DE2227106A1

DE2227106A1 - Mikrowellenueberwachungsgeraet

Info

Publication number: DE2227106A1
Application number: DE2227106A
Authority: DE
Inventors: Jun Bach; Reed Eric Holaday; Leonard Stanley Smith
Original assignee: Holaday Industries Inc
Current assignee: Rantec Holdings Inc
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-06-03
Publication date: 1973-03-08
Also published as: US3760271A; JPS5512990B1

Description

"Mikrowellenüberwachungsgerät"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Nachweis und zum Messen der Mikrowellenenergiedichte. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Überwachungsmeßgerät, welches zur Messung der Nahfeld-Mikrowellenenergiedichte niedriger Pegel, wie sie beispielsweise an Leckstellen bei Mikrowellenöfen oder Diathermiegeräten auftreten.

Mikrowellenenergie wird bei zahlreichen industriellen Anwendungen und von Verbrauchern häufig als Energiequelle benutzt. Industrielle Schätzungen deuten daraufhin, daß die Zahl der benutzten Mikrowelleneinrichtungen im nächsten Jahrzehnt beachtlich ansteigt, insbesondere die Zahl der Mikrowellenöfen in Gasthäusern oder für den Hausgebrauch. Alle Mikrowelleneinrichtungen werden im wesentlichen innerhalb eines vollständig abgeschirmten Gehäuses ohne Zugang betrieben, während die Mikrowellenquelle Energie erzeugt.

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Es Existieren jedoch immer einige Mikrowellen-Leckstellen, durch welche die Mikrowellen aus dem Gerät nach außen treten. Wegen der biologischen Gefahren derartiger Mikrowellen-Leckstellen ist ein Nachweis und eine quantitative Messung der Mikrowellenenergie- bzw. Leistungsdichte der unmittelbaren Umgebung der laufenden Mikrowelleneinrichtung notwendig.

Es gibt zwei Arten von Instrumenten zum Nachweis von Mikrowellen-Leckstellen, Laborgeräte, welche sehr kompliziert und für Experimentierzwecke bestimmt sind, und Überwachungsgeräte, welche tragbar, relativ einfach und preiswert und dazu bestimmt sind, Mikrowellen-Leckstrahlung niedriger Pegel unter Betriebsbedingungen zu messen. Weiterhin können die Methoden zum Nachweis in thermische und elektrische Methoden unterteilt werden.

Thermische Detektoren verwenden im Prinzip eine meßbare elektrische oder physikalische Veränderung eines thermisch empfindlichen Elements, welche durch das Ausbreiten des HF-Feldes verursacht wird, übliche Mittel zum Messen dieser elektrischen oder physikalischen Änderung werden dann verwendet und in Mikrowellenenergie- bzw. Leistungsdichte kalibriert, um die Energie- bzw. Leistungsdichte unmittelbar anzuzeigen. Thermische Nachweismethoden haben den allgemeinen Nachteil, von der Umgebungstemperatur abhängig zu sein und relativ aufwendige und komplizierte Kompensationsschaltungen zu benötigen. Bekannte Mikrowellen-Leckstrahlen-Nachweisgeräte mit elektrischen Mitteln (direkte Umwandlung elektrischer Energie) beruhen auf der Grundlage einer Halbleiterdiode (Gleichrichter). Die nachgewiesene HF-Leistung erzeugt einen HF-Wechselstrom. Die Diode wandelt diesen Strom in einen Gleichstrom um, der dann mit Hilfe üblicher Schaltung geraessen werden kann. Diese bekannten Einrichtungen verwenden im allgemeinen eine Diode/Dipol-Antennen-Konstruktion oder überkreuzte Dioden/Dinole.

Die bekannten Nachweissysteme bringen zusätzliche Nachteile

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mit sich, da sogar HP-Signale mittlerer Stärke stark geschwächt werden müssen, bevor sie den Detektor erreichen, um diesen nicht zu überlasten; eine derartige Schwächungsschaltung ist oft ziemlich kompliziert und kann zu quantitativen Ungenauigkeiten führen; darüberhinaus macht die Ver- · wendung einer Dipolantenne, Schlitzstrahlern oder - antennen die Einrichtung relativ empfindlich für Feldpolarisation und schließen im allgemeinen eine genaue Messung komplexer Mikrowellenfelder aus.

