DE909970C

DE909970C - Hochfrequenz-Widerstandsmessverfahren

Info

Publication number: DE909970C
Application number: DE1951P0006600
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alois Egger
Original assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Current assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Priority date: 1951-11-17
Filing date: 1951-11-17
Publication date: 1954-04-26

Description

Hochfrequenz -Widerstandsmeßverfahren Die Messung von Hochfrequenzwiderständen ist mit den bekannten Hochfrequenzmeßbrücken für Frequenzen bis etwa 30 MHz einfach und genau durch zuführen. Schwierigkeiten treten bei höheren Frequenzen mit den Meßbrücken üblicher Bauart dadurch auf, daß die Brückeuzweige unerwünschte Induktivitäten und Kapazitäten aufweisen und die benötigten Widerstandsnormale ungenau werden. Im Gebiet der Höchstfrequenzen über IOO MHz hat man in der HF-Meßleitung ein Mittel zu genauer Widerstandsmessung zur Verfügung. Sie ist prinzipiell für alle Frequenzen brauchbar, kommt jedoch, weil sie mindestens eine halbe Wellenlänge lang sein muß, für tiefere Frequenzen aus Herstellungsgründen nicht in Frage. Richtungskoppler arbeiten frequenzunabhängig, jedoch sind mit ihnen nur reine Anpassungsmessungen möglich. Sollen sie auch zu Scheinwiderstandsmessungen herangezogen werden, so werden sie kompliziert und ungenau. Außerdem wird die Messung recht umständlich, denn zur Bestimmung eines Widerstandswertes müssen drei Strom-und Spannungsmessungen gemacht werden, wobei zur Ermittlung des Scheinwiderstandes aus den drei gemessenen Größen zwei Quotienten gebildet werden müssen.
Erfindungsgemäß wird zur Messung von Widerständen bei Hochfrequenz die Feldverteilung in der Umgebung einer definierten Verzweigungsstelle, an die eine Speiseleitung, ein Widerstandsnormal und der zu messendeWiderstand in Parallelschaltung angeschlossen sind, ermittelt, indem die sich um den Verzweigungspunkt ausbildenden Minima der Feldstärke durch eine auf einer Kreisbahn um die Verzweigungsstelle bewegliche Meßsonde gemessen werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Feld um die Verzweigungsstelle ganz bestimmte Minima aufweist, deren Lage von dem Verhältnis des Normaiwiderstandes zum unbekannten Widerstand abhängig ist. Dieses Verfahren ergibt, nachdem einmal die Eichung der definierten Verzweigungsstelle mittels Widerstandsnormalen durchgeführt ist, die Möglichkeit, rasch und genau Wirk- und Blindwiderstände in großen Frequenz-und Widerstandsbereichen zu messen.
Abb. I zeigt eine grundsätzliche Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung. Darin ist V ein Verzweigungspunkt, an dem von der Senderleitung S her der Normaiwiderstand N und der unbekannte Widerstand X gespeist werden. K ist ein um den Verzweigungspunkt V auf einer kreisförmigen Bahn bewegliches Koppelglied, mit dem das Feld um die Abzweigstelle herum gemessen wird. Die Anzeige der Feldstärke erfolgt an einem Anzeigeinstrument A.
Man kann entweder das magnetische Feld mittels einer Koppelschleife oder Spule oder das elektrische Feld mittels eines Koppelstiftes oder einer Koppelplatte abtasten. Zweckmäßig bildet man die Abtastvorrichtung umschaltbar aus, damit man je nach Bedarf beide Messungen durchführen kann. Weiter kann man die Koppelschleife auch um ihre eigene Achse drehbar machen, um die Meßeinrichtung als Difterentialbrücke benutzen zu können.
Abb. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar für koaxiale Leitungen. Am Verzweigungspunkt V ist der Außenleiter dosenförmig ausgebildet, während die Innenleiter Js, JN und Jx sich vorzugsweise um I20° versetzt verzweigen. Die Leitung S wird vom Sender gespeist, an der Leitung N liegt der Normalwiderstand und an der Leitung X der unbekannte Widerstand. Der Deckel der Dose ist drehbar angebracht und mit einer Skala versehen, die seine Winkelstellung anzeigt. An ihm ist exzentrisch eine Meßsonde angebracht, die damit auf einer Kreisbahn W um den Verzweigungspunkt bewegbar ist.
Je nach ihrer Ausbildung kann man das magnetische oder elektrische Feld um den Verzweigungspunkt herum auf der Kreisbahn W in den Sektoren I, II und III messen und die sich dort ausbildenden Minima feststellen. Ihre Lage hängt vom Verhältnls der Widerstände N und X ab. Ist N ein reeller Widerstand, so kann die induktive und kapazitive Phase von X nicht unterschieden werden. Denn die Lage der Minima ist durch den Absolutwert der in Richtung X und N fließenden Ströme bestimmt, die für konjugiert komplexe Werte von X gleich sind. Ist N ein reiner Blindwiderstand, so ist die Messung in der gesamten Widerstandsebene eindeutig.
Die Messung ist praktisch frequenzunabhängig und nach hohen Frequenzen nur dadurch begrenzt, daß die Meßdose in ihren Abmessungen kleiner als etwa i/I0 bleiben muß.
Die Anordnung nach Abb. 2 ist nur eine Möglichkeit der Durchführung des Meßverfahrens nach der Erfindung. Man kann die Verzweigungsstelle auch aus erdsymmetrischen Leitungen aufbauen. Ebenso können die Abzweigleitungen in verschiedenen Ebenen liegen.
