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Die Erfindung betrifft ein Reflektometer, mit dem der Reflexionsfaktor
eines Widerstandes, der eine Wechselstromleitung abschließt, mit einer für viele
Anwendungszwecke genügenden Genauigkeit gemessen werden kann.
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Es ist ein Reflektometer bekannt, das aus einer z. B. in einer Antennenzuleitung
eingeschalteten Hauptleitung und zwei mit der Hauptleitung elektrisch verkoppelten
Nebenleitungen A und B besteht, von denen die Leitung an ihrem Leitungsende A1 mit
einem Spannungsindikator und an ihrem anderen Ende A2 mit einem Absorptionswiderstand
reflexionsfrei abgeschlossen ist. Die zweite Nebenleitung B ist an ihrem Ende B2,
das an der entgegengesetzten Seite von A1 liegt, mit einem Spannungsindikator und
an ihrem auf der Seite von A2 liegenden Ende Bt mit einem Absorptionswiderstand
reflexionsfrei abgeschlossen. Mit dieser Anordnung kann die Spannung der von einem
Generator über eine Leitung (z. B. HF-Leitung) auf den Verbraucherwiderstand Z'
(z. B. Antenne) hinlaufenden Welle und die Spannung der von dem WiderstandZ' reflektierten
Wellen unabhängig voneinander gemessen und aus den Meßwerten der Reflexionsfaktor
und die Fehlanpassung des Widerstandes Z' bestimmt werden.
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Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Reflektometers ist der,
daß zwei genau gleiche Dioden für die beiden Spannungsindikatoren benötigt werden,
die auch nach längerer Zeit kein unterschiedliches Verhalten aufweisen dürfen. Da
die Einhaltung dieser Voraussetzung insbesondere beiBetriebsmeßgeräten nicht dauernd
kontrolliert werden kann, ist eineMeßunsicherheit vorhanden, die sehr störend wirkt.
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Ferner ist eine Meßanordnung bekannt, die an der Übergangsstelle
zwischen Hauptleitung und Nebenleitung oder unmittelbar in der Nebenleitung Mittel
vorsieht, die das Verhältnis des Anteils der reflektierten Welle zu dem Anteil der
hinlaufenden Welle in der Nebenleitung gegenüber dem Verhältnis der reflektierten
Welle zur hinlaufenden Welle in der Hauptleitung vergrößern. Dies geschieht z. B.
durch das Einschalten eines Dämpfungsgliedes in den Weg des der hinlaufenden Welle
entsprechenden Anteils in der Nebenleitung.
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Nachteilig ist jedoch bei dieser Meßanordnung, daß der Dämpfungswiderstand
in der Nebenleitung vom Wert »Unendlich« bis zum Wert »Null« veränderlich sein muß,
um Messungen großer Genauigkeit durchführen zu können. Der Dämpfungswert »Unendlich«
bedingt einen vollkommen reflexionsfreien Absorber, dessen Herstellung technologisch
schon nicht ganz einfach zu erreichen ist. Einen Absorptionswiderstand in der Nebenleitung
noch dazu in den genannten extremen Grenzen variabler zu gestalten, erfordert einen
außerordentlich großen technischen Aufwand.
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Zweck der Erfindung ist die Verringerung des Aufwandes und eine Erhöhung
der Meßsicherheit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reflektometer zu schaffen,
das mit einer Nebenleitung und einem Indikator einzeln die Spannung der reflektierten
Welle und die Summenspannung von hin- und rücklaufender Welle anzeigt.
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Diese Aufgabe wird von einem Reflektometer erfüllt, das aus einem
Richtungskoppler mit einer Hauptleitung und einer mit diesen durch Koppel-
elemente
elektrisch verkoppelten Nebenleitung besteht, die am dem Generator zugewandten Ende
mit einem einen Spannungsindikator enthaltenen Netzwerk und dazugehörigen Absorptionswiderstand
und am dem Verbraucher zugewandten Ende mit einem Absorber reflexionsfrei abgeschlossen
ist, indem erfindungsgemäß zwischen dem Absorber und dem nächstliegenden Koppelelement
ein wahlweise ein-und ausschaltbarer Reflektor mit bekanntem Reflexionsfaktor angeordnet
ist.
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Zur Vermeidung von Meßungenauigkeiten durch die Phasenlagen der hin-
und rücklaufenden Welle kann der Reflektor in Richtung der Achse der Nebenleitung
verschiebbar ausgebildet sein.
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Um den großen Spannungsunterschied zwischen hin- und rücklaufender
Welle zu verringern, der besonders wegen des quadratisch wirkenden Indikators zu
ungenauer Ablesung führt, ist es vorteilhaft, den Reflektor nur so groß zu bemessen,
daß er einen wirksamen Reflexionsfaktor von wesentlich weniger als 1001°/o (z. B.
