DE1516253A1

DE1516253A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung der Phasenverzerrungen eines elektrischen Vierpols,insbesondere UEbertragungssystems

Info

Publication number: DE1516253A1
Application number: DE19651516253
Authority: DE
Inventors: Schlueter Dipl-Ing Klaus
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-05-17
Filing date: 1965-05-17
Publication date: 1969-06-12
Also published as: DE1516253C3; US3473113A; DE1516253B2; GB1071980A; NL6606232A; FR1479827A; JPS4312776B1; DK117578B

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung der Phasenverzerrungen eines elektrischen Yierpols, insb. Übertragungssystems

Pur den Ausgleich der Signalverzerrungen eines über einen Vierpol, insb. Übertragungssystem, übertragenen Fernmeldesignals ist in vielen lallen die Kenntnis der Phasenverzerrungen des Vierpols von wesentlicher Bedeutung. Hierbei läßt sich nämlich eine einfache Toleranzgrenze angeben, die von den Phasenverzerrungen nicht überschritten werden darf, wenn die Signalverzerrungen nicht stören sollen. Betragen beispielsweise die Phasenverzerrungen nicht mehr als 6°, dann sind die Signalverzerrungen

— vorausgesetzt, daß keine DämpfungsVerzerrungen vorhanden sind

— kleiner als 5$ der Signalamplitude. Eine derartige Üoleranzgrenze läßt sich für die G-ruppenlauf ζ eitverzerrungen des Vierpols nicht angeben, da es hierbei außer auf die Amplitude der G-ruppenlaufzeitverzerrungen auch auf die Häufigkeit der Schwankungen innerhalb des Übertragungsbereiches ankommt.

Zur Ermittlung der meßtechnisch besonders aufschlußreichen Phasenverzerrungen ist ein Verfahren bekanntgeworden, das von einer herkömmlichen G-ruppenlaufzeitwobbelmessung ausgeht. Die hierbei erhaltene G-ruppenlaufzeitmeßspannung, die mit ihrem zeitlichen Amplitudenverlauf ein Maß für die im durchgewobbelten Frequenzbereich auftretende Gruppenlaufzeitkurve darstellt und z.B. zur Beschreibung derselben in einem Registrier- oder Sichtgerät verwendbar ist, wird einer nachfolgenden Integration über die Zeit unterworfen, wobei dann die integrierte Spannung in ihrem zeitlichen Verlauf ein Maß für die Phasenkurve des Vierpols im durchgewobbelten Frequenzbereich darstellt. Hier-

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Neue Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. l Satz 3 dca Änderungsges. v. 4. 9· 1 ■

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bei ist zu berücksichtigen, daß beider Ermittlung der Gruppenlaufzeit ein frequenzunabhängiger Summand unbestimmt bleibt, der einer sogenannten Grundlaufzeit entspricht. Die als Integrationsergebnis aufzufassende Phasengröße des Vierpols enthält dementsprechend einen unbestimmten, frequenzproportionalen Grundanteil (Bezugsphase), der von der Größe dieses Summanden bzw. der Grundlaufzeit abhängig ist. Mr die Gruppenlaufζeitmeßspannung bedeutet der genannte Summand einen konstanten Gleichstromanteil, während die Bezugsphase in der integrierten, die Phasenkurve beschreibenden Spannung einem zeitproportionalen Gleichstromanteil entspricht, welch letzterer in der Phasenkurvendarsteilung eine Phasenbezugsgerade definiert. Wählt man den Gleichstromanteil der Gruppenlaufzeitmeßspannung so aus, daß sich für die Grundlaufzeit die Meßspannung Hull ergibt, d.h. mißt man lediglich die als Differenz der Gruppenlauf2feit und der Grundlaufzeit definierte Gruppenlaufzeitverzerrung, so wird im Integrationsergebnis die als Differenz der Phasengröße und der Bezugsphase definierte Phasenverzerrung ausgewertet.