Vor der Verabschiedung der "Regulations for Administration and Enforcement of Radiation Control for Health and Safety Act of 1968", Title i42 Public Health -Chapter I, Subchapter F, Part 78" war jedoch die Notwendigkeit für genaue Nahfeldmessungen und die Anzeige solcher komplexer Mikrowellenfelder nicht akut. Die wirkungsvolleren unter den bekannten Einrichtungen beruhten auf Antennenelementen einer bestimmten Ausbildung, auch üblichen Kurzdipolelementen, um die sich ausbreitende einfallende HF-Welle in HF-Ströme umzuwandeln; diese Ströme wurden "nachgewiesen" und der Ausgang des Detektors wurde dann gegen einen nach Feldenergiedichte kalibrierten Standard gemessen.

Die Verwendung von Antennenelementen als Teil einer Überwachungssonde bringt eine Anzahl von Problemen mit sich, die allgemein bei Antennen auftreten-P.ückstrahlung und sich ergebende Feldstörung, ein hohes Maß an Richtungsempfindlichkeit, Polarisationsprobleme und die Probleme optimaler Gestaltung und Ausbildung.

Auch die wirkungsvolleren unter den bekannten Einrichtungen zum Nachweis von Mikrowellenenergie- bzw. Leistungsdichte in. Nahfeldbereichen sind aus einer Vielzahl anderer Gründe sehr unbefriedigend. Zunächst die Herstellungskosten: Instrumente besserer Ausführung sind relativ teuer und entsprechen . somit nicht dem Bedürfnis,eine preiswerte Einrichtung für die Routinebetreuung von Mikrowellenanlagen zur Verfügung zu stellen. Die Genauigkeit: Bekannte Einrichtungen haben nachge-

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wiesenermaßen Genauigkeiten in der Größenordnung von - 25 %, auch in üblicherweise verwendeten Bereichen. Das Driften: Einrichtungen mit einem thermischen Detektor haben üblicherweise eine erhebliche Drift. Die Überlastungsempfindlichkeit: Viele Einrichtungen mit einem thermischen Detektor unterliegen bereits bei mittleren Überlastungen einem Sondenausfall oder irreversiblen Genauigkeitsverlusten. Die Reparaturfähigkeit: Die komplexen Schaltungen bekannter Einrichtungen erfordern eine Kalibrierung in der Werkstatt und schließen eine Wartung oder Reparatur am Betriebsort oder durch einen Wartungsdienst aus. Die eigene Kontinuitätsprüfung: Bekannte Einrichtungen sehen im allgemeinen keine passende innere Meßvorrichtung oder Sonde zum überprüfen der Betriebsfähigkeit vor; Sonde und Meßgerät werden im wesentlichen nur auf der Basis elektrischer Durchgängigkeit geprüft, nicht jedoch auf der Basis funktioneller oder betriebsmäßiger Unversehrtheit.

Es ist daher Ziel der Erfindung, die Schaffung eines verbesserten Mikrowellenüberwachungsmeßgerätes, welches die oben erwähnten und andere Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Insbesondere ist Ziel der Erfindung die Schaffung eines Mikrowellenüberwachungsmeßgerätes, welches die Antennen-, Schwächungs- und Detektorfunktionen in einem einzigen einfachen Aufbau kombiniert, ohne irgendwelche gesonderte Antennenelemente, und welches die quatitative Messung der Mikrowellenfeldenergie- bzw. Leistungsdichte im wesentlichen unabhängig von der Umgebungstemperatur, frei von störender Null-Drift, mit erhöhter Genauigkeit in den verwendeten Bereichen, ohne die Notwendigkeit komplexer Signalschwächungs-Schaltung, mit erhöhter Unempfindlichkeit gegen Peldnolarisation und mit der Fähigkeit genauer Aufsummierung und Anzeige der sich ergebenden Energie- bzw. Leistungsdichte komplexer Mikrowellennahfelder zuläßt und welches Mikrowellenfeldern ausgesetzt werden kann, die um das Mehrfache größer als der angegebene obere Instrumentenbereich sind, ohne "durchzubrennen".