25 O/o) besitzt.
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Der Reflektor kann vorteilhaft so ausgebildet sein, daß er in Form
einer Platte an einer parallel zur geometrischen Achse der Nebenleitung verlaufenden
mechanischen Achse befestigt ist, die durch den Absorber hindurchgeht und von außen
sowohl drehbar als auch axial verschiebbar ist.
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Da sich der Reflektor ohne Nachteil für die Meßgenauigkeit nicht
beliebig verkleinern läßt, kann auch zur Annäherung der Anzeigebereiche mit der
Vorrichtung zum Einschalten des Reflektors eine Umschaltvorrichtung verbunden sein,
die hochfrequenz-oder gleichspannungsseitig im Meßkreis liegt und die Meßspannung
in einem bestimmten Verhältnis herabsetzt.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein Reflektometer,
Fig. 2 einen Teil der Nebenleitung bei anderer Ausführung des Reflektors, F i g.
3 einen Teil der Nebenleitung bei einer dritten Ausführungsmöglichkeit des Reflektors.
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In der Fig. 1 ist mit 1 die aus einem Hohlleiter bestehende Hauptleitung
des als Reflektometer dienenden Richtungskopplers bezeichnet, die beispielsweise
in eine von dem Mikrowellengenerator 2 zur Antenne 3 führende Hohileitung eingefügt
ist.
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Ein Teil des elektromagnetischen Feldes der von der Antenne 3 reflektierten
Wellen wird durch die Koppelöffnungen 4 in die Nebenleitung 5, die ebenfalls aus
einem Hohlleiterstück besteht, eingekoppelt und erzeugt dort eine in Richtung auf
den Spannungsindikator 6 laufende Welle, deren Spannung Ur von dem Instrument 7
angzeigt wird. Der Spannungsindikator 6 ist reflexionsfrei an die Nebenleitung 5
angepaßt. Die Anpassung wird noch durch den Absorptionswiderstand 8 verbessert.
Sinngemäß kann an Stelle des Hohlleiters auch eine koaxiale Leitung treten.
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Unter der Voraussetzung gleichbleibender Leistung des Mikrowellengenerators
2 kann mit dem Instrument 7 zunächst einmal die Konstanz der Antennenanpassung kontrolliert
werden. Um den Reflexionsfaktor oder die Fehlanpassung der Antenne 3 an die Leitung
9 mit Sicherheit zu bestimmen, muß auch noch die Spannung der vom Mikrowellengenerotor
2 auf die Antenne 3 hinlaufenden Welle gemesesn
werden. Zu diesem
Zweck ist ein Reflektor 10, der z. B. aus einer Metallplatte oder einem Stift bestehen
kann, vorgesehen, dessen Ebene senkrecht zur Querschnittsebene der Nebenleitung
5 besteht und der durch einen Längsschlitz in der Nebenleitung 5 entgegen dem Druck
der Federn 11 in die Nebenleitung 5 eingedrückt werden kann. Ein Teil des Feldes
der elektromagnetischen Wellen, die vom Mikrowellengenerator 2 ausgehend durch die
Hauptleitung 1 in Richtung auf die Antenne 3 fließen, wird durch die Koppelöffnungen
4 in die Nebenleitung 5 so gekoppelt, daß elektromagnetische Wellen in Richtung
auf den Absorber 12 fließen. DieWellen treffen dabei auf die linke Kante des Reflektors
10 und werden in Richtung auf den Spannungsindikator 6 reflektiert. Der Spannungsindikator
6 zeigt in diesem Fall die Vektorsumme der Spannungen an, die sich aus der Spannung
Uit der am Reflektor 10 reflektierten Welle, die proportional der in der Hauptleitung
1 auf die Antenne 3 hinlaufenden Welle ist, und der Spannung Ur der an der Antenne
3 reflektierten und durch die Koppelöffnungen 4 eingekoppelten Wellen ergibt. Aus
den beiden Meßwerten, die sich bei ausgeschaltetem Reflektor 10 und bei eingedrücktem
ReflektorlO ergeben, kann der Reflexionsfaktor ermittelt werden.
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Die beschriebene Anordnung ist vorzugsweise für die Messung sehr
kleiner Reflexionsfaktoren (z. 13. r < 5 °/o) gedacht, so daß die durch die zufällige
Phase von U und Ur entstehende Meßungenauigkeit in genügend kleinen Grenzen bleibt.
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Diese Ungenauigkeit kann dadurch vermieden werden, daß der Reflektor
10 in Richtung der Achse der Nebenleitung 5 verschiebbar ausgebildet ist. Bei dem
in F i g. 2 schematisch gezeichneten Ausführungsbeispiel ist ein Reflektor 10 in
Form einer Platte an einer Achse 17 befestigt, die durch den Absorber 12 hindurchgeführt
ist und sich in Richtung der Achse der Nebenleitung 5 verschieben läßt.
