DE3144290A1

DE3144290A1 - Doppelseitig fokussierende antenne

Info

Publication number: DE3144290A1
Application number: DE19813144290
Authority: DE
Inventors: Tex N. 97106 Banks Oreg. Yukl
Original assignee: NEAR FIELD TECHNOLOGY CO
Current assignee: NEAR FIELD TECHNOLOGY CO
Priority date: 1981-10-22
Filing date: 1981-11-07
Publication date: 1983-05-19
Also published as: GB2108325A; FR2515433A1; NL8104945A

Description

I .

Doppelseitig fokussierende Antenne

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne zur Abstrahlung elektromagnetischer Energie und im besonderen auf eine doppelseitig fokussierende Antenne zur gleichzeitigen Abstrahlung der Energie einer bestimmten Wellenlänge in entgegengestzten Richtungen entlang der Antennenachse.

Es wurde herausgefunden, daß das Phänomen der stehenden - Wellen in einem elektromagnetischen Übertragungsmedium vor-,-' -gfteilhaft genutzt werden kann zur Untersuchung verschiedener 10' innerer Zustände in unterschiedlichen Substanzen. Beispielsweise kann dieses Phänomen eingesetzt werden zur Überwachung ^physiologischer Zustände innerhalb verschiedener Teile des . menschlichen Körpers, wie auch als anderes Beispiel zur ^Bestimmung von Fehlstellen in Metallen. Im einzelnen kann eine elektromagnetische Strahlung einer vorbekannten Wellen-' länge auf eine etwa als Abfragezone innerhalb einer Substanz gerichtet werden, wobei sich diese Zone beispielsweise im Abstand von im wesentlichen einer viertel Wellenlänge der Strahlung von dem zentralen Strahlungselement in der Antenne befindet. Messungen können an einem anderen Punkt entlang der Übertragungsachse der Antenne durchgeführt werden, wobei diese eine direkte Anzeige der elektrischen Charakteristika, wie z. B. der Impedanz innerhalb der Abfragezone geben.

•25 Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Antenne zur doppelseitigen Abstrahlung von Strahlungsenergie zu schaffen, die die Möglichkeit der Messung unterAusnutzung der stehenden Welle bietet.

Dabei soll im einzelnen die Antenne doppelseitig in bezug '.auf ein zentrales Element in der Antenne arbeiten.

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Die Antenne gemäß der Erfindung ist so aufgebaut, daß die Strahlung doppelseitig fokussiert wird auf ein Paar im Abstand voneinander angeordnete Brennpunkte, die symmetrisch in 'bezug auf die Antenne angeordnet sind und einen Abstand voneinander besitzen, der im wesentlichen eine halbe Wellenlänge der Strahlung beträgt, die mittels der Antenne abgestrahlt werden soll.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Antenne eine zentrale, im wesentlichen ringförmige Abstrahlungsein-' heit, deren Nennumfang der Wellenlänge der Strahlung ent-' ""spricht, auf welcher die Antenne arbeitet. Symmetrisch um - "" diese Abstrahlungseinheit erstreckt sich eine besonders ge- ' , formte Linse, die ein Paar symmetrischer Brennpunkte er- „ !' ',15 zeugt, die den oben erwähnten Abstand von einer halben ' .·. Wellenlänge besitzen. ' ,

Das Element, das auch als Treibelement der Antenne be-,zeichnet wird, wird von einem Paar einander diametral gegen-'überliegenden Punkten aus angetrieben, wobei die diesen ■ · ^Punkten zugeführten Signale im wesentlichen genau um 180 phasenverschoben sind. Als Konsequenz dieser Anordnung tritt die Strahlung tatsächlich von einem Paar von Punkten ' J aus, die in Quadratur in bezug auf den erwähnten Antriebs- ·{ '-

J25 anschluß angeordnet sind. Die Tatsache, daß die Strahlung von¹;.· diesen Punkten ausgeht, ist ein Merkmal, das das Gesamtauflösungsvermögen, das an den Brennpunkten der Antenne erzielbar ist, stark erhöht. Die von den beiden Abstrahlungspunkten ausgehende Strahlung wird in entgegengesetzte Richtungen !entlang einer Achse, die als Übertragungsachse bezeichnet werden kann, in Richtung auf die Brennpunkte der Antenne gerichtet. Die Tatsache, daß zwei Abstrahlungspunkte einge- ; setzt werden, die einen Abstand voneinander besitzen, erleichtert in starkem Maße das Fokussieren der abgestrahlten .

Energie an den Brennpunkten.

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-10-

• I 1.

Beim Einsatz der Antenne wird diese so angeordnet, daß einer ihrer Brennpunkte im Bereich einer vorbestimmten Abfragezone liegt. Die Größe der Abfragezone wird im wesentlichen bestimmt durch die Größe eines leitenden Empfängers, der zusammen mit der Antenne eingesetzt wird und sich im Bereich des anderen Brennpunktes befindet. Die hier beschriebene Form des Empfängers, der sich als außerordentlich wirkungsvoll gezeigt hat, besteht aus einem kurzen Abschnitt eines leitenden Rohres, dessen Querschnittsfläche und dessen axiale Länge das Volumen der ',_ ,„ Abfragezone bestimmen. Vorzugsweise wird ein verhältnis- -■'- ^ä>!? mäßig kleines Rohr eingesetzt,und dieses wird ein wenig Y , in Richtung auf die Antenne von dem angrenzenden Brennpunkt angeordnet, wobei der Empfänger nicht genau an der Stelle _ ■'". des Brennpunktes liegt, da, um dort die entsprechende 'Wirkung zu zeigen, die Dimensionen unendlich klein sein müßten.