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Das erfindungsgemäße Mikrowellenüberwachungsmeßgerät ist eine Einrichtung zur Anzeige der Mikrowellenenergiebzw. Leistungsdichte niedriger Pegel. Es ist zum Nachweis von Mikrowellen-Leckstrahlung bestimmt, welche aus Mikrowellenöfen, Diathermiegeräten usw. austritt, die oberhalb der gegenwärtig von dem Department of Health, Education ." and Weifare gesetzten Standards liegen kann. Es ist kalibriert in Energie- bzw. Leistungsdichte-Einheiten. Eine Erörterung der Kalibrierungstechnik kann der Health, Education and Weifare Department-Veröffentlichung "Near Field Instrumentation" (BRH/DEP 70-16 vom Juli 1970) entnommen werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält: Eine Sonde, in der eine radiale Anordnung von Halbleiterdioden, welche parallelgeschaltet sind, als Antenne (.in dem es einen HP-Strom durch Wechselwirkung mit dem sich ausbreitenden HP-Feld erzeugt), als Schwächungsglied und als Detektor (in dem es den HF-Strom in einen Gleichstrom umwandelt) wirkt, sowie eine Anzeigeeinrichtung. In dem Nahfeldbereich spricht die Sonde auf die elektrische Feldkomponente der Mikrowellenenergie im wesentlichen unabhängig von der Polarisation des Feldes an und bewirkt eine minimale Störung des Feldes, wenn sie bis zu 5 cm an die Quelle herangeführt ist. Die Sonde ist im wesentlichen unbeeinflußt von der Bedienungsperson, wenn sie mit der Hand gehalten wird. Die verwendete Nachweiseinrichtung macht das Gerät weniger anfällig für Überlastungsschäden als bekannte Einrichtungen.

Die Anzeigeeinrichtung enthält einen Polgefunktionsschalter, eine Verstärkungs- und Integrationseinrichtung sowie einen geeignet kalibrierten Messer. Die Schaltfolge sieht eine automatische Prüfung sowohl der Batterien als auch der Detektorsonde vor jeder Benutzung vor.

Die obenstehende kurze Beschreibung sowie weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ergänzt durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

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anhand der beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Pig. 1 eine Querschnittsansicht einer Detektorsonde nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht (vom Detektorende her gesehen), v/eiche die Radialanordnung der Dioden der Detektorsonde entlang der Linie 2-2 von Pig* I veranschaulicht, und

Pig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Version der elektrischen Schaltung nach der vorliegenden Erfindung mit einer Anzeigeeinrichtung, ' wie sie bei der Messung des erzeugten (ileichstromes \on der Detektorsondenausführung nach Fig. 1 oder einer anderen Ausführungsform der Detektorsonde des Mikrowellenüberwachungsmeßgerätes verwendet werden kann.

Die Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Sondenanordnung. Sie veranschaulicht eine Empfänger-, Schwächungs- und Detektor-Ausführung nach der vorliegenden Erfindung: Eine RadialanÖrdnung von acht Dioden 11a bis 11h (beispielsweise nicht lineare, epitaxiale, planare, passivierte Dioden mit Heißträgerelektrode (hot carrier), .wie sie von Hewlett-Packard hergestellt werden!) ist auf einer Schaltungstafel 12 angeordnet, so daß jede Diode im wesentlichen eine Speiche eines Rades bildet, wobei die Kathodenleitung jeder Diode elektrisch mit einer Zuleitung eines Widerstandes I¹Ii verbunden ist, welcher rechtwinklig zur Ebene der Diodenanordnung liegt. Die andere Zuleitung des Widerstandes I¹Ii ist mit einem festen metallischen Mittelleiter 16 verbunden. Jede Anodenleitung jeder Diode ist mit einer Zuleitung jedes der acht Widerstände I¹Ia bis I¹Ih verbunden, welche in rechten Winkeln zu der Ebene der Diodenanordnung und parallel zu dem Widerstand I¹Ii liegen. Die gegenüberliegenden Leitungen der acht Widerstände I¹Ia bis I¹Ih stoßen elektrisch durch eine elektrische Verbindung jedes der Widerstände mit einer GrundDlatte aneinander, welche aus einer

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metallischen Platte 15 besteht, die an einer zweiten Schaltungstafel 13 .befestigt und von dem Mittelleiter 16 isoliert ist, der durch ein isoliertes Loch in der Mitte der Grundplatte

15 läuft. Mit der Grundplatte 15 elektrisch verbunden und konzentrisch um den Mittelleiter 16 angeordnet, ist ein rohrförmiger metallischer Außenleiter 18, welcher zwar elektrisch mit der Grundplatte 15 verbunden, jedoch von dem Mittelleiter

16 mit Hilfe der Isolation 17 elektrisch isoliert ist. Konzentrisch um und außerhalb der Außenelektrode 18 ist eine geflochtene Koaxialabschirmung 20 angeordnet, die elektrisch von dem Außenleiter 18 und der Grundplatte 15 mit Hilfe einer Aufschrumpfrohrisolation.19 isoliert ist, welche den Außenleiter 18 vollständig umgibt und zwischen der Aschirmung- 20 und dem Außenleiter 18 angeordnet ist. Ein Thermistor 22 ist auf einer keramischen Isolation 2k angeordnet, wobei eine Leitung elektrisch mit dem Außenleiter 18 über einen Draht 21 und die andere Leitung über einen Draht 23a mit dem Anschluß der Verbindung der V/iderstände 26 und 27 verbunden ist. Der Außenleiter 18 ist elektrisch mit dem Anschluß der Verbindung eines Kondensators 25 und des Widerstandes 27 über einen Draht 23b elektrisch verbunden. Die geflochtene Abfechirmung 20 ist elektrisch mit einem metallischen Gehäuse verbunden, welches die Anzeige- und Meßeinrichtung (nicht dargestellt) umgibt ,und zwar über einen abgeschirmten Draht 23c (vergl. Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 1)'.

Nach Fig. 3 steht der Schalter in "Aus"-Stellung (Position "1" von sechs Positionen): Beide Seiten des Meßgerätes ■43 sind über Schalterebenen "A" und "B" (von sechs Schaltebenen) mit dem Null-Leiter verbunden, wodurch eine mechanische Dämpfung der Meßgerätebewegung vorgesehen wird, um eine Beschädigung während der Lagerung und des Transports auszuschließen, über die Schaltebenen "C" und "D" sind die positiven und negativen Spannungsquellen (Batterien 53 und 5*1) offen, um eine Entladung während der Lagerung zu verhindern.

Der Schalter k2 befindet sich in der "Batterie-Test"-Position -

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(Position "2"): Die Schaltebene "A" verbindet die positive Seite des Meßgerätes mit dem Null-Leiter; die Ebene "B" verbindet die negative Seite des Meßgerätes 43 wit dem Anschluß ^M6"des integrierten Punktionsverstärkers 29 über die Widerstände 40 und 36; die Ebene "C" verbindet die positive Spannungsversorgung (Batterie 53) mit dem Verstärker 29 positiv (Anschluß "7") J die Ebene "D" verbindet die negative Spannungsversorgung (Batterie 54) mit dem Verstärker 29 negativ (Anschluß "4")» die Schaltebene "F" verbindet die negative Spannungsversorgung (Batterie 5¹O mit der Sondenanordnung über einen Widerstand 52.

In der "Sondentesf'-Posiion testet die Schaltung die Sondenkomponenten auf einen Kurzschluß oder eine Leitungsöffnung. Eine "Probentest-Positiv"-Zone auf der Skala des Meßgerätes 43 zeigt an, daß die Sonde in Ordnung ist. Anzeigen oberhalb ■ oder unterhalb dieser Zone zeigt eine defekte Sonde an. Die Betriebsweise der Schaltung ist wie folgt: Eine negative Spannung wird über den Spannungsteiler gelegt, welche durch die Widerstände 26, 27 und 52 sowie den Thermistor 22 in Reihen-Parallel-Kombination mit der Sondenanordnung gebildet ist j der Wert des Widerstandes 52 ist derart gewählt, daß die Anordnung der vorwärts vorgespannten Dioden 11a bis 11h und die Widerstände l4a bis l4i die Widerstände 26 und 27 und den Thermistor 22 elektrisch so belasten, daß der Spannungsabfall über diese einen nominellen vorbestimmten Wert hat, der als Signalspannungseingang zu dem Verstärker 29 über den Widerstand 28 dient. Der Ausgang des Verstärkers 29 (Anschluß "6") beaufschlagt das Meßgerät 43 über die Widerstände 36 und 40. Eine Anzeige innerhalb der Sondentestzone' auf dem Meßgerät 43 wird erhalten, wenn die Sondenkomponenten funktionsfähig sind.Wenn jedoch irgeneines dieser Bauteile oder die Drahtverbindung zu der Sonde "offen" sind, ist die Signalspannung am Eingang des Verstärkers 29 (Anschluß "3") signifikant größer als der vorbestimmte Wert, was eine zu hohe Meßgeräteanzeige bewirkt. Wenn irgendeines der Komponenten oder die Drahtverbindung zu der Sonde einen Kurzschluß aufweisen, ist die Signalspannung signifikant niedriger als der vorbestimmte

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Wert und es ergibt sich eine zu niedrige Meßgeräteanzeige.

Der Schalter 42 befindet sich nun in der "100 mW/cm "-Position (Position "4"): über die Ebene "A" ist die positive Seite des Meßgerätes 43 mit dem Ausgang des Verstärkers 29 (Anschluß "6") über den variablen Kalibrierungswiderstand 39 und den Widerstand 36 verbunden; die Ebene "B" verbindet die negative Seite des Meßgerätes 43 mit dem Null-Leiter, das ist die Mitte der Reihenverbindung der Batterien 43 und 54; die Ebene "C" verbindet die positive Spannungsversorgung (Batterie 53) mit dem Verstärker 29 (Anschluß "7"); die Ebene "D" verbindet die negative Spannungsversorgung (Batterie 54) niit dem Verstärker 29 (Anschluß "4"); die Ebene "E" verbindet die Widerstände 49 und 51, um eine Vorspannung und Belastung der Diodenanordnung lla bis 11h vorzusehen; Die Ebene "P" sieht die negative Spannung für die Widerstandskombination 49 und 51 der Ebene "E" und eine negative Spannung für das Diodennetzwerk, Widerstände 46 und 32, vor, wodurch die Abweichungskompensation für den Umkehreingang des Verstärkers 29 (Anschluß "2") vorgesehen wird.

Der variable Widerstand 30 ist eine "Null-Einstellung", um einen beliebigen Ausgang des Verstärkers 29 auszugleichen, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist.

Der Schalter in der "10 mW/cm²"-Position (Position "5"): Die

ρ Schaltung ist im wesentlichen identisch zu der in der "100 mW/cm-Position mit der Ausnahme, daß der Widerstand 51 durch den Widerstand 50, der Widerstand 49 durch den Widerstand 47, der Widerstand 46 durch den Widerstand 44 und der variable Widerstand 39 durch einen variablen Widerstand 38 ersetzt ist, um die Gesamtempfindlichkeit zu erhöhen, wodurch ein Gesamtausschlag auf dem Meßgerät 43"IO mW/cm²"bedeuten.

Der Schalter 42 befindet sich in der "2 mW/cm²"-Position (Position "6'^?): Die Schaltung ist im wesentlichen gleich der

in der "10 mW/cm "-Position mit der Ausnahme, daß die beiden

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. - ίο -

Widerstände 48 und 45 durch die Widerstände 47 und 44, der variable Kalibrierungswiderstand 37 durch den variablen Widerstand 38 ersetzt sind und der Weg durch einen Widerstand zu dem Null-Leiter ausgeschlossen ist.

