DE1466725C - Einrichtung zur Messung des komplexen Ubertragungsmaßes eines in einem Mikrowel len Meßkanal angeordneten Untersuchungs Objektes - Google Patents

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.

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.

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 Meßobjekten, wie z. B. Stoßwellenrohren, oder Feinstrukturuntersuchungen sind daher mit der bekannten Einrichtung nicht möglich.

Durch die vorliegende Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden.

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 Unter- 4» suchungsobjekt durchquert oder einschließt.

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.

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 Wellenlängen, 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.

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.

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.

Das nach außen geführte Teil des Stabes ist vorzugsweise mit einer Einstellvorrichtung, ζ. Β. Mikrometerschraube, versehen. Diese Einstellvorrichtung besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Werkstoff oder ist gegen den Stab isoliert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 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 F i g. 2,

F i g. 4 ein Horizontalschnitt des das Meßobjekt aufnehmenden Teiles der Weilenleiteranordnung des Meßkanals der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung und

F i g. 5 eine Schnittansicht in einer Ebene 5-5 der Fig. 4.

Die in Fig. 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 F i g. 2 und 3 noch genauer dargestellt ist. Die Mikrowellenleistung wird durch die Verzweigung 14 auf einen Meßkanal 15 und einen Vergleichskanal 16 aufgeteilt, dererFEnden 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.

Der Hohlleiter des Meßkanals 15 ist durch eine ein Meßobjekt 22, ζ. B. ein Stoßwellenrohr, durchquerende Lecherleitung 24 unterbrochen, mit der er über eine in den F i g. 4 und 5 noch genauer dargestellte Anordnung gekoppelt ist.

Der Vergleichskanal 16 enthält vorzugsweise noch einen verstellbaren Phasenschieber 26; das bei den bekannten Mikrowellen-Interferometera im Ver-

gleichskanal. enthaltene Dämpfungsglied kann hier entfallen, da die Verzweigung 14 einstellbar ist.

Die einstellbare Verzweigung gemäß der Erfindung ist in den F i g. 2 und 3 genauer dargestellt. Der vom Generator IO 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.

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 Bohrungen34 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.

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. Die Verzweigung 18 ist ein gewöhnlicher Richtkoppler.

Das dem Generator 10 abgewandte Ende des Hohlleiters 12 ist, wie die Fi 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.

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 and damit eine außergewöhnlich hohe Raumauflösung erreichen.

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.

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.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (12) des Meßkanals (15) über eine Wellenleitung, die aus zwei in einer Ebene liegenden streifenförmigen Leitern (48, 50) gebildet ist, die sich in Richtung auf das Untersuchungsobjekt (22) hin verjüngen, an eine Paralleldrahtleitung (24) angekoppelt ist, die das Untersuchungsobjekt (22) durchquert oder einschließt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Mikrowellen-Generator (10) einerseits und Meß- und Vergleichskanal (15 bzw. 16) andererseits eingeschaltete Verzweigung (14) 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 (38) Kontakt macht, nach außen geführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Teil des Stabes (38), der mit den aneinander angrenzenden Wandteilen der beiden Hohlleiterstücke (12,28) in Berührung kommen kann, mit einem isolierenden Lack (40) überzogen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nach außen geführte Teil des Stabes (38) mit einer Einstellvorrichtung, z. B. Mikrometerschraube (42), versehenist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung aus einem isolierenden Werkstoff besteht oder gegen den Stab isoliert ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen