DE920973C

DE920973C - Arrangement for measuring the power of very short-wave high-frequency energy

Info

Publication number: DE920973C
Application number: DEL5083D
Authority: DE
Inventors: Helmut Scherenzel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1944-08-24
Filing date: 1944-08-24
Publication date: 1954-12-06

Description

Anordnung zur Leistungsmes sung sehr kurzwelliger Hochfrequenzenergie Bei der Leistungsmessung sehr kurzwelliger Hochfrequenzenergie, die mittels einer Meßgleichrichterstrecke, vorzugsweise einer Diode, durchgeführt wird, handelt es sich unter Umständen um die Messung sehr hoher Spannungen. Das ist vor allen Dingen dann in der Regel der Fall, wenn es sich um die Ermittlung der Momentanleistung bei der Erzeugung von impulsmäßig gesteuerten Ultrakurzwellen handelt. Arrangement for measuring the power of very short-wave high-frequency energy at the power measurement of very short-wave high-frequency energy, which by means of a measuring rectifier path, preferably a diode, it may be the measurement of very high voltages. This is usually the most important thing Case when it comes to determining the instantaneous power when generating pulsed controlled ultra-short waves acts.

Mit einer für vorliegenden Zweck gebräuchlichen Diode können Spitzenspannungen Usi, bis zu 200 Volt gemessen werden, ohne die Röhre der Gefahr einer Zerstörung auszusetzen. With a diode commonly used for this purpose, peak voltages Usi, up to 200 volts can be measured without damaging the tube suspend.

Für die Leistung gilt: N = Usp2 1 2R T2 Wenn der Transformationsfaktor t = I gesetzt und R =Z = 70 Ohm gewählt wird, entspricht einer Spitzenspannung von 200 V eine Leistung von etwa 290 Watt. The following applies to the power: N = Usp2 1 2R T2 If the transformation factor t = I is set and R = Z = 70 Ohm is selected, corresponds to a peak voltage of 200 V an output of about 290 watts.

Sollen größere Leistungen angezeigt bzw. gemessen werden, dann muß eine Diode besonderer Ausführung, die mit einer größeren Spannung belastet werden kann, verwendet werden. Gemäß der Erfindung wird aber dieser getätetechnische Mehraufwand dadurch vermieden, daß der Meßgleichrichterstrecke ein Spannungsteiler vorgeschaltet wird, der die Hochfrequenzspannung herabsetzt. If greater powers are to be displayed or measured, then must a diode of a special design that is loaded with a higher voltage can be used. According to the invention, however, this additional expense is required avoided in that the measuring rectifier path is preceded by a voltage divider which lowers the high frequency voltage.

Die nachfolgenden Ausführungen zeigen, daß die Verwendung eines Spannungsteilers in dem angegebenen Sinne noch weitere praktische Vorzüge mit sich bringt. The following shows that the use of a voltage divider brings further practical advantages with it in the stated sense.

Ein Ausführungsbeispiel in besonders einfacher Form zeigt schematisch die Fig. I. Über die Koaxial- leitung 12, I3 ist der aus dem gewendelten Innenleiter 15 und dem beispielsweise exponentiellen Außenleiter 14 bestehende Spannungsteiler stoßstellenfrei an die Hochfrequenzenergieleitung angeschlossen, in der die zu messende Hochfrequenzenergie vorhanden ist. Die Meßgleichrichterstrecke II ist, wie bereits früher vorgeschlagen wurde, über eine einstellbare Leitung angekoppelt. An exemplary embodiment in a particularly simple form is shown schematically the Fig. I. About the coaxial line 12, I3 is the one from the coiled one Inner conductor 15 and the, for example, exponential outer conductor 14 existing voltage divider connected to the high-frequency power line in which the Radio frequency energy is present. The measuring rectifier section II is, as already it was previously proposed to be coupled via an adjustable line.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Lehre zeigt in schematischer Weise die Fig. 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Spannungsteiler 16 im Zuge der Leitung 12, 13. Another possible embodiment of the teaching according to the invention is shown in a schematic manner FIG. 2. In this exemplary embodiment, the voltage divider is present 16 in the course of line 12, 13.

Innen- und Außenleiter auf der Ausgangsseite des Spannungsteilers sind mit I7, I8 bezeichnet, und der exponentielle Abschluß dieser Leitung ist mit I9, 20 gekennzeichnet. II ist wiederum die über eine einstellbare Leitung angeschlossene Meßdiode.Inner and outer conductor on the output side of the voltage divider are labeled I7, I8, and the exponential termination of this line is with I9, 20 marked. II is again the one connected via an adjustable line Measuring diode.

Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß der Spannungsteiler als Teil für sich der Messung zugänglich ist und sein Teilerverhältnis nach der bei den Meßsendern üblichen Methode (K. Fränz, Die Messung der Empfängerempfindlichkeit bei kurzen elektrischen Wellen. H. F. T. 59, 105, I942) durch Vorschaltung von einen Überlagerungsempfänger und Vergleich mit einem ZF-Spannungsteiler bestimmt werden kann. Auch die Meßdiode als Teil für sich ist dann leichter eichbar und universeller zu verwenden. This arrangement has the advantage that the voltage divider as Part of the measurement is accessible and its division ratio according to the the usual method for measuring transmitters (K. Fränz, The measurement of receiver sensitivity with short electric waves. H. F. T. 59, 105, 1942) by connecting one Overlay receiver and comparison with an IF voltage divider can be determined can. The measuring diode as a part in itself is then easier to calibrate and more universal to use.

Die beiden Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 erfordern immerhin noch einen ziemlich erheblich mechanischen Aufwand durch die Längeneinstellung der Diodenvorsatzleitung. Der größte Nachteil aber ist die für jede Frequenz notwendige jeweils andere Längeneinstellung der Vorsatzleitung. Für den speziellen Zweck der Impulsspitzenleistungsmessung ist daher die im folgenden beschriebene Anordnung zweckmäßiger, die keinerlei Abstimmung erfordert, aber trotzdem die Vorteile der abstimmbaren Meßdiode besitzt. The two arrangements according to FIGS. 1 and 2 still require quite a considerable mechanical effort due to the length adjustment of the diode attachment cable. The biggest disadvantage, however, is the different length setting required for each frequency the executive committee. For the special purpose of pulse peak power measurement is therefore the arrangement described below is more appropriate, which does not require any coordination requires, but still has the advantages of the tunable measuring diode.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel hierfür. Die an dem Spannungsteiler 16 abschlußseitig angeschlossene Leitung ist mit 21 und 22 gekennzeichnet. Im Zuge des Innenleiters 21 ist am Ende der Leitung als Meßgleichrichterstrecke die Diode 23 angeordnet, deren Kathode kapazitiv mit dem Abschlußboden 24 der Leitung 21, 22 verbunden ist. Der Spannungsteiler I6 ist derart ausgebildet, daß er bei Abschluß mit dem ohmschen Widerstand Z2 (gleich dem Wellenwiderstand der angeschlossenen Leitung) am Eingang den rein ohmschen Widerstand Z, (gleich dem Wellenwiderstand der vorgeschalteten Leitung) besitzt. Wird er, wie angenommen sei, an einen Generator mit dem Innenwiderstand R, = Z, angeschlossen, dann ist er am Ausgang durch einen Generator mit dem Innenwiderstand Rt = Z2 ersetzbar. Zur Vereinfachung der Darstellung soll zunächst der Fall betrachtet werden, daß Z1 = Z2 = Z ist. Der Spannungsteiler I6 ist dann ein symmetrisches Dämpfungsglied. 3 schematically illustrates an exemplary embodiment for this. The line connected to the terminal side of the voltage divider 16 is marked with 21 and 22 marked. In the course of the inner conductor 21 is at the end of the line as a measuring rectifier line the diode 23 is arranged, the cathode of which is capacitively connected to the end base 24 of the line 21, 22 is connected. The voltage divider I6 is designed such that it is at Termination with the ohmic resistor Z2 (equal to the characteristic impedance of the connected Line) at the input the purely ohmic resistance Z, (equal to the wave resistance the upstream line). It is, as was assumed, sent to a generator connected to the internal resistance R, = Z, then it is at the output through a Generator with internal resistance Rt = Z2 can be replaced. To simplify the presentation Let us first consider the case that Z1 = Z2 = Z. The voltage divider I6 is then a symmetrical attenuator.

Auf der Leitung 2 bis 3 läßt sich eine Stelle V finden, für die der Eingangswiderstand der Leitung V-3 mit abgeschlossener Diode unendlich groß wird (Verluste vernachlässigt). Zwischen den Klemmen V und der Diodenstrecke 23 tritt eine Spannungstransformation mit dem Transformationsfaktor t auf, wie bei der abstimmbaren Meßdiode. Es braucht also nurmehr die Spannung an den Klemmen V näher untersucht zu werden. On the line 2 to 3 can be found a point V for which the Input resistance of line V-3 with a terminated diode becomes infinitely large (Losses neglected). Between the terminals V and the diode path 23 occurs a voltage transformation with the transformation factor t, as with the tunable one Measuring diode. All that is needed is to examine the voltage at the V terminals in more detail to become.

