DE1466725B1

DE1466725B1 - Device for measuring the complex transmission rate of an examination object arranged in a microwave measuring channel

Info

Publication number: DE1466725B1
Application number: DE19651466725
Authority: DE
Inventors: Wassilios Dipl-Ing Makios; Willi Walcher
Original assignee: INST PLASMAPHYSIK GmbH
Current assignee: INST PLASMAPHYSIK GmbH
Priority date: 1965-08-18
Filing date: 1965-08-18
Publication date: 1970-05-21

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des komplexen Übertragungsmaßes eines in einem Mikrowellen-Meßkanal angeordneten Untersuchungsobjektes, mit einem Mikrowellengenerator, dessen Ausgang über eine Hohlleitung und eine Verzweigung an einen Hohlleiter des Meßkanals und einen Hohlleiter eines Vergleichskanals angeschlossen ist, und einer mit den Ausgangssignalen des Meß- und Vergleichskanals gespeisten Detektoranordnung. The present invention relates to a device for measuring the complex transmission factor of an examination object arranged in a microwave measuring channel, with a microwave generator, the output of which is via a hollow pipe and a branch connected to a waveguide of the measuring channel and a waveguide of a reference channel is, and one fed with the output signals of the measurement and comparison channel Detector arrangement.

Bei einer bekannten Einrichtung der oben angegebenen Art, die für Messungen mit Mikrowellen im Zentimeter- oder Millimeter-Wellenlängengebiet bestimmt ist, enthält der Meßkanal eine Sende-Hornantenne und eine dieser gegenüber angeordnete Empfangs-Hornantenne, zwischen denen sich das Untersuchungsobjekt, z. B. ein Plasma, befindet. Die vom Detektor wahrgenommenen Amplituden- und Phasenänderungen, die das Mikrowellensignal im Meßkanal erfährt, werden angezeigt. In a known device of the type indicated above, which for Measurements with microwaves in the centimeter or millimeter wavelength range determined is, the measuring channel contains a transmitting horn antenna and one opposite to it Receiving horn antenna, between which the examination object, z. B. a plasma, is located. The amplitude and phase changes perceived by the detector, the the microwave signal experiences in the measuring channel are displayed.

Die oben erwähnte bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß der durch die Mikrowellenstrahlung erfaßte Bereich des zwischen den beiden Hornantennen im Meßkanal angeordneten Untersuchungsobjektes relativ groß und schlecht definiert ist, da die Energie mit Hornantennen nur in einen Bereich in der Größenordnung von einigen Wellenlängen gebündelt werden kann. Untersuchungen an kleinen Meß objekten, wie z. B. Stoßwellenrohren, oder Feinstrukturuntersuchungen sind daher mit der bekannten Einrichtung nicht möglich. The above-mentioned known device has the disadvantage that the The area between the two horn antennas covered by the microwave radiation The examination object arranged in the measuring channel is relatively large and poorly defined is because the energy with horn antennas is only in a range of the order of can be bundled at some wavelengths. Investigations on small objects to be measured, such as B. shock wave tubes, or fine structure examinations are therefore with the known Setup not possible.

Durch die vorliegende Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden. This disadvantage is to be eliminated by the present invention.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der obengenannten Art dadurch gelöst, daß der Hohlleiter des Meßkanals über eine Wellenleitung, die aus zwei in einer Ebene liegenden streifenförmigen Leitern gebildet ist, die sich in Richtung auf das Untersuchungsobjekt hin verjüngen, an eine Paralleldrahtleitung angekoppelt ist, die das Untersuchungsobjekt durchquert- oder einschließt. This object is achieved according to the invention in a device of Above type solved in that the waveguide of the measuring channel via a waveguide, which is formed from two strip-shaped conductors lying in one plane, the taper in the direction of the examination subject, to a parallel wire line is coupled, which traverses or includes the examination object.

