GROLL MIKROWELLENMESSTECHNIK

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Robert Kirchner
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1 GROLL MIKROWELLENMESSTECHNIK

2 MIKROWELLEN MESSTECHNIK VON PROF. DR.-ING. HORST GROLL FRIEDR. VIEWEG & SOHN BRAUNSCHWEIG

3 ISBN ISBN (ebook) DOI / Alle Rechte vorbehalten Copyright 1969 by Friedr. Vieweg & Sohn GmbH, Verlag, Braunschweig L. C. Catalog No Softcover reprint of the hardcover 1 st edition 1969 I Best.-N~8~,!U

4 VORWORT In vielen Zweigen von Physik und Technik spielt die Meßtechnik zur Entwicklung neuer Bauteile, Anlagen und Verfahren eine wichtige Rolle. So hat sich auch in der Mikrowellentechnik, die im Lauf der Jahre ein Sondergebiet der Hochfrequenztechnik wurde, eine spezielle Meßtechnik herausgebildet, die sich von den bei niedrigeren Frequenzen angewendeten Verfahren unterscheidet und sich an die Eigenschaften der Mikrowellenbauteile anpaßt. Wenn auch durch die rasche technische Entwicklung die Konstruktionen und Bauelemente von Meßgeräten sehr schnell veralten, so bleiben doch die grundlegenden Meßmethoden und die Prinzipien konstruktiver Gestaltung von Mikrowellenbauteilen über lange Jahre die gleichen. Deshalb erschien es sinnvoll, an Hand von Beispielen heute gebräuchlicher Meßgeräte die Meßmethoden zu erläutern und mit Hilfe zahlreicher Konstruktionsskizzen auf die Eigenarten von Mikrowellenbauteilen hinzuweisen, auch wenn diese schon nach kurzer Zeit im Detail verändert sein werden. Die Entwicklung der letzten Jahre ließ in der MikroweUenmeßtechnik zwei Richtungen erkennen: die Erhöhung der Meßgenauigkeit und die Automatisierung der Meßverfahren. Die erste führte zu steigender mechanischer Präzision mancher Bauteile und zur Berücksichtigung auch kleiner Fehlerursachen. Die zweite ist gekennzeichnet durch die Einführung breitbandiger Wobbelverfahren mit oszillografischer Sichtanzeige des Meßwertes. Vorwiegend in den Abschnitten 6 und 7 wurde auf diese Verfahren eingegangen. Meinem hochverehrten Lehrer, Herrn Professor Meinke, an dessen Institut ich seit vielen Jahren arbeite, verdanke ich viele Anregungen. Meiner Frau, die die Reinschrift des Manuskripts vornahm, und dem Verlag, der mit Sorgfalt die Herstellung des Buches besorgte, sei an dieser Stelle besonders gedankt. München, im Januar 1968 H.Groll

5 INHALTSVERZEICHNIS 1 Allgemeines Mikrowellen Leitungsbauformen Hohlleiter Leitung und Abschlußwiderstand Leitungsdiagramm und Widerstandstransformation , Leitungsschaltungen zur Anpassungstransformation Sonstige Leitungsbauelemente Meßsender Triodensender Reflexklystron-Sender Carcinotron-Sender Die Anwendung von Oberwellen Modulation, Amplituden- und Frequenzregelung Amplitudenmodulation und -regelung Frequenzmodulation und -regelung Wobbelsender... ' Me8empfänger Allgemeines Übersicht über die Empfängerarten Diodengleichrichter Punktkontaktdioden Tunnel- und Backwarddioden, Hot-Carrier-Dioden Der Aufbau von Diodengleichrichtern Überlagerungsempfänger Eigenschaften Dimensionierungsgesichtspunkte Sonderausführungen Der Aufbau von überlagerungsempfängern Kohärente und nichtkohärente Gleichrichter Prinzip des kohärenten Gleichrichters Vergleich der verschiedenen Gleichrichterarten Absorber und Dämpfungsglieder Absorber Koaxiale Absorber Hohlleiterabsorber

6 8 Inhaltsverzeichnis 4.2 Dämpfungsglieder Absorbierende Dämpfungsglieder Reflektierende Dämpfungsglieder Dämpfungsglieder mit Ferriten Reziproke Ferritbauelemente Nichtreziproke Ferritbauelemente Leistungsmessung Übersicht Der Einfluß der Fehlanpassung Bolometer - Barretter und Thermistoren Barretter Thermistoren Meßbrücken und Anzeigegeräte, Eichung a) Gleichstrombrücken b) Wechselstrombrücken Kalorimetrische Leistungsmessung Meßverfahren Wasserwiderstände Feste Absorber Sonstige Leistungsmeßmethoden Eichverfahren Impedanzmessung Übersicht Impedanzmeßverfahren mittels Meßleitungen Das Meßprinzip Der Aufbau von Meßleitungen a) Gerade Meßleitungen b) Automatische Sichtanzeige - Umlaufmeßleitungen Fehlerquellen und Absoluteichung a) Leitungsfehler b) Störspannungen c) Abtasterrückwirkung d) Äußere Einflüsse e) Meßgenauigkeit und Absoluteichung Einige zweckmäßige Meßverfahren a) Messung der Lage des Minimums b) Messung sehr kleiner rn-werte (Knoten breite) c) Impedanzmessung bei sehr kleinem Pegel d) Messung des Innenwiderstandes eines Generators e) Wobbelverfahren mit Meßleitung Meßleitungsähnliche Impedanzmeßverfahren a) Schlitzlose Meßleitung - Resonanzkreisverfahren b) Meßverfahren mit veränderlicher Leitungslänge c) Meßverfahren mit Frequenzvariation Impedanzmessung nach Festsondenverfahren... " Drei- und Viersondenverfahren Meßverfahren mit drehbarer Hohlleitersonde