Hierzu wird der Vierpol I-V (Abb. 4a) in einen gleichwertigen Vierpol I-V (Fig. 4b) verwandelt, der der Anschauung und Rechnung besser zugänglich ist. Diese Umwandlung ist deshalb statthaft, weil beide Vierpole gleiches Z und gleiches Übertragungsmaß g = b + ja I besitzen. Anders ausgedrückt: Der Vierpol I-V (Fig. 4a) ist bezüglich Ein- und Ausgang symmetrisch und kann deshalb auch in umgekehrter Richtung verwendet werden (Fig. 4b), ohne daß sich seine Übertragungseigenschaften verändern. For this purpose, the quadrupole I-V (Fig. 4a) is converted into an equivalent quadrupole I-V (Fig. 4b) transformed, which is more accessible to intuition and calculation. This conversion is permissible because both quadrupoles have the same Z and the same Have transfer factor g = b + yes I. In other words: The quadrupole I-V (Fig. 4a) is symmetrical with regard to input and output and can therefore also be reversed Direction can be used (Fig. 4b) without affecting its transmission properties change.

Die Spannung an den Klemmen V (Fig. 4b) ist ein Maß für die Spannungen an den Klemmen 4, da die Beziehung gilt: U, eoTb. v Der Eingangswiderstand (an den Klemmen 4) des Vierpols 4-V ist R =ZCtgb, dann ist die in ihm vernichtete Wirkleistung: Die Leistungsmessung wird also zurückgeführt auf die Messung der Spannung an einem bekannten Widerstand. Die Länge der Leitung I bis 4 verursacht keine Änderung der Spannung Uv, sofern dem Vierpol I-V die gleiche Wirkleistung zugeführt wird.The voltage at terminals V (Fig. 4b) is a measure of the voltages at terminals 4, since the relationship applies: U, eoTb. v The input resistance (at terminals 4) of the four-pole 4-V is R = ZCtgb, then the active power destroyed in it is: The power measurement is therefore traced back to the measurement of the voltage across a known resistor. The length of the lines I to 4 does not cause any change in the voltage Uv, provided that the four-pole IV is supplied with the same active power.

Daraus folgt: Die Spannung an der Diode ist bei bekanntem Transformationsfaktor t und bekanntem Teilerverhältnis des Spannungsteilers (Dämpfungsgliedes) ein Maß für die in dem Spannungsteiler vernichtete Wirkleistung, unabhängig von der Länge der vor die Diode geschalteten Leitung. It follows from this: The voltage at the diode is with a known transformation factor t and the known division ratio of the voltage divider (attenuator) a measure for the active power destroyed in the voltage divider, regardless of the length the line connected in front of the diode.

An den Klemmen I besitzt die ganze Anordnung (Fig. 4) einen von Z abweichenden Widerstandswert, so daß eine vorgeschaltete Leitung vom Wellenwiderstand Z fehl abgeschlossen wäre. Diese Fehlanpassung der Eingangsseite fällt aber nur bei kleinen b-Werten ins Gewicht. Wenn als Maß für die Fehlanpassung U,,jn das Wellenverhältnis m = bezeichnetwfrd, dann gilt: m-tgb (2) m besitzt schon bei b = 2 Neper den Wert 0,964 und weicht dann von I nunmehr um 3,6 0/o ab. At the terminals I the whole arrangement (Fig. 4) has one of Z. different resistance value, so that an upstream line from the characteristic impedance Z would have failed. However, this mismatch on the input side only applies important for small b-values. If as a measure of the mismatch U ,, jn the wave ratio m = denotes wfrd, then the following applies: m-tgb (2) m already has the value for b = 2 Neper 0.964 and then deviates from I by 3.6%.

Die Spannung |UD| an der Diode wird erhalten, wenn die Spannung Uv mit dem Transformationsfaktor t multipliziert wird: D l = Uv t. The voltage | UD | at the diode is obtained when the voltage Uv is multiplied by the transformation factor t: D l = Uv t.

