Pont de mesure d'impédance à haute fréquence.
La présente invention concerne les ponts de mesure d'impédance à haute fréquence, dont deux bras ont des résistances égaler sh@ntÚes par des condensateurs variables, un troisième bras contenant une résistance-étalon et un condensateur variable de précision, le quatrième bras contenant l'impédance incon- nue à mesurer, et des éléments de compensation des impédances'parasites du troisième bras.
Elle a pour but d'améliorer l'emploi de ponts du genre considéré, par des dispositions qui permettent de parfaire les symétries re cherchée- ! dans l'alimentation en haute fré- quence. d'éliminer les Impédamces parasites et d'assurer la constance de ces impédances non éliminée.
La description faite ci-a. pres concerne une forme particulière de l'objet de l'invention donnée a titre d'exemple.
La fig. 1 représente le schéma d'un pont de mesure, conçu en particulier pour l'étude de'câbles coaxia. ux, dans le domaine de fré- quences comprises entre 10 l : c/s'et quelques
Mc/s.
La diagonale de l'appareil récepteur d'observation est désignée par M. Les bras'J.etB sont constituÚs par des rÚsistances Úgales Ra et : R, respectivement shuntées par des condensateur Ca et Cb permettant de donner aux deux bras des modules et arguments iden- tiques. Le bras N contient une résistance éta
Ion R et un condensateur de précision C.
Le bras @ contient l'impÚdance inconnue Ó mesurer qui peut être branchée aux bornes 5 et 6, et qui n'a pas été représentée,deséléments de compensation des iimpédances parasites du bras N, à savoir, une iductance L1 et un con densateur C ;, et un circuit de tarage T, com- posé'de cinq condensateurs en parallèle, utilisé pour certaines mesures, telles que celles dans lesquellesl'impédanceinconnuecom- porte deux parties dont on ne déstire mesurer qu'une seule, en éliminant l'autre par le tarage.
Les bras N et I sont munis de bornes 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 qui permettent de monter le condensateur C et la. résistance-B en série ou en parallèle dans le bras N, de placer le condensateur C dans le bras I et de placer l'impédance à mesurer dans le bras N.
La. fig. 2 représente schématiquement un dispositif transformateur, par l'intermédia-ire duquel la d ! iagonale Sl, S2 du pont est ali- mentée en courant a haute fréquence. Ce dispositif est constitué par deux transformateurs idenldique T1 et T2 montés en easeade, le point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur T, étant connecté à la. masse.
Cette dernière disposition assure une bonne symétrie, par rapport à la masse, des poten- tielsdesextrémitésdel'enroulementsecon- daire du tra. nsforma. teur T2. De plus, pour augmenter la précision des mesures, on cherche à éliminer les impédances indésirables.
Les enroulements primaire et secondaire de chacun des transformateurs sont séparés l'un
de l'autre par un écran électrostatique e1, I'ensemble des deux enroulements Útant lui-mÛme
recouvert d'un écran électrostatique ëz, les deux
écrans étant connectés l'un à l'autre et à la
nïa'sae. Des diélectriques, à faibles pertes, tels
que des lames. de mica. par exemple, isolent le's enroulements des transformateurs des écrans
qui les séparent ou les entourent. Enfin, 1'emploi de tôles à haute permÚabilitÚ finement feuilletées permet d'assurer une transmission uniforme dans une bande de fréquences très étendue (de quelques kc/s à quelques Mc/s).
Les rÚsistances Ra et -Rb sont bobinÚes de manière que leur inductance propre soit de très faible valeur. Elles peuvent être consti- tuées par des résistances, de 1000 ohms ou des résista, n, ces de 100 ohms, les premières devant être utilisées pour des fréquences s inférieures à 500 ka/6, les dernières pour des fréquences s supérieures.
La résistance-étalon. R est une boîte à. dé- cades enfermée dans un double écran, ainsi que le montre la fig. 3. Un point de la décade des valeurs les plus faibles est connectÚ Ó l'écran lintérieur e et au Isommet X, du pont, c'est-à-dire au point à haut potentiel du bras < rétalons , l'écran extérieur e'étant connecté à la masse. Le schéma équivalent du bras étalons. est alors celui qui. est représenté par la fig. 4. On y voit que l, capacité Cj. dé la rÚsistance-Útalon R, par rapport à la masse, ramenée au sommet Si du pont, peut être. con- sidérée comme bien définie.