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Außerdem kann die Achse 17 zusammen mit dem plattenförmigen Reflektor
10 noch gedreht werden, so daß die reflektierende Kante der Platte z. B. senkrecht
oder parallel zu dem elektrischen Feld im Hohlleiter steht und dadurch einen kleineren
oder größeren wirksamen Reflexionsfaktor besitzt. Ein Nachteil der vorstehend beschriebenen
Anordnung, der aber gleichermaßen auch bei dem eingangs beschriebenen bekannten
Reflektometer mit zwei Richtungsleitungen auftritt, kann darin gesehen werden, daß
sich die beiden Spannungen Uh der hinlaufenden und U, der reflektierten Welle um
fast zwei Größenordnungen voneinander unterscheiden. Unter Annahme quadratischer
Gleichrichtung durch die im Spannungsindikator 6 verwendete Diode ergibt sich ein
Unterschied von fast vier Größenordnungen, so daß das Spannungsverhältnis Ur Uh
+ Ur aus den Meßwerten, die das Instrument7 anzeigt, nur ungenau ermittelt werden
kann.
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Um eine genauere Messung zu ermöglichen, ist eine Einrichtung vorgesehen,
die bewirkt, daß der Meßwert U der hinlaufenden Welle um einen bekannten Faktor
vermindert wird, z. B. dadurch, daß der Reflektor 10 so ausgebildet ist, daß er
im eingeschalteten Zustand einen Reflexionsfaktor r von we-
sentlich weniger als
1000/o -- z. B. nur r = 20°/o -besitzt, was beispielsweise dadurch erreicht werden
kann, daß der Reflektor 10 entsprechend wenig in die Nebenleitung 5 eingetaucht
wird. Die vom Instrument 7 angezeigten Meßwerte von Ur bzw. von Ujii + Ur unterscheiden
sich dann nur mehr in geringerem Maße voneinander, so daß die Messung genauer wird.
Für den vom Instrument7 angezeigten Meßwert von U muß dann natürlich der verminderte
Reflexionsfaktor des Reflektors 10 berücksichtigt werden. Wenn der Reflexionsfaktor
des Reflektors 10 zu klein ist, so daß die an der Diode des Spannungsindikators
liegenden Spannungen U, und Ur etwa gleich groß sind, wird die durch die zufällige
Phasenlage von Q und Ur hervorgerufene Meßunsicherheit zu groß. Für die Größe des
Reflexionsfaktors des Reflektors 10 gibt es also bezüglich der zu erreichenden Meßgenauigkeit
einen optimalen Wert.
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Es besteht noch eine andere Möglichkeit, um die Meßgenauigkeit zu
verbessern: Dabei wird beim Einschalten des Reflektors 10 automatisch auch die am
Instrument 7 liegende Meßspannung durch zusätzliche Mittel herabgesetzt. So können
z. B. beim Einschalten des Reflektors 10 gleichzeitig die Widerstände 14 und 15
so verändert werden, daß bei gleichbleibendem Kombinationswiderstand, der sich aus
dem Instrumentenwiderstand und den Widerständen 14 und 15 ergibt, die Anzeigeempfindlichkeit
des Spannungsindikators 6 vermindert wird.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit zur Messung des Wertes von Uh
und Ur ist in Fig. 3 dargestellt.
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Hier wird gleichzeitig mit dem Reflektor 10 ein Stück Dämpfungsmaterial
13 vor den Spannungsindikator 6 geschoben, wodurch die Meßspannung Uh + Ur um einen
bekannten Faktor vermindert wird, so daß der Quotient und damit auch der Reflexionsfaktor
des Widerstandes der Antenne 3 oder eines sonstigen Verbrauchers U Uh + Ur genauer
ermittelt werden kann.
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Schließlich besteht noch die Möglichkeit, den vom Indikator 6 angezeigten
Meßwert Uh + Ur dadurch zu vermindern, daß gleichzeitig mit der Einschaltung des
Reflektors 10 der Ankopplungsgrad der Diode durch Veränderung der Lage der Koppelschleife
16 relativ zum elektromagnetischen Feld im Hohlleiter vermindert wird.
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Jede dieser vorstehend erwähnten Maßnahmen zur Herabsetzung der Empfindlichkeit
des Spannungsindikators 6 bewirkt, daß der Meßwert Uh + Ur, der sich beim Einschalten
des Reflektors 10 ergibt, so vermindert wird, daß er mit der gesondert gemessenen
Größe U, vergleichbar ist.
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Dadurch wird die Meßgenauigkeit erhöht, wobei der Faktor der Meßungenauigkeit,
der von der zufälligen Phasenlage zwischen UZ, und U, herrührt, unabhängig von dem
Grad der Empfindlichkeitsverringerung des Spannungsindikators 6 ist.