Dann ist, wenn der Absolutbetrag der Spitzenspannung an der Diode mit UsV bezeichnet wird, Izr,l 1/2 62 und mit (1) Der Faktor Ein b C3of b kann auch geschrieben werden: Das zweite Glied des Klammerausdruckes der rechten Seite von (3a) ist für größere b-Werte nur wenig von Null verschieden (es besitzt beispielsweise bei b= I Neper die Größe 0,02), so daß Gleichung (3) für größere b-Werte die Form annimmt: wenn mit eb = tr das Teilerverhältnis des Spannungsteilers bezeichnet wird. Um einen ungefähren Überblick über das benötigte Teilerverhältnis tr zu erhalten, ist der Zusammenhang zwischen Nu und Usa, tor für t = I und Eingangswiderstand 21 = 70 Ohm mit als Parameter in Fig. 5 dargestellt.Then, if the absolute value of the peak voltage at the diode is denoted by UsV, then Izr, l 1/2 62 and with (1) The factor A b C3of b can also be written: The second term of the expression in brackets on the right-hand side of (3a) differs only slightly from zero for larger b-values (for example, when b = I Neper it has the size 0.02), so that equation (3) for larger b-values takes the form: if eb = tr denotes the division ratio of the voltage divider. In order to obtain an approximate overview of the required division ratio tr, the relationship between Nu and Usa, tor for t = I and input resistance 21 = 70 ohms is shown as a parameter in FIG.

Im allgemeinen wird Z, = 70 Ohm gemacht. Z2 ist der für den Transformationsfaktor t maßgebliche Wellenwiderstand. Damit t keine zu große Frequenzabhängigkeit besitzt, wird, wenigstens für gebräuchliche Dioden, Z2 vorteilhafterweise größer als Z, (z. B. In general, Z i is made = 70 ohms. Z2 is that for the transformation factor t decisive wave resistance. So that t does not have too great a frequency dependence, is, at least for common diodes, Z2 advantageously greater than Z, (z. B.

100 Ohm) gewählt.100 Ohm) is selected.

Um Z2 größer als Z, machen zu können, kann der Spannungsteiler am einfachsten als die Hintereinanderschaltung eines symmetrischen Dämpfungsgliedes (25) mit dem Wellenwiderstand Z, und eines Transformators (26), der von Z, auf Z2 transformiert (z. B. einer exponentiellen Leitung) ausgebildet werden. In order to be able to make Z2 larger than Z, the voltage divider at simplest than the series connection of a symmetrical attenuator (25) with the characteristic impedance Z, and a transformer (26) that goes from Z to Z2 transformed (e.g. an exponential line).

Den prinzipiellen Aufbau eines derartigen Teilers zeigt schematisch Fig. 6.The basic structure of such a divider is shown schematically Fig. 6.

Das Teilerverhältnis des Spannungsteilers 25, 26 ist somit: in Formel (1) ist dann noch der Faktor zu berücksichtigen, sonst ändert sich an den Betrachtungen nichts.The division ratio of the voltage divider 25, 26 is thus: The factor is then also in formula (1) to be taken into account, otherwise nothing changes in the considerations.

Um Z2 von Z, verschieden zu machen, kann man für größere Teilerverhältnisse auch daran denken, den Teiler mittels ohmscher Widerstände als unsymmetrische T-Schaltung auszubilden. Jedoch kann dann ein kleiner Meßfehler entstehen, der rechnerisch schwerer zu übersehen und von der Länge der an die Diode geschalteten Leitung abhängig ist. To make Z2 different from Z, one can use for larger division ratios also remember to use the divider by means of ohmic resistors as an unbalanced T-circuit to train. However, a small measurement error can then arise, which is mathematically more difficult overlooked and depends on the length of the line connected to the diode.

PATENTANSPROCHE: I. Der Leistungsmessung sehr kurzwelliger Hochfrequenzenergie dienende Anordnung, die die Leistungsmessung auf eine Spannungsmessung mittels Meßgleichrichterstrecke zurückführt, gekennzeichnet durch einen die Hochfrequenzspannung an der Meßgleichrichterstrecke herabsetzenden Spannungsteiler. PATENT CLAIM: I. The power measurement of very short-wave radio frequency energy Serving arrangement that the power measurement on a voltage measurement by means of a measuring rectifier line returns, characterized by the high-frequency voltage on the measuring rectifier path reducing voltage divider.

Claims

2. Arrangement according to claim I, characterized in that the voltage divider from a, preferably helical, inner conductor and an exponential outer conductor consists.

3. Arrangement according to claim I or 2, characterized in that the voltage divider is arranged in the course of the power line.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the measuring rectifier connected to the voltage divider with the help of a length not adjustable line is coupled.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the measuring rectifier path to the line following the voltage divider on the terminating side and the diode on End of this line is connected.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the cathode the diode is capacitively connected to the end base of the line.

7. Arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that that the voltage divider is terminated with the characteristic impedance of the connected Line (Z2) at the input has the characteristic impedance of the upstream line (Z1).

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that Z2 is larger is selected as Z1.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the voltage divider as a series connection of a symmetrical attenuator with the characteristic impedance Z, and a transformer, which is transformed from Z to Z2, is formed.