Erwähnt sei in diesem Zusammenhang, daß auch bereits eine Anordnung zur Feuchtemessung an festen Materialien bekannt ist, die einen Mikrowellengenerator enthält, an dessen Ausgang ein Antennenhorn angeschlossen ist. Das Antennenhorn ist mit einer Oberflächenwellenführung gekoppelt, nämlich einem Draht oder Stab, die die vom Antennenhorn abgestrahlte Mikrowellenenergie in Form von Oberflächenwellen ständig, d. h. vor allem auch während ihres Einwirkens auf das zu untersuchende Material, führt. Mit zwei Punkten längs der Oberflächenwellenführung sind zwei Eingangsleitungen für eine Detektor- und Anzeigeschaltung gekoppelt. Diesem Stand der Technik liegt eine ganz andere Aufgabe zugrunde als der vorliegenden Erfindung, und die Oberflächenwellenführung gewährleistet auch nicht die exakte Begrenzung des Meßbereiches wie die beim Gegenstand der Erfindung verwendete Paralleldrahtleitung. In this context it should be mentioned that there is already an order for moisture measurement on solid materials is known that a microwave generator contains, at the output of which an antenna horn is connected. The antenna horn is coupled to a surface wave guide, namely a wire or rod, the microwave energy radiated by the antenna horn in the form of surface waves constantly, d. H. especially during their action on the subject to be examined Material, leads. With two points along the surface wave guide there are two input lines coupled for a detector and display circuit. This prior art lies a completely different object than the present invention, and surface wave guidance also does not guarantee the exact limitation of the measuring range as that for the object parallel wire line used in the invention.

Ein weiterer Nachteil der eingangs erwähnten bekannten Einrichtung beruht auf der Tatsache, daß insbesondere im Millimeter-Wellenlängengebiet keine Koppler oder Leitungsverzweigungen zur Verfügung stehen, die eine einstellbare Aufteilung der vom Mikrowellengenerator gelieferten Leistung auf den Meßkanal und den Vergleichskanal ermöglichen und gleichzeitig nur geringe Einsatzverluste haben. Dieser Mangel fällt insbesondere bei sehr kurzen Wellen- längen, also im Millimeter-Wellenlängengebiet, sehr ins Gewicht, da in diesem Wellenlängengebiet nur Generatoren relativ kleiner Ausgangsleistung zur Verfügung stehen und es andererseits für eine einwandfreie Verarbeitung (Mischung) der Ausgangssignale des Meß- und Vergleichskanals wichtig ist, daß diese Ausgangssignale ein bestimmtes Amplitudenverhältnis haben. Another disadvantage of the known device mentioned at the beginning is based on the fact that especially in the millimeter wavelength range none Couplers or line branches are available that have an adjustable division the power supplied by the microwave generator to the measuring channel and the comparison channel enable and at the same time have only low losses. This deficiency is falling especially with very short waves lengths, i.e. in the millimeter wavelength range, very important, since in this wavelength range only generators are relatively smaller Output power are available and on the other hand it is flawless Processing (mixing) the output signals of the measurement and comparison channel is important is that these output signals have a certain amplitude ratio.

Diesen Nachteil beseitigt eine als weitere Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene einstellbare Leitungsverzweigung zwischen dem Mikrowellen-Generator einerseits und Meß- und Vergleichskanal andererseits, welche Verzweigung zwei mit einer Wand aneinander angrenzende Hohlleiterstücke und einen leitenden Stab umfaßt, der die aneinander angrenzenden Wandteile der beiden Hohlleiter mit möglichst geringem Spiel, jedoch isoliert, durchsetzt, ein gewisses einstellbares Stück in den einen Hohlleiter hineinreicht, den anderen Hohlleiter ganz durchsetzt und durch dessen dem einen Hohlleiter gegenüberliegende Wand, mit der der Stab Kontakt macht, nach außen geführt ist. Another embodiment of the invention eliminates this disadvantage provided adjustable line branching between the microwave generator on the one hand and measuring and comparison channel on the other hand, which branch two with a wall comprises adjoining waveguide pieces and a conductive rod, of the adjoining wall parts of the two waveguides with as little as possible Game, but isolated, interspersed, a certain adjustable piece in one Waveguide extends in, the other waveguide completely penetrated and through its the wall opposite a waveguide with which the rod makes contact is led outside.

Vorzugsweise ist zumindest der Teil des Stabes, der mit den aneinander angrenzenden Wandteilen der beiden Hohlleiterstücke in Berührung kommen kann, mit einem isolierenden Lack überzogen. Preferably, at least that part of the rod is with the one on the other adjacent wall parts of the two waveguide pieces can come into contact with covered with an insulating varnish.

Das nach außen geführte Teil des Stabes ist vorzugsweise mit einer Einstellvorrichtung, z. B. Mikrometerschraube, versehen. Diese Einstellvorrichtung besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Werkstoff oder ist gegen den Stab isoliert. The outwardly guided part of the rod is preferably with a Adjusting device, e.g. B. micrometer screw provided. This adjuster consists preferably of an insulating material or is insulated from the rod.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Schnittansicht einer Hohlleiter-Verzweigung mit einstellbarem Teilerverhältnis, F i g. 3 eine vergrößerte Teilansicht in der Schnittebene der Fig. 2, F i g. 4 ein Horizontalschnitt des das Meßobjekt aufnehmenden Teiles der Wellenleiteranordnung des Meßkanals der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung und Fig. 5 eine Schnittansicht in einer Ebene 5-5 der Fig. 4. The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail in connection with the drawing. It shows F i g. 1 a circuit diagram a device according to the invention, FIG. 2 is a sectional view of a waveguide branch with adjustable division ratio, FIG. 3 is an enlarged partial view in FIG Section plane of Fig. 2, F i g. 4 a horizontal section of the receiving the measurement object Part of the waveguide arrangement of the measuring channel in FIG. 1 shown device and FIG. 5 shows a sectional view in a plane 5-5 of FIG. 4.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung wird durch einen Mikrowellen-Generator 10 gespeist, der beispielsweise ein Klystron enthalten kann. Der Ausgang des Generators 10 ist über einen Hohlleiter, z. B. einen Rechteckhohlleiter 12 mit einer Verzweigung 14 verbunden, die in den Fig. 2 und 3 noch genauer dargestellt ist. Die Mikrowellenleistung wird durch die Verzweigung 14 auf einen Meßkanal 15 und einen Vergleichskanal 16 aufgeteilt, deren Enden über eine zweite Verzweigung 18 an eine Detektor-und Wiedergabeeinrichtung 20 angeschlossen sind, die in bekannter Weise ausgebildet sein kann und beispielsweise eine Mischdiode und eine Kathodenstrahlröhre umfaßt. The in F i g. 1 device shown is by a microwave generator 10 fed, which may contain a klystron, for example. The output of the generator 10 is via a waveguide, for. B. a rectangular waveguide 12 with a branch 14 connected, which is shown in more detail in Figs. The microwave power is through the branch 14 to a measuring channel 15 and a comparison channel 16 divided, the ends of which via a second branch 18 to a detector and display device 20 are connected, which can be formed in a known manner and, for example comprises a mixer diode and a cathode ray tube.

Der Hohlleiter des Meßkanals 15 ist durch eine ein Meßobjekt 22, z. B. ein Stoßwellenrohr, durchquerende Lecherleitung 24 unterbrochen, mit der er über eine in den Fig.4 und 5 noch genauer dargestellte Anordnung gekoppelt ist. The waveguide of the measuring channel 15 is through a measuring object 22, z. B. a shock wave tube, traversing Lecher line 24 interrupted, with which he is coupled via an arrangement shown in more detail in FIGS.

Der Vergleichskanal 16 enthält vorzugsweise noch einen verstellbaren Phasenschieber26; das bei den bekannten Mikrowellen-Interferometern im Vergleichskanal enthaltene Dämpfungsglied kann hier entfallen, da die Verzweigung 14 einstellbar ist. The comparison channel 16 preferably also contains an adjustable one Phase shifter 26; this is the case with the known microwave interferometers in the reference channel included Attenuator can be omitted here, since the branch 14 is adjustable.

