DE69101383T2

DE69101383T2 - Gerät zum messen des von einer quelle abgestrahlten mikrowellenfeldes an einer vielzahl von punkten auf einer oberfläche.

Info

Publication number: DE69101383T2
Application number: DE69101383T
Authority: DE
Inventors: Jean-Charles F-75013 Paris Bolomey; Dominique F-92220 Bagneux Picard
Original assignee: Societe d'Applications Technologiques de l'Imagerie Micro Onde SATIMO SA
Current assignee: Societe d'Applications Technologiques de l'Imagerie Micro Onde SATIMO SA
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2011-06-15
Also published as: WO1991019990A1; ES2051597T3; CA2085235A1; FR2663426A1; DE69101383D1; FR2663426B1; US5430369A; EP0533785B1; EP0533785A1; CA2085235C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des von einer Quelle abgestrahlten Mikrowellenfeldes an einer Vielzahl von Punkten, wobei die Vorrichtung umfaßt:
- an jedem der Punkte mindestens eine Antenne, die durch mindestens eine Diode aufgeladen wird,
- Sammelmittel für die von jeder der Antennen kommende Mikrowellenstrahlung, die ein gesammeltes Mikrowellensignal liefern,
- Mittel zur Erzeugung eines Niederfrequenzsignales, Mehrfachkopplungsmittel, die zwischen den Erzeugungsmitteln und jeder der Dioden angeordnet sind,
- eine Schaltung zur Adressierung, die einerseits mit dem Mehrfachkoppler und andererseits mit jeder der Dioden verbunden ist, und
- Mittel, um diese Mehrfachkopplungsmittel so zu steuern, daß mindestens eine der Dioden durch das Niederfrequenzsignal polarisiert wird, und um in Abhängigkeit von dem Niederfrequenzsignal und dem gesammelten Mikrowellensignal ein Signal zu erzeugen, welches das Mikrowellenfeld repräsentiert, das an dem Punkt herrscht, an dem sich die von der polarisierten Diode aufgeladene Antenne befindet.
Beispielsweise erlaubt eine solche Vorrichtung, wenn die Quelle eine zu charakterisierende Antenne ist, die Aufstellung eines Diagramms des von der Antenne abgestrahlten Feldes mit der dem Fachmann unter dem Namen "Methode der modulierten Streuung bzw. Rückstreuung" bekannten Methode. Sie kann genauso eingesetzt werden, wenn die Quelle anstelle einer zu charakterisierenden Antenne ein Objekt ist, das ein von einer Hilfsantenne mit bekanntem Strahlungsdiagramm erzeugtes Mikrowellenfeld streut. Man kann somit auf nicht destruktive Weise Objekte oder industrielle Produkte kontrollieren oder außerdem die Streuung an einem Körper komplexer Form oder komplexer Zusammensetzung studieren.
Aus den unter den Nummern 2 614 419 und 2 632 417 veröffentlichten französischen Patentanmeldungen sind Vorrichtungen der oben definierten Gattung bekannt, in denen die Meßpunkte aufeinander ausgerichtet sind.
Diese Vorrichtungen genügen, um durch elektronische Abtastung dieser Punkte ohne mechanische Verschiebung eindimensionale Messungen des Mikrowellenfeldes durchzuführen, d.h. entlang der Geraden oder der Kurve, auf die die Antennen ausgerichtet sind.
Jedoch sind diese Vorrichtungen nicht geeignet, ohne mechanische Verschiebung zweidimensionale Messungen des Feldes durchzuführen, um dieses auf einer Oberfläche zu bestimmen.
Darüberhinaus können die eindimensionalen Vorrichtungen nicht einfach in zweidimensionale Vorrichtungen umgewandelt werden, und zwar aufgrund der jede der Dioden mit dem Mehrfachkoppler verbindenden Anschlüsse, die gegenüber dem Mikrowellenfeld unsichtbar gemacht werden müssen, um dieses nicht zu stören. Wenn es nun relativ einfach ist, diese Anschlüsse unsichtbar zu machen, weil die Antennen aufeinander ausgerichtet sind, wie die in dem schon zitierten Patentanmeldungen 2 614 419 und 2 632 417 beschriebenen Lösungen zeigen, ist es wesentlich schwieriger, dies im Fall von über die Oberfläche verteilten Antennen zu schaffen, ohne das durchgelassene Frequenzband und möglicherweise die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu begrenzen.
Außerdem ist es notwendig, an jedem Punkt zwei beispielsweise zueinander senkrecht stehende Dipolantennen anzuordnen, wenn man an jedem Punkt die Komponenten des Feldes in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsrichtungen messen will. Das erschwert beträchtlich das obige Problem aufgrund der Zuleitungsanschlüsse des Niederfrequenzsignals zu jeder Antenne.
Ferner befindet sich in der in der Patentanmeldung 2 614 419 beschriebenen Vorrichtung die Antennenanordnung in der Nähe einer Mikrowellensammelantenne, die beispielsweise aus einem Wellenleiter mit einer Reihe von Öffnungen besteht. Daraus ergeben sich eine relativ komplexe Realisierung und die Gefahr einer Wechselwirkung zwischen dem Versuchsobjekt und der Aufnahmeeinheit, die von der Antennenanordnung und dem Mikrowellensammelleiter gebildet wird.
Diese Probleme stellen sich in der in der Patentanmeldung 2 632 417 beschriebenen Vorrichtung nicht, aufgrund der Tatsache, daß sich die lineare Anordnung im Brennpunkt eines Reflektors befindet, der seinerseits abseits des von der Quelle ausgehenden Strahlengangs liegt. Aufgrund der erzielten Fokussierung ist eine solche Lösung jedoch nicht auf eine zweidimensionale Antennenanordnung übertragbar.
Man kennt zudem aus dem Französischen Patent 2 509 064 eine Vorrichtung, die die Erstellung eines zweidimensionalen Bildes eines Mikrowellenfeldes erlaubt und die folglich "Mikrowellenkamera" genannt wird. Diese Kamera verwendet eine zweidimensionale Anordnung aus Dipolantennen, für welche das mit den Zuleitungsanschlüssen des niederfrequenten Modulationssignals verbundene Problem insbesondere dadurch behoben wird, daß direkt hinter der Antennenanordnung mehrere aufeinandergesetzte und multiplexte Mikrowellensammelantennen in Form von Hörnern verwendet werden. Diese Lösung, die eine große Anzahl von Hörnern einsetzt und ein Mikrowellen-Multiplexsystem darstellt, ist infolgedessen komplex und relativ kostenaufwendig. Darüber hinaus behebt diese Lösung nicht das Problem des Messens der Feldkomponenten in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsrichtungen ohne mechanische Verschiebung und auch nicht das der Wechselwirkung mit der Antenne oder dem zu testenden Objekt.
Auch ist aus der Europäischen Patentanmeldung 0 065 455 eine Vorrichtung der oben definierten Gattung bekannt, bei der:
- die Antennen regelmäßig auf einer Oberfläche verteilt sind, und
- die Quelle und die Sammelmittel auf derselben Seite der Oberfläche und nebeneinander angeordnet sind, so daß die Strahlenwege von der Quelle zur Oberfläche und von der Oberfläche zu den Sammelmitteln nebeneinander liegen.
In einer solchen Vorrichtung ist es möglich, zweidimensionale Messungen ohne Bewegung des Versuchsobjekts in Bezug auf die Meßvorrichtung mit einer einfachen elektronischen Abtastung der Antennenanordnung durchzuführen, weil die Antennen über eine Oberfläche verteilt sind.
