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Anordnung zur Messung der Reflexionsfaktoren eines Vierpols In der
Meßtechnik besteht häufig die Aufgabe, Reflexionsfaktoren von Vierpolen mit den
handelsüblichen Meßgeräten, zum Beispiel mit einer Meßleitung oder einem Reflektometer,
zu bestimmen, wobei der Wellenwiderstand Zl des Vierpols aber eine vom Wellenwiderstand,
des Meßgerätes abweichende Größe aufweist, beispielsweise wenn Kabel vom Wellenwiderstand
Zi = 70 ß mit einer einen Wellenwiderstand Zo = 60 Q aufweisenden Meßleitung durchzumessen
sind. Gesucht sind aber diejenigen Reflexionsfaktoren, die man mit einer 70-Q-Meßleitung
messen würde. Dabei möchte man die Reflexionsfaktoren, bezogen auf Z1, möglichst
direkt messen. Am geeignetsten wären Transformatoren, die von Z0 auf Z1 transformieren.
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Die bisher bekannten Transformatoren haben einerseits eine zu kleine
Bandbreite und werden andererseits bei tieferen Frequenzen etwa unterhalb 200 MHz
zu lang und sind dann auch schwierig herzustellen.
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Die Erfindung löst die eingangs gestellte Aufgabe ohne die oben geschilderten
Nachteile bei Anordnungen zur Messung von Reflexionsfaktoren eines Vierpols über
einen vorzugsweise großen Frequenzbereich, dessen Wellenwiderstand eine von dem
Wellenwiderstand des Meßgerätes abweichende Größe aufweist, durch zwischen dem zu
messenden Vierpol und dem Meßgerät erfolgende Finschaltung solch eines Netzwerkes,
das zwischen Meßgerät und Netzwerk Anpassung vornimmt und zwischen Netzwerk und
zu messendem Vierpol Fehlanpassung besitzt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das zwischen dem
zu messenden Vierpol und dem Meßgerät einzuschaltende Netzwerk entweder aus wenigstens
einem Reihenwiderstand, wenn der Wellenwiderstand des Meßgerätes größer als derjenige
des Vierpols ist, oder aus wenigstens einem Parallelwiderstand, wenn der Wellenwiderstand
des Vierpols größer als derjenige des Meßgerätes ist. Am einfachsten ist es, als
Meßgeräte entweder eine der handelsüblichen Meßleitungen oder eines der handelsüblichen
Reflektometer zu verwenden.
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Zweckmäßige Ausführungsformen sehen vor, entweder einen die Innenleiter
einer Koaxialleitung elektrisch verbindenden Reihenwiderstand anzaordnen oder einen
die Innen-und Außenleiter einer Koaxialleitung verbindenden Parallelwiderstand anzuordnen,
die in einem Zug einer Koaxialleitung eingebaut sind.
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Die Erfindung wird an Hand von sechs Figuren näher erläutert.
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Die Anordnung nach Fig. 1 zeigt als Prinzipschaltbild das zwischen
dem zu messenden Vierpol X und dem Meßgerät M-beispielsweise einem Reflektometer-einzuschaltenden
Netzwerk N, das nur eine einseitige Anpassung zwischen Meßgerät und Netzwerk, jedoch
nicht zwischen Netzwerk und zu prüfendem Vierpol vornimmt. Die gemäß der Erfindung
vorgeschlagene
Wellenwiderstandsübersetzung ermöglicht die Anpassung der Zl-Leitung,
an die Zo-Leitung durch Zwischenschaltung von Längs-oder Parallelwiderständen. Sie
ist vor allem dann geeignet, wenn die zu messenden Reflexionsfaktoren o, des Vierpols
(auf Z1 bezogen) nicht zu groß sind, etwa wenn el kleiner als 0, 5 ist und Z beispielsweise
etwa zwischen 40 und 100 S2 liegt.