Ce montage présente de nombreux avantages sur le montage connu (fig. 5) qui consiste à mettre un. point de la rÚsistance R Ó la masse et un point du . condensateur-étalon de précision C au plus haut potentiel du brasde pont : lacompensation dans un bras adjacent de la capacité parasite du sommet Si, par rapport à la masse, peut être assurée rigoureusement ; la capacité, dans le montage de la fig. 4, par rapport à la masse du condensateur-Útalon, est court-circuitÚe, ce qui permet l'utilisation d'un condensateurétalon de précision, appareil volumineux dont la capacité, par rapport à la masse, est grande et grâce auquel on peut faire des mesures précises du terme imaginaire ;
la résistance
étalon n'est plus sbuntée par la oapactité par
rapport Ó la masse du condensateur C, ce qui
permet d'éliminer une erreur systématique
sur la. va. leur de résistance lue, erreur qui
pourrait devenir importante aux fréquences s
élevées.
La constante ! de l'inductance propre de la
Bés'ista.nce'-éta.lon-R,quellequesoitla;position
des commutateurs (les décades, est obtenue
en associant aux résistances de chaque dé
cade de la boîte autant d'inductances, cha- cune de celles-ci ayant la même inductance
propre que chaque résistance de la décade et
une résistance relativement très inférieure, les
inductances étant disposées de telle manière
que, pour chaque position du commutateur,
le nombre d'inductances montÚes en sÚrie avec les résistances qui sont en circuit, sortit égal au no'mbre de résistances qui ne sont pas'en circuit.
La fig. 6 représente schÚmatiquement. une forme d'exécution d'une'telle disposition, appliquée à une décade de la résistauce-étalon.
Les diverses résistances en fil : fin sont dési- gnées par Ri, R2... Rlo leurs inductances propres respectives étant désignées pa. r -L1, L2 lus... Lie. Les inductances constituées par des bobines en fil de cuivre à coefficient de sur- tension élevé, sont désignées par L\, L'z...
L10 leurs rÚsistances respectives, trÚs fai-bles par rapport aux rÚsistances R1,R2... R10 étant désignées par R'1 ,R'2... R'10. on voit que, pour chaque position du communtateur K, le nombre'total des résistances et bobines en circuit reste constant. C'est ainsi que, pour la position de zéro, les dix bobines sont seuTes utilisées. On remarquera, enfin, que la dispo sition décriite a pour avantage d'apurer a la décade une résistance de zéro très faible.
On utilisera, comme condensateur-étalon
C de préférence un condensateur variable,Ó. air, Ide précision, Un tel condensateur est à faibles pertes et son. inductance propre est rendue très petite. Sa. oapaciité, par rapport à la masse, peut être notable, mais il. n'en rés'ulte aucun inconvénient, puisqu'elle est ccmrt-circuitée (fig. 1 et 4).
'Quant au'circuit de tarage T qui est monté en parallèle avec le bras I du pont, il peut ftre ubilise pour les mesures particulières dont il. a été parlé plus haut, au moyen d'un com- mutateur non représente, permettant diverses combinaisons.
High frequency impedance measurement bridge.
The present invention relates to high frequency impedance measuring bridges, two arms of which have resistors equal sh @ ntÚes by variable capacitors, a third arm containing a standard resistor and a precision variable capacitor, the fourth arm containing the unknown impedance to be measured, and compensation elements for the parasitic impedances of the third arm.
Its aim is to improve the use of bridges of the kind considered, by arrangements which allow to perfect the symmetries sought-! in the high frequency power supply. to eliminate parasitic impedances and to ensure the constancy of these non-eliminated impedances.
The description given below. pres relates to a particular form of the object of the invention given by way of example.
Fig. 1 represents the diagram of a measuring bridge, designed in particular for the study of coaxial cables. ux, in the frequency range between 10 l: c / s and a few
Mc / s.
The diagonal of the receiving observation apparatus is designated by M. The arms' J. and B are constituted by resistors equal to Ra and: R, respectively shunted by capacitors Ca and Cb allowing to give the two arms modules and arguments identical. The N arm contains a resistance
Ion R and a precision capacitor C.
The @ arm contains the unknown impedance to be measured which can be connected to terminals 5 and 6, and which has not been shown, of the parasitic impedance compensation elements of the N arm, namely, an iductance L1 and a capacitor C ;, and a calibration circuit T, composed of five capacitors in parallel, used for certain measurements, such as those in which the unknown impedance comprises two parts of which only one is to be measured, eliminating the other by taring.