Die Adressierschaltung hat jedoch den Nachteil, daß sie für die Sammelmittel sichtbar ist, folglich in großem Maße die Messungen stört, und zwar außerhalb von ein oder zwei durchgelassenen engen Bändern, auf jeden Fall unterhalb einer Oktave. Darüberhinaus kann die von der Adressierschaltung eingebrachte Störung im Fall der zur Messung von zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen benötigen gekreuzten Dipole nicht kompensiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu beheben.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung der genannten Gattung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß:
- eine Schicht aus einem die Mikrowellenstrahlung absorbierendem Material vorgesehen ist, deren eine Fläche an der Oberfläche anliegt und die auf derjenigen Seite der Oberfläche angeordnet ist, die der Seite der Quelle und der Sammelmittel entgegengesetzt ist, und
- die Adressierschaltung an der anderen Fläche der Schicht anliegt und mit jeder der Dioden mittels Anschlüssen verbunden ist, welche die Schicht senkrecht zur Oberfläche durchlaufen.
Aufgrund der absorbierenden Schicht, hinter der sich die Adressierschaltung sowohl in bezug auf die Quelle als auch auf die Sammelantenne befindet, ist die Adressierschaltung für das Mikrowellenfeld unsichtbar. Sie kann deshalb die zur Adressierung praktischste Anordnung der Anschlüsse ohne Bedenken dahingehend zulassen, daß die Wechselwirkungen mit dem Mikrowellenfeld minimiert werden. Tatsächlich sind die einzigen Anschlüsse, die das Mikrowellenfeld Gefahr läuft zu sehen, die in der Nähe der Antennen angeordneten Anschlüsse. Nun sind die die absorbierende Schicht durchlaufenden Anschlüsse aber senkrecht zur Oberfläche der absorbierenden Schicht und infolgedessen in der weiten Mehrzahl der Fälle senkrecht zum von der Quelle ausgehenden Mikrowellenfeld angeordnet. Diese Anschlüsse stören das Mikrowellenfeld deshalb praktisch nicht. Wenn man zwei Feldkomponenten in zwei Polarisationsrichtungen messen will und wenn man beispielsweise zwei senkrecht zueinander stehende Dipolantennen an jedem Punkt angeordnet, stellt die daraus resultierende Zunahme der Komplexität der Adressierschaltung kein Problem dar, da die Adressierschaltung von dem Mikrowellenfeld nicht gesehen wird und deshalb als gewöhnliche Adressierschaltung ausgelegt werden kann.
Zudem verhält sich die Antennenanordnung gegenüber dem Versuchsobjekt prinzipiell wie die absorbierende Platte, folglich ohne nennenswerte Gefahr der Wechselwirkung mit dem Versuchsobjekt. Man könnte diese Gefahr noch verringern, indem man die Antennenanordnung mit einer dünnen absorbierenden Schicht überzieht, jedoch auf Kosten einer leichten Verringerung der Empfindlichkeit.
Schließlich gibt es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Mikrowellenschaltung in der Nähe der Antennenanordnung; die Mikrowellensammelantenne ist neben der Mikrowellenquelle angeordnet. Ein solcher Aufbau erleichtert auf der einen Seite die Realisierung der Antennenanordnung und auf der anderen Seite die praktische Umsetzung der Meßvorrichtung, beispielsweise bei einer Messung bei der die Mikrowellenschaltungen in ein und derselben Zone angeordnet werden können.
Genauso kann die Anzahl der Leitungen, die die Meßvorrichtung mit der Steuerelektronik verbinden, durch die Integration des Mehrfachkopplers und des Niederfrequenzgenerators in die Adressierschaltung deutlich verringert werden.
Wenn das Mikrowellenfeld eine Frequenz besitzt, die irgendeinen Wert in einem Bereich annehmen kann, besitzt jede der Antennen vorteilhafterweise Abmessungen, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge bei der maximalen Frequenz dieses Bereichs.
