement of the angle between the two conductors and the impedance at the apex of the triangle allows the impedance between the two opposing sides of the triangle to be determined.

Description

La présente invention conceme un dispositif pour mesurer des impédances ayant des longueurs comparables à la longueur d'onde de leur courant d'excitation. The present invention relates to a device for measuring impedances having lengths comparable to the wavelength of their excitation current.

Elle s'applique par exemple à la mesure des impédances des circuits à courant fort équipant des émetteurs haute fréquence à forte puissance. It is applicable for example to the measurement of impedances of high current circuits fitted to high power high frequency transmitters.

La notion d'impédance est une notion ponctuelle qui est appliquée à des objets électriques, formés de selfs ou de capacités qui ont des dimensions faibles relativement à la longueur d'onde du courant qui les traverse. Dans ce cas la mesure de l'impédance s'effectue en déterminant, pour une fréquence déterminée le courant la traversant et la chute de tension produite entre ses bomes d'extrémités. The notion of impedance is a point notion that is applied to electrical objects, formed of inductors or capacitances that have small dimensions relative to the wavelength of the current flowing through them. In this case, the impedance is measured by determining, for a given frequency, the current flowing through it and the voltage drop produced between its end terminals.

Cependant lorsque la taille de l'impédance augmente la méthode de mesure précédante est très difficile à appliquer du fait de la longueur des fils de liaison reliant les extrémités de l'impédance aux bornes de l'appareil de mesure et ce d'autant plus que la fréquence du courant d'excitation est grande. However, when the size of the impedance increases the previous measurement method is very difficult to apply because of the length of the connecting son connecting the ends of the impedance to the terminals of the measuring device and all the more so as the frequency of the excitation current is large.

A titre d'exemple, une mesure effectuée à i oe MHz sur une impédance dont les extrémités sont séparées d'une longueur de 30cm conduit à utiliser au minimum une longueur de fils de 45 cm pour le raccordement de l'impédance à l'appareil de mesure (soit 75 cm au total). For example, a measurement made at 1 oe MHz on an impedance whose ends are separated by a length of 30 cm leads to use at least a length of 45 cm son for the connection of the impedance to the device measure (75 cm in total).

Cette longueur totale correspond à A14 ce qui fausse complètement la mesure.This total length corresponds to A14 which completely distorts the measurement.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.

A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif pour mesurer des impédances de longueur comparable à la longueur d'onde de leur courant d'excitation, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne à impédance caractéristique constante comportant au moins deux conducteurs rigides à distance variable l'un de l'autre pour ramener la longueur de l'impédance branchée à la sortie de ligne à une longueur très inférieure, définie par l'écartement des conducteurs à son entrée et permettre sa mesure sous forme d'une impédance ponctuelle localisée à l'entrée de la ligne.  For this purpose, the invention relates to a device for measuring impedances of length comparable to the wavelength of their excitation current, characterized in that it comprises a constant characteristic impedance line comprising at least two conductors. rigid at a distance variable from one another to reduce the length of the impedance connected to the line output to a much smaller length, defined by the spacing of the conductors at its input and allow its measurement in the form of a point impedance localized at the entrance of the line.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des figures des dessins annexés qui représentent:
La figure 1 un mode de réalisation d'une ligne haute fréquence pour la mesure d'impédance de grande dimension selon l'invention.Other features and advantages of the invention will become apparent with the aid of the following description given with reference to the figures of the attached drawings which represent:
Figure 1 an embodiment of a high frequency line for measuring large impedance according to the invention.

La figure 2 une variante d'exécution de la ligne haute fréquence représentée à la figure 1. FIG. 2 is an alternative embodiment of the high frequency line shown in FIG.

La figure 3 un mode de réalisation complet d'un dispositif de mesure d'impédance de grande dimension selon l'invention. Figure 3 a complete embodiment of a large impedance measuring device according to the invention.

Pour éviter de fausser la mesure d'une impédance de grande dimension par les fils de connexion qui la relient à l'appareil de mesure, les extrémités de l'impédance sont reliées selon l'invention aux extrémités d'une ligne de propagation adaptable formée par deux conducteurs à impédance caractéristique variable mais connue et à écartement variable entre conducteurs. Dans le mode de réalisation de la figure 1 la ligne est formée par deux conducteurs plan 1 et 2 inclinés et séparés par un diélectrique 3 (habituellement l'air). Ces conducteurs sont constitués par deux plaques conductrices triangulaires de même dimension, juxtaposés et articulées près d'un de leur angle au sommet A qui est le plus proche de l'arête X)C du dièdre formé par les conducteurs 1 et 2. In order to avoid distorting the measurement of a large impedance by the connection wires which connect it to the measuring apparatus, the ends of the impedance are connected according to the invention to the ends of an adaptable propagation line formed by two conductors with characteristic impedance variable but known and variable spacing between conductors. In the embodiment of Figure 1 the line is formed by two planar conductors 1 and 2 inclined and separated by a dielectric 3 (usually air). These conductors consist of two triangular conductive plates of the same size, juxtaposed and articulated near one of their angle at the apex A which is closest to the edge X) C of the dihedron formed by the conductors 1 and 2.

