DE2547394A1

DE2547394A1 - Determination of hollow waveguide reflection factors - of reflecting points located by pulsed echo method using reference reflector

Info

Publication number: DE2547394A1
Application number: DE19752547394
Authority: DE
Inventors: Ernst Marsch; Alfred Dipl Ing Traeger
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1975-10-23
Filing date: 1975-10-23
Publication date: 1977-04-28

Abstract

A method of determining the reflection factors of a hollow waveguide's reflecting points located by the pulsed echo method is used both during construction and operation of the waveguide to obtain quantitative measurements of the cause of disturbances and their effects. A reference reflecting point of known reflection factor is arranged in the waveguide. The echos reflected from the reference reflector and the inherent reflecting point are compared in amptitude with allowance for the damping difference due to the transit time from each point. The unknown reflection factor is then determined by a substitution method.

Description

Verfahren zur Feststellung des Reflexionsfaktors von nachProcedure for determining the reflection factor from to

der Impuls-Echomethode georteten Reflexionsstellen in Hohlkabeln Die Qualität von Hohlkabeln (II01 - Wellenleit ) für den Nachrichtenweitverkehr kann ähnlich wie bei anderen Leitungen durch Dämpfungs- und laufzeitmessungen ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit bietet sich durch die Messung der im Hohlkabel vorhandenen Reflexionen nach der Impuls-Echomethode an. Wird ur Untersuchung von Störstellen ein Sender mit hoher Impulsspitzenleistung und geeignetem Tastverhältnis verwendet, dann lassen sich im Millimeterwellenbereich alle Störstellen feststellen und orten, auch solche, die die übertragungseigenschaften des Hohikabels noch nicht störend beeinflussen.the pulse-echo method located reflection points in hollow cables Die Quality of hollow cables (II01 - waveguide) for long-distance communications can Similar to other lines, determined by attenuation and transit time measurements will. Another possibility is offered by measuring the in the hollow cable any reflections using the pulse-echo method. Will ur investigation of Interferences a transmitter with high pulse peak power and suitable duty cycle is used, then all imperfections can be determined in the millimeter wave range and locations, including those that do not yet have the transmission properties of the Hohikabel disturbing influence.

Die Verwendung der in der Koaxialkabeltechnik gebräuchlichen Impuls-Echomethode für Hohlkabel ist an sich bekannt (Technischer Bericht des Forschungsinstitutes des PTZ 333 TBr 9, Dezember 1970). Nach diesem technischen Bericht lassen sich z.B. mit Impulsradaranlagen im 33- und 35-GHz-Bereich in Abhängigkeit von der Streckenlänge und der Dämpfung Reflexionsdämpfungsmaße bis zu 100 dB noch gut messen. Gleichzeitig ist es möglich, auftretende Störreflexionen mit einer Genauigkeit von kleiner als + 1 Ileter zu ermitteln, Bereits beim Aufbau einer Hohlkabelstrecke können dadurch Montagefehler an Kupplungen erkannt und wichtige Hinweise über den Zustand verlegter Leitungen gewonnen werden.The use of the pulse-echo method commonly used in coaxial cable technology for hollow cables is known per se (technical report of the research institute of PTZ 333 TBr 9, December 1970). According to this technical report permit e.g. with pulse radar systems in the 33 and 35 GHz range depending on the Track length and attenuation Measure reflection attenuation measures up to 100 dB. At the same time, it is possible to detect interfering reflections with an accuracy of less than + 1 Ileter to be determined, already when building a hollow cable route assembly errors on couplings can be detected and important information about the Condition of laid lines can be obtained.

In diesem Zusammenhang ist auch ein Verfahren zur zentralen übevachung von Hohlkabel-Repeaterfeldern durch Reflexions-und lämpfungemessungen mit impulsförmig getasteten Schwingungen (Bursts) bekannt, bei dem die Trägerfrequenz der Impulse (Bursts) sgveit unterhalb der unteren Grenzfrequenz der für die ignalübertragung innerhalb des Repeaters verwendeten Hohlleiter liegt, daß das elektromagnetische Feld dieser Trägerfrequenz nur aperiodisch in die Hohlleiter des Repeaters eindringen und der Leungspegel der Impulse (Bursts) um mehrere Zehnerpotenzen über dem Signalleistungspegel liegen kann. (DT-OS 22 63 202).In this context there is also a procedure for central surveillance of hollow cable repeater fields through reflection and attenuation measurements with pulse-shaped sampled oscillations (bursts) known, in which the carrier frequency of the pulses (Bursts) sgveit below the lower limit frequency for the signal transmission inside the repeater used waveguide is that the electromagnetic Field of this carrier frequency penetrate only aperiodically into the waveguide of the repeater and the power level of the pulses (bursts) by several powers of ten above the signal power level can lie. (DT-OS 22 63 202).

Die Erfindung hat die Aufgabe, die vorerwähnten Meßmethoden durch ein gleicherweise für den nufbauvorgang als auch für die laufende tberwachung von in Betrieb genommenen Hohlkabelstrecken geeignetes Verfahren dahingehend zu verbessern und zu vereinheitlichen, daß mit diesem Verfahren der zunächst unbekannte Reflexionsfaktor einer nach der Impuls-Echomethode georteten störenden Reflexionsstelle , ermittelt werden kann, um zu quantitativen Aussagen über die Störursache und Störwirkung zu gelangen.The invention has the task of carrying out the aforementioned measurement methods one for the rebuilding process as well as for the ongoing monitoring of to improve the hollow cable routes put into operation and to standardize that with this method the initially unknown reflection factor an interfering reflection point located using the pulse-echo method can be used to make quantitative statements about the Cause of fault and To get disruptive effect.

Dies geschieht bei dem Verfahren nach der erfindung dadurch, daß zunächst eine zusätzliche Bezugsreflexionsstelle mit bekanntem Reflexionsfaktor in das Ilohlkabel eingeführt wird und daß darauf durch Amplitudenvergleich der von Bezugsreflexionsstelle und Störreflexionsstelle ausgehenden Echos unter Berücksichtigung der aus den Jeweiligen Laufzeiten bestimmbaren Dämpfungen der unbekannte Reflexionsfaktor der auftretenden Störreflexion nach einem Substitutionsverfahren ermittelt wird.This is done in the method according to the invention in that initially an additional reference point of reflection with a known reflection factor in the Ilohl cable is introduced and that thereupon by amplitude comparison of the reference point of reflection and interference reflection point outgoing echoes taking into account the echoes from the respective Runtimes determinable attenuation of the unknown reflection factor of the occurring Interfering reflection is determined according to a substitution method.

Dieses Verfahren ist sowohl während des Aufbaus als auch wahrend des Betriebs einer Hohlkabelstrecke anwendbar, wenn die Bezugsreflexionsstelien unterschiedlich gewählt werden.This procedure is both during setup and during the Operation of a hollow cable route applicable if the reference points of reflection are different to get voted.

Vorzugsweise wird während des Aufbaus und nach einer Außerbetriebsetzung des Hohlkabels als Bezugsreflexionsstelle ein Kurzschluß in das ohlkabel eingeführt.It is preferred during construction and after a shutdown of the hollow cable as a reference point of reflection introduced a short circuit into the hollow cable.

Hingegen wird für Überwachungsmessungen während des laufenden Betriebs eine Blende als Bezugsreflexionsstelle in das Hohlkabel eingeführt, die dessen Übertragungseigenschaften nur unwesentlich verandert.However, for monitoring measurements during operation a diaphragm introduced into the hollow cable as a reference point of reflection, which determines its transmission properties only slightly changed.

Vorteilhaft bewirkt die Blende eine auf wenige Millimeter Eohlkatellänge begrenzte Querschnittsverengung des lichten Hohlkabeldurchmessers.Advantageously, the diaphragm has a length of a few millimeters limited cross-sectional constriction of the clear hollow cable diameter.

Zweckmäßig erfolgt das Einführen der Bezugßreflexionastellen in das Hohlkabel ferngesteuert mittels eines IIohlkabelschalters in Porm eines Blendenwechslers, mit dem wahlweise Kurzsechlüsse, Blenden oder ein Durchgang holme Querschnittsverengung in das iiohlkabel eingeschaltet werden.The introduction of the reference reflection points into the Hollow cable remotely controlled by means of a hollow cable switch in the form of an aperture changer, with the option of short circuits, screens or a passage spar cross-section narrowing be switched on into the iiohlkabel.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1 bis 4 das Verfahren nach der Erfindung näher erläutert.The method according to the invention is described below with reference to FIGS. 1 to 4 explained in more detail.

Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung den Messaufbau zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 2 verdeutlicht die für die Ermittlung des Reflexionsfaktors möglichen beiden Fälle, daß die Störreflexionsstelle im Leitungszug vor oder hinter der Bezugsreflexionsstelle liegt, Fig. 3 zeigt schematisch die Funktion eines Blendenwechslers bei der Einführung von verschiedenartigen Bezugsreflexionsetellen in dep Leitungszug eines IIohlkabels, Fig. 4 zeigt einen Blendenwechsler zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.Fig. 1 shows a highly schematic representation of the measurement setup for Implementation of the method according to the invention, Fig. 2 illustrates the for the Determination of the reflection factor possible in both cases that the interference reflection point lies in the line in front of or behind the reference point of reflection, Fig. 3 shows schematically the function of an aperture changer when introducing various types of reference reflection points in dep cable run of an Iohlkabel, Fig. 4 shows an aperture changer for implementation of the method according to the invention.