In diesem Fall ist das Verhalten der Anordnung praktisch unabhängig von dem Wert der Frequenz bis auf die Frequenz, die einer Wellenlänge im Bereich des Verteilungsabstandes der Antennen auf der Oberfläche entspricht; die Vorrichtung kann für breitbandige Anwendungen verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse, welche die Schicht durchlaufen, elektrische Verbindungen, ggf. Widerstände zum Verringern der Störeffekte.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse, welche die Schicht durchlaufen, optische Verbindungen und die Dioden Photodioden.
Vorteilhafterweise sind an jedem der Punkte zwei Antennen vorgesehen, wobei jede von ihnen für die in einer bestimmten Richtung linear polarisierte Komponente des Feldes empfindlich ist und wobei die zwei Antennen so angeordnet sind, daß die zwei bestimmten Richtungen senkrecht zueinander sind.
In diesem Fall ist es möglich, das Feld bei beliebiger Orientierung und Ausrichtung vollständig zu charakterisieren, da seine zwei Komponenten bestimmt sind, und zwar linear polarisiert in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen.
Vorzugsweise weist die Schicht mehrere Unterschichten aus Materialien mit verschiedenen Eigenschaften auf, so daß die Schicht über ein Frequenzband absorbiert.
Es ist zudem immer vorteilhaft, wenn die Quelle und die Sammelmittel ein und dieselbe Antenne umfassen.
Bei einer speziellen Anwendung wird ein zu untersuchender Gegenstand zwischen einerseits der Oberfläche und andererseits der Quelle und den Sammelmitteln angeordnet.
Ein solches Objekt ist beispielsweise eine Platte aus beliebig zusammengesetztem Material, eine Holzbohle oder auch ein Stück Stoff, dessen Inhomogenitäten aufgrund von Veränderungen des Transmissionskoeffizienten des durchlaufenden Mikrowellenfeldes aufgezeigt werden können.
Bei einer anderen Anwendung ist die Oberfläche ein Teil der Oberfläche einer von der Quelle angestrahlten Struktur.
In diesem Fall ist es möglich, Feldaufzeichnungen für komplexe Strukturen wie Abschirmungen von Gebäuden, Flugzeugen, Maschinen und Satelliten zu erstellen, wenn diese mit einer Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden, um deren Verhalten gegenüber einem Radar oder einem bedrohenden elektromagnetischen Feld zu untersuchen.
Die vorliegende Erfindung ist anhand der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besser zu verstehen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt die zum Messen des von einer Antenne abgestrahlten Feldes verwendet wid,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt, die zum Messen der Transmissionseigenschaften einer Versuchsplatte verwendet wird, gemäß dem "in Zweifachtransmission" genannten Aufbau,
Fig. 3 eine andere Ausführung der Antennenanordnung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt, und
Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt die zum Messen des Mikrowellenfeldes auf einem Oberflächenabschnitt einer komplexen Struktur verwendet wird, wenn diese Struktur von einer Mikrowellenstrahlungsquelle angestrahlt wird.
Im folgenden wird auf Figur 1 Bezug genommen, wobei ein System zum Messen eines von einer Emmissionsantenne 1 oder Testantenne abgestrahlten Nahfeldes beschrieben wird.
Gegenüber der fest montierten Testantenne 1 sind mehrere Antennen, hier Dipolantennen 3 regelmäßig auf einer Oberfläche 30 verteilt. Wie im folgenden besser verständlich wird, gestattet es jede dieser Dipolantennen 3, das von der Testantenne 1 abgestrahlte Feld an demjenigen Punkt zu messen, an dem sich diese Dipolantenne befindet. Auf diese Weise kann man das Diagramm des auf eine Oberfläche 30 gestrahlten Nahfeldes erstellen und davon beispielsweise das Strahlungsdiagramm des Fernfeldes der getesteten Antenne 1 ableiten. Man kann davon ebenfalls das Diagramm des unmittelbaren Nahfeldes in der Öffnung der Antenne ableiten, insbesondere für Diagnostikanwendungen.