Die vorstehend beschriebenen Meßkurven bzw. Meßspannungen sind in den Figuren 1 und· 2 nochmals übersichtlich dargestellt. Hierbei zeigt Fig.1 zunächst die Gruppenlaufzeitkurve τ eines Vierpols über der Kreisfrequenz ω, wobei die Grundlaufzeit τ durch eine waagrechte Gerade dargestellt wird, deren Abstand von der ω-Achse beliebig festgelegt werden kann. Die schraffierten Flächenteile stellen sodann die Gruppenlaufzeitverzerrungen des Vierpols gegenüber der Grundlaufzeit dar. Die sich durch eine Integration aus der Gruppenlaufzeitkurve τ ergebende Phasenkurve φ ist im darunterliegenden Diagramm über d'er Frequenz ω aufgetragen. Der unbestimmte, frequenzproportionale Grundanteil (.Bezugsphase) ist hier als Phasenbezugsgerade φ = τ · ω eingetragen. Auch in diesem Diagramm stellt die schraffierte Fläche die eigentlichen Phasenverzerrungen gegenüber der Bezugsphase dar. Stellt man den Gleichstromanteil der Gruppenlaufzeitmeßspannung insbesondere so ein, daß sich für die in Fig.1 eingezeichnete Grundlaufzeit t_q die Meßspannung Null ergibt, so erhält man die in Fig.2 dargestellte Gruppenlaufzeitmeßspannung

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U , welche zum Zeitpunkt t₁ das Vorzeichen wechselt, während die sich hieraus durch Integration ergebende, die Phasenverzer- · rungen beschreibende Spannung U zum Zeitpunkt t^ bei dem betrachteten Kurvenverlauf einen maximalen Wert besitzt.

Die Schwierigkeiten dieses von einer Gruppenlaufζeitwobbelmessung ausgehenden Verfahrens liegen darin, daß die elektrische Integration der Gruppenlauf ζ ei tmeßsparinung eine Integration über die Zeit ist, während definitionsgemäß der Übergang von der Gruppenlauf zeitkurve auf die Phasenkurve eine Integration über die Frequenz erforderlich macht. Dies ist beispielsweise aus der Beziehung

φ = j τ do) (1)

zu entnehmen, in der φ die Phasengröße, τ die Gruppenlaufzeit und ω die Kreisfrequenz darstellt. Fur wenn Zeit und Meßfrequenz linear zusammenhängen, liefert die elektrische Integration, die z.B. mittels eines RO-Gliedes vorgenommen wird, unter Berücksichtigung eines geeigneten Maßstabes richtige Meßergebnisse für die Phasenverzerrungen. Der Maßstab hängt dann aber von der jeweils eingestellten Wobbeige schwiiidigk&lt ab* Bei einer räumlichen Trennung von Wobbeisender und Empfänger ist diese zumeist nicht unmittelbar ablesbar, so daß der richtige Maßstab in diesem Pail nicht angegeben werden kann. Bei einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen Zeit und Meßfrequenz ist jedoch darüber hinaus ein fester Maßstab für die Phasenverzerrungen überhaupt nicht vorhanden.

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Phasenverzerrungen eines Vierpols, inab. Übörtragungssystems, bei dem die nach Durchführung eines Gruppenlaufzeitwobbelmeßverfahrens ermittelte, ein Maß für die Gruppenlaufzeitverzerrungen darstellende Meßspannung einer nachfolgenden Integration über die Zeit unterworfen wird und die integrierte Spannung ein Maß für die Phasenverzerrungen darstellt, werden die vorstehend genannten Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß die ein Maß für die