Nach Fig. 1 werden am Ende I des Hohlkabels von einem Sender S herrührende Meßimpulse hoher Spitzenleistung eingespeist, die nach Reflexion an der Störreflexionsstelle II im Empfänger E empfangen und nach ;\amplitude und Laufzeit ausgewertet werden.According to Fig. 1 at the end I of the hollow cable from a transmitter S are originating High peak power measuring pulses fed in after reflection at the interference reflection point II received in receiver E and evaluated according to; \ amplitude and transit time.

Die nicht mit Bezugszeichen bezeichneten Mikrowellenbauteile (Weichen, Richtkoppler, Dämpfungsglieder, usw.) sind bekannte Bestandteile einer Meßanordnung nach der Impulse-Echomethode. Sie entsprechen ebenso wie die bereits erläuterten Teile dem Stand der Technik.The microwave components (switches, switches, Directional couplers, attenuators, etc.) are known components of a measuring arrangement using the impulse echo method. They correspond as well as those already explained Parts of the state of the art.

Zur Bestimmung des unbekannten Reflexionsfaktors der Störreflexionsstelle II wird nun erfindungsgemäß zunächst eine zusätzliche Bezugsreflexionsstelle III mit bekanntem Reflexionsfaktor in das Hohlkabel eingeführt.To determine the unknown reflection factor of the interference reflection point II is now first an additional reference reflection point III according to the invention introduced into the hollow cable with a known reflection factor.

Im Empfänger E werden also neben den von der unbekannten Störreflexionsstelle II herrührenden Echos auch die von der bekannten Bezugsreflexionsstelle III herrührenden Echos empfangen. Aus dem Verhältnis der Amplitude der von der Störreflexionestelle II reflektierten echos zur Amplitude der von der Bezugsreflexionsstelle III reflektierten Echos läßt sich unter Berücksichtigung der Streckendämpfung dber das Reflexionsdämpfungsmaß der Reflexionsfaktor der Störreflexionsetelle z bestimmen.In the receiver E, in addition to that of the unknown interference reflection point II originating echoes also originating from the known reference reflection point III Receive echoes. From the ratio of the amplitude of the interference reflection point II reflected echoes to the amplitude of those reflected from the reference reflection point III Echoes can be calculated using the reflection attenuation factor, taking into account the path attenuation determine the reflection factor of the Störreflexionsetelle z.

In Fig. 2 ist dies im einzelnen dargestellt.This is shown in detail in FIG. 2.

Fig. 2a zeigt den auch in Fig. 1 dargentellten Fall, daß die Störreflexionsstelle II im Leitungszug vor der Bezugsreflexionestelle 1)1 liegt. Fig. 2a shows the case also shown in Fig. 1 that the interference reflection point II is in the line in front of the reference point of reflection 1) 1.

Fig. 2b zeigt dagegen den ebenfalls mit dem Verfahren nach der Erfindung erfassbaren Fall, daß die Störreflexionestelle II im Leitungszug hinter der Bezugsreflexionsstelle 1(1 liegt.In contrast, Fig. 2b shows that also with the method according to the invention detectable case that the interference reflection point II in the line behind the reference reflection point 1 (1 is.

Die Bestimmung des unbekannten reflektierten Signals re .The determination of the unknown reflected signal re.