Die Antenne 1 wird hier über einen Zirkulator 10 gespeist, der ein Mikrowellensignal ME empfängt das von einem zu einer elektronischen Schaltung 8 gehörenden Mikrowellengenerator geliefert wird. Das Mikrowellensignal ME ist hier ein Einfrequenzsignal.
Die Dipolantennen 3, die auf der Oberfläche 30 als Netzmuster angeordnet sind, bestehen hier aus elektrischen Dipolen, d.h. sie weisen jeweils zwei gleiche und in einer Reihe angeordnete geradlinige Strahlungsglieder auf. Die Kathode einer Diode 4 ist mit einem der Strahlungsglieder verbunden und deren Anode ist mit dem anderen Strahlungsglied verbunden, so daß jede der Dipolantennen 3 in ihrer Mitte von der Diode 4 gespeist wird, hier eine pin-Diode.
Die Dipolantennen 3 werden bei dieser Ausführung von einem isolierenden Substrat 36 geringer Dicke getragen. Beispielsweise werden sie durch Ätzen einer auf ein Substrat 36 aufgebrachten Schicht erhalten, nach Art einer gedruckten Schaltung.
Eine Schicht 32 aus einem die Mikrowellenstrahlung absorbierenden Material, beispielsweise ein Schaum aus mit Kohlenstoff dotiertem Kunststoff, ist auf der zur Antenne 1 entgegengesetzten Seite der Oberfläche 30 angeordnet, so daß eine ihrer Seiten an dem Substrat 36 anliegt. Die Dicke der Schicht 32 reicht aus, um die Mikrowellenstrahlung der Frequenz des Signals ME zu absorbieren. Bekanntlich liegt sie zwischen einigen Millimetern und einigen Zentimetern.
Eine Adressierschaltung 33 des Diodensystems 4 liegt an der Seite der absorbierenden Schicht 32, die zu derjenigen entgegengesetzt ist, an der das Substrat 36 angeordnet ist. Die Adressierschaltung 33 ist eine gedruckte Schaltung, die mit mehreren Leiterbahnen versehen ist, von denen jede auf der einen Seite mit Hilfe von Anschlüssen 34 mit einem der Ausgänge eines Multiplexers 7 und auf der anderen Seite über Anschlüsse 35 mit jeder der Dioden 4 verbunden ist. Die Anschlüsse 35 durchlaufen die absorbierende Schicht 32 senkrecht zur Oberfläche 30 und zu den Strahlungsgliedern der Dipolantennen 3, damit die aufgrund jeder Dipolantenne 3 gemessene Komponente des elektromagnetischen Feldes nicht gestört wird.
Die Frequenz des Mikrowellensignals ME kann irgendeinen Wert in einem Bereich annehmen, der zwischen einem Minimalwert Fm und einem Maximalwert FM liegt. Jede der Antennen ist kürzer als die kleinste halbe Wellenlänge λm/2, d.h. als die halbe Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung der maximalen Frequenz FM.
Die Adressierschaltung 33 ist so angeordnet, daß die Strahlungsglieder jeder Dipolantenne 3 mit einem der Ausgänge des Multiplexers 7 verbunden sind, wobei die Anzahl der Ausgänge gleich der der Dipolantennen 3 ist. Der Multiplexer 7 empfängt auf seinem einzigen Eingang ein von einem Generator 6 ausgehendes niederfrequentes Signal B.
Unter "Niederfrequenzsignal" versteht man hier ein periodisches Signal, rechteckig oder sinusförmig, dessen Frequenzbereich beträchtlich unterhalb des gewöhnlich als Mikrowellenbereich bezeichneten Frequenzbereichs liegt. Angenommen, der Mikrowellenbereich wird nach unten von einigen Hundert Megahertz begrenzt, so hat das Signal B im Prinzip eine Frequenz unterhalb einigen Zehn Megahertz.