7 Inhaltsverzeichnis Impedanzmessung mittels Verzweigungsschaltungen Kombinierte Strom-Spannungsmessung Vergleich von Impedanzen mittels Brückenschaltungen Einstellbare Meßverzweigungen Anpassungsmessung mit Richtkopplern Aufbau und Eigenschaften von Richtkopplern Richtkoppler als Reflektometer Impedanzmessung mit Richtkopplern Impedanzschreiber Messungen an Vierpolen Allgemeines über Vierpole Direkte Messung des übertragungs- und Reflexionsfaktors Ermittlung der Streuparameter aus Impedanzmessungen Die Knotenverschiebungsmethode für verlustfreie Vierpole Die Knotenverschiebungskurve Vierpol-Ersatzbilder Die Überlagerung mehrerer Einflüsse Knotenverschiebung bei Sechs- und Achtpolen Meßgenauigkeit und technische Einzelheiten Die Meßmethode mit verschiebbarer Wirklast Ersatzbilder für verlustbehaftete Vierpole Vierpole mittlerer Dämpfung Vierpole mit sehr kleiner und sehr großer Dämpfung Sonstige Vierpolmeßmethoden Messung mit Impulsreflektometer Der Abtastoszillograf (Sampling-Oszillograf) Reflexionsmessungen in der Zeitebene... " Messung von Spannung, Strom und Phase Spannungsmessung Die Eichung von Spannungsmessern Strommessung Phasenmessung Phasenmeßverfahren a) Der Vergleich mit geeichten Phasen schiebern b) Die Meßleitung als Phasenschieber c) Direktanzeigende Phasenmeßgeräte Phasenschieber Messung der Güte von Resonatoren Das Impedanzverhalten von Resonatoren Die Gütemessung aus dem Reflexions- und Übertragungsverhalten von Resonatoren Die Ermittlung der Güte aus der Änderung der Eingangsimpedanz Die Ermittlung der Güte aus dem Übertragungsverhalten a) Resonatoren als Durchgangselemente b) Seitlich angekoppelte Resonatoren Gütemessung mit Hilfe von Wobbelverfahren

8 10 Inhaltsverzeichnis 9.3 Gütemessung mittels modulierter Schwingungen Gütemessung über die Phasenverschiebung der Modulation Gütemessung über die Oberwellenbildung der Modulation Gütemessung mittels Impulstastung Dämpfungsmessung Allgemeines Meßverfahren zur Dämpfungsmessung Messung des Leistungsverhältnisses Dämpfungsmessung mittels Substitution a) Hochfrequente Substitution... " 327 b) Niederfrequente Substitution c) Zwischenfrequente Substitution Ermittlung der Dämpfung aus der Reflexionsfaktormessung Die Eichung von Dämpfungsnormalien... " Die Messung von Abschirmungen Messwg von Materialkonstanten Materialmessung in Leitungen Messung an Kabeln Proben hoher Dämpfung Stoffprobe in der Meßleitung Kurzschlußmeßverfahren a) Stoff probe beliebiger Länge b) Die Länge der Stoff probe ist;'; c) Messung dünner Scheiben..., Fehler durch Passungsluft l.2 Materialmessung in Resonatoren Materialmessung bei Freiraumausbreitung Messung der Leitfähigkeit Messung von Wellenlänge und Frequenz Die direkte Messung der Wellenlänge Die Wellenlängenmessung mit Resonatoren Wellenmesserkonstruktionen... ~ Die Anschaltung von Wellenmessern Frequenzmessung durch Überlagerung Normalfrequenzgeneratoren Eichgeneratoren mit Festfrequenzen - Eichung von Wellenmessern Variable Normalfrequenzgeneratoren Primäre Frequenznormale Spektral-Analysatoren Der Aufbau von Spektralanalysatoren Die Anwendung von Spektralanalysatoren Messung des Rauschfaktors Rauschgeneratoren Rauschdioden

9 Inhaltsverzeichnis Rauschquellen mit Gasentladungsröhren Sonstige Rauschgeneratoren Meßverfahren zur Bestimmung des Rauschfaktors Messung mit Sinusgenerator Messung mit Rauschgeneratoren... : 386 a) Mit Rauschdiode b) Mit Gasentladungsröhre Rauschfaktormeßgeräte mit direkter Anzeige Sonstige Rauschmeßverfahren a) Generatorrauschen b) Messung von sehr kleinen Rauschleistungen Sachwortverzeichnis

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