an der Störreflexionsstelle II erfolgt durch Vergleich der ebenfalls auf dem Schirmbild eines Oszillographen sichtbaren Amplitude des reflektierten Signals rB. A III der Bezugsreflexionsstelle III. Diese Amplitude ist am Empfangsort I um den Faktor -α (lI-II + lII-III) - α lI-III e verringert. (α ... ist der Dämpfungskoeffizient des Hohlkabels pro Ldngeneinheit). Das Störsignal wird entsprechend um den Faktor e -α lI-II gedämpft. Am Empfangsort I ist das Verhältnis der Amplituden von Störreflexion zur Bezugsreflexion demnach A III läßt sich aus A II durch AIII= All e bestimmen. Daraus folgt In diesem Ausdruck sind rg und α bekannt, 1II~DI läßt sich aus dem Iaufzeitunterschied zwischen den Reflexionen von Referenz- und Störstelle ermitteln. Das Verhältnis AB zu AB kann mit Hilfe einer Eichleitung durch Amplitudenvergleich von Störimpulsen und Bezugsimpulsen am Empfangs ort I bestimmt werden.at the interference reflection point II is carried out by comparing the amplitude of the reflected signal rB, which is also visible on the screen of an oscilloscope. A III of the reference reflection point III. This amplitude is reduced at the receiving location I by the factor -α (lI-II + lII-III) - α lI-III e. (α ... is the attenuation coefficient of the hollow cable per unit of length). The interference signal is attenuated accordingly by the factor e -α lI-II. At the receiving location I, the ratio of the amplitudes of the interference reflection to the reference reflection is accordingly A III can be determined from A II by AIII = All e. It follows In this expression, rg and α are known, 1II ~ DI can be determined from the time difference between the reflections from the reference point and the point of interference. The ratio AB to AB can be determined at the receiving location I by means of an attenuator by comparing the amplitudes of interference pulses and reference pulses.

Fig. 3 zeigt in schematisierter Darstellung den Einsatz eines Blendenwechslers, mit dem wahlweise ein Kurzschluß K, oder eine geringfügige Querschnittsverengung, d.h. eine Blende B, oder eine Durchgangsöffnung D ohne Querschnittsverengung in das Hohlkabel eingeschaltet werden können.Fig. 3 shows a schematic representation of the use of an aperture changer, with which either a short circuit K, or a slight narrowing of the cross-section, i.e. a diaphragm B, or a through opening D without a cross-sectional constriction in the hollow cable can be switched on.

Fig. 3b zeigt den Betriebsustand des Blendenwechslers, Dazu ist der Durchgang D der Mehrfachblende eingeschaltet, der als Durchgangsöffnung ohne Querschnittsänderung keine Reflexion verursacht.Fig. 3b shows the operating status of the diaphragm changer Passage D of the multiple diaphragm is switched on, which acts as a passage opening without any change in cross-section does not cause reflection.

Bei Reflexionsmessungen, die eine Unterbrechung des Betriebs erforderlich machen, wird der Kurzschluß K der Mehrfachblende, wie in Fig. 3a gezeigt, in das Hohlkabel eingeschaltet und damit ein Kurzschluß hervorgerufen. Dadurch wird im Oszillogramm am Ausgang des Empfängers ein Impuls angezeigt, dessen Amplitude als Bezugsgröße für die bei lIohlkabelstörungen zu erwartenden Störreflexion dient. Die Verwendung eines Kurzschlusses K als Bezugsreflexion ist für Reflexionsmessungen wie auch für Dämpfungsmessungen beim Aufbau der Hohlkabelstrecke oder bei Unterbrechung des Betriebs zur Erzeugung eines Bezugsreflexionsfaktors von r 2 1 angebracht.For reflection measurements that require an interruption in operation make, the short circuit K of the multiple diaphragm, as shown in Fig. 3a, into the Hollow cable switched on and thus caused a short circuit. This will result in the Oscillogram at the output of the receiver shows a pulse, the amplitude of which as The reference value for the interference reflection to be expected in the case of hollow cable faults is used. The use of a short circuit K as a reference reflection is for reflection measurements as well as for attenuation measurements when setting up the hollow cable section or when there is an interruption of operation to generate a reference reflection factor of r 2 1 is appropriate.

Bei Routinemessungen bzw. einer Störungssuche während des Betriebs wird die Blende B in das Hohlkabel eingeführt, ie es Fig. 3c zeigt. Jetzt erfolgt eine Bezugsreflexion von bekannter Größe, aus der der Reflexionsfaktor der Störreflexion hergeleitet werden kann. Die Blende B ist so ausgebildet, daß -keine störende Änderung der Übertragungseigenschaften auftritt.For routine measurements or troubleshooting during operation the aperture B is inserted into the hollow cable, ie it is shown in FIG. 3c. Now done a reference reflection of known magnitude from which the reflection factor of the spurious reflection can be derived. The diaphragm B is designed so that no disturbing change the transmission properties occurs.