Die Mikrowellenstrahlung, die von jeder Dipolantenne ausgeht, wird bei dieser Ausführung von der Antenne 1 selbst gesammelt, wobei das entsprechend gesammelte Mikrowellensignal MC am Ausgang des Zirkulators 10 zur Verfügung steht.
Der Mikrowellenstrahlengang von der Antenne 1 zu der Oberfläche 30 - durch den Pfeil 13 dargestellt - ist dem Strahlengang von der Oberfläche 30 zu der Antenne 1 - gekennzeichnet durch den Pfeil 31 - überlagert.
Eine mit Hilfe eines Mikroprozessors gesteuerte elektronische Schaltung 8 weist einen das Mikrowellensignal MC aufnehmenden Mikrowelleneingang auf, ferner einen das Signal B aufnehmenden niederfrequenten Eingang, einen das Mikrowellensignal ME ausgebenden Mikrowellenausgang, einen ein Signal C zur Steuerung des Multiplexers bereitstellenden numerischen Ausgang und einen ein Signal SI liefernden Ausgang, wobei dieses Signal kennzeichnend für das gemessene Mikrowellenfeld ist und beispielsweise an eine bekannte und deshalb hier nicht gesondert dargestellte Aufzeichnungsvorrichtung angelegt wird.
Die soeben beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Zu jedem Zeitpunkt steuert der Mikroprozessor der elektronischen Schaltung 8 den Multiplexer 7 dazu, das Signal B an eine einzige der Dipolantennen 3 anzulegen, also an eine einzige der Dioden 4. Auf diese Weise wird nur diese Diode vorgespannt, und zwar im Takt des Signals B nacheinander in Sperr- und in Durchlaßrichtung.
Gleichzeitig strahlt die von der getesteten Antenne 1 ausgehende Mikrowellenstrahlung auf die Oberfläche 30, und das Streufeld auf dem Niveau jeder Dipolantenne 3 ist ein Maß des von der Testantenne 1 zu demjenigen Punkt abgestrahlten Feldes, an dem sich diese Dipolantenne befindet.
Die Gesamtheit der von allen Dipolantennen 3 ausgehenden Strahlung wird von der Antenne 1 gesammelt und bildet das gesammelte Mikrowellensignal MC.
In der elektronischen Schaltung 8 unterliegt das gesammelte Mikrowellensignal MC einer synchronen Mikrowellendetektion mit Hilfe des Mikrowellensignals ME, dann einer zweiten synchronen niederfrequenten Detektion mit Hilfe des Signals B. Nun ist aber von allen gesammelten Strahlen nur die von derjenigen Dipolantenne 3 herrührende Strahlung von dem Signal B moduliert, die von der von dem Signal B vorgespannten Diode gespeist wird. Deshalb ist das Signal MC nach der Mikrowellendetektion und sodann der niederfrequenten Detektion nur noch charakteristisch für das Feld am Punkt derjenigen Dipolantenne 3, die von der mit Hilfe des Signals B vorgespannten Diode 4 gespeist wird. Der Mikroprozessor der Schaltung 8 kann also nacheinander die Vorspannung jeder der Dioden 4 steuern und ein Signal SI zur Steuerung der Aufzeichnungsvorrichtung bilden, und zwar ausgehend von dem Signal C, das die Lage des Meßpunktes angibt, und von dem aus der Doppeldetektion resultierenden Signal, das den Wert des Feldes im Meßpunkt angibt.
Diese Arbeitsweise, die sich aus der Umsetzung des dem Fachmann unter dem Namen "Methode des modulierten Sendens" bekannten Verfahrens ergibt, wird in dem amerikanischen Patent US 4 552 151 beschrieben.
Die elektronische Schaltung 8, die prinzipiell einen Mikrowellengenerator, einen Steuer-Mikroprozessor und einen synchronen Mikrowellendetektor aufweist, dem ein niederfrequenter synchroner Detektor nachgeschaltet ist, liegt im Griffbereich des Fachmanns und muß nicht näher beschrieben werden.
Um das abgestrahlte Feld in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsrichtungen zu messen, können an jedem Punkt der Geraden 30 analog zur Antenne 3 zwei senkrecht zueinander angeordnete Dipolantennen vorgesehen werden, wobei dies aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Man erhält dadurch zwei Reihen von Dipolantennen. Die erste Reihe ist beispielsweise vertikal angeordnet, um für die vertikale Komponente des Feldes empfindlich zu sein. Sie ist mit einem ersten Multiplexer verbunden, der ein erstes Niederfrequenzsignal empfängt. Die zweite Reihe der Dipolantennen ist horizontal angeordnet, um für eine horizontale Feldkomponente empfindlich zu sein. Sie ist mit einem zweiten Multiplexer verbunden, der ein zweites Niederfrequenzsignal empfängt, dessen Frequenz sich von derjenigen des ersten Niederfrequenzsignals unterscheidet. Die elektronische Schaltung 8 ist so aufgebaut, daß das gesammelte Mikrowellensignal nach der synchronen Mikrowellendetektion zwei synchronen niederfrequenten Detektionen unterworfen wird, einer bei der Frequenz des ersten Niederfrequenzsignals, der anderen bei der Frequenz des zweiten Niederfrequenzsignals, wodurch die gleichzeitige Detektion der zwei Komponenten des Feldes an jedem Punkt ermöglicht wird.
Genauso kann nur ein einziger Multiplexer für eine doppelte Anzahl von Wegen benutzt werden, indem nacheinander jede der Dioden aus den zwei Reihen von Dipolantennen vorgespannt wird, um nacheinander die zwei Komponenten des Feldes an einem Punkt zu bestimmen.
Wird bei einer Frequenz gearbeitet, die dicht an derjenigen Minimalfrequenz Fm liegt, für die die Vorrichtung vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit, insbesondere wenn die Vorrichtung für einen großen Frequenzbereich vorgesehen wurde, gleichzeitig mit Hilfe des Signals B ein Paket aus mehreren, zu benachbarten Dipolantennen 3 gehörigen Dioden 4 zu modulieren.
Tatsächlich sind diese Dioden im allgemeinen in einem Abstand von λm/2 angeordnet, um bei der maximalen Frequenz FM und somit bei der minimalen Welenlänge λm eine zufriedenstellende räumliche Meßwertaufnahme des Feldes zu erzielen. Dagegen ist es bei Messungen mit größeren Wellenlängen nicht notwendig, einen räumlichen Meßwertabstand von λm/2 zu haben. Um Zeit zu gewinnen und die Empfindlichkeit zu erhöhen, kann die elektronische Schaltung 8 dann so angeordnet werden, daß die Modulation der Dioden 4 in Form von Paketen geeigneter Größe geschieht.
Es ist nicht erforderlich, Pin-Dioden zu verwenden, genauso kann man diese durch Photodioden ersetzen. In diesem Fall, wie in Figur 3 gezeigt, sind die durch die absorbierende Schicht 32 verlaufenden elektrischen Anschlüsse 35 durch optische Anschlüsse in Form von optischen Fasern 35', ersetzt, deren Enden gegenüber jeder der Photodioden 4' angeordnet sind. In diesem Fall ist die Störung des Mikrowellenfeldes durch die Zuleitungsanschlüsse des Niederfrequenzsignals B an jeder Photodiode Null, unabhängig von der Ausrichtung der Fasern 35'.
Im Fall eines relativ ausgedehnten Frequenzbereiches des Mikrowellenfeldes kann die absorbierende Schicht 32 mehrere Unterschichten aus Materialien mit verschiedenen Eigenschaften aufweisen, um einen guten Absorptionskoeffizienten in dem gesamten Bereich der Betriebsfrequenzen zur Verfügung zu stellen.
