DE3315210A1

DE3315210A1 - Nahfeldsonde

Info

Publication number: DE3315210A1
Application number: DE19833315210
Authority: DE
Inventors: Günter 8000 München Potschkat
Original assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Current assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE3315210C2

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nahfeldsonde gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Zum wahlweisen Messen der drei Komponenten des elektrischen oder des magnetischen Feldes sowie zur Bildung des Betrages des Summenvektors ist es bekannt (NTG Tagungsband Nov 1982, Seiten 97 bis 108 ) eine Nahfeldsonde mit einem würfelförmigen, metallischen Gehäuse zu verwenden, an dessen Außenflächen jeweils ein Antennenelement rechtwinklig angebracht ist. Jedes Antennenelement besteht aus einem abgeschirmten, ringförmigen Leiter, dessen Abschirmung an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen ist und an -einer -anderen Stelle wahlweise geerdet werden kann. Im Falle der Erdung wirken der Leiter und die geschlitzte Abschirmung als Rahmenantenne zur Messung der magnetischen Feldkomponenten. Bei fehlender Erdung stellt der ringförmige Leiter einen Dipol zur Messung der elektrischen Feldkomponenten dar. Die Fußpunkte der Antennenelemente sind mit Thermoumformern verbunden, welche das HF-Meßsignal der betreffenden Antennenelemente gleichrichten und aufbereiten. Die aufbereiteten Meßsignale werden über ein Verbindungskabel einer in einem zweiten Gehäuse untergebrachten Anzeigeeinrichtung zugeführte Die Aufstellung der bekannten Meßsonde erfolgt auf einem elektrisch isolierten Stativ, wobei sich das zweite Gehäuse mit der Anzeigeeinrichtung in einigen Metern Entfernung befindet, wo eine Bedienperson die Skala der Anzeigeeinrichtung abliest.
Die bekannte Meßsonde läßt sich jedoch wegen der Unempfindlichkeit der Thermoumformer für kleinere Eingangssignale nur in einem Meßspannungsbereich oberhalb etwa 0,3 A/m verwenden. Infolge dieser Unempfindlichkeit läßt sich der Übergangsbereich zwischen Nah- und Fernfeld nicht systematisch erfassen, was insbesondere bei der Ermittlung der Abhängigkeit der Feldstärke von der Entfernung zu einer Sendeantenne sowie zum Vergleich mit entsprechenden Nahfeldberechnungen unabdingbar ist.
Ferner ist die Handhabung der bekannten Meßsonde infolge der beiden Gehäuse und des Stativs umständlich und zeitraubend.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Nahfeldsonde der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche auch eine Messung kleinerer Eingangssignale in einem MeBspannungsbereich unterhalb 0,3 A/m gestattet und welche auf einfache und bequeme Weise zu handhaben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ausgeführten Beispiels einer erfindungsgemäßen Nahfeldsonde, und Fig. 2 ein Blockschaltbild einer im Gehäuseinneren der Nahfeldsonde gemäß Fig. 1 angebrachten Meßsignal-Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Nahfeldsonde 1 dient zur Messung der drei Komponenten Hx, Hy und H z des magnetischen Feldes H, beispielsweise in der Umgebung einer Sendeantennenanlage.
Die Nahfeldsonde 1 stellt ein völlig symmetrisches Gebilde mit einem würfelförmigen, metallischen Gehäuse 2 dar, an dessen einer Außenfläche im Flächenmíttelpunkt ein Träger 21 für drei Antennenelemente 4, 5, 6 rechtwinklig angebracht ist. Die Antennenelemente 4, 5, 6 sind als Rahmenantennen ausgebildet und bestehen jeweils aus einem abgeschirmten, ringförmigen Leiter, dessen Abschirmung an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen ist. Die Ebenen der drei Leiter sind orthogonal zueinander orientiert.
Zur Aufbereitung und Verarbeitung der Meßsignale an den Fußpunkten der Antennenelemente 4 bis 6 ist im Inneren des Gehäuses 2 eine entsprechende Einrichtung 10 in Form einer elektrischen Schaltung angebracht (Fig. 2), welche ein Anzeigeinstrument 20 aufweist, dessen Skala 8 (Fig. 1) durch einen Ausschnitt 7 in einer Wand des Gehäuses 2 ablesbar ist. Ferner befindet sich an der gleichen Gehäusewand, im dargestellten Beispielsfalle unterhalb des Ausschnitts 7, ein gemeinsamer Bedienungsknopf 9 für insgesamt sechs Bereichsteiler 15 der Einrichtung 10 (Fig. 2).
An einer Ecke des würfelförmigen Gehäuses 2 ist i Richtung der betreffenden Raumdiagonalen des Gehäuses 2 ein Haltegriff 3 befestigt, mit welchem die Nahfeldsonde 1 bequem von einer Bedienperson in alle Raumrichtungen gedreht, gehalten und abgelesen werden kann.
Die in Fig. 2 als Blockschaltbild wiedergegebene Einrichtung 10 zum Aufbereiten und Verarbeiten der Meßsignale an den Fußpunkten der schematisch angedeuteten Antennenelemente 4 bis 6 umfaßt drei Aufbereitungskanäle 11, 12 und 13, von denen jeder Aufbereitungskanal einem zugeordneten Antennenelement nachgeschaltet ist. Jeder der identisch ausgebildeten Aufbereitungskanäle besteht aus der Folge einer Antenneneingangsstufe 14, eines Bereichsteilers 15, einer Trennstufe 16 und einer Quadrierstufe 17. Dieser Aufbau ist in Fig. 2 lediglich für den Aufbereitungskanal 11 veranschaulicht; er gilt in identischer Weise auch für die übrigen, nur als Block angedeuteten Aufbereitungskanäle 12 und 13.
Jede Eingangsstufe 14 ist mit einem Feldeffekttransistor in Drainschaltung als Impedanzwandler versehen, welche einen hohen Eingangswiderstand und einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand aufweist, um die hochohmige Impedanz des zugeordneten Antennenelementes an die Eingangsimpedanz des der Eingangsstufe 14 nachgeschalteten Bereichsteilers 15 anzupassen. Der Bereichsteiler 15 umfaßt einen Transistorschaltkreis in Kollektorschaltung, wobei als Arbeitswiderstand des Transistors ein mehrstufiger ohmscher Spannungsteiler mit Abgriffen vorgesehen ist. Die Abgriffe lassen sich mittels des Bedienknopfes 9 (Fig. 1) selektiv wirksam schalten. Zur wirksamen Entkopplung des Bereichsteilers 15 von der Quadrierstufe17 ist jedem Bereichsteiler 15 eine Trennstufe 16 in Kollektorschaltung nachgeordnet. Der Emittenwiderstand der Trennstufe 16 ist dem Eingangswiderstand der nachfolgenden Quadrierstufe 17 angepaßt.
Jede Quadrierstufe 17 umfaßt einen integrierten Mischerschaltkreis, welcher aufgrund seines quadratischen Kennlinienverlaufs eine Quadrierung des hochfrequenten Eingangssignals und damit eine Gleichrichtung vornimmt. Die den Quadraten der magnetischen Feldkomponenten Hx, Hy, H entsprechenden Gleichspannungs-Ausgangssignale der drei Kanäle 11, 12, 13 werden in einem Addierglied 18 summiert, das ausgangsseitig mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 19 verbunden ist. Der Operationsverstärker 19, dem ausgangsseitig das Anzeigeinstrument 20 angepaßt ist, dient in erster Linie der Einstellung des Grundpegels des anzuzeigenden Sonden-Ausgangssignals (welches dem Quadrat der Länge des Summenvektors der drei magnetischen Feldkomponenten Hx, Hy, Hz entspricht), welcher dem empfindlichsten Sonden-Meßbereich entspricht.
Die erforderliche Radizierung des verstärkten Summensignals am Ausgang des Operationsverstärkters 19 auf schaltungstechnischem Wege unterbleibt; statt dessen wird die lineare Anzeigeskala des Anzeigeinstrumentes 20 durch die Skala 8 mit quadratischer Teilung ersetzt.
Die Aufbereitung der Meßsignale an den Fußpunkten der Antennenelemente erfolgt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, HF-mäßig, wodurch die Verwendung der Bereichsteiler 15 zum Einstellen des gewünschten Meßbereiches ermöglicht wird. Auf diese Weise gestattet die Nahfeldsonde 1 auch die Messung geringer Feldstärken mit einem Antenneneingangssignalpegel unterhalb 0,3 A/m. Es hat sich darüberhinaus gezeigt, daß die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Nahfeldsonde ermittelten Feldstärkewerte beispielsweise im Nahfeld des Senders Ismaning des Bayerischen Rundfunks gut mit entsprechenden theoretischen Werten übereinstimmen, welche mit Hilfe eines die Bodenleitfähigkeit und das Erdnetz berücksichtigenden Rechenprogramms ermittelt wurden.