Die einstellbare Verzweigung gemäß der Erfindung ist in den F i g. 2 und 3 genauer dargestellt. Der vom Generator 10 zur Lecherleitung 24 führende Hohlleiter kreuzt sich am Ort der Verzweigung mit einem Hohlleiter 28 des Vergleichskanals 16. Die beiden Hohlleiter 12, 28 können an der Kreuzungsstelle mit ihren Wänden 30, 32 aufeinandergepreßt oder fest miteinander verbunden (verlötet) sein. The adjustable branch according to the invention is shown in FIGS. 2 and 3 shown in more detail. The one leading from the generator 10 to the Lecher line 24 Waveguide intersects at the point of branching with a waveguide 28 of the comparison channel 16. The two waveguides 12, 28 can at the intersection with their walls 30, 32 pressed together or firmly connected (soldered) to one another.

Die Wände 30, 32 sind mit sich deckenden Bohrungen 34 versehen, die mit einer weiteren Bohrung 36 in der der Wand 32 gegenüberliegenden Wand des Hohlleiters 28 fluchtet. In den Bohrungen ist ein mindestens an der Oberfläche aus leitendem Material bestehender Stab 38 angeordnet, der den Hohlleiter 28 durchquert und ein gewisses, einstellbares Stück in den Hohlleiter 12 hineinreicht. Der Stab 38 ist gegen die Wände der Bohrungen 34 isoliert, z. B. durch eine Lackschicht 40. Mit den Wänden der Bohrung 36 macht der Stab 38 möglichst guten Kontakt. Das aus dem Hohlleiter 28 herausreichende Ende des Stabes ist mit einer Verstellvorrichtung 42 verbunden, die den Stab in seiner Achsrichtung zu verstellen gestattet. Der Betrag der vom Hohlleiter 12 in den Hohlleiter 28 eingekoppelten Mikrowellenleistung hängt von der Eintauchtiefe des Stabes 38 in den Hohlleiter 12 ab und läßt sich mit der Einstellvorrichtung 42 bequem einstellen. The walls 30, 32 are provided with congruent bores 34 which with a further bore 36 in the wall of the waveguide opposite the wall 32 28 aligns. In the bores, at least one surface is made of conductive material Material existing rod 38 arranged, which traverses the waveguide 28 and a A certain adjustable piece extends into the waveguide 12. The rod 38 is isolated against the walls of the bores 34, e.g. B. by a layer of lacquer 40. With The rod 38 makes the best possible contact with the walls of the bore 36. That from the Waveguide 28 reaching out end of the rod is with an adjustment device 42 connected, which allows the rod to be adjusted in its axial direction. The amount the microwave power coupled into the waveguide 28 from the waveguide 12 depends of the immersion depth of the rod 38 in the waveguide 12 and can be with the Adjust adjustment device 42 conveniently.

Das dem Vergleichskanal abgewandte Ende 33 des Hohlleiters 28 ist vorzugsweise mit einem nicht dargestellten, abstimmbaren Kurzschlußschieber versehen, was durch das Symbol 46 versinnbildlicht ist. The end 33 of the waveguide 28 facing away from the comparison channel is preferably provided with a tunable short-circuit slide, not shown, what is symbolized by the symbol 46.

Die Verzweigung 18 ist ein gewöhnlicher Richtkoppler.The branch 18 is an ordinary directional coupler.

