DE102016001370A1

DE102016001370A1 - Vorrichtung, die zum Empfangen einer Welle ausgelegt ist, Abtastvorrichtung mit mehreren Vorrichtungen und Verwendung einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102016001370A1
Application number: DE102016001370.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2016-08-11

Abstract

Vorrichtung (100), die zum Empfangen einer Welle ausgelegt ist, wobei die Vorrichtung (100) umfasst: • eine eingangsseitige Bandleiterstruktur mit einem ersten Bandleiter, der sich auf einer Seite einer ersten Symmetrieebene befindet und mit einem zweiten Bandleiter, der sich auf der gegenüberliegende Seite der ersten Symmetrieebene befindet, wobei der erste Bandleiter und der zweite Bandleiter spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene ausgelegt sind, • eine Leiterstruktur (120), die sich zwischen dem ersten Bandleiter und dem zweiten Bandleiter befindet und die eine erste Leiterbahn und eine zweite Leiterbahn umfasst, • einen ersten Vorsprung (131), der sich von dem ersten Bandleiter in Richtung der ersten Leiterbahn erstreckt, und einen zweiten Vorsprung (132), der sich von dem zweiten Bandleiter in Richtung der zweiten Leiterbahn erstreckt, wobei der erste Vorsprung (131) eine leitende Verbindung zwischen dem ersten Bandleiter und der ersten Leiterbahn und der zweite Vorsprung (132) eine leitende Verbindung zwischen dem zweiten Bandleiter und der zweiten Leiterbahn bereitstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zum Empfangen einer elektro-magnetischen Welle ausgelegt ist und die Verwendung einer solchen Vorrichtung z. B. als Nahfeldsonde. Ausserdem geht es um eine Abtastvorrichtung, die mehrere Vorrichtungen umfasst.
Es gibt den Bedarf Strahler, wie zum Beispiel Antennen, unmittelbar nach der Produktion ausmessen zu können. Der Messaufwand ist bisher recht gross. Ausserdem muss berücksichtigt werden, dass eine Feld-Sonde, die vor einer Antenne angeordnet wird, eine Rückwirkung auf die Nahfelder und damit die Abstrahlcharakteristik der Antenne hat. D. h. die Feld-Sonde kann die Messung beeinflussen.
Daher werden meist Sonden eingesetzt, die besonders klein sind (bezogen auf die zu untersuchende Wellenlänge), um die Abstrahlcharakteristik der Antenne nicht zu stören. Für den Einsatz in unmittelbarer Nähe der Antennenoberfläche werden Sonden möglichst ohne Metallteile (z. B. als dielektrische Stielstrahler) und ohne metallische Zuleitungen (z. B. mit elektro-optischer Ansteuerung) eingesetzt. Ein Nachteil der elektro-optischen Ansteuerung ist der hohe Preis der Sonde und der erforderlichen zusätzlichen Systemkomponenten.
Man unterscheidet drei verschiedene Betriebsarten von Nahfeld-Sonden:

I) Sende-Betrieb (d. h. die Sonde sendet ein Signal aus, welches von dem zu charakterisierenden Strahler bzw. der zu messenden Antenne empfangen und am dafür vorgesehenen Sende-/Empfangs-Tor abgenommen wird.
II) Empfangs-Betrieb (d. h. die Sonde empfängt einen Teil des Messsignals, welches am dafür vorgesehenen Sende-/Empfangs-Tor des zu charakterisierenden Strahlers bzw. der zu messenden Antenne eingespeist wird. III) Betrieb als modulierter Streukörper (d. h. die Sonde empfängt einen Teil des in die Antenne eingespeisten Messsignals und reflektiert dieses mit einer geeignet gewählten Modulationsart versehen in die zu messende Antenne zurück. Eine am Sende-/Empfangs-Tor der Antenne angebrachte Sende-/Empfangsvorrichtung, z. B. ein homodyner Netzwerkanalysator, filtert das modulierte Signal aus dem empfangenen Signalgemisch heraus und wertet es beispielsweise nach Betrag und Phase der Übertragungsfunktion aus. In der Betriebsart I) muss die Sonde mit einem Signalgenerator amplituden- und phasenstabil verbunden werden, welches über ein Koaxialkabel, einen Hohlleiter (bzw. Kombination aus beiden) oder mittels elektro-optischer Wandler über ein Glasfaserkabel erfolgen kann. Hierbei kommt es zu schwierigen Konfliktsituationen zwischen der Forderung nach Unempfindlichkeit gegenüber bewegungsinduzierten Phasen- und Amplitudenvariationen und nach geringstmöglicher Einfügedämpfung, um einen großen Messdynamikbereich zu erhalten. In der Betriebsart II) muss die Sonde amplituden- und phasenstabil mit einem Empfänger verbunden werden. In der Betriebsart III) müssen lediglich vergleichsweise niederfrequente Steuersignale, beispielsweise für einen Reflexionsmodulator, der Sonde zugeführt werden. Besonders im Falle binärer (digitaler) Steuersignale, wie sie für Reflexionsmodulatoren benötigt werden, ist eine solche Signalverbindung vergleichsweise einfach, bewegungsunempfindlich und praktisch verlustlos. Das Messsystem erfasst in diesem Falle das Quadrat des Antenne- zu Sonde-Übertragungsfaktors (da der Signalweg zweimal, d. h. vor und zurück durchlaufen wird und die gesamte Strecke sich in der Regel reziprok verhält). Die gewünschte Information wird in Folge rechnerisch durch ziehen der komplexen Wurzel des Übertragungsfaktors gewonnen und ist bis auf eine um 180° Phasenwinkel-Mehrdeutigkeit korrekt.

Es ist ein Nachteil bisheriger kleiner Mess-Sonden, dass sie sehr unempfindlich sind. Einerseits haben kleine Sonden eine geringere Wirkfläche, was im Vergleich zu einer (eine halbe Wellenlänge langen) Dipolantenne zu einer geringeren induzierten Hochfrequenzspannung führt. Andererseits sind kleine Sonden nur schlecht und schmalbandig an charakteristische Leitungswellenwiderstände üblicher Wellenleiter anzupassen. Darüber hinaus bieten sie für die Betriebsart III) meist zu wenig Platz, um aufwendigere Modulationsschaltungen unterzubringen (um z. B. mehr als nur einfache binäre Phasenumtastung, BPSK zu realisieren). BPSK steht im Englischen für Binary Phase-Shift Keying. Ein Beispiel vorteilhafter Modulation ist eine Einseitenband-Modulation, welche mittels mindestens 3 Phasenzuständen (dann im gegenseitigen Winkelabstand von 120°) erzielt werden kann. Ein weiteres Beispiel ist eine 4-Phasenmodulation oder QPSK. QPSK steht im Englischen für Quaternary Phase-Shift Keying. Für beide genannten Verfahren benötigt man mindestens 2 voneinander unabhängige Binärsignale und dementsprechend mindestens 2 separate Hochfrequenzschalter. Wird nur eine BPSK oder gar eine Amplituden-Modulation ausgeführt, geht mindestens die Hälfte des nutzbaren Signales verloren. In der Regel sind kleine Sonden der beschriebenen Art daher schlecht bis gar nicht geeignet, um die für eine korrekte und einfache Berechnung der Fernfeldcharakteristik der zu messenden Antenne erforderliche Phaseninformation mit ausreichendem Signal-/Rausch-Abstand zu erfassen.
Bei sogenannten Gruppenantennen, die mehrere einzelne Strahlungselemente aufweisen, wird der Messaufwand entsprechend grösser. Aber auch der Fertigungsaufwand im Rahmen der Produktion solcher Gruppenantennen ist grösser und es gibt deutlich mehr Fehlerquellen, die in einem nachgelagerten Funktionstest überprüft werden sollten.
Es gibt verschiedenste Betriebsarten, wie erwähnt, und es gibt daher auch zahlreiche unterschiedliche Ausgestaltungsformen von Nahfeld-Sonden. Derartige Sonden können z. B. breitbandig oder schmalbandig ausgelegt sein, was sich in einer unterschiedlichen Gestaltung der Sonden-Bauform ausdrückt. Weiterhin unterscheiden sich die Ausgestaltungsformen von Magnet-Feld Nahfeld-Sonden deutlich von den Ausgestaltungsformen von E-Feld Nahfeld-Sonden. Ausserdem haben diese Sonden, respektive deren Dimension und Ausgestaltungsform eine deutliche Abhängigkeit von dem Mess-Frequenzbereich. Zusätzlich sind die jeweiligen Sonden an die zu messenden Feldstärken und Feldstrukturen anzupassen. Ausserdem unterscheidet man zwischen Sonden, die z. B. für ein entwicklungsbegleitendes oder für ein produktionsbegleitendes Messen ausgelegt sind. Anhand dieser zusammenfassenden Aussagen ist zu erkennen, dass es nicht nur eine optimale Nahfeld-Sonde gibt. Jede der Nahfeld-Sonden ist ein Kompromiss aus zahlreichen Vorgaben und Randbedingungen.
Im Anwendungsbereich der Antennenmessung kommen weitere Vorgaben hinzu. So sollte z. B. die nutzbare Bandbreite der Nahfeld-Sonde grösser sein als die Bandbreite der zu messenden Antenne, um ein schnelles Messen ohne mehrfach ein Neuanordnen und -ausrichten der Nahfeld-Sonde vor der Antenne vornehmen zu müssen.
Im Stand der Technik werden hauptsächlich zwei Arten von Sonden eingesetzt:

i. sehr kleine Sonden mit Querabmessungen, welche viel kleiner als die Hälfte der untersuchten Wellenlänge sind (also viel kleiner als ein gewöhnlicher Dipolstrahler). Diese Art von Sonden sind sehr verlustbehaftet und damit unempfindlich
ii. Sonden mit Querabmessungen von einer halben Wellenlänge bis zu mehreren Wellenlängen (z. B. zur Reduktion der Rückwirkung auf die zu messende Antenne angespitzte Rechteckhohlleiter oder Hohlleiterhörner zur Erzielung höheren Antennengewinns, zur Steigerung der Empfindlichkeit). Wegen der grossen Querschnittsfläche lassen sich Sonden dieser zweiten Gruppe nicht in unmittelbarer Nähe der Antenne einsetzen.

Für diagnostische Zwecke werden daher bevorzugt kleine Sonden der Gruppe i. eingesetzt, für die genaue Bestimmung des Fernfeldes jedoch Sonden der Gruppe ii., und zwar im Abstand mehrerer Wellenlängen von dem zu charakterisierenden Strahler. Dies reduziert die Empfindlichkeit, Auflösung und die Detektierbarkeit von Nahfeld-Details. Für letztere sind Feldkomponenten entscheidend, welche nicht unmittelbar an ausbreitungsfähige Wellentypen koppeln und daher exponentiell mit dem Abstand von der Antenne abklingen.
Aus der Publikation „Wide Band Dual Polarized Probes for Near and Farfield Measurement Systems", L. J. Foged et al., IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM AP-S 2008, ist beispielsweise eine Nahfeld-Sonde bekannt, die für den Frequenzbereich von 800 MHz bis 3 GHz ausgelegt wurde. Ein Augenmerk bei der Entwicklung dieser Nahfeld-Sonde war deren Gewicht, was einen spürbaren Fertigungsaufwand zur Folge hatte.
Im Inneren eines Trichters ist eine sogenannte Rippenstruktur angeordnet, die hochpräzise gefertigt werden muss. Die Rippenstruktur ist komplett symmetrisch und umfasst zwei Paare von Anregungsstrukturen, die eine invertierte Vier-Rippen-Struktur bilden. Die Apertur dieser Nahfeld-Sonde ist kreisförmig und der Trichter weitet sich in Richtung der Apertur auf. Die beschriebene Nahfeld-Sonde ist unter anderem für Messungen des Nahfeldes einer Antenne im Abstand mehrerer Wellenlängen geeignet. Sie ist für die Betriebsarten I) und II) bestimmt und gehört zur Gruppe ii., d. h. sie wird relativ zur zu messenden Antenne im (in der Regel konstanten) Abstand mehrerer Wellenlängen auf der Oberfläche einer gedachten Kugel oder eines Zylinders bewegt. Weitere Beispiele von Sonden dieser Art wurden von den gleichen Autoren auf der EUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION (EuCAP) 2011 unter dem Titel „Dual Polarized Probe for Wideband Planar Near Field Measurement Applications" vorgestellt. Die Autoren weisen auf die herausragende Bedeutung einer breitbandigen, sehr guten Anpassung und hohen Kreuzpolarisationsdämpfung hin, welches sie durch neuartige, mit der Sonde fest verbundene Orthogonal-Wellenumwandler erreichen. Näheres zeigt die Patentschrift „METHOD OF ORTHOGONAL-MODE JUNCTION COUPLING WITH A MEDIUM TO BROAD OPERATING BANDWIDTH, AND COUPLER EMPLOYING SAID METHOD” mit der Nummer EP2092595 , auch als US2010090779 veröffentlicht.
Ein weiteres Beispiel einer Nahfeld-Sonde ist aus der Publikation „Optimized Design of a Compact Probe for Accurate Near Field Measurements", Abdelhamid Tayebi et al., IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 59, NO. 6, JUNE 2011, Seiten 2429–2433 bekannt. Diese Publikation zeigt rechteck-förmige gerippte Hornantennen, die unter anderem für Messungen im sphärischen Nahfeld einer Antenne geeignet sind und die für eine Mittenfrequenz bei 1 GHz ausgelegt wurden. Die beschriebenen Hornantennen haben eine grosse Bandbreite und ein nahezu omnidirektionales Abstrahlmuster mit sehr geringer Kreuz-Polarisation. Unter anderem zeigt diese Publikation eine als Prototyp dienende Hornstruktur mit rechteckigem Querschnitt, wobei sich der Querschnitt in Richtung der rechteckigen Apertur verkleinert (cf. dort 1). Beim Entwickeln dieser Nahfeld-Sonden wurde neben den eigentlichen Sondenmerkmalen unter anderem auf die geringe Grösse und auf ein kleines Gewicht geachtet. Die als Prototyp dienenden Hornstrukturen der dortigen 1 wurden allesamt zugunsten von rechteck-förmigen gerippten Hornantennen verworfen, die deutlich besser geeignet sind. Die gerippte Struktur dieser Antennen sitzt im Bereich der rechteckigen Apertur. Auch diese Sonde ist auf Grund ihrer Querabmessungen der Gruppe ii. zuzuordnen, d. h. ist nur im Abstand von einigen Wellenlängen zur zu messenden Antenne einsetzbar, da sonst weder ihr eigenes Abstrahlverhalten (die Wirkung der eingesetzten Rippen zur Verbesserung der Hohlleiter-Abstrahlcharakteristik kann empfindlich durch das Mess-Objekt gestört werden) noch das reaktive Nahfeld der zu messenden Antenne ungestört bleibt. Wie im vorangegangenen Beispiel ist die Sonde primär für die Betriebsarten I) und II) entwickelt, könnte aber auch in der Betriebsart III) verwendet werden. Dazu muss ein Reflexionsmodulator mit dem Speisehohlleiter der Sonde verbunden werden.
Eine weitere Nahfeld-Sonde der Gruppe ii. ist aus der Publikation „Broadband Probe for Efficient Near Field Measurements", Jung-Ick Moon et al., 2007, ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM, Conference Proceedings Seiten 1657–1660 bekannt. Diese Nahfeld-Sonde umfasst drei Abschnitte, die als Sonde, als Impedanz-Wandler und als Moden-Übergang zu einem Koaxial-Anschluss dienen. Der Sonden-Abschnitt ist als Breitband-Sonde ausgelegt, deren Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ist. Im Inneren des Sonden-Abschnitts sind Rippen angeordnet, sie sich in Längsrichtung des Sonden-Abschnitts erstrecken, d. h. der Sonden-Abschnitt ist als sogenannter Doppelrippen-Wellenleiter ausgelegt. Die Apertur hat einen rechteckigen Querschnitt und der rechteckige Doppelrippen-Wellenleiter ist in Richtung Apertur spitz zulaufend ausgelegt. Entwickelt wurde diese Nahfeld-Sonde für einen Frequenzbereich von 12–50 GHz. Anhand der Dimensionsangaben dieser Publikation ist zu erkennen, dass die Öffnung der Sonde bei der höchsten angegebenen Messfrequenz (50 GHz) ca. eine mal eine halbe Wellenlänge beträgt. Die Aussenabmessungen sind trotz der angedeuteten „Anspitzung” des Hohleitergehäuses natürlich noch größer.
Als Beispiel einer Nahfeldsonden-Anwendung in unmittelbarer Nähe von Strahlerelementen sei auf den Artikel „High Resolution Probes for Near-Field Measurements of Reflectarray Antennas", S. Dieter and W. Menzel, IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATON LETTERS Vol 8, 2009, Seiten 157 bis 160 verwiesen. Hier werden drei verschiedene Sonden-Typen vorgestellt, von welchen wenigstens eine der Gruppe i. zuzuordnen ist. Alle vorgestellten Lösungen haben das Ziel einer erhöhten räumlichen Auflösung, zumindest in einer von 2 orthogonalen Abtastebenen, und können bis in das reaktive Nahfeld der zu untersuchenden Strahleranordnung herangeführt werden. Es wird die Anwendung zur Charakterisierung einer planaren Gruppe von Streukörpern gezeigt, welche als reflektierende Fläche zur Strahlformung eingesetzt werden kann. Dazu werden 2 Sonden in sogenannter bi-statischer Anordnung vor der Gruppe angeordnet, wobei die erste in der Betriebsart I) und die zweite in der Betriebsart II) mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung, nämlich einem Netzwerkanalysator, verbunden sind. Die erste Sonde dient der gezielten Illumination des aktuell untersuchten Teilgebietes der Strahleranordnung, die andere zur Erfassung des lokalen reaktiven Nahfeldes. Letztere wird daher bis in das reaktive Nahfeld herangeführt. In dem Artikel werden 3 unterschiedliche Sonden-Konstruktionen beschrieben: Ein in einer Ebene (derjenigen des transversalen E-Feldes) sich verjüngenden und in einer Art Schneide endenden Stielstrahlers, welche am Ende eines Rechteckhohlleiters angeordnet ist. An der Schneide entsteht eine lokale Feldkonzentration (auf Kosten des Fernfeldgewinnes), welche in der Wechselwirkung mit einem zu untersuchenden Strahler eine erhöhte räumliche Auflösung der E-Ebenen Abtastwerte erzielt. Die zweite vorgestellte Sonde ist