Der Schalter 35 sieht eine "Langsam"-und eine "Schnell"-Ansprechzeit zur Integration des nachgewiesenen Signals vor. Wenn sich der Schalter 35 in der "Schnell"-Position befindet, liegt der Kondensator 34 parallel zu dem Widerstand 31 und setzt die Zeit fest, zu der die Anzeige des Meßgerätes 43 .9055 des stabilen Zustandes in etwa einer Sekunde erreicht; befindet sich der Schalter 35 in der "Langsam"-PoBifeion, so liegt der Kondensator 33, welcher-einen höheren Kapazitätswert als der Kondensator 34 hat, parallel zu dem Widerstand 31 und legt die Zeit fest, zu der die Anzeige des Meßgerätes 43 90£ des stabilen Zustandes in etwa drei Sekunden erreicht (unter der Annahme, daß ein konstantes Mikrowellensignal mit sehr kurzer Anstiegszeit analog einem Einheitsschritteingang vorhanden ist).

In allen Meßpositionen ("100 mW/cm²", 10 mW/cm²" und 2 mW/cm²") ist die Sondenanordnung aufgrund des Anliegens einer negativen Spannungsversorgung (Batterie 34) über den Mittelstift der Ebene "P" des Schalters 42 vorwärts vorgespannt. Dieser vorwärts vorgespannte Zustand ermöglicht, daß die Diodenanordnung 11a bis 11h dazu entsprechend dem Quadratgesetz betrieben werden kann (das heißt, das Signal ist im wesentlichen linear proportional zu der Leistungsdichte),und zwar bei niedrigeren Signalpegeln, als^essonst möglich wäre.

Die Mikrowellenabfühldiodenanordnung 11a bis 11h hat elektrische Eigenschaften, welche mit der Umgebungstemperatur variieren. Dies wird durch die Verwendung eines Thermistors 22 in Par allel-Serien-Schaltung mit dem Widerstand 26 und ausgeglichen, um eine Temperaturkompensation über einen · weiten Umgebungstemperaturbereich zu erreichen.

Die Ausgestaltung der Sondenanordnung unter Bezugnahme auf Γ 3Q9Ö10/0602

die Fig. 1 und die entsprechenden Komponenten in Fig. 2 und 3 wurde im allgemeinen unter Bezeichnung der Komponenten l4a bis 1^i als "Widerstände" beschrieben. Obgleich Übliche Widerstände geeignet sind, hat sich im praktischen Gebrauch einer speziellen Ausführungsform eines Überwachungsmeßinstrumentes entsprechend der Erfindung gezeigt,· daß die Funktion der Widerstände 14a bis l4i (welche als Mikrowellen-Unterdrücker arbeiten, wodurch die Diodenanordhung 11a bis 11h von zufälligen Signalen isoliert wird, welche durch irgendeinen oder alle der Verbindungsleitungen aufgenommen werden ) wirksam erreicht werden kann, wenn Drahtelemente, dde mit Ferritmaterial umgeben sind, für die Widerstände eingesetzt werden j wodurch der Reihenwiderstandswert der Diodendetektorladeschleife verringert und der dynamische Bereich des Instruments verbessert wird.

Bei der Messung eines HF-Feldes wird der Meßgerätefunkt.ionsschalter H2 zunächst in die "Batterietest¹*- und Sondentest"-Pos.itionen gebracht, wodurch automatisch die Ansprechempfindlichkeit in jeder Position geprüft wird. Der Schalter k2 wird darin in die "100 mW/cm "-Position gebracht und bei frei von einem HF-Feld liegenden Sondenanordnung das Meßgerät kj> mit Hilfe des variablen Widerstandes 30 auf Null einjustiert (die Meßgerätekalibrierung wurde wie oben erwähnt, entsprechend dem .Verfahren der Health, Education and Weifare Department-Veröffentlichung BRH/DEP 70-16 ausgeführt). Die Sonde, ausgerüstet mit einer geeigneten für Mikrowellen durchlässigen Abstandseinrichtung, wird dann in das Feld eingeführt und eine vorläufige Ablesung genommen, um den angenäherten Pegel der Empfindlichkeit ("100, 10 oder 2 mW/cm²") zu bestimmen. Nachdem die erforderliche Empfindlichkeit bestimmt ist, wird dieser Bereich eingestellt und das Meßgerät wieder auf Null gebracht. Die Sonde wird dann wieder in das Feld eingeführt. Jede Diode und sein in Reihe geschaltetes Widerstands- oder Ferrit-Element wirkt scheinbar als Antennen-, Schwächungsund Detektorschleife. Das auffallende HF-Feld erzeugt Mikrowellenströme in jeder derartigen Schleife. Die Größe dieses Stromes ist abhängig von der Amplitude und der Polarisation