Selon cette disposition, les cotés b des triangles opposés à l'angle au sommet A sont égaux et parallèles entre eux, en étant distant d'une distance a suffisante pour permettre leur connexion aux extrémités respectives d'une impédance 4 à mesurer. Un appareil de mesure 5 est connecté par des fils connexions courtes 61 et 62 sur les sommets A respectifs des plaques. La ligne ainsi réalisée permet de ramener la longueur de l'impédance 4 à celle définie par l'espacement des points de connexion des fils 61 et 62 sur les sommets A des plaques. La mesure de l'impédance 4 est directement obtenue sur l'appareil de mesure 5 sans qu'il y ait à tenir compte de déphasages ou d'atténuations au niveau des connexions courtes 61 et 62 qui sont à considérer comme pratiquement nuls. According to this arrangement, the sides b of the triangles opposite to the angle at the apex A are equal and parallel to each other, being distant a distance a sufficient to allow their connection to the respective ends of an impedance 4 to be measured. A meter 5 is connected by short lead wires 61 and 62 to the respective apices A of the plates. The line thus produced makes it possible to reduce the length of the impedance 4 to that defined by the spacing of the connection points of the wires 61 and 62 on the peaks A of the plates. The measurement of the impedance 4 is directly obtained on the measuring apparatus 5 without having to take into account phase shifts or attenuations at the short connections 61 and 62 which are to be regarded as practically zero.

L'impédance caractéristique ZO est définie pour ce type de ligne en fonction des dimensions a et b en supposant l'épaisseur e des plaques faibles devant a et b par la relation:

où Er représente la permitivité relative. Comme le rapport b'a est constant dans toute section plane parallèle au plan formé par les cotés b des deux plaques, il s'ensuit que pour un rapport b/a donné impédance caractéristique Zo est constante quelque soit la longueur de la ligne.The characteristic impedance ZO is defined for this type of line according to the dimensions a and b by assuming the thickness e of the weak plates before a and b by the relation:

where Er represents the relative permitivity. As the ratio b'a is constant in any plane section parallel to the plane formed by the sides b of the two plates, it follows that for a ratio b / a given characteristic impedance Zo is constant whatever the length of the line.

A titre d'exemple, pour des dimensions brnax=5 cm et amas= 50 cm on obtient dans l'air pour er =1 ZO = 370,8 n.  For example, for dimensions brnax = 5 cm and mass = 50 cm is obtained in the air for er = 1 ZO = 370.8 n.

La ligne ainsi définie peut être utilisée de plusieurs manières. The line thus defined can be used in several ways.

Si la longueur de la ligne x est égale à un multiple de la demilongueur d'onde X du signal d'excitation de l'impédance 4, I'impédance Z
2 (entrée) ramenée aux sommets A de mesure est identique à l'impédance Z à mesurer. En effet dans ces conditions la relation connue des lignes à constantes réparties:

If the length of the line x is equal to a multiple of the half-wavelength X of the excitation signal of the impedance 4, the impedance Z
2 (input) brought back to the vertices A of measurement is identical to the impedance Z to be measured. Indeed, under these conditions, the known relation of distributed constant lines:

<tb> <SEP> Z
<tb> Z(entrée) <SEP> ZO <SEP> j <SEP> tan <SEP> ge
<tb> <SEP> Z
<tb> <SEP> Z0 <SEP> 1+tant8
<tb> <SEP> o <SEP> 1+j <SEP> tangO
<tb> <SEP> Z,
<tb> s'écrit pour

avec K= 1,2,3... <tb><SEP> Z
<tb> Z (input) <SEP> ZO <SEP> j <SEP> tan <SEP> ge
<tb><SEP> Z
<tb><SEP> Z0 <SEP> 1 + so8
<tb><SEP> o <SEP> 1 + j <SEP> tangO
<tb><SEP> Z,
<tb> is written for

with K = 1,2,3 ...

Z(entrée) = Z (3)
Cependant lorsque la longueur de la ligne est différente de K2 il
2 faut, pour connaître la valeur de Z, mesurer à la fois la valeur de l'impédance ramenée aux sommets A et connaître la valeur de l'impédance caractéristique. Selon la relation (1) cette valeur dépend uniquement, pour une géométrie donnée, de l'angle cx entre les plaques. Pour faciliter l'utilisation du dispositif il est prévu, comme le montre la figure 2, de fixer au sommet A et dans une direction du plan perpendiculaire aux plaques 1 et 2, un rapporteur 7 de l'angle du dièdre formé par les deux plaques gradué en valeurs d'impédances caractéristiques Zo.Z (input) = Z (3)
However when the length of the line is different from K2 it
In order to know the value of Z, it is necessary to measure both the value of the impedance reduced to the vertices A and to know the value of the characteristic impedance. According to relation (1), this value depends solely, for a given geometry, on the angle cx between the plates. To facilitate the use of the device it is provided, as shown in Figure 2, to fix at the vertex A and in a direction of the plane perpendicular to the plates 1 and 2, a protractor 7 of the angle of the dihedron formed by the two plates graduated in characteristic impedance values Zo.