Durch entsprechende Bemessung des Normalwiderstandes oder des Winkels zwischen den abzweigenden Leitungen oder beides kann man auch erreichen, daß die Genauigkeit der Messung in einem gewünschten Bereich besonders groß ist.
Das Meßverfahren nach der Erfindung setzt eine empirische Eichung mittels bekannter Widerstände voraus, gestattet aber, nachdem diese einmal durchgeführt ist, eine sehr rasche und genaue Messung.
Zur Eichung setzt man an die Stelle des unbekannten Widerstandes X einen zweiten Normalwiderstand Nx1 und schaltet diesem eine in der Länge veränderbare Leitung bekannten Wellenwiderstandes vor. Dann bewegt sich in der komplexen Widerstandsebene (Abb. 3) der Punkt Nx1 mit zunehmender Leitungslänge in Pfeilrichtung. Der Wellenwiderstand der Leitung ist durch die geometrischen Abmessungen gegeben und kann durch bekannte Meßverfahren (Meßleitung) sehr genau bestimmt werden. Durch Änderung der Leitung bestreicht man ein Gebiet komplexer Widerstände mit induktiver und kapazitiver Blindkomponente, wobei die Widerstandswerte der einzelnen Punkte auf dem Kreis genau definiert sind. Setzt man nun für Nx1 einen zweiten Normalwiderstand Nz2, so erhält man einen zweiten Kreis als geometrischen Ort für die Zusammenschaltung von Nz2 mit der Leitung.
Noch einfacher läßt sich die Eichung mittels seiner zum NormalwiderstandNx parallel geschalteten, in der Länge veränderbaren und am Ende kurzgeschlossenen Leitung durchführen, da diese sich technisch leichter darstellen läßt. In der komplexen Widerstandsebene ergibt dies das Bild der Abb. 4, wobei X,r1 und Nr2 wieder verschiedene Normalwiderstände bedeuten und der Pfeil die zunehmende Leitungslänge bezeichnet.
Man legt nun die Lage der Minima in den drei Sektoren für jeden eingestellten Widerstandswert fest.
Betrachtet man einen einzelnen Sektor, so treten gleiche Lagen des Minimums in diesem Sektor für verschiedene Widerstandspunkte in der komplexen Ebene auf. Das gleiche gilt für die Lage der Minima in den beiden anderen Sektoren. Jetzt werden für einen Sektor sämtliche Punkte gleicher Lage des Minimums verbunden, und man erhält eine Kurvenschar, wie sie beispielsweise für den Sektor I in Abb. 5 dargestellt ist. Das gleiche Verfahren ergibt beispielsweise für den Sektor 3 die Kurvenschar nach Abb. 6.
Gegebenenfalls kann man auch noch die Kurvenschar für den zweiten Sektor aufzeichnen. Bringt man nun mindestens zwei dieser Kurvenscharen zur Deckung, so findet man aus dem Schnittpunkt der Kurven für die Lage in den einzelnen Sektoren den gesuchten Wert des Widerstandes X. In Abb. 7 sind die Kurvenscharen aus Abb. 5 und 6 zur Deckung gebracht. Hat man beispielsweise für einen unbekannten Widerstand die Lage des Minimums im Sektor I zu 50°, im Sektor 3 zu 270° ermittelt, so liegt der gesuchte Widerstandswert im Schnittpunkt der Kurven für 50 und 2700 bei X.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Messung von Widerständen bei Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldverteilung in der Umgebung einer definierten Verzweigungsstelle, an die eine Speiseleitung, ein Widerstandsnormal und der zu messende Widerstand in Parallelschaltung angeschlossen sind, ermittelt wird, in dem die sich um den Verzweigungspunkt ausbildenden Minima der Feldstärke durch eine auf einer Kreisbahn um die Verzweigungsstelle bewegliche Meßsonde gemessen werden.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzweigungspunkt aus konzentrischen Leitungen aufgebaut ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter am Verzweigungspunkt dosenförmig ausgebildet ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Verzweigungsleitungen ein bestimmter Wellenwiderstand gegeben wird.
5. Meßeinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzweigungspunkt aus erdsymmetrischen Leitungen aufgebaut ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen des Verzweigungspunktes in einer Ebene liegen und um einen bestimmten Winkel, vorzugsweise I20°, gegeneinander versetzt sind.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen des Verzweigungspunktes in verschiedenen Ebenen liegen.
8. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung des magnetischen Feldes mittels einer Drahtschleife oder Spule erfolgt, die um die Verzweigungsstelle gedreht werden kann.
9. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung des elektrischen Feldes mittels eines Koppelstiftes oder einer Koppelplatte erfolgt, die um die Verzweigungsstelle gedreht werden kann.
10. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung umschaltbar ausgebildet ist, so daß sowohl das elektrische als auch das magnetische Feld ausgemessen werden kann.

II. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 bis 8 und I0, dadurch gekennzeichnet, daß die als Meßschleife ausgebildete Meßsonde sowohl um den Verzweigungspunkt als auch um ihre eigene Achse gedreht werden kann.