Besondera geeignet zur Erzeugung dieser Bezugsreflexionen sind axialsymmetrische, bezüglich der Hohlkabelachse kurze Querschnittsverengungen, alsoLochblenden. Z.B. wurden bei einem dielektrisch beschalteten Hohlkabel von 70 mm bei Einführen verschiedener Blenden B mit Querschnittsverengungen von 2 mm Länge folgende Reflexionsdämpfungsmaße bei 39 GHz gemessen lichter Durchmesser Reflexionsder Blende B [mm] dämpfungsmaß [dB] 69 46 68 42 65 98 60 30 Fig. 4 zeigt einen quer zur Hohlkabelachse verschiebbaren Blendenwechsler, der über zwei Flansche P in den Leitungszug einer Hohlkabelstrecke eingeschleift werden kann. Nur die verschiebbare Mehrfachblende ist in der linken Ansichtszeichnung geschnitten dargestellt. Die verschiebbare Mehrfacbblende ist im rechten eil von Yig. 4 inDufsicht dargestellt. Auf dem oberen Teil der Mehrfachblende befindet sich als Kurzschluß K ein kreisförmiges Sieb vom Durchmesser des Ifohlkabels. Unter der Siebblende K befinden sich eine Durchgangsöffnung D vom Durchmesser des IIohlkabels die in der gezeichneten Ruhestellung des Blendenwechslers einen ungehinderten Durchgang der H01 - Welle ermöglicht.Axially symmetrical, Short cross-sectional constrictions with respect to the hollow cable axis, i.e. perforated diaphragms. E.g. were different when inserting a dielectrically wired hollow cable of 70 mm Diaphragms B with cross-sectional constrictions of 2 mm in length have the following reflection attenuation dimensions measured at 39 GHz clear diameter reflection of the diaphragm B [mm] attenuation [dB] 69 46 68 42 65 98 60 30 FIG. 4 shows a device that can be displaced transversely to the hollow cable axis Orifice changer, which is inserted into the cable run of a hollow cable section via two flanges P can be looped in. Only the sliding multi-panel is in the left View drawing shown cut. The sliding multi-faceted panel is in the right part of Yig. 4 shown in top view. On the upper part of the multiple bezel is located As a short circuit K, a circular sieve with the diameter of the hollow cable. Under the screen diaphragm K has a through opening D with the diameter of the hollow cable which in the drawn rest position of the diaphragm changer an unhindered passage made possible by the H01 wave.

Darunter ist die Blende B mit einem geringfügig entsprechend der oben aufgeführten Tabelle gegenüber dem Hohlkabeldurchmesser verkleinerten Öffungsdurchmesser angeordnet.Below that is the aperture B with a slightly corresponding to the one above in the table below, the opening diameter is reduced compared to the hollow cable diameter arranged.

Der verschiebbare Teil des Blendenwechslers kann entweder von Hand oder ferngesteuert, z.B. elektromagnetisch, wahlweise in Richtung der eingezeichneten Pfeile quer zur Hohlkabelachse hin- und herbewegt werden.The movable part of the aperture changer can either be done by hand or remote-controlled, e.g. electromagnetically, optionally in the direction of the drawn Arrows are moved back and forth across the hollow cable axis.

(7) Patentansprüche:(7) Claims:

Claims

(7) Claims 5 method for determining the reflection factor of reflection points located in hollow cables using the pulse echo method, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e that initially an additional reference point of reflection (III) is introduced into the hollow cable with a known reflection factor and that on it by comparing the amplitude of the reflection point (III) and interference reflection point (II) outgoing echoes taking into account the respective transit times determinable attenuation the unknown reflection factor of the occurring interfering reflection is determined by a substitution process (Fig. 1).

2. The method according to claim 1, characterized in that during of the structure and after the hollow cable has been put out of operation as a reference point of reflection (II) a short circuit (g) is introduced into the hollow cable (Fig. 3a).

3. The method according to claim 1, characterized in that during a diaphragm (B) introduced as a reference reflection point (iii) during operation which changes its transmission properties only insignificantly (Fig. 30).

4. The method according to claim 3, characterized in that the diaphragm (B) a cross-sectional constriction of the hollow cable limited to a few millimeters clear hollow cable diameter causes (Fig. 3c).

5. The method according to claim 1, characterized in that the introduction the reference point of reflection in the hollow cable remotely controlled by means of an aperture changer takes place, with which either short circuits (-K), orifices (B) or a passage (D) can be switched into the pile cable without a cross-sectional constriction (Fig. 3).

6. Blendenvzechsler according to claim 5, characterized in that on a metal strip a few millimeters thick that can be moved across the axis of the hollow cable one after the other a) a short circuit (K) in the form of a circular sieve, b) a the unhindered passage of the H01 cell allowing passage30ffnuns (D) on the diameter of the hollow cable and c) an aperture (B) with a slightly opposite the hollow cable diameter are arranged with a smaller opening diameter (Fig. 4).

7. Blendenwe ¢ hsler according to claim 6, characterized in that the Movement transversely to the hollow cable socket is remote-controlled, e.g. electromagnetic.