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PERFECTIONNENENTS AUX SYSTEMES D'ESSAIS ELECTRIQUES
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux systèmes d'essais électriques et, en particulier, aux appareils de mesure des caractéristiques électriques, telles que les impédan- ces, de l'appareillage électrique. Par exemple, l'invention pré - voit des moyens de mesure de la longueur électrique des lignes de transmission.
Jusqu'à présent, la longueur d'une ligne ou d'un câble de transmission, en fonction de la longueur d'onde de l'énergie à.. haute fréquence transmise sur la ligne, était déterminée en situant les noeuds et les ventres des ondes stationnaires sur la ligne, avec un voltmètre. Une électrode mobile reliée à l'appareil de mesure était déplacée le long de la ligne et l'on notait la posi-
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tion des maxima, et des'minima , après quoi les distances étaient déterminées au moyen d'un appareil de mesure de longueur.
En plus de l'inconvénient au point de vue électrique de toucher une ligne à haute fréquence avec une électrode mobile, .L'appareillage devait être portatif et cette méthode était incommode, lente et ne s'adaptait pas convenablement à tressai rapide des câbles et des lignes, à l'usine.
L'invention a notamment pour objet la constitution de moyens perfectionnés de mesure des impédances de circuit.
Plus particulièrement, l'un des objets de l'invention est un appareil d'essais de lignes de transmission à poste fixe et, cependant, de manoeuvre facile et susceptible de s'adapter aux essais rapides nécessaires à la fabrication des lignes.
Le système d'essais prévu conformément a Lune des ca - @ ractéristiques de l'invention comporte essentiellement une impédcn- ce étalonnée, susceptible d'être accordée et connectée aux bornes d'entrée de la ligne, ou de l'appareillage analogue, en essais , l'accord de ladite impédance étant destinée à l'obtention d'une résonante parallèle avec l'impéd@nce de la ligne en essais.
Un générateur à fréquence fixe stable est connecté aux - dites bornes d'entrée et, à travers une ligne en résonance. un voltmêtre est relié à la ligne en résonance en essais, en un point situé à un quart de longueur d'onde de l'entrée, dans le but d'in- diquer quand la résonance parallèle est obtenue. L'impédance ac- cordable peut donc être étalonnée en fonction de la longueur d'on- de de la ligne en essais. De plus, ou à titre de variante, l'éta- lonnage peut être fait en fonction des valeurs de réactance, pour @ faciliter le rattachement de couplages convenablement adaptés aux extrémités de la ligne.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la des- cription suivante et à l'examen des dessins joints qui représen - tent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, l'appli-
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cation de ladite invention.
La figure 1 est relative à l'application de l'in- vention selon un de ses modes particuliers, à une ligne de transmission bifilaire;
La figure 2 est relative à un mode d'application de l'invention à un câble coaxial;
Une ligne de transmission à essayer est représentée en 1, à la figure 1. Elle peut comprendre, deux fils parallèles isolés par l'air et présentant toutes impédances caractéristi- ques et constantes d'atténuation désirées. La ligne représen- tée est en circuit ouvert à son extrémité et on désire déter- miner avec précision sa longueur, en fonction de la longueur d'onde #, ou enl'onction de l'impédance Z.
Une impédance va- riable 2, qui peut être commodément constituée par un tronçon de ligne, ou.une ligneaccordable au moyen d'un curseur de mise en couit-circuit 3, glissant le long de la ligne grâce à un en- traînement à crémaillère 4, est connectée aux bornes d'entrée de la ligne en essais. La longueur dudit tronçon de ligne est réglable par exemple de 1/4 à 3/4 /\,et, par suite, elle peut être ajustée en vue de l'obtention d'une résonance parallèle avec une longueur quelconque de ligne en essais. C'est à dire que,, pour une onde de tension de longueur?\-, appliquée à l'en- trée de la ligne 1, l'impédance apparente à l'entrée peut être réglée au maximum, quelq que soient la grandeur et le signe des réactances des tronçons et de la ligne.
L'onde est fournie par un générateur 5, à fréquence constante stabilisée, connecté à l'entrée de la ligne 1 à tra- vers une line résonnante G, la sortie du générateur et les deux fils de la ligne étant, de préférence, équilibrés par rapport à la terre, Un-voltmètre 7 est connecté aux bornes de la ligne en réson-ance, en un point situé à un nombre impair de quarts de, longueur d'onde de l'entrée, lorsque la ligne 1 se termine en circuit ouvert. Trois quarts (3/4) # est un espacement
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convenable aux très hautes fréquences.