,., 'Um ein maximales Auflösungsvermögen, eine maximale Genauig-„f/keit und eine maximale Ersetzbarkeit der Antenne zu er- \zielen, ist eine Anzahl wichtiger Dimensionen und Formen erforderlich, wie nachfolgend noch im einzelnen auszuführen "sein wird. Außerdem it anzuführen, daß trotz des hier beschriebenen Betriebes der Antenne, bei weicher sie in "'^erster Linie die Funktion einer Über tragungs antenne ausführt, diese auch als Empfangsantenne eingesetzt werden kann; die genau fokussierte Richtungsempfängereigenschaften besitzt.

■30 Da eine hohe Auflösung in einer doppelseitig fokussierenden Weise erzielt werden kann, besitzt die erfindungsgemäße Antenne die außerordentlich vorteilhafte Fähigkeit zu der bereits oben erwähnten Untersuchung im Inneren von Körpern. ^Beim Einsatz der Antenne wird einer der Brennpunkte in

Richtung auf die Abfragezone innerhalb eines Körpers geführt, wobei in einfacher Weise die elektrischen Zustände, die durch das Empfangsrohr aufgenommen werden, überwacht werden können, wobei diese Zustände als Anzeige der elektri sehen Charakteristika dienen innerhalb des zu überwachenden Bereiches. Diese Charakteristika wiederum können interpretiert v/erden zur Anzeige verschiedener physikalischer Zustände, die in dem Abfragebereich vorliegen.

Ί0 /Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche ,,Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung 'einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die "'-■ -beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen:

,15 'Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Antenne teilweise im Schnitt unter gleichzeitiger Darstellung eines Empfängers, der zusammen mit der Antenne für ein bestimmtes Anwendungsgebiet eingesetzt wird,

Fig. 2 einen Querschnitt in kleinerem Maßstab, im

wesentlichen entlang der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Teildarstellung, entsprechend der Fig. 1 in etwa dem gleichen Maßstab bezüglich einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

in den Zeichnungen zeigen die Fig. 1 und 2 eine Antenne 10, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Im Zusammenhang mit der Antenne 10 Wird bezüglich einer bevorzugten Verwendung ein Empfangerelement 12 dargestellt. Die Antenne 10 kann in verschiedene Positionen und Hohen verschoben werden, wobei der Haltemechanismus aus den Zeichnungen herausgelassen ist, da er keinen Teil der Erfindung bildet,.

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Außerdem ist der Empfänger 12 in einer entsprechenden Weise in einer festen Position relativ zur Antenne gehalten Cd» H. einer Position, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist), wobei diese Halterung ebenfalls aus den Zeichnungen weggelassen ist, da diese einerseits keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und auch die ^Zeichnungen hierdurch vereinfacht werden,

■ 'Die Antenne 10 umfaßt eine Anzahl leitender, einstückiger Ringe 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, die in einem im wesentlichen ringförmigen Gehäuse 32 gehalten sind, fdas als Fokussierungslinse oder -einrichtung der Antenne wirkt.

Alle Ringe der Antenne sind im wesentlichen planar und !einstückig oder ununterbrochen. Die Ringe sind aus einem festen Kupferdraht hergestellt mit einem kreisförmigen Querschnitt. Diese Ringe sind hinsichtlich ihrer Ebenen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und senkrecht zur Übertzfagungsachse 34 der Antenne- Die Ebenen, die diese Ringe enthalten, besitzen einen gleichen Abstand voneinander, wie nachfolgend noch beschrieben werden soll. Der Ring 22 ist der größte unter den Ringen und nimmt die Mittelebene *36 der Antenne ein. Dieser Ring wird als Treibelement der Antenne bezeichnet_f wie aueh als Antriebseinrichtung. Der Ring 22 trägt ein Paar im Abstand voneinander angeordneter Abstrahlungspünkte der Antenne, die später noch eingehender •zu beschreiben sind.

Die anderen Ringe der Antenne werden als Richtringe oder als Richteinrichtungen bezeichnet. Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß fortschreitend in beiden Richtungen von der Mittelebene 36 äüsgehendftdie Richtringe zunehmend kleiier werden. Somit l^sind die Ringe 20 und 24 etwas kleiner als der Ring 22, aber untereinander gleich. Die Ringe 18* und 26 sind kleiner als die Ringe 20 und 24, jedqch abenfalls untereinander

31

gleich groß. In gleicher Weise sind die Ringe 16 und 28, sowie die Ringe 14 und 30 zunehmend kleiner, wobei die Ringe 16 und 28 gleich groß sind, was auch für die Ringe 14 und 30 gilt.
5

Obwohl viele verschiedene spezifische Betriebsfrequenzen .ifür die erfindungsgemäß aufgebaute Antenne ausgewählt werden können, arbeitet die Antenne 10 mit einer elektromagnetischen^: Stählung bei einer Frequenz von 505 Megahertz. Eine solche Frequenz besitzt eine Wellenlänge von etwa 59,69 cm. Aus noch einem zu beschreibenden Grund soll der Nennumfang des /treibenden Ringes 22 im wesentlichen genau gleich der Wellenlänge der ausgewählten Frequenz sein. Dementsprechend ist &er Nennumfang des Ringes 22, d.h. der Umfang gemessen um I fdie Mittellinie innerhalb des Ringkörpers zentral zwischen eiern Innen- und dem Außendurchmesser des Ringes, etwa 59,69 cm lang.