The arms N and I are provided with terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7 which allow the capacitor C and the to be mounted. resistance-B in series or in parallel in the N arm, to place the capacitor C in the I arm and to place the impedance to be measured in the N arm.
Fig. 2 schematically shows a transformer device, through the intermediary of which the d! iagonal Sl, S2 of the bridge is supplied with high frequency current. This device is formed by two identical transformers T1 and T2 mounted in easeade, the midpoint of the secondary winding of transformer T, being connected to the. mass.
This last arrangement ensures good symmetry, with respect to the mass, of the potentials of the ends of the secondary windings of the tra. nsforma. tor T2. In addition, in order to increase the precision of the measurements, an attempt is made to eliminate undesirable impedances.
The primary and secondary windings of each of the transformers are separated one
on the other by an electrostatic screen e1, the set of the two windings being itself
covered with an ëz electrostatic screen, both
screens being connected to each other and to the
nïa'sae. Low-loss dielectrics, such
as blades. of mica. for example, isolate the windings of transformers from screens
that separate or surround them. Finally, the use of finely laminated high permability sheets makes it possible to ensure uniform transmission over a very wide frequency band (from a few kc / s to a few Mc / s).
The resistors Ra and -Rb are wound so that their own inductance is of very low value. They can be made up of resistors of 1000 ohms or resistors of 100 ohms, the former having to be used for frequencies s lower than 500 ka / 6, the latter for frequencies s higher.
The standard resistance. R is a box. Decades enclosed in a double screen, as shown in fig. 3. A point of the decade of the lowest values is connected to the inner screen and to the Isommet X, of the bridge, that is to say to the high potential point of the arm <retalia, the outer screen e 'being connected to ground. The equivalent diagram of the standard arm. is then the one who. is represented by fig. 4. We can see that the capacity Cj. de resistance-standard R, with respect to the mass, brought to the top Si of the bridge, can be. considered to be well defined.
This assembly has many advantages over the known assembly (Fig. 5) which consists of putting a. point of resistance R to the mass and a point of. precision standard capacitor C at the highest potential of the bridge arm: the compensation in an adjacent arm of the parasitic capacitance of the top Si, with respect to the mass, can be rigorously ensured; the capacity, in the assembly of fig. 4, with respect to the mass of the standard capacitor, is short-circuited, which allows the use of a precision standard capacitor, a bulky device whose capacitance, in relation to the mass, is large and thanks to which it is possible to precise measurements of the imaginary term;
resistance
stallion is no longer sbunted by oapactity by
ratio to the mass of capacitor C, which
allows to eliminate a systematic error
on the. goes. their resistance read, error which
could become important at frequencies s
high.
The constant! of the specific inductance of the
Bés'ista.nce'-éta.lon-R, whatever the position
of the switches (the decades, is obtained
by associating with the resistances of each die
cade of the box as many inductors, each of these having the same inductance
clean that each resistance of the decade and
relatively much lower resistance, the
inductors being arranged in such a way
that, for each switch position,
the number of inductors mounted in series with the resistors which are in circuit, output equal to the number of resistors which are not in circuit.
Fig. 6 represents schematically. an embodiment of such an arrangement, applied to a decade of the resistance-standard.
The various wire resistances: end are designated by Ri, R2 ... Rlo their respective own inductances being designated pa. r -L1, L2 read ... Lie. The inductors formed by coils of copper wire with a high over-voltage coefficient are designated by L \, L'z ...
L10 their respective resistances, very weak compared to resistances R1, R2 ... R10 being designated by R'1, R'2 ... R'10. it can be seen that, for each position of the commutator K, the total number of resistors and coils in circuit remains constant. Thus, for the zero position, only ten coils are used. Finally, it will be noted that the arrangement described has the advantage of clearing a very low resistance of zero over the decade.
We will use, as standard capacitor
C preferably a variable capacitor, Ó. air, Ide precision, Such a capacitor has low losses and low sound. own inductance is made very small. Its capacity, relative to the mass, may be notable, but it. No inconvenience results from this, since it is ccmrt-circuitée (fig. 1 and 4).
As for the calibration circuit T which is mounted in parallel with the arm I of the bridge, it can be used for the particular measurements of which it. was mentioned above, by means of a switch not shown, allowing various combinations.