Quand l'extrémité éloi- gnée de l'entrée, ou du générateur, d'une ligne à self induc- tance et à capacité réparties est en circuit ouvert, la distri- bution du potentiel le long de laligne est belle que ledit po- tentiel tombe à des valeurs minima en des points situés à un nombre impair de quarts de longueur d'onde de ladite extrémité éloignée. La sortie de la ligne résonnante G est connectée aux entrées combinées des lignes 1 et 2 et, pour la réson-ance en parallèle desdites lignes, l'impédance de charge appliquée à la ligne 6 est grande.
Si l'on suppose que la ligne 1 en essais est légèrement plus longue qu'un quart de longueur d'onde, d' ordre pair ou impair et qu'on règle le curseur 0 sur la ligne 2 à une distance légèrement inférieure a un quart d'onde, l'in- dication résultante minimum ou nulle du voltmètre7 montre exac- tement le momentoù la position correcte du curseur est obtenue.
L'écart dudit curseur à partir de sa distance d'un quart d'onde sur la ligne 2 est une mesure directe de la longueur de la ligne en essais, en fonction de la longueur d'onde 1\.. Si on le dé- sire. on peut tracer à l'étalonnage, sur l'échelle du voltmètre l'amplitude des minima de tensions qui sont proportionnels aux pertes de la ligne.
L'appareil d'essais conforme à certaines caractéris- tiques de l'invention est également applicable aux câbles de transmission du type coaxial. On montre, en parallèle aux l'en- trée du câble 11 à essayer, une ligne coaxiale 12 en court- circuit, de préférence ajustable au moyen d'une crémaillère 14, analogue à la crémaillère 4 de la figure 1 et étalonnée en fonc- tion de la longueur d'onde #. on donne à la ligne 12 une longueur approximativement égale à celle de la ligne 11, de ma- nière à ce qu'elle soit adaptée, non seulement à la réactance de ladite ligne 11, mais également à ses pertes. Le générateur 15 applique des ondes de longueur # à l'entrée des câbles en parallèle 11 et 12.
Une ligne résonnante 16, longue d'un nom- bre impair de quart de longueur d'onde, est également connectée
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aux bornes de l'entrée du câble. Comme à la figure 1, on règle l'impédance de la ligne réglable en court-circuit de manière à obtenir la réson-ance parallèle avec la ligne en es- sais et le maximum de résistance résultant est mis en évidence par un minimum de tension à l'extrémité " voltmètre " de la ligne résonnante quart d'onde 16. La longueur de la ligne en court-circuit est alors une indication relative à la ligne de @ transmission. En vue de faciliter la connection des câbles en essais à l'appareillage d'essais, on peut utiliser un collier fileté, ou organe analogue 18 pour serrer mécaniquement et électriquement le câble sur la ligne 16.
Un collier de serrage analogue peut être employé à l'extrémité des autres câbles, pour assurer la facilité de leur rempiacement;
Bien que l'appareil d'essais conforme à certaines caractéristiques de l'invention ait été décrit en liaison avec des lignes de transmission en circuit ouvert, il est évident qu'il est également applicable aux lignes en court-circuit à leur extrémité lointaine. Dans ce dernier cas, les ondes stationnaires sont décalées de 90 .
L'appareil d'essais conforme à certaines caractéris-- tiques de l'invention est de construction simple, de manoeuvre facile et il s'adapte aux mesures précises des caractéristiques électriques deslignes de transmission.
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PERFECTION IN ELECTRICAL TEST SYSTEMS
The present invention relates to improvements to electrical test systems and, in particular, to devices for measuring the electrical characteristics, such as the impedances, of electrical equipment. For example, the invention provides means for measuring the electrical length of the transmission lines.
Until now, the length of a transmission line or cable, as a function of the wavelength of the high frequency energy transmitted over the line, has been determined by locating the nodes and bellies. standing waves on the line, with a voltmeter. A movable electrode connected to the measuring device was moved along the line and the posi-
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tion of maxima, and des'minima, after which the distances were determined by means of a length measuring device.
In addition to the electrical disadvantage of touching a high frequency line with a movable electrode, the equipment had to be portable and this method was inconvenient, slow and did not adapt well to fast braiding of cables and cables. lines, at the factory.
A particular object of the invention is the constitution of improved means for measuring circuit impedances.
More particularly, one of the objects of the invention is an apparatus for testing fixed-station transmission lines and, however, easy to operate and capable of adapting to the rapid tests necessary for the manufacture of the lines.