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Gruppenlaufzeit darstellende Meßspannung vor der Integration mit einer weiteren Spannung multipliziert wird, die durch Differentiation aus einer der Meßfrequenz proportionalen Gleichspan- . nung gebildet wird.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, daß der ein Maß für die Kurve der Phasenverzerrungen des Vierpols im durchgewobbelten Frequenzbereich darstellenden, integrierten Spannung ein eindeutiger Amplitudenmaßstab zugeordnet werden kann, der eine unmittelbare Auswertung der Spannung in einem Anzeigegerät oder auch insb. eine Auswertung der unter Verwendung dieser integrierten Spannung in einem Registrier- bzw. Sichtgerät dargestellten Kurve der Phasenverzerrungen zuläßt. Dieser Maßstab ist von der Größe oder dem zeitlichen Verlauf der Wobbelgeschwindigkeit vollständig unabhängig.

Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer in Fig.3 dargestellten Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.

Fig.3 zeigt eine Meßanordnung, die als ersten Bestandteil eine an sich bekannte, zur Ermittlung der Gruppenlaufzeitverzerrungen eines Vierpols X nach dem Wobbeiverfahren dienende Teilschaltung enthält. Ein linksseitiger Sendeteil A dieser Teilsehaltung .enthält einen frequenzvariablen Generator 1, der spannungsgesteuerte, frequenzbestimmende Mittel (Reaktanzröhre, Kapazitätsdiode oder dergl.) enthält und der über eine Steuerleitung 2 von einem Wobbelspannungsgenerator 3 automatisch in seiner Ausgangsfrequenz über einem einstellbaren Frequenzbereich in Abhängigkeit von der Amplitude der Wobbeispannung frequenzmoduliert wird. Die im Bereich f-j+f-k gewobbelte Aus gangs spannung TJ₁ wird in einem Modulator 4 mit einer Trägerschwingung U₂ der Frequenz fp gemischt, die .mit einer niedrigen, konstanten Modulationsfrequenz f (Spaltfrequenz) amplitudenmoduliert ist. Die Trägerschwingung der Frequenz f₂" wird dabei von einem Generator 5 erzeugt und in einem

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Modulator 6 mit der von einem Generator 7 gelieferten Spannung U_x der Frequenz f moduliert. Am Ausgang des Modulators 6 tritt

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dann die dem Modulator 4 zuzuführende amplitudenmodulierte !Trägers chwingung U₂ auf.

Durch ein dem Modulator 4 nachgeschaltetes Tiefpaßfilter 8 wird •sodann eine Meßspannung U ausgesiebt, welche aus einer amplitudenmodulierten Trägerschwingung besteht, die gegenüber U₂ um den festen Betrag f-i-f? ^nacil niedrigen Frequenzen hin verschoben ist. Diese Meßspannung U wird über einen Verstärker 9 dem Meßobjekt X zugeführt und vom Ausgang des Meßobjekts einem Verstärker 10 zugeleitet, der die Eingangsstufe eines Empfangsteils B der genannten Teilschaltung darstellt.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 wird einerseits einem Frequenzmesser 11 zugeführt, der eine Spannung U. erzeugt, deren Amplitude von dem Momentanwert der Trägerfrequenz der Meßspannung U abhängt, und andererseits einem Demodulator 12, der aus der Meßspannung die Modulationsspannung U_x der Frequenz f zurück-

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gewinnt. Diese Modulationsspannung U, wird in einem Phasendiskriminator 13 mit einer gleichartigen, gleichfrequenten Ausgangsspannung U,^! eines Vergleichsgenerators 14 bezüglich der gegenseitigen Phasenlage verglichen. Eine im Phasendiskriminator 13 als Vergleichsergebnis gebildete Ausgangsspannung U stellt dann mit ihrer Amplitude ein Maß für die Phasendifferenz der Spannungen U_x und U ' und damit gleichzeitig ein Maß für die Gruppenlaufzeitverzerrung des Vierpols X dar, die ebenfalls Ton dem Momentanwert der Trägerfrequenz der Meßspannung abhängig ist. Damit ist es in an sich bekannter Weise möglich, die an den Klemmen 15 und 16 auftretenden Spannungen U. und U dem horizontalen und vertikalen Ablenksystem eines Kathodenstrahloszillographen zuzuführen, auf dessen Bildschirm dann eine Kurvendarstellung der Laufzeitverzerrungen des Vierpols X in dem von der Meßspannung U_m durchgewobbelten Frequenzbereich beschrieben wird.