ein kleiner Dipol mit einer auf einem planaren Schaltungsträger befindlichen symmetrischen Bandleitungs-Speisung. Der Dipol hat eine Länge von 3.8 mm, was bei der Mittenfrequenz des untersuchten Frequenzbandes etwas weniger als einer halben Wellenlänge entspricht. Senkrecht zur Ebene des Dipols ist die Ausdehnung sehr gering. Als dritter Ansatz zur hochaufgelösten diagnostischen Nahfeldabtastung wird die Anordnung des offenen Endes eines substratintegrierten Hohlleiters (engl. SIW, Substrate Integrated Waveguide) mit einem in den Raum abstrahlenden Ende von 1.27 mm × 2.0 mm. Dies entspricht 0.15 × bzw. 0.23 × der Wellenlänge im Freiraum. Dies wird durch Einsatz eines Schaltungssubstrates mit einer hohen relativen Dielektrizitätszahl (im Beispiel 10.8) erreicht. Beide letztgenannten Sonden gehen mit mehrstufigen und aufwendigen Wellenleiterübergängen einher, um sie über Standard-Rechteckhohlleiter speisen zu können. Die Dipolsonde ist zwar breitbandig mäßig gut angepasst, hat jedoch eine nicht eindeutig zwischen Zuleitung (nämlich der Bandleitiung) und Dipol zu unterscheidende Wechselwirkung mit dem Messobjekt – es gibt dadurch grössere Unsicherheiten bei der Sonden-Kalibrierung und Interpretation der Messergebnisse. Für die SIW-Sonde ist nur eine schmalbandige Anpassung (über etwa 3% der Betriebsfrequenz) erzielt worden. Ein wesentlicher Nachteil beider vorgestellter Lösungen ist die schwierige Reproduzierbarkeit, wodurch sowohl die Kalibrierung als auch der Einsatz in einer Nahfeldsonden-Gruppe erschwert wird.
Anhand dieser beispielhaften Publikationen ist die Formenvielfalt der Nahfeld-Sonden andeutungsweise zu erkennen.
Es besteht der Bedarf eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht die Charakteristika eines Strahlers schnell und zuverlässig messen zu können. Insbesondere besteht ein solcher Bedarf für das Ausmessen von komplexen Antennenanordnungen, wie Gruppenantennen.
Einerseits soll die Vorrichtung eine hohe Messgeschwindigkeit ermöglichen und andererseits soll sie in der Lage sein alle wesentlichen Merkmale eines 3-dimensionalen Strahlungsfeldes zu erfassen.
Im Falle der Über- oder Unterschreitung von per Prüfvorschrift vorgegebenen Grenzwerten (z. B. zu geringem Antennengewinn oder zu hoher Nebenaussendung abseits der gewünschten Hauptstrahlrichtung) ist es von Interesse, diagnostische Informationen ableiten zu können, wie etwa die Amplituden- und Phasenverteilung der Signale über der Antennenoberfläche. Hieraus lassen sich dann Fehlerort, Fehlerart und statistische Eigenschaften (Fehlersignaturen) ableiten, welche zur schnellen Fehlerbehebung und Fertigungsprozess-Optimierung herangezogen werden können.
Gemäss Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die speziell zum Empfangen einer elektro-magnetischen Welle ausgelegt ist. Details einer solchen Vorrichtung sind dem Patentanspruch 1 zu entnehmen.
Gemäss Erfindung geht es auch um eine Abtastvorrichtung, die mehrere Vorrichtungen umfasst, die z. B. nebeneinander in einer Reihe angeordnet sein können.
Gemäss Erfindung geht es auch um die Verwendung einer Vorrichtung als Nahfeld-Sonde im Bereich eines Strahlers, der eine sich ausbreitende elektro-magnetischen Welle aussendet.
Es ist ein Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass sie eine kleine Baugrösse (bezogen auf die zu untersuchende Wellenlänge) hat. Ausserdem ist ihr Einfluss aufgrund von Reflexionen gering. Weiterhin bietet die Vorrichtung der Erfindung die Möglichkeit diagnostische Aussagen zu machen (z. B. über lokale Abweichungen im Nahfeld).
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine schnelle Messung unmittelbar im Nachgang an die Produktion einer Antenne und es können dann an der Antenne selbst oder im Fertigungsprozess Anpassungen vorgenommen werden. D. h. die Vorrichtung der Erfindung eignet sich besonders für ein produktionsbegleitendes Messen.
Um Aussagen über die einzelnen Strahlungselemente z. B. einer Gruppenantenne machen zu können, muss man mit der Sonde nahe an die Antenne heran gehen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht das Positionieren im Nahfeld einer Antenne ohne dabei kritische Rückwirkungen auf die Antenne zu verursachen. Nur wenn die Vorrichtung unmittelbar im Nahfeld eingesetzt werden kann, ist die Abweichung der lokalen Feldgrössen mit hoher Pegeldynamik, genauem Phasenwert und hoher räumlicher Auflösung zu erfassen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung bietet eindeutige Vorteile für beide Anwendungen (Gruppe i. und Gruppe ii.), daher kann zeit- und kostensparend aus einem einzigen Durchlauf der Messprozedur sowohl die Fernfeldcharakteristik als auch die Nahfeldanalyse der zu messenden Antenne in guter Qualität gewonnen werden.
Gemäss Erfindung wird nur ein kleiner Anteil der Energie des Strahlungsfeldes in die Vorrichtung eingekoppelt. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Berandung mit abgerundeten Kanten auf, um so möglichst wenige Reflexionen in Richtung des zu untersuchenden Strahlers zu erzeugen. Ausserdem verjüngt sich die Vorrichtung vorzugsweise in diese Richtung. Auch diese Massnahme dient dazu möglichst wenige Fehlerterme zu erzeugen. Durch das Verjüngen der Vorrichtung ist jedoch die empfangene Signalamplitude etwas kleiner als bei einem einfachen Rechteckhohlleiter ohne Verjüngung der Struktur.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so auslegt, dass sie ein günstiges Verhältnis zwischen der aufgenommenen Energie und der Rückwirkung auf den Strahler hat.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so auslegt, dass sie Energie effizient eingekoppelt und die entsprechenden HF-Signale an einem planaren Wellenleiter zur Verfügung stellt.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so auslegt, dass sie einen flachen Frequenzverlauf der Kopplung über das gesamte zu messende Frequenzband aufweist.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung der Erfindung einen Modulator, der im Inneren eines (Rechteck-)Hohlleiters angeordnet ist. Der Modulator kann so ausgelegt sein, dass man den Betrag und die Phase im Basisband ermitteln/ableiten kann. Vorzugsweise kommt ein breitbandiger Modulator zum Einsatz.
Bevorzugte Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Vorrichtungen nebeneinander (z. B. entlang einer Geraden oder eines Kreisbogens) angeordnet sind, um einen Strahler zeilen- oder spaltenweise abtasten zu können.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung der Erfindung so eingesetzt, dass Messwerte wie in einer Punktewolke ermittelt werden können. Wenn eine Auswertung der Messwerte Abweichungen und/oder Fehler zeigt, dann kann in einem iterativen Verfahren eine weitere (genauere) Messung erfolgen, um so die genaue Lokalisierung der Fehler vornehmen zu können. Eventuell kann eine Kalibrierung bzw. gezielte Korrektur einzelner Strahlungselemente der Antenne folgen (beispielsweise durch Laserschnitte oder ähnliche automatisierbare Bearbeitungsschritte), bevor die Messung fortgesetzt oder wiederholt wird.
Eine Auswertung der Messergebnisse erfolgt vorzugsweise unter Einsatz eines Rechners, um so die Fernfeldcharakteristik ableiten und auch nach Fehlermustern suchen zu können.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung der Erfindung so eingesetzt, dass sie beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Charakteristika messen/ermitteln kann:

– Betrag der elektrischen Feldenergie (Amplitude) und/oder
– Phase des Signals,
– die räumliche Orientierung des E-Feld Vektors
– Phasenbeziehungen zwischen den E-Feld Vektorkomponenten (d. h. den Polarisationszustand des lokalen Hochfrequenzfeldes).

Falls die Antennenmessung mit einer Vorrichtung der Erfindung an mehreren Stellen im Feld vorgenommen wird, so können ortsaufgelöste Aussagen über die Amplituden- und/oder Phasenverteilung gemacht werden.
Die Vorrichtung der Erfindung eignet sich unter anderem um zirkular polarisierte bzw. Polarisations-Multiplex Antennen, wie sie in zukünftigen 5 G Mobilfunkstandards vorgesehen sind, zu messen.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung der Erfindung im Frequenzband zwischen 40 und 150 GHz eingesetzt. Besonders geeignet ist die Vorrichtung der Erfindung für Messungen im V-band (50 GHz–75 GHz) und im E-band (60 GHz–90 GHz). Diese beiden Bänder gewinnen immer mehr an Bedeutung z. B. für terrestrische Kommunikationssysteme, die mit direkten Sichtverbindungen arbeiten (z. B. zur Einbindung von Mikro- und Pico-Zellen in das Datennetz des Mobilfunkdienste-Anbieters). Anwendungen für diese Bandbereiche können sehr dicht gepackt und klein sein, was aber bei der Produktion und dem Testen solcher Anwendungen zu Problemen führen kann. Hersteller aber auch Systementwickler und Dienstanbieter haben daher ein steigendes Interesse an Lösungen, die in der Lage sind Antennen in diesen Bandbereichen ausmessen zu können. Die vorliegende Erfindung bietet eine optimierte Lösung für viele Situationen.
Die Antennenmessung, die mit einer Vorrichtung der Erfindung durchgeführt wird, darf in einem Produktions- und Testablauf keinen Engpass erzeugen. D. h. die Antennenmessung muss ausreichend schnell sein und auf den Fertigungstakt abgestimmt werden. Auch dieses Kriterium wird durch die Erfindung erfüllt.
Bevorzugte Ausführungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht eines Teils einer ersten Vorrichtung der Erfindung, die im Strahlungsfeld eines Strahlers angeordnet ist;
2 zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht eines Teils einer zweiten Vorrichtung der Erfindung, die im Strahlungsfeld eines Strahlers angeordnet ist;
3A zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Vorrichtung der Erfindung;
3B zeigt eine vergrösserte Seitenansicht des vorderen Teils der Vorrichtung nach 3A;
3C zeigt eine Draufsicht des vorderen Teils der Vorrichtung nach 3A;
3D zeigt eine Draufsicht des vorderen Teils der 3C, wobei die oberen Gehäuseelemente entfernt wurden;
3E zeigt eine Vorderansicht der Vorrichtung nach 3A;
3F zeigt eine Schnittansicht von Vorne durch die Bandleiterstruktur und Vorsprünge der Vorrichtung nach 3A;
3G zeigt eine Schnittansicht von der Seite durch einen vorderen Teil der Vorrichtung nach 3A;
3H zeigt eine Perspektivansicht der Vorrichtung nach 3A;
4 zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht einer planaren Struktur der Erfindung;
5A zeigt eine Vorderansicht eines Teils einer weiteren Vorrichtung der Erfindung;
5B zeigt eine Perspektivansicht des vorderen Teils der Vorrichtung nach 5A;
5C zeigt eine Seitenansicht des vorderen Teils der Vorrichtung nach 5A;
5D zeigt eine Schnittansicht durch den vorderen Teil der Vorrichtung nach 5C;
5E zeigt eine rückwärtige Perspektivansicht des vorderen Teils der Vorrichtung nach 5A;
6 zeigt eine schematisierte Draufsicht einer Anordnung mehrerer Vorrichtungen der Erfindung im Nahfeld einer Gruppenantenne.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäß anzuwenden.
Hilfsweise werden Bezugsachsen, Ebenen und Richtungsangaben verwendet, um die Details der Erfindung besser beschreiben zu können. Unter anderem wird ein kartesisches x-y-z Koordinatensystem verwendet, um als Bezugssystem zu dienen. Diese Angaben sind jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Sie dienen lediglich der besseren Erläuterung.
Als Vorrichtung 100 wird hier eine Struktur oder Konfiguration bezeichnet, die dazu ausgelegt ist die Überführung einer Raumwelle in eine Leitungswelle zu ermöglichen. Als Raumwelle wird das Strahlungsfeld eines Strahlers 10 bezeichnet, der in den Figuren rein schematisch dargestellt ist. Bei dem Strahlungsfeld handelt es sich um ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld. Die Vorrichtung 100 ist bei allen Ausführungsformen speziell zum Empfangen eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes ausgelegt.
Im Vorliegenden handelt es sich bei den Strahlern 10 primär um Gruppen-Antennen, die mehrere einzelne Strahlungselemente (auch Einzelstrahler genannt) umfassen, die nebeneinander (z. B. in Reihen und Spalten in einer y-z Ebene des Koordinatensystems der 1 und 2) angeordnet sind. In 6 ist eine Gruppenantenne 10 links im Bild gezeigt.
Der Übergang vom Nahfeld zum Fernfeld ist eine unscharfe Definition. Das Raumgebiet unmittelbar vor den Strahler-Elementen bezeichnet man als Bereich des reaktiven Nahfeldes. Das hier vorherrschende elektromagnetische Feld enthält elektrische und magnetische Felder, welche lokal Blindenergie speichern und nicht unmittelbar zur Abstrahlung von Feldenergie beitragen. Die Amplituden dieser Feldstrukturen nehmen in der Regel exponentiell mit steigendem Abstand von der Antennenoberfläche ab. Im Abstand mehrerer Wellenlängen sind sie kaum noch zu detektieren und daher auch nicht aus Messungen mit den vorgenannten großen Sonden der Gruppe ii., wie eingangs erwähnt, zu rekonstruieren. Als Nahfeld bezeichnet man den die reaktive Nahfeldzone einschließenden Raumbereich des Übergangs zur Wellenausbreitung im Freiraum. Jenseits der reaktiven Nahfeldzone überwiegen Feldkomponenten, welche zum Energietransport beitragen; jedoch sind hier die Wellenfronten über den Querschnitt der verwendeten Messantenne noch nicht eben genug, um vollständig empfangen werden zu können. Ein von der Charakteristik der zu messenden Antenne abhängiger Teil der Wellenenergie wird zurückgeworfen bzw. gestreut, wodurch Signalamplitude und -Phase verfälscht werden. Um die räumliche Verteilung der Abstrahlung zur als in unendlichem Abstand liegend angenommenen (da hier die Wellenfronten eben wären) Gegenstation einer Funkverbindung direkt messen zu können, wird als minimaler Abstand zur Messantenne die Grenze zwischen Nahfeldzone und Fernfeldzone (Fraunhofer-Bereich), abgeschätzt als 2 mal das Quadrat der größten Querausdehnung der zu messenden Antenne geteilt durch die kürzeste untersuchte Wellenlänge, herangezogen. Außerdem sollte die Messdistanz viel (d. h. mindestens 10 mal) größer sein als der Antennendurchmesser und als die untersuchte Wellenlänge. Diese Abstandsbedingung kann abgeschwächt werden, wenn kollimierende Strahlformungselemente im Messfeld eingesetzt werden, welche eine ebene Wellenfront in einer bestimmten Zone (engl. Quiet Zone) erzeugen, in welcher die zu messende Antenne angeordnet wird. Eine solche Anordnung ist immer mit erheblichem baulichen Aufwand verbunden, erfordert ein mechanisches Durchfahren aller interessierenden Antennenorientierungen relativ zur Gegenstation bzw. Messantenne und ist nicht mit der Forderung nach vollständiger Charakterisierung jeder gefertigten Antenne im auf die Ausbringung großer Stückzahlen ausgelegten automatischen Fertigungsprozess vereinbar.
Die Vorrichtung 100 ist bei allen Ausführungsformen speziell zum Einsatz im Nahfeld eines Strahlers 10 ausgelegt. Dort wird die Vorrichtung 100 positioniert, wie beispielweise in den 1 und 2 angedeutet, um das hochfrequente elektromagnetische Feld empfangen und in eine Leitungswelle umwandeln zu können.
Durch den Begriff Leitungswelle wird zum Ausdruck gebracht, dass Felder durch entsprechende Leiterstrukturen 120 der Vorrichtung 100 in der unmittelbaren räumlichen Umgebung der Leiterstrukturen 120 konzentriert bzw. weitergeleitet werden.
In 1 ist in einer stark schematisierten Seitenansicht der vordere Teil einer ersten Vorrichtung 100 der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 100 ist im Strahlungsfeld eines Strahlers 10 angeordnet.
Die Vorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen eine eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 (auch Zweileiter-Struktur genannt) mit einem ersten Bandleiter 111, der sich auf einer Seite einer ersten Symmetrieebene SE1 befindet und mit einem zweiten Bandleiter 112, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Symmetrieebene SE1 befindet. Die erste Symmetrieebene SE1 steht senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 und sie liegt parallel zur x-z Ebene des Koordinatensystems. In 1 ist zu erkennen, dass der erste Bandleiter 111 und der zweite Bandleiter 112 spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene SE1 ausgelegt sind.
Die Vorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen eine Leiterstruktur 120, die sich zwischen dem ersten Bandleiter 111 und dem zweiten Bandleiter 112 befindet. Die Leiterstruktur 120 umfasst eine erste Leiterbahn 121, die sich auf der einen Seite der ersten Symmetrieebene SE1 befindet, und eine zweite Leiterbahn 122, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Symmetrieebene SE1 befindet. Vorzugsweise ist die erste Leiterbahn 121 bei allen Ausführungsformen spiegelsymmetrisch zu der zweiten Leiterbahn 122 ausgelegt. Diese Spiegelsymmetrie bezieht sich hier wiederum auf die erste Symmetrieebene SE1.
Die Vorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen vorzugsweise eine Leiterstruktur 120, welche mindestens einen Quasi-TEM Wellentyp aufweist (TEM = transversal elektro-magnetisch). Dies kann wie in 4 in schematischer Form als Querschnitt gezeigt, eine planare Anordnung bzw. planare Schaltung sein. Es kann auch eine Anordnung sein, welche neben der Spiegelsymmetrie (SE1, SE2) zusätzlich rotationssymmetrisch ist. In diesem Fall stellt 4 einen repräsentativen Querschnitt durch die Anordnung in je einer von zwei orthogonal zueinander liegenden Ebenen dar. Diese Ausprägung der Leitungsstruktur 120 wird vorzugsweise für ebenfalls rotationssymmetrische Vorrichtungen 100 eingesetzt. Die Leiterstruktur 120 kann im Inneren der Hohlleiterstruktur 140 einen Aufbau haben wie in 4 angedeutet. Vorzugsweise kommt eine Massefläche 123 zum Einsatz, die in der Symmetrieebene SE1 liegt. Oberhalb und unterhalb der Massefläche 123 folgt ein spiegelsymmetrischer Aufbau, der eine obere Leiter- oder Trägerplatte 124.1 und eine erste Leiterbahn 121.1 im Bereich des Hohlleiters sowie eine untere Leiter- oder Trägerplatte 124.2 und einen zweite Leiterbahn 122.1 im Bereich des Hohlleiters umfasst. Die Massefläche 123 ist aber nicht unbedingt erforderlich und kann insbesondere im Fall der rotationssymmetrischen Anordnung 100 entfallen. Sie bietet jedoch speziell für die eingangs erwähnte Betriebsart III) (Sonde wird als modulierter Streukörper eingesetzt) große Vorteile, da sie eine unmittelbare Aufteilung in zwei Teilschaltungen mit jeweils einem Quasi-TEM Wellenleiter (z. B. je eine Mikrostreifenleitung) ermöglicht, welche elektromagnetisch durch die Massefläche 123 gegeneinander abgeschirmt, jedoch an der Verbindungsstelle zum Leiterpaar 121, 122 in Serie geschaltet erscheinen. Hierdurch werden elegante und kompakte Schaltungsvarianten von Mehrphasen-Reflexionsmodulatoren ermöglicht.
Die Vorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen einen ersten Vorsprung 131, der sich von dem ersten Bandleiter 111 in Richtung der ersten Leiterbahn 121 erstreckt, und einen zweiten Vorsprung 132, der sich von dem zweiten Bandleiter 112 in Richtung der zweiten Leiterbahn 122 erstreckt. Vorzugsweise sind der erste Vorsprung 131 und der zweite Vorsprung 132 bei allen Ausführungsformen spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene SE1 ausgelegt. Vorzugsweise bildet der erste Vorsprung 131 bei allen Ausführungsformen eine leitende Verbindung zwischen dem ersten Bandleiter 111 und der ersten Leiterbahn 121 und der zweite Vorsprung 132 bildet eine leitende Verbindung zwischen dem zweiten Bandleiter 112 und der zweiten Leiterbahn 122.
Die leitende Verbindung zwischen dem ersten Vorsprung 131 und der ersten Leiterbahn 121, bzw. zwischen dem zweiten Vorsprung 132 und der zweiten Leiterbahn 122 kann bei allen Ausführungsformen je durch eine Lötverbindung realisiert sein. Beispielhafte Lötverbindungen kann man z. B. in 3B und 3E erkennen, wo eine kleine Metallkugel 133 zwischen dem ersten Vorsprung 131 und der ersten Leiterbahn 121 und eine kleine Metallkugel 134 zwischen dem zweiten Vorsprung 132 und der zweiten Leiterbahn 122 sitzen. Durch den Einsatz kleiner Metallkugeln 132, 133 ergibt sich ein kleiner Luftspalt zwischen den schlanken Enden der Vorsprünge 131, 132 und der jeweiligen Leiterbahn 121 oder 122. Ein punktueller Kontakt ist für eine definierte breitbandige Schaltungsfunktion von Vorteil.
Es können bei allen Ausführungsformen aber auch Pressverbindungen oder Leitklebungen statt Lötverbindungen zum Einsatz kommen, um die Vorsprünge 131, 132 mit der jeweiligen Leiterbahn 121, 122 zu verbinden.
Die Vorsprünge 131, 132 können beliebige Formen haben. Geeignet sind unter anderem Pfeiler, Säulen, Pfosten, Zapfen und Zähne. Eine besonders optimierte Form der Vorsprünge 131, 132 ist im Zusammenhang mit den 3A bis 3H gezeigt und beschrieben. In jedem Fall dienen die Vorsprünge 131, 132 als sogenannte Einkoppelelemente, die einen Übergang des elektro-magnetischen Strahlungsfeldes in ein elektrisches Feld bewirken.
In den 3A bis 3H ist eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt, bei welcher der erste Vorsprung 131 und auch der zweite Vorsprung 132 in einer zugehörigen Schnittebene, die senkrecht auf der ersten Symmetrieebene SE1 steht, eine konische oder kegelstumpfförmige Grundform haben. Die konische oder kegelstumpfförmige Grundform kann man beispielsweise in 3B erkennen. Aus dem Vergleich der 3B mit 3E ist abzuleiten, dass die konische oder kegelstumpfförmige Grundform nicht rotationssymmetrisch ist. Die Vorsprünge 131, 132 haben vorzugsweise bei allen Ausführungsformen eine ovale Querschnittsform in Schnittebenen, die parallel zur ersten Symmetrieebene SE1 liegen. In 3D kann man die ovale Querschnittsform des zweiten Vorsprungs 132 gut erkennen.
Vorzugsweise sind bei allen Ausführungsformen der erste Vorsprung 131 und der zweite Vorsprung 132 spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene SE1 und spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Symmetrieebene SE2 ausgelegt. Die zweite Symmetrieebene SE2 (siehe 3E) steht senkrecht zu der ersten Symmetrieebene SE1.
Vorzugsweise sind die Vorsprünge 131, 132 bei allen Ausführungsformen aus Metall oder sie sind metallisiert.
Es sind auch zwei oder mehr Vorsprünge 131, 132 nebeneinander (in der H-Ebene) angeordnet denkbar, wodurch die Richtwirkung und mögliche Distanz von dem Strahler 10 erhöht werden kann. Die betreffenden Zuleitungen auf der planaren Schaltung können in diesem Fall zusammengefasst und einem gemeinsamen Anschluss/einer gemeinsamen Modulatorschaltung zugeführt werden. Die Zuleitungen können aber auch mit verschiedenen Schaltungsfunktionen belegt oder über kompakte Reaktanznetzwerke miteinander verknüpft werden.
Es kommt, wie erwähnt, eine Leiterstruktur 120 zum Einsatz, die sich zwischen dem ersten Bandleiter 111 und dem zweiten Bandleiter 112 befindet. Die Leiterstruktur 120 umfasst eine erste Leiterbahn 121, die sich auf der einen Seite der ersten Symmetrieebene SE1 befindet, und sie umfasst eine zweite Leiterbahn 122, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Symmetrieebene SE1 befindet. Vorzugsweise umfasst die Leiterstruktur 120 bei allen Ausführungsformen dielektrische Schichten zwischen den beiden Leiterbahnen 121 und 122, um so die Leitungswelle zwischen diesen beiden Leiterbahnen 121 und 122 zu konzentrieren.
In 1 ist der vordere Teil einer ersten Vorrichtung 100 der Erfindung gezeigt. Dieser vordere Teil wird auch als eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 bezeichnet. Vorzugsweise dient der vordere Teil der Vorrichtung 100 bei allen Ausführungsformen als Einkopplungsvorrichtung für einen daran anschliessenden (Rechteck-)Hohleiter 140, wie beispielhaft in 2 gezeigt. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 mit einem daran anschliessenden (Rechteck-)Hohleiter 140 verbunden. Im Übergangsbereich zwischen der Bandleiterstruktur 110 und dem (Rechteck-)Hohleiter 140 ist eine Kurzschlussebene KE definiert. Diese Kurzschlussebene ist in den 1 und 2 als eine Ebene dargestellt, die senkrecht auf der Zeichenebene steht (parallel zur y-z Ebene des Koordinatensystems).
Es können bei allen Ausführungsformen an den vorderen Teil aber auch andere Strukturen angeschlossen werden. Je nach Situation ist dann eine Anpassung der Geometrie der eingangsseitigen Bandleiterstruktur 110 erforderlich. Die eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 muss nicht in jedem Fall mit einer Kurzschlussebene KE abgeschlossen sein. In der Kurzschlussebene KE ist ein Kurzschluss für den TEM-Mode vorgesehen. Der TEM-Mode ist die Grundwelle der eingangsseitigen Bandleiterstruktur 110.
Vorzugsweise bildet die eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 auf der Stirnseite eine Apertur 113, die in Richtung des Strahlers 10 orientiert ist, wenn die Vorrichtung 100 als Sonde zum Einsatz kommt. Die Apertur 113 dient als Eingangstor der Vorrichtung 100. Im Bereich der Apertur 113 hat die Bandleiterstruktur 110 ein offenes Bandleiterende.
Die Vorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen eine Leiterstruktur 120, wie erwähnt. Die Leiterstruktur 120 ist speziell zur Übertragung hochfrequenter Signale ausgelegt. Um die Leiterstruktur 120 durch das Feld anzuregen, sind die Dimensionen und elektro-magnetischen Eigenschaften der eingangsseitigen Bandleiterstruktur 110 entsprechend zu wählen. Vorzugsweise hat die eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 eine Gesamtlänge in x-Richtung gemessen, die kleiner ist als ein Drittel der Wellenlänge des Feldes. D. h. der Abstand x1 der Ebene E1 (dort wo die Apertur 113 liegt) und der Kurzschlussebene KE ist kleiner als λ/3. So kann die Leiterstruktur 120 effektiv angeregt werden.
Vorzugsweise umfasst die Leiterstruktur 120 eine mittig angeordnete Leiter- oder Trägerplatte 124, wie man z. B. in den 1 und 2 erkennen kann. Die Leiterbahnführung der Leiterbahnen 121, 122 auf der Leiter- oder Trägerplatte 124 spielt eine funktionsentscheidende Rolle. Die Leiterbahnen 121, 122 sind so konstruiert, dass sie definierte Impedanzen haben.
Vorzugsweise dient bei lediglich spiegelsymmetrischen Ausführungsformen ein Basislaminat oder ein dielektrisches Substrat als Leiter- oder Trägerplatte 124. Die Leiter- oder Trägerplatte 124 separiert die erste Leiterbahn 121 und die zweite Leiterbahn 122.
Bei zusätzlich rotationssymmetrischer Ausführung der Vorrichtung 100 übernimmt ein zylindrischer Schaltungsträger 128 mit ebenfalls rotationssymmetrischem Querschnitt die Aufgabe, die vier Leiterbahnen 121, 122, 126, 127 zu separieren (in zwei zueinander orthogonalen Querschnittsebenen), wie beispielhaft in 5A gezeigt.
Vorzugsweise sind die erste Leiterbahn 121 und die zweite Leiterbahn 122 bei allen Ausführungsformen als Microstrip-Leitungen ausgelegt, die sich in Richtung der Längsachse (parallel zur x-Achse) der Vorrichtung 100 erstrecken. Die Leiterbahnen 121, 122 dienen quasi als verlustarme Mikrowellenleitungen für Strom, der im Bereich der eingangsseitigen Bandleiterstruktur 110 in diese Leiterstruktur 120 eingekoppelt wurde.
Die Verwendung von Leiterbahnen 121, 122 auf einer Leiter- oder Trägerplatte 124 hat den Vorteil, dass relativ problemlos weitere Schaltungselemente (z. B. Halbleiter- oder SMD-Bauteile) integriert werden können, um z. B. einen Mischer, Filter, Modulator oder Messschaltungen, Messbrücken, Netzwerkanalysatoren oder andere Schaltungen zu realisieren. Typische Elemente, die (planar) integriert werden können sind beispielweise Hochfrequenz-Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten, Verzweigungen, Koppler usw. Diese Schaltungselemente befinden sich vorzugsweise nicht im Bereich innerhalb der eingangsseitigen Bandleiterstruktur 110, sondern im Inneren einer daran anschliessenden (Rechteck-)Hohlleiterstruktur 140.
Um die eingangsseitige Bandleiterstruktur 110 breitbandig mit der mittig angeordneten Leiterstruktur 120 koppeln zu können, kommen vorzugsweise bei allen Ausführungsformen ein oberes und ein unteres kapazitives Parallel-Element zum Einsatz. In 3D und 3H ist lediglich das obere Element 125 zur kapazitiven Beeinflussung zu erkennen. Durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen Vorsprüngen 131, 132 und kapazitiven Parallel-Elementen 125 (ungefähr eine viertel Wellenlänge des Quasi-TEM Wellentyps auf dem Schaltungsträger 124) kann die Mittelpunktsimpedanz der Reflexionsfaktor-Ortskurve, vom rückwärtigen Schaltungsteil aus gesehen, mit dem idealen Anpasspunkt (Reflexionsfaktor = 0) zur Deckung gebracht werden. Dabei entsteht ein breitbandiges Anpassverhalten mit mindestens 2-kreisiger Bandpasscharakteristik.
Im Bereich der Hohlleiterstruktur 140 kann beispielsweise eine der folgenden Schaltungen realisiert sein so, dass die Hohlleiterstruktur 140 über die Leiterbahnen 121, 122

– einen Modular speist, wobei es sich vorzugsweise um einen Reflexionsmodulator handelt, oder
– einen Mikrostreifenleiter speist, oder
– eine integrierte Sende-/Empfangseinrichtung speist, oder
– einen Mischer speist.

Dabei ist der Querschnitt des Rechteckhohlleiters 140 vorzugsweise so dimensioniert, dass die Grenzfrequenz(en) seiner TE-Grundwelle(n) oberhalb des Betriebsfrequenzbereiches liegen.
Falls ein Reflexionsmodulator in der Hohlleiterstruktur 140 angeordnet ist, so kann die Massefläche 123 vorteilhaft zum Entkoppeln zweier unabhängiger Zweige des Reflexionsmodulators, einer auf der oberen Leiter- oder Trägerplatte 124.1 und einer auf der unteren Leiter- oder Trägerplatte 124.2, dienen. Vorzugsweise kommt bei einem Reflexionsmodulator ein Mehrlagensubstrat als Leiter- oder Trägerplatte zum Einsatz, wobei auf eine geeignete Dielektrizitätskonstante zu achten ist. Besonders als Substratmaterial geeignet ist LCP (LCP = liquid crystal polymer).
Vorzugsweise ist bei der Vorrichtung 100 bei allen Ausführungsformen die Massefläche 123 leitend mit den Vorsprüngen 131, 132 verbunden. Dies geschieht vorzugsweise durch seitliche Verbindungen mit dem Hohlleiter 140 in der Kurzschlussebene KE. Hierdurch sind die Leiterbahnen 121 und 122 für Gleichstrom und niederfrequente Signale mit der Massefläche 123, und zwar über die Vorsprünge 131, 132 und die äussere Bandleitung 110, verbunden, ohne dass ein Kurzschluss der hochfrequenten Messsignale entsteht. Dies kann sowohl dem Schutz von empfindlichen Schaltungsteilen (z. B. Schottky-Dioden) vor elektrostatischer Entladung als auch der eleganten Schaltsignalzuführung, z. B. für in einem Reflexionsmodulator eingesetzte PIN-Dioden, dienen.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung 100 bei allen Ausführungsformen mit ihrer Längsachse parallel zur Ausbreitungsrichtung der ebenen Wellenfront des Strahlers 10 angeordnet. In den 1, 2 und 5 ist eine solche Anordnung/Orientierung der Vorrichtung(en) 100 gezeigt.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 100 der Erfindung bei allen Ausführungsformen eine Hohlleiterstruktur 140, die als Rechteckhohlleiter ausgelegt ist. Der Rechteckhohlleiter hat eine Breite a (parallel zur z-Achse) und eine Höhe b (parallel zur y-Achse) und ist mit einer metallischen Berandung 141 versehen. Eine beispielhafte Berandung 141 ist in 2 in rechteckiger Form rein schematisch dargestellt. In den 34 bis 3H hat die Berandung 141 eine rechteckige Grundform. Sie ist jedoch mit abgerundeten Kanten ausgeführt.
Die Breite a ist rechts in 3D zu erkennen. Da für die Wellenausbreitung die leitfähige Innenwandung der Hohlleiterstruktur 140 relevant ist, ist die Breite a als lichte Innenweite definiert. Die Höhe b ist rechts in 3G zu erkennen. Da für die Wellenausbreitung die leitfähige Innenwandung der Hohlleiterstruktur 140 relevant ist, ist die Höhe b als lichte Innenhöhe definiert.
Die Berandung 141 kann bei allen Ausführungsformen auch als Gehäuse oder Umhüllung angesehen werden.
Vorzugsweise ist die Berandung 141 bei allen Ausführungsformen aus einem oberen Teil 141.1 und einem unteren Teil 141.2 zusammengesetzt, wie man z. B. In 3H gut erkennen kann.
Da die Vorrichtung 100 vorzugsweise bei allen Ausführungsformen spiegelsymmetrisch zu der ersten Spiegelebene SE1 ausgelegt ist, können der obere Teil 141.1 und der untere Teil 141.2 der Berandung 141 identisch ausgeführt sein, was den Fertigungsaufwand reduziert.
Vorzugsweise ist die Berandung 141 bei allen Ausführungsformen aus Metall gefertigt und wird hier als metallische Berandung 141 bezeichnet. Es kann aber auch ein anderes Material als Berandung 141 dienen, wobei dieses Material (Kunststoff oder Keramik) metallisch beschichtet, überzogen oder belegt ist. Eine solche Berandung 141 wird hier als metallisierte Berandung 141 bezeichnet.
Die metallische oder metallisierte Berandung 141 bildet mindestens im Inneren der Hohlleiterstruktur 140 eine metallisch geschlossene Innenfläche. Der Querschnitt des Hohlleiters wird über eine gewisse Mindestlänge entlang der x-Achse auf Querabmessungen a und b beschränkt, welche die Ausbreitung seiner TE-Grundwelle(n) im Betriebsfrequenzbereich verhindern. Dadurch wirkt der Hohleiter an der Verbindungsstelle mit der äußeren Bandleitung 110 (nämlich in der Ebene KE) als Hochfrequenz-Kurzschluss für deren TEM-Welle. Hierdurch entsteht auf der äußeren Bandleitung eine Stehwelle, welche eine effektive und breitbandige Einkopplung der empfangenen Messsignale in die innere Bandleitung 120 ermöglicht (die Stehwelle maximiert nämlich das durch die einfallende Welle induzierte elektrische Differenzfeld zwischen den Vorsprüngen 131 und 132. Die Empfindlichkeit der Sonde wird so erhöht.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 100 der Erfindung bei allen Ausführungsformen eine Hohlleiterstruktur 140, wie bereits erwähnt. Vorzugsweise erstreckt sich die Leiterstruktur 120 entlang der ersten Symmetrieebene SE1 in die Hohlleiterstruktur 140 hinein, wie man z. B. in den 2 und in 3G erkennen kann. Die Leiterstruktur 120 umfasst im Inneren der Hohlleiterstruktur 140 eine Massefläche 123, die zwischen der ersten Leiterbahn 121 und der zweiten Leiterbahn 122 liegt. In 3D ist die Massefläche 123 sichtbar. Sie liegt in der x-z Ebene.
Das hochfrequente Signal, das sich entlang der Leiterbahnen 121, 122 bzw. der Leiterbahnpaare 121, 122 und 126, 127 ausbreitet, wird vorzugsweise in einer direkt in den Hohlleiter 140 integrierten Hochfrequenzschaltung ausgewertet bzw. aufbereitet. Zu diesem Zweck kann die Leiterstruktur 120 im Inneren der Hohlleiterstruktur 140 als Detektorschaltung, Mischerschaltung (jeweils mit einer oder mehreren Schottky-Dioden) oder als Reflexionsmodulator mit einer oder mehreren PIN-Dioden ausgebildet sein. In 3D ist als Sinnbild einer solchen Schaltung ein Diodensymbol D1 gezeigt.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung 100 zum Zwecke der Antennenmessung eingesetzt. Um im gewünschten Frequenzbereich eingesetzt werden zu können, sollte die Vorrichtung 100 entsprechend dimensioniert und relativ zu dem Strahler 10 positioniert sein. Bei der Auslegung (Dimensionierung) geht man vorzugsweise von der Mittenfrequenz des betreffenden Betriebsbandes aus. Beim V-Band (50 GHz bis 75 GHz) würde man bei der Auslegung z. B. von einer Mittenfrequenz von 62,5 GHz ausgehen.
Wenn die Vorrichtung 100 in der Orientierung eingesetzt wird, wie in den Figuren gezeigt, dann liegen die Vorsprünge 131, 132 in der E-Ebene und die Rückwirkung auf den Strahler 10, respektive die Beeinflussung des Strahlungsfeldes ist vernachlässigbar, da die Eingangsreflexion sehr klein ist. Wenn man stattdessen die orthogonale Feldkomponente mit der Vorrichtung 100 messen will, dann kann man sie um 90 Grad um ihre Längsachse (verläuft parallel zur x-Achse) drehen.
Vor allem die Breite c (siehe 3E) und die Höhe d (siehe 3A) der eingangsseitigen Bandleiterstruktur 110 sind wichtige Grössen bei der Auslegung der Vorrichtung 100. Die Breite c ist parallel zur z-Achse und die Höhe d parallel zur y-Achse definiert. Vorzugsweise gilt die folgende Faustregel: c ≤ λ/4 und λ/10 ≤ d ≤ λ/3 und Abstand x1 < λ/3.
Der Abstand x1 ist als Abstand der Ebene E1 von der Kurzschlussebene KE definiert (siehe 3D und 3G). Der Abstand x1 ist eine kritische Grösse, die unter anderem von der Geometrie der Vorsprünge 131, 132 abhängt. Man kann den Abstand x1 zum Beispiel anhand von Vollwellen-Simulationen der 3D-Struktur ermitteln und optimieren.
Mit dem Vorgeben der Bedingung c ≤ λ/4 kann erreicht werden, dass die Öffnung des hohlleiterartigen Schirmgehäuses (Berandung 141 genannt) der planaren Schaltung in der H-Ebene des zu detektierenden Feldes so dimensioniert ist, dass dieses im Betriebsfrequenzbereich gerade komplett unterhalb der Cut-Off Frequenz der Hohlleiterstruktur 140 liegt.
Mit dem Vorgeben der Bedingung λ/10 ≤ d ≤ λ/3 kann erreicht werden, dass die Öffnung des hohlleiterartigen Schirmgehäuses (Berandung 141 genannt) der planaren Schaltung in der E-Ebene einen Kompromiss bildet zwischen