Claims

NAHFELDSONDE PATENTANSPRUCH Nahfeldsonde zur Messung der drei Komponenten des magnetischen Feldes und zur Bildung des Summenvektors der gemessenen.drei Komponenten, mit einem würfelförmigen, metallischen Gehäuse, an dessen einer Außenfläche ein Träger für drei orthogonal zueinander angebrachte Antennenelemente befestigt ist, wobei jedes Antennenelement aus einem abgeschirmten ringförmigen Leiter besteht, dessen Abschirmung an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen ist, und einer Einrichtung zum Aufbereiten und Verarbeiten der Meßspannungen an den Fußpunkten der Antennenelemente, derart, daß die jeweils einer der drei Komponenten des magnetischen Feldes zugeordneten Meßspannungen quadriert, die quadrierten Meßspannungen addiert und aus der so gebildeten Quadratsumme die Quadratwurzel gezogen werden, g e k e n n 2 e i c h n e t d u r c h die Kombination folgender Merkmale: a) Jedem der Antennenelemente (4, 5, 6) ist ein aus einer Antenneneingangsstufe (14), einem Bereichtsteiler (15), einer Trennstufe (16) und einer Quadrierstufe tal7) bestehender Kanal (11, 12; 13) nachgeschaltet; b) jede Quadrierstufe (17) weist einen integrierten Mischerbaustein mit quadratischer Verstärkerkennlinie zur Bildung des Quadrates des Eingangssignals und damit zu dessen Gleichrichtung auf; c) die Ausgänge der drei Kanäle (11, 12, 13) führen auf ein verstärkendes Addierglied (18, 19); d) das verstärkte Summensignal wird einem Anzeigeinstrument (20) zugeführt, welches eine Skala (8) mit quadratischer Teilung aufweist; e) die drei Kanäle (11, 12, 13), das verstärkende Addierglied (18, 19) und das Anzeigeinstrument (20) sind innerhalb des würfelförmigen Gehäuses (2) untergebracht, wobei die Skala (8) des Anzeigeinstrumentes (20) durch einen Ausschnitt (7) in einer Gehäusewand ablesbar ist, und f) an der einen Ecke des würfelförmigen Gehäuses (2) ist in Richtung der betreffenden Raumdiagonale des Gehäuses (2) ein elektrisch isolierter Haltegriff (9) montiert.