Die bisher beschriebene Teilschaltung kann in verschiedener, dem Fachmann bekannter Weise in einzelnen Punkten abgewandelt wer-

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-βSo ist die dargestellte Erzeugung der Meßspannung U im einzelnen für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. Ebenso kann die an der Klemme 15 anliegende Ausgangsspannung IL für den Fall, daß der Sendeteil A und der Empfangsteil B örtlich ni*eht voneinander getrennt sind, auch von der Ausgangs spannung des Wobbelspannungsgenerators 3 direkt abgeleitet werden. letztlich ist die gesamte, vorstehend beschriebene Teilschaltung zur Ermittlung der G-ruppenlaufzeitverzerrungen im Wobbeibetrieb an sich für die Erfindung nicht charakteristisch, sondern kann beispielsweise durch jede andere bekannte Schaltungsanordnung zur Bestimmung der G-ruppenlaufzeitverzerrungen ersetzt werden, die an den ausgangsseitigen Klemmen 15, 16 vergleichbare Spannungen IL und U erzeugt. Hierbei ist zusätzlich festzustellen, daß bei den bekannten Systemen die Meßspannung U im allgemeinen mit einem einstellbaren Gleichstromanteil erzeugt wird, der insbesondere dazu dient, um die G-ruppenlaufzeitverzerrungskurve auf dem Schirm eines in der beschriebenen Weise an die Klemmen 15,

16 angeschalteten Kathodenstrahloszillographen in vertikaler Richtung gegenüber einer horizontalen Bezugsgeraden auf dem Bildschirm zu verschieben. Durch eine derartige Einstellung wird die Grundlaufzeit auf beliebige Werte eingestellt und insbesondere durch diese Einstellung bestimmten Frequenzen innerhalb des Frequenzmeßbereiches zugeordnet. Eine Veränderung des Gleichstromanteiles der Spannung TJ kann bei einer Meßanordnung der in Fig.3 beschriebenen Art beispielsweise durch Einstellung eines dem Phasendiskriminator 13 vorgeschalteten Phasenschiebers

17 erfolgen, wodurch der Arbeitspunkt auf der Δφ/U -Kennlinie des Diskriminators 13 verändert wird (Δφ = Phasendifferenz zwischen IL, und U,')·

Nach der Erfindung wird eine an sich bekannte Integrierstufe 18, die beispielsweise aus einem in Fig.3 schematisch angedeuteten RO-Glied besteht, an die Klemme 15 angeschaltet. Bezeichnet man die an der Klemme 15 anliegende, der Meßfrequenz proportionale Spannung IL mit

U₄(ω) = K₁ .ω, (2)

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— γ -

so entsteht am Ausgang der Differenzierstufe 18 eine Spannung U₅(O)) = K₁ . K₂ . fjj , ■ (3)

also eine Spannung, die der zeitlichen Ableitung der Frequenz proportional ist. Die Spannung U₁- wird zusammen mit der an der Klemme 16 anliegenden Spannung U den beiden Eingängen eines Multiplikators 19 zugeführt, der eine Ausgangsspannung Ug bildet, die von der Gruppenlaufzeit und von der Ableitung der Frequenz ) nach der Zeit abhängig ist:

U₆(T,ω). = K₁ . K₂ - K₃ · IT . H . (4)

Eine nachgeschaltete Integrierstufe 20, die beispielsweise aus einem in Fig.3 schematisch dargestellten RO-Glied besteht, integriert die Spannung Ug über die Zeit und ergibt eine Spannung U , welche der Phasenverzerrung φ des Vierpols X proportional ist.'