Bei dem Nennumfang des Ringes 22 kann der Nenndurchmesser des Ringes, der als Dimension D in der Figur angegeben ist, ^ebenfalls bestimmt werden.

iWie bereits oben erwähnt wurde, ist die Querschnittsfläche des vollen Drahtes,aus dem jeder Ring besteht, kreisförmig ausgebildet, wobei,wiederum speziell bezogen auf den Ring 22,_f

der Durchmesser dieser Querschnittsfläche mit d angegeben ■'•fist. Bei einem Nenndurchmesser des Gesamtringes, der in der beschriebenen Weise bestimmt worden ist, läßt sich die .

,Dimension d, entsprechend der nachfolgenden Formel bestimmen: _2D

Z »276 (log )

Dabei ist Z gleich der charakteristischen Impedanz der Antenne, Φ ist gleich dem Nenndurchmesser des Ringes, wie z. B. des Ringes 22 und d ist der Durchmesser der Querschnittsr- flache des Ringmaterials, d.h. der Dimension d in Fig. 1.

Um eine maximale Wirksamkeit des Systems unter Verwendung der Antenne 10 zu erzdfelen, ist es erstrebenswert, daß die ''charakteristische Impedanz der Antenne so eng wie möglich -: derjenigen des Mediums angepaßt wird, in welche die Antenne die Strahlung einsenden soll. Wenn beispielswedse die Antenne . verwendet wird zur Verfolgung der^'elektrischen Charakteristik^, f. innerhalb des menschlichen Körpers, i^t es erstrebenswert, ~i \ daß die charakteristische Impedanz der Antenne der mittleren I Impedanz so nahe wie möglich angepaßt wird, die in einem I solchen Raum anzutreffen ist. Die Antenne Ic ist so ^"fgebaut »-' i und Experimente haben gezeigt, daß die mittlere Impedanz des iGewebes des menschlichen Körpers etwa 487 Ohm beträgt. Demientsprechend wurde diese Zahl gewählt zur Bestimmung 6,-~r ^ charakteristischen Impedanz der Antenne 10. 15, I

Aus der oben angegebenen Formel läßt sich die Dimension für d unmittelbar bestimmen und ergibt sich zu 0,635 cm.

< Es soll sich nun für einen Augenblick dem Aufbau der Linse 32 I zugewandt werden. Der Zweck dieser Linse in der Antenne liegt darin, ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten Brennpunkten zu erzeugen, die symmetrsich in bezug auf den Ring 22 auf der Übertragungsachse 34 angeordnet sind. Im einzelnen dient die Linse 32 dazu, die Brennpunkte 10a und lob auf der \ Achse 34 zu erzeugen, wobei diese Punkte jeweils entlang der Achse auf im wesentlichen genau einer viertel Wellenlänge der '· oben erwähnten Frequenz von der Mittelebene 36 aus angeordnet sind. Als Material, das für die Linse 32 hinreichend geeignet ist, kommt Polystyrol infrage, weshalb ein solches Material für die Linse 32 verwendet wird.

Ein wesentliches Merkmal der Linse 32 liegt darin, daß sie als Innenfläche eine Rotationsfläche besitzt, die im Schnitt mit einer Radialebene durch die Achse 34 im wesentlichen eine 35; sinüskurve bildet, deren'Maximum an der Stelle des Nennumfanges des Ringes 32 liegt und die die Achse 34 in den Brenn-

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punkten 10a und 10 b schneidet. Eine solche Kurve ist als Strichpunktierte Linie mit zwei Punkten bei 38 in Fig, 1 gezeigt. Aus diesem Erfordernis wird deutlich, daß die Innenwand der Linse mit entsprechenden Nuten versehen ist, so daß der Ring 22 hierin aufgenommen wird mit einer Tiefe, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Außerdem soll die Kurve, der die Innenfläche der Linse 32 folgt, an jeweils dem 45°-Punkt auf einander gegenüberliegenden Seiten der Ebene 36 auslaufen. Solch eine Winkelmefjsung bezieht sich natürlich auf die Winkelbeziehung der Sinuskurve, entsprechend der Kurve 38 relativ zur Ebene 36. ^;.Diese Situation ist in Fig. 1 durch die Graddarstellung in ', \ der Figur angezeigt.

Ein weiteres Merkmal de;s Linsenaufbaues liegt darin, daß die radiaJt Dicke der Linse, d.h. die radiale Dimension der Linse, gemessen von der Innenoberfläche bis zur Außenober- '^: fläche, in unterschiedlichen axialen Ebenen, die die Achse '34 im rechten Winkel schneiden, einen vorbestimmten Prozent-

;2o satz des Innenumfanges der Linse iri einer solchen Ebene ausiimacht. Im einzelnen ist festzustellen, daß die Position des ■Ringes 22, in welcher der Nennumfang dieses Ringes mit der Kurve 38 zusammenfällt, dieser Umfang gleich der Wellenlänge der Frequenz der Antenne ist. Die radiale Dimension der Linse

{25 32 in dieser Ebene, gemessen von dem Nenndurchmesser des Ringes 22, beträgt vorzugsweise etwa 1/10 dieses Nenndurchmessers. Die gleiche Beziehung verbleibt fortschreitend in axial entgegengestzten Richtungen von der Ebene 36. Dementsprechend folgt die Außenoberfläche der Linse 32 entlang der Schnittlinie mit der Radialebene durch die Achse 34, ebenfalls einer Sinuskurve 39, die sich von der ersterwähnten Sinuskurve unterscheidet, die einen maximalen Wert hat, wo sie die Mittelebene 36 schneidet und die durch die Brennpunkte 10a und 10b verläuft. Dieser Aufbau sichert eine maximale Wirksamkeit der Linse.

• ·

I ·

Ein weiteres Merkmal des Linsenaufbaues liegt darin, daß an ihren axial einander gegenüberliegender. Enden Ausgangsflächen 32a und 32 b vorgesehen sind, die in Richtung auf die Brennpunkte 10 bzw. 10b zeigen. Jede dieser Ausgangsflächen verläuft an ihrer Schnittlinie mit einer Radialebene durch die Achse 34, entlang einer weiteren Sinuskurve, ahnlich der ersterwähnten Sinuskurve, entlang einer Kurve, die für die Fläche 32b als strichpunktierte Kurve mit drei Punkten als Linie 40 in Fig. 2 gezeigt ist. Die Kurve 40 schneidet die Achse 34 in Punkt 41 in der Ebene des Ringes

22 und besitzt eine "Spitze" 43, relativ zur Achse 34, dort _Awo sie eine Ebene 45 schneidet, die den Brennpunkt 10b ent- ^:-, hält und senkrecht zur Achse 34 verläuft. Die äußeren Enden der Flächen 32a und 32b werden bestimmt durch den , 15 Schnitt der Kurven 38, 39 und 40.

-LJm einen Strahlungsverlust durch die Wand der Linse zu verhindern, ist deren Außenseite mit einer geeigneten dünnen "leitenden Schicht überzogen, wie beispielsweise einer geeigneten Silberschicht. Diese Schicht wird nachfolgend auch als elektromagnetisch/elektrostatische Abschirmung bezeichnet.

Wie bereits weiter oben erwähnt worden ist, besitzen die Richteinrichtungen der Antenne 10 die Form einer Anzahl von in axialem Abstand voneinander angeordneten Richtringen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Treibringes 22 angeordnet sind. Zweckmäßigerweise werden vier Ringe auf jeder Seite des Ringes 22 eingesetzt und sind voneinander -,30 und von dem Ring 22 um einen Abstand von jeweils 10 entlang der Sinuskurve auf der Innenfläche der Linse 32 entfernt. Diese Situation ist erläutert durch die Schnittflächen der Ringe 24,26, 28 und 30 und die Gradeinteilung in Fig. 1. _; ' Jeder der Richtringe besitzt einen Nennumfang, der bestimmt ^r35 wird durch den kreisförmigen Weg des Schnittpunktes der Ebene)

β · t f · r 0

das Ringes und der Rotationsoberfläche, die die Innenfläche der Linse definiert» Dementsprechend besitzt jeder solche Ring die so definierte Dimension "D". Der Durchmesser der Querschnittsfläche des Ringmaterials für jeden Ring wird dann bestimmt in Übereinstimmung mit der oben gegebenen Formel, wobei die charakteristische Impedanz die gleiche bleibt, wie sie oben angegeben worden ist. Als Konsequenz dieser Information ergibt sich nicht nur, daß der Nennumfang der Richtringe fortschreitend von dem Ring 22 kleiner wird, sondern auch, daß der Durchmesser der

...Querschnittsflächen der Ringe geringer wird. Zur Erläuterung, Λ ',Jisind in der nachfolgenden Tabelle ^!I einige tatsächlicher Dimen- - "sionen, die sich als zufriedenstellend erwiesen haben, für

die Ringe in der Antenne 10 zusammengefaßt. 15

Tabelle I

20

Ringe	(s)	D (cm)	d (cm
22		18,898	0,G48
20,	24	18,641	0.638
18,	26	17,767	0,607
16,	28	16,373	0,561
14,	30	14,483	0,495

25

■f% Wenn man die Antenne 10 als Übertragungsantenne betreibt, wird der Ring 22 durch eine entsprechende Spannungsquelle !getrieben mit der oben erwähnten Frequenz. Um eine optimale ■^Übertragung gemäß der Erfindung sicherzustellen, ist es ,wichtig, daß dieser Ring genau an diametral einander gegenüberliegenden Punkten des Ringes getrieben wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind Leiter 46 und 48 vorgesehen, die ^sich koaxial in einer Ebene 50 erstrecken (die in einem !rechten Winkel, relativ zur Zeichenebene der Fig. erstreckt) senkrecht'zur Achse 34, welche mit derartigen diametral einander gegenüberliegenden Punkten auf dem Ring 22 ver-

I bunden sind. Diese Leiter können jede beliebige Form an-

I nehmen und sind in der Wandung der Linse 32 in einer ge-

|i eigneten Weise befestigt. Bei derartigen Anschlüssen wird

[ die Ebene 50 als Hochimpedanzebene der Antenne bezeichnet.

I 5 Ein weiteres Merkmal für den Betrieb der Antenne 30 ist es

ϊ wichtig, daß die Anschlüsse zwischen den Leitern 46 und 48

j Und einer Spannungsquelle so ausgebildet sind, daß sicherge-

I stellt ist, daß die Signale, die den diametral einander

\ gegenüberliegenden Verbindungspunkten zwischen dem Ring

\ 10 und den Leitern 46 und 48 zugeführt werden, im wesentlichen

! genau um 180° phasenverschoben sind. Derartige Anschlüsse

\ . Λ" _£_., ;; bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung j sie werden §

' -v. -' ·- 'jedoch erwähnt, weil sie wichtig sind, um einen höchstwirkurigs-^:?

; . , ,/. "■ vollen Betrieb der Antenne sicherzustellen. Sachverständige

j -" Γ 15 auf diesem Gebiet sind ohne weiteres in der Lage, derartige ■-.

) ' Anschlüsse herzustellen. *

] . Die Linse 32 ist soweit als unitärer Gegenstand beschrieben

) -, '' v/orden. Mit anderen Worten, besteht die Linse vorzugsweise

1 *' 20 aus einem einzigen einheitlichen Materialstück. Es kann je-

; doch in manchen Fällen einfacher sein, die Linse aus zwei I

\ Hälften zu bilden, die miteinander verbunden werden. Wenn |

I ' ein solcher Aufbau Verwendung findet, ist es wichtig, sicherzustellen, daß für einen optimalen Betrieb der Antenne die 4

^! 25 Trennung zwischen den beiden Hälften in der Hochimpedanz-

\ ¹Q, ebene 50 liegt.

iWie bereits weiter oben erwähnt wurde, bildet der Empfänger 12 eigentlich die Abfragezone für die Antenne. Der Zweck

30 des Empfängers liegt darin, auf die Strahlung _i die durch die Antenne in Richtung auf den Brennpunkt 10b abgestrahlt wird, anzusprechen, oder diese aufzunehmen. Vorzugsweise {befindet sich der Empfänger 12, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, etwas von dem Brennpunkt lob in Richtung

35 :auf die Antenne 10. Der Empfänger besitzt die Form eines

„_ wv- mm , , ,, (Cl. OtO

-¹⁹- 3U4290

kurzen, leitenden Rohres. Im einzelnen besitzt das Rohr, das den Empfänger 12 bildet, eine Länge, gemessen entlang der Achse 34, von etwa 1,27 cm. Der Nenndurchmesser, der als 12D angegeben ist, beträgt ebenfalls etwa 1,27 cm. Die Wandstärke des den Empfänger bildenden Rohres ist letwa 3,175 mm. Der Empfänger 12 ist koaxial zur Antenne gefhalten und in einer geeigneten Weise an der in Fig. 1 dargefstellten Position, relativ zur Antenne, arretiert. Vorzugsweise befindet sich der Empfänger, relativ zum Brennpunkt flOb, in einer solchen Weisej daß man davon ausgeht, daß

,{seine zentrale Axialebene 52, die senkrecht auf der Achse •34 steht, die Kurve 38 dort sehneidet, wo die letztere den iMenndurchmesser des Empfängers schneidet. Dieser gedachte Überschneidungspunkt ist in Fig. 1 mit 54 bezeichnet. 15

Die für die Antenne 10 definierte Abfiagezone ist in Fig. durch einen gestrichelten Block 56 dargestellt. Der Bereich 56 ist im wesentlichen zylindrisch, "besitzt im wesentlichen die gleichen Außendimensionen wie der Empfänger 12 und bet?0 findet sich in einer Spiegelposition auf der gegenüberliegenden Seite der Antenne von dem Empfänger 12, etwas von dem Brennpunkt 10a nach innen verschoben.

Beim Eineatz der Antenne 10, beispielsweise zur Überwachung des Zustandss desmenschlichen Herzens, wird die Antenne so orientiert, daß sich die Zone 56 an einer Stelle innerhalb des Herzens befindet, wo die Überwachung stattfinden soll. Elektromagnetische Energie von einer Spannungsquelle wird jdem Treibring 22, wie oben erwähnt, zugeführt. Bei einer derart zugeführten Energie tritt eine Strahlung ein in axial entgegengesetzten Richtungen von dem Ring 22,ausgehend von einem Paar diametral einander gegenüberliegenden Punkten (angezeigt durch geschwärzte Bereiche 58 und 60 in Fig. Z), die'in Quadratur mit den Verbindungspürikten zwischen dem Ring 22 und den Leitern 46 und 48 stehen. Diese beiden

-20- °° 3Ί"Α4290

Punkte liegen in einer gemeinsamen Ebene 62, die die Achse 34 enthält und die senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 2 steht. Die Strahlung von diesen beiden Punkten wird durch : :die Linse 32 in Richtung auf die Brennpunkte 10a und 10b } fokussiert. Die Tatsache, daß die Strahlung von punktf.örmifgen Stellen ausgeht, erleichtert das hohe Auflösungsvermögen der Linse. Die Richtringe wirken mit der Linse zusammen zur Führung der Strahlung in Richtung auf dia Punkte 10a und lob.