L'impédance à calculer est alors donnée par la relation:

The impedance to be calculated is then given by the relation:

<tb> <SEP> Z(entrée) <SEP> -jtange
<tb> Zo
<tb> z(entrée) <SEP> tan
<tb> <SEP> oi
<tb> <SEP> Z0
<tb>
Z(entrée) est alors définie par sa valeur mesurée entre les sommets A Zo est fixée par le rapporteur et e est calculé en fonction de la longueur x de la ligne.<tb><SEP> Z (input) <SEP> -jtange
<tb> Zo
<tb> z (input) <SEP> tan
<tb><SEP> oi
<tb><SEP> Z0
<Tb>
Z (input) is then defined by its measured value between the vertices A Zo is fixed by the protractor and e is calculated according to the length x of the line.

Les deux méthodes de mesure précédemment décrites ont pour avantage qu'elles permettent de ramener la mesure d'une impédance de grande dimension à une mesure équivalente à la mesure d'une impédance ponctuelle. The two measurement methods previously described have the advantage that they make it possible to reduce the measurement of a large impedance to a measurement equivalent to the measurement of a point impedance.

La première méthode a comme avantage de donner directement la valeur de l'impédance recherchée. Elle n'est par contre vraiment utilisable que pour les fréquences hautes, la longueur minimale de la ligne devant être de 2 soit1,5mà100MHz.  The first method has the advantage of directly giving the value of the impedance sought. However, it is really usable only for high frequencies, the minimum length of the line to be 2 or 1.5m100MHz.

2
La seconde méthode permet d'utiliser des lignes plus courtes par exemple 0,5 m à 100 MHz mais nécessite un calcul pour déterminer la valeur de l'impédance.2
The second method makes it possible to use shorter lines, for example 0.5 m at 100 MHz, but requires a calculation to determine the value of the impedance.

La figure 3 illustre un dispositif de mesure complet utilisant une ligne
2 - Dans ce dispositif la ligne est alimentée sur ses entrées par un générateur 8 en série avec une résistance r. Le courant I traversant la résistance r est déterminé par la chute de tension Vw mesurée aux bomes de la résistance r par un voltmètre 9. Un voltmètre 10 mesure une tension V à l'entrée de la ligne. L'impédance Z inconnue à mesurer est alors définie par
V V' la relation Z = -avec I = V
r
Naturellement tous les procédés connus de mesure peuvent être utilisés pour mesurer l'impédance ponctuelle à l'entrée de la ligne. Figure 3 illustrates a complete measurement device using a line
2 - In this device the line is fed on its inputs by a generator 8 in series with a resistor r. The current I flowing through the resistor r is determined by the voltage drop Vw measured at the terminals of the resistor r by a voltmeter 9. A voltmeter 10 measures a voltage V at the input of the line. The unknown impedance Z to be measured is then defined by
VV 'the relation Z = -with I = V
r
Of course, all known measurement methods can be used to measure the point impedance at the input of the line.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer des impédances de longueur comparable à la longueur d'onde de leur courant dexcitation, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne à impédance caractéristique connue comportant au moins deux conducteurs rigides (1, 2) à distance variable l'un de l'autre pour ramener la longueur de l'impédance (4) branchée à la sortie de ligne à une longueur très inférieure, définie par l'écartement des conducteurs à son entrée et permettre sa mesure sous forme d'une impédance ponctuelle localisée à l'entrée de la ligne. 1. Device for measuring impedances of length comparable to the wavelength of their excitation current, characterized in that it comprises a known characteristic impedance line comprising at least two rigid conductors (1, 2) at a variable distance from each other. one of the other to reduce the length of the impedance (4) connected to the line output to a much smaller length, defined by the spacing of the conductors at its input and allow its measurement in the form of a localized point impedance at the entrance of the line. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne a une longueur multiple de la demi longueur d'onde du courant d'excitation. 2. Device according to claim 1, characterized in that the line has a length multiple of the half wavelength of the excitation current. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la ligne est formée par deux conducteurs plan (1, 2) triangulaires inclinés et séparés par un diélectrique (3), les triangles ainsi formés étant égaux entre eux et articulés l'un à l'autre près d'un de leur sommet A 3. Device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the line is formed by two plane conductors (1, 2) triangular inclined and separated by a dielectric (3), the triangles thus formed being equal to each other and articulated to each other near one of their summit A 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ligne comprend un rapporteur d'angle (7), fixé au sommet d'articulation dans une direction perpendiculaire aux plaques, gradué en valeur d'impédance caractéristique de ligne pour permettre à partir de l'angle d'ouverture a des plaques, et de la mesure de l'impédance d'entrée au sommet A de la ligne de déterminer la valeur de l'impédance connectée entre les cotés opposés au sommet A de la ligne.  4. Device according to claim 3, characterized in that the line comprises a protractor (7), fixed to the hinge vertex in a direction perpendicular to the plates, graduated in characteristic line impedance value to allow from from the angle of aperture to the plates, and from the measurement of the input impedance at the apex A of the line to determine the value of the impedance connected between the opposite sides to the vertex A of the line.