U = K₄.|U₆ (τ, ω) dt = K₁ .K₀-K^-K, ./U^. άω ' (5)

Die Konstanten K₁ bis K, sind dabei reine Gerätekonstauten und somit unabhängig von der Meßfrequenz oder der Größe und dem zeitlichen Verlauf der Wobbeigeschwindigkeit. Die Spannung U , die der Phasenverzerrung φ proportional ist, wird vorzugsweise über einen Verstärker 21 geführt, dessen Verstärkungsgrad so eingestellt wird, daß die zahlenmäßige Auswertung der Meßspannung U an- einer festen Skala der als Registrier- oder Sichtgerät dienenden Kathodenstrahlröhre 22 erfolgen kann. Die horizontale Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt hierbei mittels der der Meßfrequenz proportionalen Spannung Uv. Neben der beschriebenen Auswertung mittels des Kathodenstrahloszil^ographen 22 kann auch eine zahlenmäßige .Auswertung an einem Anzeigeinstrument (Zeigerinstrument, lichtzeigerinstrument oder dergl.) 23 vorgenommen werden, die beispielsweise eine Überwachung vorgegebener Verzerrungstoleranzen ermöglicht.

Bei einer Durchführung der Phasenverzerrungsmessung eines Vier-

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pols X als Streckenmessung .führt die Verwendung eines Frequenzmessers 11 zur Ableitung der der Meßfrequenz proportionalen Spannung U. bei dem Verfahren nach der Erfindung zu einer direkten zahlenmäßigen Auswertung anhand eines eindeutigen Maßstabes, ohne daß eine Synchronisierüngsleitung zwischen dem Sendeteil A und dem Empfangsteil B notwendig ist. Handelt es sich bei dem Vierpol X um ein Übertragungssystem, das eine Nachrichtenübertragung unter Verwendung eines Trägers vorsieht, dem die Nachrichtenspannung nach irgendeinem Verfahren aufmoduliert ist, ist es zweckmäßig, der Trägerfrequenz selbst die Phasenverzerrung Null zuzuordnen. Damit entspricht in den Diagrammen nach Fig.1 der Ursprung des Koordinatensystems jeweils der Trägerfrequenz des tibertragungssystems.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung der Phasenverzerrungen eines Vierpols, inst), Übertragungssystems, bei dem die nach Durchführung eines G-ruppenlaufzeitwob"belmeßverfahrens ermittelte, ein Maß für die GruppenlaufZeitverzerrungen darstellende Meßspannung einer nachfolgenden Integration über die Zeit unterworfen wird und die integrierte Spannung ein Maß für die Phasenverzerrungen darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Maß für die Gruppenlaufzeit darstellende Meßspannung vor der Integration mit einer weiteren Spannung multipliziert wird, die durch Differentiation aus einer der Meßfrequenz proportionalen Gleichspannung gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Meßfrequenz proportionale Gleichspannung aus der Meßspannung mittels einer !Frequenzmessung abgeleitet wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, unter Verwendung einer an sich bekannten Meßschaltung zur Gruppenlaufzeitmessung nach einem Wobbeiverfahren, mit einer dem-Meßspannungs'eingang eines Registrier- bzw. Anzeigegerätes (22) vorgeschalteten, zusätzlichen Integrierstufe (20), dadurch gekennzeichnet, daß die dem Registrierbzw. Sichtgerät zugeführte Zeitablenkspannung (U.) als die der Meßfrequenz proportionale Gleichspannung dient und nach dem Durchlaufen eines Differenziergliedes (18) zusammen mit der Gruppenlaufζeitmeßspannung (U ) an die Eingänge eines Multiplikators (z.B. Hall-Multiplikators) (19) angeschaltet ist, dessen Ausgang mit der Integrierstufe (20) verbunden ist.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 zur Streckenmessung der Phasenverzerrungen eines Vierpols, insb. Übertragungssystems.

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