Wenn die Brennpunkte der Antenne sich in einem Viertelwellen-. "\ längenabstand von dem Ring 22 befinden, erzeugen die Spannungs- und Stromzustände,die in der Zone 56 vorliegen, als Ergebnis der Impedanz des Materials in dieser Zone, entsprechende ^!Spannungs- und Stromzustände am Empfänger 12. Es ist somit ; 'möglich, durch die Überwachung der elektrischen Zustände am [Empfänger bestimmte Materialcharakteristika innerhalb der Zone 56 zu ermitteln. Die Anschlüsse zur Aufnahme eines Signals von dem Empfänger sind ähnlicher Natur wie die Anschlußverbindungen zum Ring 22. Im einzelnen werden diese ^Verbindungen vorzugsweise in die Hochimpedanzebene 50 gelegt, wobei darauf geachtet wird, daß die relativen Längen der Anschlüsse so ausgelegt werden, daß sichergestellt ist, daß die Signale, die von dem Empfänger aufgenommen werden, auf das Überwachungsgerät mit einer Phasenverschiebung von 180°

T2-5 übertragen werden.

Die Antenne führt somit Energie genau in eine vorgeschriebene 'Abfragezone, in welcher die elektrischen Charakteristika verfolgt werden können durch elektrische Veränderungen, die^rin einer anderen Zone eintreten (d.h. die Zone, die von dem Empfänger 12 eingenommen wird), auf welche die Antenne ebenfalls eine Strahlung richtet. Kein physikalischer Kontakt ist erforderlich mit dem Material in der Abfragezone. -Die Position der Abfragezone ka:nn in einer einfachen Weise ver-

'35 ändert Werden, indem man die Positionseinstellung· und Höhe der Antenne entsprechend anpaßt. Die Größe der Zone kann

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verändert werden, indem man die Größe des Empfängers ändert.

Die Fig. 3 zeigt einen Teil einer anderen Ausführungsform der Antenne 10. In dieser Eigur wird ein kleiner Bereich ■der Antenne um die Stelle herum gezeigt, wo die Ebene 36 ,!sich mit der Kurve 38 schneidet (in der Nähe des oberen ^Bereiches der in Fig. 1 gezeigten Antenne)₉ Bei dieser * Äusführungsform der Erfindung ist das Treibelement innerhalb fder Antenne einstückig mit der Richteinrichtung oder den Richtelementen ausgebildet, in der Form eines fortlaufenden,-, ,leitenden Elementes,das an der Innenfläche der Linse 32 anliegt_f Dieses Element ist mit der Bezugsziffer 64 in Fig. 3 ,versehen. Die radiale Stärke des Elementes 64 in der Ebene " $36 ist die gleiche wie die Dimension d für den Ring 22. In ähnlicher Weise ist die Dicke des Elementes an den Stellen der Ebenen der Richtringe, wie sie oben beschrieben worden sind, die gleiche wie der jeweilige Querschnittsdurchmesser der jeweiligen Richtdnge in diesen Ebenen* :Die Innenfläche und die Außenfläche des Elementes 64 folgt sinusförmigen Kurven durch die Veränderung der Dimensionen. Somit verändert sich die Stärke des Elementes 64 von seiner größten Dicke in der Ebene 36 bis auf die geringste Stärke an den einander gegenüberliegenden Enden der Antenne. Der radiale Mittelpunkt der Wandung des Elementes 64 folgt in allen Punkten der vorerwähnten Kurve 38. Die Außendimensionen und die Form der Linse 32 sind mit denjenigen der in Fig. 1 dargstellten Linse identisch.

Diese Ausführungsform der Erfindung führt zu einem etwas höheren Wirkungsgrad gegenüber der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform. Ein Treibanschluß für das Element 64 wird in genau der gleichen Weise wie der Treibanschluß * für den Ring 22 hergestellt, nämlich durch einander diametral gegenüberliegende Leiter, wie beispielsweise die Leiter 46 und 48, die mit dem Element senkrecht zur Achse 34 inner-

• -22- ¹¹ '" j» .γ.

halb der Ebene 50 in Kontakt stehen. Bei einem solchen Anschluß tritt, wenn ein Antriebssignal dem Elemente zu- ; geführt wird, eine Strahlung von einem Paar in einem Abstand voneinander befindlichen Punkten innerhalb des EIe-5; imentes ein, die bezüglich ihrer Position den vorerwähnten Punkten 58 und 60 entsprechen.

.-"'Es sol'l an dieser Stelle noch^einmal ausdrücklich ange- ; j- führt werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung-MO,; lediglich um ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel 'handelet '-,:'; und'daß Veränderungen hierzu in äquvalente'r Form^bh'ne, _t '

,weiteres möglich sind, ohne dc.bei den RalJm^n^er.^jriindüh'g*' \ ,_r, ·■ zu verlassen.