– möglichst geringer Rückstreuung bzw. Nahfeldbeeinflussung des zu testenden Strahlers 10 und
– möglichst hoher Empfindlichkeit (je höher d ist, desto besser) sowie breitbandiger Anpassung.

Im Folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel durch Angabe der verschiedenen Dimensionen genauer definiert.

Vorrichtung 100, die für den folgenden Frequenzbereich ausgelegt ist	50 GHz bis 75 GHz (V-Band)
Abstand \|x0\| der Vorrichtung 100 zum Strahler 10 (bezogen auf die Ebene E1)	< (3/2)λ
Abstand x1	< λ/3
Abstand x1–x2	≈ λ/5
c	= λ/4 (z. B.)
d	≈ λ/2 (z. B.)
Länge L1 (siehe Fig. 3A)	z. B. 12 mm
Breite außen a1 (siehe Fig. 3C)	z. B. 3 mm
Höhe außen b1 (siehe Fig. 3A)	z. B. 2 mm

x2 ist die Position der Zahnachse auf der x-Achse. Der Abstand zwischen der Ebene der Zahnachse ZE und der Ebene KE ist definiert durch: x1–x2 (siehe 3G). Die Aussendimensionen a1 und b1 sind bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung 100 kleiner als die Öffnung eines konventionellen V-Band Standardhohlleiters. Daher ist auch die Rückstreuung der Vorrichtung 100 viel kleiner.

Anhand der 5A–5E wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es wurde bereits erwähnt, dass die Vorrichtung 100 mehr als nur zwei Vorsprünge 131, 132 umfassen kann. In den 5A–5E ist eine Ausführungsform gezeigt, die insgesamt vier Vorsprünge 131, 132, 135, 136 umfasst, deren prinzipielle Anordnung und Orientierung in 5A gut zu erkennen ist. Der erste Vorsprung 131 und der zweite Vorsprung 132 sind spiegelsymmetrisch zu der zweiten Symmetrieebene SE2 angeordnet. Der dritte Vorsprung 135 und der vierte Vorsprung 136 sind spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene SE1 angeordnet. Die beiden Symmetrieebenen SE1 und SE2 stehen senkrecht aufeinander, wobei sich die Schnittgerade der beiden Symmetrieebenen SE1, SE2 zentral durch die Vorrichtung 100 hindurch erstreckt. Die Schnittgerade verläuft parallel zur x-Achse. In einer im Resultat gleichwertigen Betrachtungsweise ist diese Anordnung offensichtlich zusätzlich rotationssymmetrisch.
Die bisher gezeigten Ausführungsformen haben eine planare Leiterstruktur 120, die eine erste Leiterbahn 121 und eine zweite Leiterbahn 122 umfasst. Diese beiden Leiterbahnen 121, 122 liegen spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene SE1.
Die Ausführungsform der 5A–5E umfasst vier Leiterbahnen 121, 122, 126, 127, wie man andeutungsweise in 5A erkennen kann. Hier gelten die folgenden Aussagen:

– die beiden Leiterbahnen 121, 122 liegen spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene SE1, und
– die beiden Leiterbahnen 126, 127 liegen spiegelsymmetrisch zu der zweiten Symmetrieebene SE2, und
– die Leiterstruktur 120 umfasst eine mittig angeordnete Zylinderstruktur 128 (z. B. ein Hohlzylinder), der die Leiterbahnen 121, 122, 126, 127 trägt.

Alle Aussagen, die in Bezug auf die Form der Vorsprünge 131, 132 gemacht wurden, lassen sich auch auf die Form der zusätzlichen Vorsprünge 135, 136 übertragen.
Alle Aussagen, die in Bezug auf die elektrisch leitende Ausgestaltung der Vorsprünge 131, 132 und deren leitende Verbindung zwischen den Bandleitern 111, 112 und den Leiterbahnen 121, 122 gemacht wurden, lassen sich auch auf die elektrisch leitende Ausgestaltung der Vorsprünge 135, 136 sowie auf die leitende Verbindung zwischen den Bandleitern 114, 115 und den Leiterbahnen 126, 127 übertragen.
In 5B ist zu erkennen, dass die Apertur 113 hier eine quadratische Form hat (bei den bisherigen Ausführungsformen hat die Apertur 113 eine rechteckige Form). Die Apertur 113 ist in 5B als Hilfsebene eingezeichnet.
Die 5C zeigt unter anderem die abgerundeten Ecken und Kanten der Berandung 141 der Vorrichtung 100. In 5D ist zu erkennen, dass die Vorsprünge 131, 132, 135, 136 beispielsweise eine Kegelstumpfform mit einem ovalen Grundriss haben können. Im Schnitt der 5D ist auch die Leiterstruktur 120 geschnitten dargestellt. Die beiden Leiterbahnen 121, 122 sind als dicke schwarze Linien dargestellt.
Anhand der rückwärtigen Perspektivansicht der 5E kann man erkennen wie sich die Leiterstruktur 120, respektive die mittig angeordnete Zylinderstruktur 128 zentral parallel zur x-Achse erstreckt. Die Berandung 141 mündet hier in eine rückwärtige Ebene (die parallel zur ersten Ebene E1 liegt). Im Bereich der rückwärtigen Ebene kann eine (Rechteck-)Hohlleiterstruktur angesetzt werden (analog zu den Abbildungen der 3A–3H).
Bevorzugte Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Vorrichtungen 100 nebeneinander angeordnet sind, um einen Strahler 10 zeilen- oder spaltenweise abtasten zu können. In 6 ist schematisch eine Abtastvorrichtung 200 gezeigt, die zehn Vorrichtungen 100 umfasst, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Eine solche Abtastvorrichtung 200 kann z. B. zum Erfassen des Feldes einer Gruppenantenne 10 dienen. Die zehn Vorrichtungen 100 der Abtastvorrichtung 200 können beispielsweise über einen Multiplexer Mux eine nach der anderen angesprochen/angesteuert werden, um so die Strahlelemente der Gruppenantenne 10 messen zu können. Nachdem die Messung in einer Zeile der Gruppenantenne 10 vollendet ist, kann die gesamte Abtastvorrichtung 200 parallel zur y-Achse verlagert werden, um dann eine weitere Messreihe aufzunehmen, usw.
Die in 6 gezeigte Anordnung erlaubt die sequentielle oder auch gleichzeitige (z. B. im Frequenzmultiplex-Verfahren) elektronische Abtastung einer Gruppenantenne 10 parallel zur H-Ebene des von der Gruppenantenne abgestrahlten Wellenfeldes, d. h. die jeweilige Vorrichtung 100 empfängt die elektrische Feldkomponente senkrecht zur Abtastebene. Alternativ können die Vorrichtungen jeweils um 90° um ihre lokale x-Achse gedreht aufgereiht werden, wodurch eine elektronische Abtastung der Gruppenantenne 10 entlang der E-Ebene des abgestrahlten Wellenfeldes erfolgen kann.
Die in 6 gezeigte Abtastvorrichtung 200 soll lediglich als Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Anordnungen verstanden werden; es sind ebenso Anordnungen der Vorrichtungen 100 im gleichförmigen oder bewusst variierendem gegenseitigen Abstand, in geradliniger oder gekrümmter (i. A. bogenförmiger) Topologie möglich. Ungleichförmige gegenseitige Abstände können z. B. resultieren, wenn Vorrichtungen 100 gezielt an Stellen vor dem zu charakterisierenden Strahler angeordnet werden, welche mit bekanntermassen kritischen Abweichungen im Produktionsprozess gut korrelieren. Damit ist eine schnelle Rückmeldung an die Ablaufsteuerung des Fertigungsprozesses ohne grossen Rechenaufwand möglich. Eine gekrümmte bzw. bogenförmige Anordnung erlaubt die kombinierte elektronische und mechanische Abtastung des Gruppenantennen-Nahfeldes auf einer Zylinder- bzw. Kugeloberfläche. Dies erlaubt beispielsweise die Bestimmung der seitlichen und/oder rückwärtigen Abstrahlung der zu messenden Antenne.