The test system provided in accordance with one of the characteristics of the invention essentially comprises a calibrated impedance, capable of being tuned and connected to the input terminals of the line, or of the similar apparatus, in tests, the tuning of said impedance being intended to obtain a resonant parallel with the impedance of the line under test.
A stable fixed frequency generator is connected to - said input terminals and, through a resonant line. a voltmeter is connected to the resonance line under test, at a point a quarter wavelength from the input, in order to indicate when parallel resonance is obtained. The tunable impedance can therefore be calibrated as a function of the wavelength of the line under test. Additionally, or alternatively, the calibration can be done based on the reactance values, to facilitate the attachment of suitably matched couplings to the ends of the line.
The invention will be better understood on reading the following description and examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of nonlimiting examples, the application.
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cation of said invention.
FIG. 1 relates to the application of the invention according to one of its particular modes, to a two-wire transmission line;
FIG. 2 relates to an embodiment of the invention to a coaxial cable;
A transmission line to be tested is shown at 1, in FIG. 1. It can comprise two parallel wires insulated by the air and having all the characteristic impedances and desired attenuation constants. The line shown is open circuit at its end and we want to precisely determine its length, as a function of the wavelength #, or as a function of the impedance Z.
A variable impedance 2, which can be conveniently constituted by a section of line, or. A line accessible by means of a start-up slider 3, sliding along the line by means of a rack drive 4, is connected to the input terminals of the line under test. The length of said section of line is adjustable, for example from 1/4 to 3/4 / \, and, therefore, it can be adjusted with a view to obtaining a parallel resonance with any length of line under test. That is, ,, for a voltage wave of length? \ -, applied to the input of line 1, the apparent impedance at the input can be set to the maximum, whatever the magnitude and the sign of the reactances of the sections and of the line.
The wave is supplied by a generator 5, at stabilized constant frequency, connected to the input of line 1 through a resonant line G, the output of the generator and the two wires of the line being, preferably, balanced. with respect to earth, A-voltmeter 7 is connected across the resonant line, at a point an odd number of quarters of the input wavelength, when line 1 ends in open circuit. Three quarters (3/4) # is a space
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suitable for very high frequencies.
When the far end of the input, or of the generator, of a line with self-inductance and distributed capacitance is in open circuit, the distribution of the potential along the line is beautiful that said po- tential falls to minimum values at points an odd number of quarter wavelengths from said far end. The output of the resonant line G is connected to the combined inputs of lines 1 and 2 and, for the parallel resonance of said lines, the load impedance applied to line 6 is large.
Assume that line 1 under test is slightly longer than a quarter wavelength, of odd or even order, and set cursor 0 on line 2 at a distance slightly less than one. quarter-wave, the resulting minimum or zero voltmeter indication7 shows exactly when the correct cursor position is obtained.
The deviation of said cursor from its quarter-wavelength distance on line 2 is a direct measurement of the length of the line under test, as a function of wavelength 1 \ .. If we de-point it - sire. during calibration, the amplitude of the voltage minima which are proportional to the losses of the line can be plotted on the voltmeter scale.
The testing apparatus according to certain characteristics of the invention is also applicable to transmission cables of the coaxial type. In parallel with the entry of the cable 11 to be tested, a short-circuited coaxial line 12 is shown, preferably adjustable by means of a rack 14, similar to the rack 4 of FIG. 1 and calibrated in function. - tion of wavelength #. line 12 is given a length approximately equal to that of line 11, so that it is adapted not only to the reactance of said line 11, but also to its losses. The generator 15 applies waves of length # to the input of the parallel cables 11 and 12.
A resonant line 16, an odd number of a quarter wavelength long, is also connected
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at the cable entry terminals. As in figure 1, we adjust the impedance of the adjustable short-circuited line so as to obtain the reson-ance parallel with the line under test and the resulting maximum resistance is evidenced by a minimum voltage. at the "voltmeter" end of the quarter-wave resonant line 16. The length of the short-circuited line is then an indication relative to the transmission line. In order to facilitate the connection of the cables under test to the test apparatus, a threaded collar, or the like 18, can be used to mechanically and electrically clamp the cable on line 16.
A similar clamp can be used at the end of other cables, to ensure ease of replacement;
Although the test apparatus according to certain features of the invention has been described in connection with open circuit transmission lines, it is evident that it is also applicable to short-circuited lines at their far end. In the latter case, the standing waves are shifted by 90.
The test apparatus conforming to certain characteristics of the invention is of simple construction, easy to operate and it adapts to precise measurements of the electrical characteristics of the transmission lines.