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Claims

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TENTANWÄLTE
DR. KARL TH. HEGEL DIPL.-ING. KLAUS DICKEL

HALBMONDSWEG 49 2000 HAMBURG 52 JULIUS-KREIS-STRASSE 33 8000 MÜNCHEN 60

TELEFON (040J 8806463 TELEFON (089)535210

ZUGELASSEN ΒΠΙΜ EUROPÄISCHEN PATENTAMT

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TELEGRAMM-ADRESSE: DOEiXNER-PATEN-J MÜNCHLN FERNSCHREIBER: 52)0739 dpal d

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Patentansprüche ' A \

i. Doppelseitig fokussierendfe Antenne zur gleichzeitigen Ϊ

Abstrahliing von elektroir.ägn©tisch&r Energie ei-ner bestimmten ^ ' Wellenlänge in entgegengesetzten Richtungen entlang der An« ·, _f tenne η achse,,; gekennzeichnet: durch ι ^y._f/

5 mindestens ein im wesentlichen plar.ares, ringförmiges; 3eiten-";' j ,des Element ζ22), des&en Nennu.nfang im wesentlichen gleich'" c ,-^r der hestimmWhn W«?llenlänge ist, wobei die Ebenen, (3'6) des ' ^t

POSTSCHECKKONTO: HAMBURG »122C-205 POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEK838-802

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en {22) die MitteÄene der Antenne (10) bildet und senkrecht; aur Anfcannensebs« (34) steht, sowie eine doppel- «eltig fön-up gierende Lins® (32) mit einer elektromagnetisch/ elektrostatischen Abschirmung in der Form einer ringförmigen, leitenden Schicht, die ssur Antennenachs·« κ34) svnmefcrlsch 1st, wie auch zur Mittelebene (36) unter Bildung z-veier symmetrischer Brennpunkt® ClOa, 10b),

10

'" Γ

/10

2» Antenne nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Brennpunkte (loa, lob) in einem Abstand von im.wesentlichen der halben vorbestimmten Wellenlänge ^voneinander entfe'rni·" -sin'd. J ■ >*'

r*3. Antenne nach Anspruch 1-, dadurch g e k e f. η ,ζ e i c h η e t , daß inehröre Ringe (14_? 16, 18, 2O, 24,

'2b

/25

26, 28, 30). auf beiden Seiten der Mittjs!ebene (36) "doppelseitigen Äbs'fcrahlung in Richtung auf die Brennpunkte 'V₁ (10a, lob) vorgesehen sind.

; '4_n Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekenn,- ^ "z e i c h η e t , d^ß 4*r Abstand zwischen d^n ^rennpunkteri' lob) im wesentlichen eine halbe vorbestiwnte Wellen-

i Jr

/rldnge beträgt.

5. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a --

'f

^:?,ya u r c h g e k e η η ·& e ί c h η e t , daß sie an eine

ί Mikrowellenersföugerquelle artschliaßbar uüä hierdür-eh an- c* tre-ibbar ist iur gleichzeitigen Abstrährung der Energie

in entgegengesetzte.' Richtung entlang der?¹ Antennenächse ^% senkrecht zur Mitteleber-e, wobei die Strahlung auf ein ,[ Paar auf einander gegenüberliegenden Seilten auf der Achse liegenden Brennpunkte fokussierbar igt.

61. Antenna nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e η η - ' 'ζ a i c h η « t , daß das Element, einen pkanaren leitenden Riησ umfaßt.

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7. Antenne nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine doppelseitige Richteinrichtung vorgesehen ist, die sich an das Element anschließt, zur Ausrichtung der Strahlung hiervon in Richtung /auf die Brennpunkte.

„ - , r/8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element und die Richteinrichtung -unitär sind.

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, 9. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das getriebene Element eine Symmetrieachse besitzt, die mit der gemeinsamen Achse zusammenfällt und das getriebene Element sowie die Richteinrichtung, ge- 'X\ 15 sehen in einer Radialebene, die die Symmetrieachse und nur auf einer Seite dieser Radialebene gesehen, entlang eines Teiles einer Sinuskurve angeordnet sind.

10. Antenne nach Anspruch 7,dadurch gekenn-,20 -zeichnet, daß das Element einen planaren leiten-•den Ring umfaßt, der in der Mittelebene liegt und die 'Richteinrichtung ringförmige leitende Elemente umfaßt, die auf axial einander gegenüberliegenden Seiten der JSbene des Elementes angeordnet sind.

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11. Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Richteinrichtungen aus einer Anzahl im Abstand voneinander angeordneter planarer, leitender Richtringe besteht, die koaxial zum getriebenen jElement angeordnet sind.

12. Antenne nech Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß unter Betrachtung aller Ringe der getriebene Ring einen größeren Nenndürchmesser besitzt als die Richtringe und die Nenndürchmesser der letzteren kleiner werden in beiden Axialrichtungen von der Ebene des getriebenen Ringes ausgehend.

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13. Antenne nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet j daß der getriebene Ring eine Symmetrieachse besitzt, die mit der Aritehnenachse zusammenfällt, und

der getriebene Ring mit den Richtringen, gesehen in einer j 'Radialebene, die die Symmetrieachse!enthält, und auf einer 1 Seite der Radialebene betrachtet, entlang eines Teiles j

einer Sinuskurve angeordnet sind. |

14. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche zur
- Abstrahlung von Mikrowellen gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen mit einer vorbestimmten Wellenlänge entlang einer gemeinsamen Achse, gekennzeichnet
durch ein erstes Antennenelement, das elektrisch an

eine Mikrowellenquelle anschließbar und hierdurch antreib- ]| bar ist, zur Abstrahlung der Energie, wobei das erste Element die Form eines planaren, endlosen leitenden Ringes be- ' -j sitzt, mit einem Nominalumfang, der in einem vorbestimmten

mathematischen Verhältnis zu der ausgewählten Wellenlänge ;

steht, sowie eine Fokussiereinrichtung einschließlich einer '

elektromagnetisch/elektrostatischen Abschirmung in der Form Ί

einer ringförmigen leitenden Schicht, symmetrisch in bezug ]

I auf die Achse und symmetrisch auf beiden Seiten in bezug

lauf das Element angeordnet ist, zur Zusammenführung der j Strahlen in koaxial entgegengesetzten Richtungen auf ein ; Paar von im Abstand voneinander angeordneten Brennpunkten,
die in einem vorbestimmten Abstand von dem Ring auf der gemeinsamen Achse liegen.