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Um die dabei auftretenden Dämpfungen so klein wie möglich zu halten,
werden, wie aus dem die Widerstände darstellenden Ersatzschaltbild der Fig. 2 hervorgeht,
im Falle Z0 > Z, nur Reihenwiderstände und, wie aus dem die Widerstände darstellenden
Ersatzschaltbild der Fig. 3 hervorgeht, im Falle Zozl nur Parallelwiderstände benutzt,
deren Größe gegeben ist durch R = Z0 - Z1 für Z0 > Z1 und R = Z'Zo fiir Z, <
Z,.
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Z,-ZO Damit besteht von Z0 aus Anpassung, von Z1 aus gesehen jedoch
nicht. Dies führt zu Fehlern in der Bestimmung von Q1, die jedoch für die praktisch
vorkommenden Reflexions-und Wellenwiderstandsdifferenzen vernachlässigbar klein
sind.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der praktischen
Ausführung solcher Anpassungsnetzwerke bei Koaxialleitungen. In der Anordnung nach
Fig. 4, bei der Zo größer als Z1 ist, ist ein die Innenleiter elektrisch verbindender
Reihenwiderstand Ni vorgesehen, der in den Zug der beiden Koaxialleitungen L1 des
Prüflings und L des Meßobjektes eingebaut ist.
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In der Anordnung nach Fig. 5, bei der Z0 kleiner als Zl ist, ist
ein die Innen-und Außenleiter verbindender Parallelwiderstand Ns vorgesehen, der
in den Zug der beiden Koaxialleitungen L, des Prüflings und L, des Meßobjektes eingebaut
ist.
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An Hand der Fig. 6 soll nun gezeigt werden, wie der gesuchte Reflexionsfaktor
Q1 aus dem gemessenen Reflexionsfaktor Q0 hervorgeht. Das gemäß der Erfindung vorgesehene
Netzwerk N stellt einen Vierpol dar, bei dem die Amplituden der ein-und austretenden
Wellen die Beziehungen R0 = aE0 + bE1 und R1 = bEo + CE1 erfüllen. In der obigen
Gleichung ist die einfallende Welle mit E und die reflektierte mit R bezeichnet.
Wenn der Reflexionsfaktor mit auf der rechten Seite des Netzwerkes angeordnetem
Abschlußwiderstand el ist, dann gilt E1 = #1R1.
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Wird diese Bezeichnung in die beiden oben angegebenen Gleichungen
für R0 und R1 eingefügt, so folgt b2 # E1 R0/E0 = #0 = a + 1 - #1c E,-Q, c Po :
a + b2 # #1(1 + #1 # c).
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In erster Näherung, d. h. wenn a näherungsweise Null ist (a # 0),
folgt für den Reflexionsfaktor @0 = b2#1 # Die Abweichungen hiervon, wenn Q1 groß
ist, ist gegeben durch A D, = a/b2 + c#21# Wie man durch einen ausführlichen Rechnungsgang
zeigen kann, läßt sich die Vierpolkonstante b, die die Bedeutung eines Übertragungsmaßes
besitzt, darstellen durch o wenn Zo größer als Zl ist, und = wenn Zo kleiner als
Z1 ist.
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Durch das gemäß der Erfindung zwischen dem Meßsojekt und dem Meßgerät
anzuordnende Netzwerk mißt das Meßgerät einen Reflexionsfaktor Q0, der proportional
dem gesuchten Reflexionsfaktor Ql ist. Der Proportionalitätsfaktor bo ist kleiner
als l und gleich dem Verhältnis der Wellenwiderstände.
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Ist Q1 groß, so entstehen Abweichungen von der Proportionalität ;
dies führt zu Fehlern # Q1, die, wie oben angegeben, mit dem Quadrat von pi abnehmen.
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PATENTANSPROCHE : 1. Anordnung zur Messung von Reflexionsfaktoren
eines Vierpols über einen vorzugsweise großen Frequenzbereich, dessen Wellenwiderstand
eine von dem Wellenwiderstand des Meßgerätes abweichende Größe aufweist, gekennzeichnet
durch zwischen dem zu messenden Vierpol und dem Meßgerät erfolgende Einschaltung
solch eines Netzwerkes, das zwischen Meßgerät und Netzwerk Anpassung vornimmt und
zwischen Netzwerk und zu messendem Vierpol Fehlanpassung besitzt.