Das dem Generator 10 abgewandte Ende des Hohlleiters 12 ist, wie die F i g. 4 und 5 zeigen, über eine sogenannte Fin- oder Flossenleitung 48, 50 mit der Lecherleitung 24 gekoppelt. Die Leitung 48, 50 besteht aus zwei in einer Ebene im Abstand nebeneinander angeordneten streifenförmigen Leitern, die sich in Richtung auf das Untersuchungsobjekt hin verjüngen, so daß ein stoßfreier Übergang zwischen der Leitung 48, 50 und dem Hohlleiter 12 einerseits und der Lecherleitung 24 andererseits gewährleistet ist. The end of the waveguide 12 facing away from the generator 10 is, like the F i g. 4 and 5 show a so-called fin line 48, 50 coupled to the Lecher line 24. The line 48, 50 consists of two in one Level, strip-shaped ladders arranged next to one another and extending in Taper towards the object to be examined, so that a smooth transition between the line 48, 50 and the waveguide 12 on the one hand and the Lecher line 24 on the other hand is guaranteed.

Bei einer Lecherleitung ist das Feld bekanntlich überwiegend auf den Bereich zwischen den beiden Leitern konzentriert. Da der Abstand der beiden Leiter einer Lecherleitung kleiner als die Wellenlänge (z. B. die Hälfte) sein kann, läßt sich das Feld auf einen im Vergleich zu den bisher verwendeten Hornantennen kleinen Bereich konzentrieren und damit eine außergewöhnlich hohe Raumauflösung erreichen. In the case of a Lecher line, the field is known to be predominantly open the area between the two ladders is concentrated. Because the distance between the two The conductor of a Lecher line can be smaller than the wavelength (e.g. half), the field can be compared to the horn antennas used up to now Concentrate a small area and thus an exceptionally high spatial resolution reach.

Das in Fig. 4 nicht dargestellte rechte Ende der Lecherleitung 24 kann mit einer entsprechenden Kopplungsanordnung mit einem zur Verzweigung 18 führenden Rechteckhohlleiter52 (Fig. 1) gekoppelt sein. The right end of the Lecher line 24, not shown in FIG. 4 can with a corresponding coupling arrangement with a leading to branch 18 Rectangular waveguide 52 (Fig. 1) be coupled.

Die oben beschriebene Verzweigung läßt sich als Koppler mit veränderlichem Teilerverhältnis auch bei anderen Mikrowellen-Einrichtungen verwenden. Der Durchmesser des Stabes 38 kann bei einem Vier-Millimeter-Interferometer beispielsweise 0,2 mm betragen. Der Durchmesser der Bohrungen 34 kann etwa 0,1 mm größer sein als der Durchmesser des Stabes 38. The branch described above can be used as a coupler with variable Use the divider ratio for other microwave devices as well. The diameter of the rod 38 can be, for example, 0.2 mm in the case of a four-millimeter interferometer be. The diameter of the bores 34 can be about 0.1 mm larger than that Diameter of the rod 38.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the complex transfer rate an examination subject arranged in a microwave measuring channel, with a Microwave generator, its output via a hollow pipe and a branch connected to a waveguide of the measuring channel and a waveguide of a reference channel is, and one fed with the output signals of the measurement and comparison channel Detector arrangement, characterized in that the waveguide (12) of the measuring channel (15) via a waveguide consisting of two strip-shaped lines lying in one plane Ladders (48, 50) are formed, which extend in the direction of the examination subject (22) taper towards, is coupled to a parallel wire line (24), which is the object to be examined (22) traverses or includes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the between the microwave generator (10) on the one hand and measuring and comparison channel (15 or 16) on the other hand, switched-on branch (14) two with a wall next to each other Adjacent waveguide pieces and a conductive rod comprises the one another adjoining wall parts of the two waveguides with as little play as possible, however interspersed in isolation, a certain, adjustable piece into which a waveguide extends, completely penetrates the other waveguide and by its opposite one of the waveguides Wall with which the rod (38) makes contact, is guided to the outside.

3. Device according to claim 2, characterized in that at least that part of the rod (38) which is connected to the adjacent wall parts of the two Hollow conductor pieces (12, 28) can come into contact with an insulating varnish (40) is coated.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the outwardly guided part of the rod (38) with an adjustment device, e.g. B. Micrometer screw (42).

5. Device according to claim 4, characterized in that the adjusting device consists of an insulating material or is insulated from the rod.