15. Antenne nach Anspruch 14, dadurch gekenn=

zeichnet, daß der Nennumfang im wesentlichen gleich '■-der vorbestimmten Wellenlänge 13t.

16. Antenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Fokussiereinrichtung so ausgebildet

fist, daß die Brennpunkte im wesentlichen in gleichem Abstand
auf einander gegenüberliegenden Seiten der Ebene des ge-

3144 ill:

triebenen Ringes liegen» ^

17. Antenne nach Anspruch 16, dadurch gekenn-2 e i c h η e-fc , daß jeder der Abstände im wesentlichen einem Viertel der/ausgewählten Wellenlänge entspricht.

jl8e Antenne nach Anspruch 14, dadurch gekenn-T .'"--'"'Z ei c h η e t , daß die Fokussiereinriehtung die Form eines

länglichen, in etwa ringförmigen Gehäuses besitzt, das "Ip -koaxial zu dem Ring angeordnet ist und diesen umgibt» wobei

die Innenfläche des Gehäuses,in der Radialebene gesehen, *^: -die die Symmetrieachse des Ringes enthält, welche mit der (φ Antennenachse zusammenSLlt, nur auf einer Seite der Achse ■•in dieser Ebene betrachtet, die Form einer Sinuskurve beäsitzt, die symmetrisch in bezug auf den Ring angeordnet ist«

19. Antenne nach Anspruch 18,dadurch gekennzeichnet, daß sieh die Sinuskurve in Richtung der einander gegenüberliegenden Enden der Antenne erstreckt und die Übertragungsachse der Antenne an den beiden Brennpunkfeen schneidet.

20. Antenne nach Anspruch 18» dadurch gekennzeichnet, daß der Ring teilweise in die Innenfläche

— 25 des Gehäuses eingebettet ist bis zu einer suchen Tiefe, daß der Bereich seines Nenndurchmessers in allen Punkten auf 'einer Strecke liegt, die mit der Sinuskurve zusammenfällt.

21. Antenne nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Gehäuses axial fortschreitend in beiden Richtungen von der Ebene des Ringes auf die Enden des Gehäuses zu abnimmt.

22. Antenne nach Anspruch 21, dadurch geken n- p e i c h η e t, daß die Wandstärke des Gehäuses, radial ge;-· messen, in unterschiedlichen axial verschobenen Ebenen,die

-parallel zur Mit te!ebene des Ringes angeordnet sind, in ,allen Punkten einen konstanten Bruch); des Innendurchmessers \ der Gehäusewandung bildet, gemessen in den jeweiligen

'* % Ebenen.

y',23. Antenne nach Anspruch 14, dadurch gekenn-/ zeichnet, daß angrenzend an das erste Element

doppelseitige Richteinrichtungen angeordnet sind,zur , ' '. 'Ausrichtung der Strahlung in Richtung auf die Brennpunkte. "■'Λ0 *-*

/4 '"' ;24. Antenne nach Anspruch 23, dadurch gekenn- ^r'p, .'-zeichnet, daß die Richteinrichtungen aus ring- %J - v^j förmigen, leitenden Elementen bestehen, die auf

gegenüberliegenden Seiten der Ebene des Ringes ange_r'15 ordnet sind.

25. Antenne nach Anspruch 24,dadurch gekenn- {.,'_} 'zeichnet, daß jedes der leitenden Elemente aus einer Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten planaren, leitenden Richtringen besteht, die koaxial zu dem ersten Ring ausgerichtet sind.

26. Antenne nach Anspruch 25,dadurch gekenn-,'"-'' zeichnet, daß alle Ringe, gesehen in einer Radial- : φ. ,-25 "i^ebenej die die Übertragungsachse der Antenne enthält, woj - 'bei diese Achse mit der Antenneaachse zusammenfällt, wenn

j man nur eine Seite von der Achse aus in einer solchen Ebene

j -,' betrachtet, entlang eines Teils einer Sinuskurve angeordnet

j , sind.

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27. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstahlüngspunkte (58, 60) in der Mittelebene (36) der Antenne (10) liegen, wobei die relative Lage der Punkte zuein-

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ander in Beziehung zu der ausgewählten Wellenlänge stehen, während sich die doppelseitige Fokussiereinrichtung einschließlich der elektromagnetisch/elektrostatischen Ab·»· schirmeinrichtung in der Form einer ringförmigen, leitenden Schicht symmetrisch zur Achse an die beiden Seiten der Mittelebene anschließen, zur Erzeugung eines Paares von Brennpunkten, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene auf einer gemeinsamen Achse, die senkrecht auf der Mittelebene steht, angeordnet sind.

/28. Antenne- naclVfAnspruch', 27, .d'a'd u r'c;h g^e k e, η n--~ y-z e' i c h η e t , daß die Fokussiereinrichtungen symmetrisch in bezug auf die Abstrahlungspunkte angeordnet sind und Brennpunkte in einem Abstand erzeugen,- der im wesentlichen

"15 ein Viertel der vorbestimmten Wellenlänge beträgt.