DE3308794C1

DE3308794C1 - Schaltung zum Bestimmen der Güte eines Hochfrequenzkondensators

Info

Publication number: DE3308794C1
Application number: DE19833308794
Authority: DE
Inventors: Arno H. Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Taruttis
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1983-03-12
Filing date: 1983-03-12
Publication date: 1984-01-19

Description

Durch Verändern der Ausgangsfrequenz des Generators 1 werden in bekannter Weise die beiden
Frequenzwerte og1 und co 2 durch entsprechende + oder -45" Phasenmessung zwischen Kanal A und Kanal B des Vektorvoltmeters 5 zu beiden Seiten der Serienresonanzfrequenz w O gemessen, also im Prinzip die 3-dB-Bandbreite des Serienresonanzkreises 4.
Daraus wird dann nach der in der Figur angegebenen Gleichung die Güte Q errechnet und daraus kann dann der reziproke Wert für den Verlustfaktor errechnet werden. Durch einen Kurzschluß anstelle des Kondensators 7 wird die Schaltung geeicht, d. h. es wird zunächst ohne Kondensator 7 die Eigengüte des Quarzes 6 gemessen, die dann bei der Berechnung der Güte bei der anschließenden eigentlichen Gesamtgütemessung mit Kondensator entsprechend berücksichtigt wird.
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Claims

Patentanspruch: Schaltung zum Bestimmen der Güte eines Hochfrequenzkondensators mit einem die Serienschaltung des Kondensators und einer Impedanz vorbestimmter Güte speisenden Hochfrequenzgenerator und mit einem Vektorvoltmeter zum Ermitteln der sich bei Frequenzvariation des Generators beiderseits der Serienresonanzfrequenz dieser Serienschaltung ergebenden Frequenzwerte bei 3-dB-Spannungsabsenkung, d a du r c h g e -kennzeichnet, daß die Impedanz ein auf eine gewünschte Meßfrequenz abgestimmter Schwingquarz (6) ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Bestimmen der Güte eines Hochfrequenzkondensators laut Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine Schaltung dieser Art ist bekannt (Neues von Rohde & Schwarz, Heft 100, Seiten 24 bis 26). Dabei wird der Kondensator, dessen Güte bzw. dessen Verlustfaktor bestimmt werden soll, über ein geeignetes Einspeisenetzwerk von einem Hochfrequenz-Synthesizer-Generator gespeist, der in feinen Schritten in der Frequenz exakt einstellbar ist. Die Impedanz der Meßleitung, die zwischen dem Einspeisenetzwerk und dem zu messenden Kondensator liegt, wirkt zusammen mit dem Kondensator als Serienresonanzkreis. Mittels eines Vektorvoltmeters wird die Phase der Hochfrequenzspannung an dieser Serienresonanzschaltung von Leitungsimpedanz und zu messenden Kondensator gemessen, und zwar werden durch eine Phasenmessung die Frequenzpunkte w 1 und w 2 bestimmt, bei denen die Hochfrequenzspannung an der Serienschaltung von Impedanz und Kondensator jeweils beiderseits der sich einstellenden Serienresonanz.beim Durchstimmen des Synthesizers um 3 dB abgesenkt wird. Diese 3 dB Punkte liegen nämlich jeweils bei +45° bzw. -45" Phasenverschiebung zwischen der sich bei Resonanzfrequenz ergebenden Null-Phasenlage, die in dem Vektorvoltmeter durch einen zusätzlichen Referenzpfad gemessen wird. Mit dieser bekannten Schaltung wird also durch Messen von zwei Frequenzpunkten w 1 und co 2 jeweils beiderseits der Resonanzfrequenz w 0 durch entsprechende Veränderung der Synthesizerabstimmung die Güte Q der Serienschaltung bestimmt, über die dann der Verlustfaktor tan ö errechnet werden kann, wenn die Güte Q0 der in Reihe zum Kondensator liegenden Impedanz (Güte der Zuleitung) bekannt ist, die einfach durch einen vorhergehenden Eichvorgang ohne Kondensator mit der gleichen Anordnung gemessen wird.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung ist, daß die Gütemessung nicht einfach bei vorbestimmten Frequenzwerten gemessen werden kann, da sich je nach Kondensator und verwendeter Zuleitung eine nicht vorher bestimmbare Resonanzfrequenz einstellt. Durch Zwischenschalten von Präzisions-Koaxialleitungen kann die sich einstellende Resonanzfrequenz zwar in gewissen Grenzen geändert werden, damit können jedoch nicht exakt vorbestimmte Frequenzwerte eingestellt werden.

Es ist wünschenswert, daß die Güte bzw. der Verlustfaktor von Hochfrequenzkondensatoren für bestimmte Frequenzwerte angegeben wird, also beispielsweise für exakt 1 MHz, 10 MHz oder 100 MHz, da es-dann leichter ist, von diesen für gerade Frequenzwert angegebenen Gütewerten bzw. Verlustfaktorwerten auf andere Betriebsfrequenzen umzurechnen. Die mit der bekannten Schaltung gemessenen Gütewerte bzw.

Verlustfaktorwerte, die sich bei ungeraden Resonanzfrequenzen von beispielsweise 539 MHz ergeben, können zwar rechnerisch auf die gewünschten Sollwerte von 1 MHz, 10 MHz oder 100 MHz umgerechnet werden, dies sind jedoch dann nicht mehr exakt gemessene Werte, sondern mehr oder weniger genau errechnete Werte.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung ist die relativ geringe Meßgenauigkeit, da die Güte Qo der für die Serienresonanz benutzten Leitungsimpedanz relativ schlecht und beispielsweise nur 100 ist. Daraus resultiert ein relativ großer Meßfehler von 15 bis 20%.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Meßschaltung dieser Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß sie einerseits genauer ist und andererseits die unmittelbare Messung bei vorbestimmten Frequenzwerten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff des Patentanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Resonanzfrequenz co O der Serienschaltung, in deren Umgebung die beiden 3-dB-Punkte wo 1 und a> 2 gemessen werden, exakt durch die Frequenz des Quarzes bestimmt Durch Einschalten eines genau auf 1 MHz abgestimmten Schwingquarzes kann also nach der Erfindung unmittelbar die Güte bzw. der Verlustfaktor bei 1 MHz gemessen werden, durch Einschalten eines 10-MHz-Quarzes die entsprechenden Werte bei dieser Frequenz. Von diesen gemessenen Frequenzwerten kann leicht auf andere Betriebsfrequenzen vom Benutzer umgerechnet werden. Die erfindungsgemäße Schaltung besitzt darüber hinaus den Vorteil wesentlicher höherer Meßgenauigkeit, da ein Quarz eine Güte in der Größenordnung von 100 000 oder mehr besitzt, die ja unmittelbar in die Messung und Rechnung für den Verlustfaktor bzw. die Güte eingeht. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können daher Verlustfaktoren bis 10-6 mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Meßschaltung mit einem als Synthesizer ausgebildeten und feinen - Frequenzschritten exakt abstimmbaren Hochfrequenzgenerator 1, der über ein Widerstandsnetzwert 2 einen Referenzpfad 3 und den eigentlichen Meßpfad 4 speist. Die Spannung des Referenzpfades wird dem A-Kanal eines Vektorvoltmeters 5 zugeführt (Null-Phaseder eingespeisten Hochfrequenzspannung), der B-Kanal dieses Vektorvoltmeters 5 ist mit dem Eingang des Meßpfades verbunden. Der Meßpfad besteht aus der Reihenschaltung des Quarzes 6 und des Hochfrequenzkondensators 7, dessen Güte bzw. dessen Verlustfaktor gemessen werden soll.

Hierbei kann es sich z. B. um einen Chip-Kondensator sehr kleinen Verlustfaktors handeln. Die Frequenz des Quarzes 6 bestimmt die Meßfrequenz, bei welcher die Güte bzw. der Verlustfaktor gemessen wird, sie ist beispielsweise mit 1 MHz, 10 MHz oder 100 MHz gewählt.