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des auffallenden elektrischen Feldes und von der Orientierung des speziellen Diodenelements in Bezug auf dieses Feld, wobei jede Diode eine bezüglich der Strahlenrichtung projizierte Antenne darstellt, welche die maximalen Ströme aufnimmt, wenn sie parallel zu dem elektrischen Feld liegt und geringere Ströme, wenn sie sich einer senkrechten Richtung zu der Feldpolarisation nähert. Der Mikrowellenwechselstrom, der von jedem Paar einander gegenüberliegender Dioden aufgenommen wird, liefert im Ergebnis eine Vollwellen-Gleichrichtung, wobei eine Diode des Paares in dem ersten Halbzyklus und die andere im zweiten Halbzyklus gleichrichtet. Der Vorteil der Verwendung einer Vielzahl von Paaren einander gegenüberliegender Dioden in Radialanordnung besteht zusätzlich zu dem Ausschalten der Notwendigkeit von spezifischen Antennenelementen darin, daß eine genaue Aufsummierung des Beitrages von jedem Elektrodenpaar in einen einzigen quadratischen Ausgang (square law output) erhalten wird. Alle Dioden treiben Strom durch eine einzige Lastwiderstand/Kondensator-Kombination. Beim Betrieb des Mikrowellenüberwachungsmeßgerätes nach der Erfindung wurde gefunden, daß wenigstens drei einander gegenüberliegende Paar von Dioden notwendig sind, eine befriedigende Summation von Teilstromoder Spannungsdaten zu erhalten. Sechs Dioden in radialer Anordnung unter gleichen Winkel von 60° zueinander liefern eine brauchbare Annäherung an eine gleichförmige Summation über die gesamte Ebene. Es wurde gefunden, daß acht Dioden unter 45° zueinander besonders vorteilhaft sind.Mehr als acht Dioden sind, obgleich sie eine verbesserte Summation liefern¹, vom Standpunkt der Kosten in Relation zu der zusätzlichen Verbesserung nicht gerechtfertigt.

Die Widerstände ohne Ferrit-Elemente dienen zur Unterdrückung von HF-Strömen in allen Ebenen ausgenommen der Ebene, in der die Diodenanordnung liegt, wodurch der Nachweis auf diese Ebene begrenzt wird.

Bei den relativ niedrigen Leistungsdichten, die beim Nachweis von Mikrowellen-Leckstrahlung erfahrungsgemäß auftreten, ist

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der Diodenbetrieb abhängig von der Neigung und Krümmung der Spannung/Strom-Charakteristiken der Diode und ihr Ausgang ist proportional zum Leistungseingang, das heißt, die Ausgangsspannung (oder der Ausgangsstrom) ist proportional zu dem Quadrat der Eingangsspannung (oder dem Eingangsstrom) (quadratisches (square law)Verhalten), vorausgesetzt, daß die Diode eine optimale Vorwärtsspannung und einen optimierten Lastwiderstandswert hat, um einen angemessenen dynamischen Bereich für den quadratischen Betrieb zu geben.

Diodeneigenschaften und Betrieb sind eine Punktion der Umgebungstemperatur. Obgleich Temperaturkompensation nicht absolut zum Betrieb einer erfingsgemäßen Vorrichtung erforderlich ist, hat sie sich als wünschenswert erwiesen für eine maximale Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Messung-

Eine Thermistor/WiderStandsschaltung, wie die in Fig. 3 mit den Komponenten Thermistor 22 und Widerstände 26 und 27, hat sich als befriedigende Temperaturkompensation erwiesen.

Da Restfrequenzen ihren Weg durch die Detektorschleifen finden oder durch unerwünschte HP-Aufnahme in der Sondenanordnung erzeugt werden können, ist der Kondensator 25 vorgesehen, um jede restlichen Hochfrequenzen abzuleiten.