Bevorzugte Ausführungsformen können aber auch mehrere Vorrichtungen umfassen, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind.

Strahler (z. B. Gruppenantenne)	10

Vorrichtung	100

eingangsseitige Bandleiterstruktur	110
erster Bandleiter	111
zweiter Bandleiter	112
Apertur	113
dritter Bandleiter	114
vierter Bandleiter	115

Leiterstruktur	120
erste Leiterbahn	121
erste Leiterbahn im Bereich des Hohlleiters	121.1
zweite Leiterbahn	122
zweite Leiterbahn im Bereich des Hohlleiters	122.1
Massefläche	123
Leiter- oder Trägerplatte	124
obere Leiter- oder Trägerplatte	124.1
untere Leiter- oder Trägerplatte	124.2
Element zur induktiven Koppelung	125
dritte Leiterbahn	126
vierte Leiterbahn	127
Zylinderstruktur	128

erster Vorsprung	131
zweiter Vorsprung	132
Metallkugel	133
Metallkugel	134
dritter Vorsprung	135
vierter Vorsprung	136

Hohlleiterstruktur	140
Berandung	141
Oberer Teil der Berandung	141.1
unterer Teil der Berandung	141.2

Abtastvorrichtung	200

Breite	a
Breite außen	a1
Höhe	b
Höhe außen	b1
Breite	c
Höhe	d
Diode	D1
erste Ebene	E1
Kurzschlussebene	KE
Länge	L1
erste Symmetrieebene	SE1
zweite Symmetrieebene	SE2
Längsachse	x
Abstand	x0
Abstand	x1
Position der Zahnachse	2
Koordinatensystem	x, y, z
Ebene	ZE

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2092595 [0012]
US 2010090779 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Wide Band Dual Polarized Probes for Near and Farfield Measurement Systems”, L. J. Foged et al., IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM AP-S 2008 [0011]
EUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION (EuCAP) 2011 unter dem Titel „Dual Polarized Probe for Wideband Planar Near Field Measurement Applications” [0012]
„Optimized Design of a Compact Probe for Accurate Near Field Measurements”, Abdelhamid Tayebi et al., IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 59, NO. 6, JUNE 2011, Seiten 2429–2433 [0013]
„Broadband Probe for Efficient Near Field Measurements”, Jung-Ick Moon et al., 2007, ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM, Conference Proceedings Seiten 1657–1660 [0014]
„High Resolution Probes for Near-Field Measurements of Reflectarray Antennas”, S. Dieter and W. Menzel, IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATON LETTERS Vol 8, 2009, Seiten 157 bis 160 [0015]

Claims

Vorrichtung (100), die zum Empfangen einer Welle ausgelegt ist, wobei die Vorrichtung (100) umfasst: • mindestens eine eingangsseitige Bandleiterstruktur (110) mit einem ersten Bandleiter (111), der sich auf einer Seite einer ersten Symmetrieebene (SE1) befindet und mit einem zweiten Bandleiter (112), der sich auf der gegenüberliegende Seite der ersten Symmetrieebene (SE1) befindet, wobei der erste Bandleiter (111) und der zweite Bandleiter (112) spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene (SE1) ausgelegt sind, • eine Leiterstruktur (120), die sich zwischen dem ersten Bandleiter (111) und dem zweiten Bandleiter (112) befindet und die mindestens eine erste Leiterbahn (121) und eine zweite Leiterbahn (122) umfasst, • einen ersten Vorsprung (131), der sich von dem ersten Bandleiter (111) in Richtung der ersten Leiterbahn (121) erstreckt, und einen zweiten Vorsprung (132), der sich von dem zweiten Bandleiter (112) in Richtung der zweiten Leiterbahn (122) erstreckt, wobei der erste Vorsprung (131) eine leitende Verbindung zwischen dem ersten Bandleiter (111) und der ersten Leiterbahn (121) und der zweite Vorsprung (132) eine leitende Verbindung zwischen dem zweiten Bandleiter (112) und der zweiten Leiterbahn (122) bereitstellt.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Leiterbahn (121) auf der einen Seite der ersten Symmetrieebene (SE1) und die eine zweite Leiterbahn (122) auf der gegenüberliegende Seite der ersten Symmetrieebene (SE1) befindet, wobei die erste Leiterbahn (121) und die zweite Leiterbahn (122) spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene (SE1) ausgelegt sind.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung (131) und der zweite Vorsprung (132) spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene (SE1) und spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Symmetrieebene (SE2) ausgelegt sind, wobei die zweite Symmetrieebene (SE2) senkrecht steht zu der ersten Symmetrieebene (SE1).
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung (131) zusammen mit dem zweiten Vorsprung (132) als Koppelelemente ausgelegt sind, um Feldenergie aus der Welle in eine leitungsgebundene Welle im Inneren der Vorrichtung (100) umwandeln zu können.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung (131) wie auch der zweite Vorsprung (132) in einer zugehörigen Schnittebene, die senkrecht auf der ersten Symmetrieebene (SE1) steht und parallel zu einer Hauptausbreitungsrichtung eines Strahlungsfeldes verläuft, eine konische oder kegelstumpfförmige Grundform hat.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung (131) wie auch der zweite Vorsprung (132) in einer zugehörigen Schnittebene, die parallel zu der ersten Symmetrieebene (SE1) liegt, eine runde oder ovale Grundform hat.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingangsseitige Bandleiterstruktur (110) einen dritten Bandleiter (114) und einen vierten Bandleiter (115) umfasst, wobei sich der dritte Bandleiter (114) auf einer Seite einer zweiten Symmetrieebene (SE2) befindet und sich der vierte Bandleiter (115) auf der gegenüberliegende Seite der zweiten Symmetrieebene (SE2) befindet.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leiterstruktur (120) mittig zwischen dem ersten Bandleiter (111), dem zweiten Bandleiter (112), dem dritten Bandleiter (114) und dem vierten Bandleiter (115) befindet und dass sie zusätzlich zu der ersten Leiterbahn (121) und der zweiten Leiterbahn (122) eine dritte Leiterbahn (126) und eine vierte Leiterbahn (127) umfasst, wobei sich diese Leiterbahnen (121, 122, 126, 127) entlang einer gemeinsamen Zylinderstruktur (128) erstrecken.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dritten Vorsprung (135) und einen vierten Vorsprung (136) umfasst, wobei der erste Vorsprung (131) und der zweite Vorsprung (132) spiegelsymmetrisch zu der zweiten Symmetrieebene (SE2) angeordnet sind, und wobei der dritte Vorsprung (135) und der vierte Vorsprung (136) spiegelsymmetrisch zu der ersten Symmetrieebene (SE1) angeordnet sind.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 7, 8, 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eingangsseitig eine Apertur (113) bildet, die in einer ersten Ebene (E1) liegt, die senkrecht zur ersten Symmetrieebene (SE1) steht, wobei die Bandleiterstruktur (110) im Bereich der Apertur (113) ein offenes Bandleitungsende bildet und wobei die Apertur (113) vorzugsweise eine Höhe (d), Breite (c) und Länge (x1–x2) hat, die kleiner ist als eine Wellenlänge der Welle.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Hohlleiterstruktur (140) umfasst, die sich in Ausbreitungsrichtung der Welle betrachtet an die Bandleiterstruktur (110) anschliesst, wobei die Hohlleiterstruktur (140) vorzugsweise als Rechteckhohlleiter ausgelegt ist.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (120) sich entlang der ersten Symmetrieebene (SE1) in die Hohlleiterstruktur (140) hinein erstreckt, wobei die Leiterstruktur (120) im Inneren der Hohlleiterstruktur (140) eine Massefläche (123) umfasst, die zwischen der ersten Leiterbahn (121) und der zweiten Leiterbahn (122) liegt.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandleiterstruktur (110) im Übergangsbereich zu der Hohlleiterstruktur (140) einen Kurzschluss primär für einen TEM-Mode der Welle bildet.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Bereich der Hohlleiterstruktur (140) • einen Modulator speist, wobei es sich vorzugsweise um einen Reflexionsmodulator handelt, oder • einen Mikrostreifenleiter speist, oder • eine Sende-/Empfangseinrichtung speist, oder • einen Mischer speist.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einem Gehäuse oder einer Struktur (141) umgeben ist, die abgerundete Kanten aufweist.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einem Gehäuse oder einer Struktur (141) umgeben ist, das/die sich in Richtung zur Strahlungsquelle hin verjüngt.
Abtastvorrichtung (200), die mehrere Vorrichtungen (100) nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9 umfasst.
Verwendung einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Nahfeldsonde im Bereich eines Strahlers (10), der eine sich ausbreitende Welle aussendet.
Die Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie Feldenergie aus der sich ausbreitenden Welle in eine leitungsgebundene Welle im Inneren der Vorrichtung (100) umwandelt.
Die Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Welle um Millimeterwellen handelt, wobei deren Frequenzbereich vorzugsweise zwischen 40 GHz und 150 GHz liegt.
Die Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Strahler (10) und der Vorrichtung (100) kleiner ist als Zwei-Drittel der Wellenlänge der sich ausbreitenden Welle.