Ein optimal gleichgerichtetes, geschwächtes, kompensiertes und gefiltertes Ausgangssignal von der Sondenanordnung wird dem Eingang des Verstärkers 29 (Anschluß "3") zugeführt, um übliche Verstärkung, Integration und Anzeige vorzunehmen und eine Meßgeräteanzeige zu liefern, welche die Mikrowellenfeldstärke direkt in kalibrierten Einheiten mW/cm liefert.

Aus der obenstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das er-' findungsgemäße Mikrowellenüberwachungsmeßgerät in vorteilhafter und einzigartiger V/eise eine Vorrichtung darstellt, um Mikrowellen-Leckstrahlung von Mikrowellenanlagen nachzuweisen. Die " erfindungsgemäße Einrichtung ist relativ billig im Aufbau, außerordentlich robust, sowohl mechanisch als auch elektrisch,

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insbesondere im Hinblick auf ein Sonden-"Durchbrennen" oder dauernde Beeinträchtigungen der Kalibrierung beim Messen solcher elektrischer Felder, wie sie bei der normalen Benutzung voraussichtlich auftreten können. Das erfindungsgemäße Gerät liefert genaue Messungen der Nahfeld-Mikrowellenleistungs(energie)dichte über einen breiten Bereich von Feldstärken und Umgebungstemperaturen. Es entspricht ferner voll den Erfodernissen des Department of Health, Education and Weifare für ein Nachweismeßgerät, das heißt und steht in Übereinstimmung mit den in jüngster Zeit festgesetzten Ausführungsstandards für Mikrowellenofen, was die Leistungsdichtegrenze für die emittierte Mikrowellenstrahlung anbetrifft.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

Mikrowellenüberwachungsmeßgerät zur Messung der Nahf.eld-Mikrowellenleistungsdichte niedriger Pegel, gekennzeichnet durch eine auf der Basis der elektrischen Feldstärke.arbeitenden Mikrowellen-Nachweissonde, deren Detektorelement eine-Radialanordnung von Halbleiterdioden ist, welches sowohl als Detektor als auch als Antenne im wesentlichen unabhängig von der. Feldpolarisation arbeitet und minimale Feldstörungen hervorruft, durch Mittel zum Umwandeln des Ausgangssignals von der Diodenanordnung, durch Verstärkungs- und Integrationsmittel für das umgewandelte Signal und durch .Mittel zur Ausgabe des umgewandelten, verstärkten und integrierten Signals,welche in Einheiten bezogen auf die Mikrowellenleistungsdichte kalibriert sind.

2, Gerät nach Anspruch l^dadurch gekennzeichnet, daß die Radialanordnung von Dioden elektrisch vorwärts vorgespannt ist, so daß ein quadratischer Diodenbetrieb erfolgt.

3. Gerät nach Anspruch 2,dadurc hgekennzeichnet, daß die Mittel zur Umwandlung des Ausgangssignals von der Diodenanordnung Mittel zum Anlegen des Diodenanordnungs-Gleichstromausgangs über einen Lastwiderstand enthält, wobei der sich ergebende Spannungsabfall eine Funktion der Stärke des einfallenden elektrischen Feldes ist .

M. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde eine elektrisch vorwärts vorgespannte Radialanordnung von Halbleiterdioden, einen Lastwiderstand, eine Mikrowellenunterdrückungseinrichtung zur Isolation der Diodenanoj*dung von zufälligen HF-Signalen, die in eine Ebene außer der Ebene der Diodenanordnung aufgenommen werden, sowie eine Einrichtung zur Kompensation der Umgebungstemperatur-aufweist.

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5. Herat nach Anspruch!)*!, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenunterdrückungseinrichtung Widerstände oder von Ferrit-Material umgebene Drahtelemente aufweist und die Umgebungstemperätur-Kompensationseinrichtung eine Thermistor/Widerstandskombination enthält.

6. Gerät nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine Punktionsschalterfolgeeinrichtung, bei der vor dem Betrieb des Gerätes zur Messung von Mikrowellenfelder notwendigerweise von einer Aus-Position über eine Batterietest-Position und eine Sondentest-Position geschaltet werden muß, bevor die Betriebsposition erreichbar ist, wodurch eine im wesentlichen automatische Prüfung der Betriebsbereitschaft des Gerätes erlangt wird.

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