In Figur 2 wird die Meßvorrichtung nicht mehr zum Charakterisieren der Antenne 1 verwendet, sondern einer Platte eines Materials, dessen Homogenität beispielsweise kontrolliert werden soll. In diesem Fall verwendet man eine Antenne 1 mit bekannten Eigenschaften, beispielsweise derart, daß eine möglichst gleichmäßige Bestrahlung der Platte 9 erzielt wird. Man arbeitet dabei im Zweifachtransmissionsverfahren, weil die Platte 9 ein erstes Mal von der von der Antenne 1 ausgehenden Mikrowellenstrahlung durchlaufen wird, wie es der Pfeil 13 zeigt und ein zweites Mal von der von der Antennenanordnung 3 der Oberfläche 30 ausgehenden Mikrowellenstrahlung, wie es der Pfeil 31 zeigt. Da sich jedoch die Hin- und Rückwege überlagern ist das mit dem Signal B modulierte Feld - sofern eine Diode 4 mit diesem Signal moduliert ist - mit dem Transmissionskoeffizienten der Platte 9 an derjenigen Stelle verknüpft, an der die Platte von der auf diese Diode 4 zulaufenden Strahlung oder von der von ihr abgehenden Strahlung durchtreten wird.
Wenn die Platte 9 größer ist als die Anordnung der Antennen 3 oder wenn ein Produkt am laufenden Band kontrolliert wird, ist es natürlich möglich, die Platte 9 oder das Band an der Anordnung der Antennen 3 vorbeizuführen.
In diesem Fall kann die Anordnung nur eine senkrecht zur Ebene der Figur 2 angeordnete Reihe von Antennen enthalten, wobei ein zweidimensionales Bild des Objekts 9 durch Synchronisierung der Transportbewegung und des Abtastens der Dioden 4 erhalten wird.
In der Ausführungsform der Figur 3 erleichtert die Verteilung der Mikrowellenschaltungen auf einer einzigen Seite des Objekts 9 die Gestaltung der Vorrichtung sehr.
In Figur 4 ist die Oberfläche 30, über die sich die Anordnung der Antenne 3 erstreckt, ein Teil der Oberfläche einer komplexen Struktur 90, hier einer metallischen Abschirmung. Es ist daher möglich, das Feld auf der Oberfläche 30 unter Berücksichtigung der Reflektionen der Strahlung an anderen Teilen der Oberfläche zu messen, wenn die Struktur 90 von der Quelle 1 bestrahlt wird.
In Figur 4 ist eine Sammelantenne 5 getrennt von der Sendeantenne 1 vorgesehen, aber angeordnet auf der gleichen Seite der Oberfläche 30 wie diese Sammelantenne 1 und neben dieser, damit der Strahlenweg 31 von der Oberfläche 30 zu der Sammelantenne 5 neben dem Strahlenweg 13 von der Sendeantenne zu der Oberfläche 30 liegt.
Die Verbindungsanschlüsse 34 der Adressierschaltung 33 mit dem Multiplexer 7, die in Figur 4 nicht dargestellt sind, befinden sich im Innern der Struktur 90, damit sie nicht im Sichtbereich des Mikrowellenfeldes liegen.
In der Ausführungsform gemäß Figur 4 erleichtert die Anordnung der Mikrowellenschaltungen im Innern eines einzigen Raumes die Realisierung einer tragbaren Vorrichtung, die für Messungen vor Ort verwendet werden kann.
Es ist genauso möglich, die Anordnung der Antennen 3 dazu zu verwenden, das reflektrierte Feld von einem reflektierenden Objekt zu messen, das von der Antenne 1 bestrahlt wird.
Natürlich können auch in den Vorrichtungen der Figuren 1 bis 3 zwei unterschiedliche Antennen für das Senden und den Empfang verwendet werden, wie die Antennen 1 und 5 der Figur 4. Entsprechend kann ein Zirkulator und eine einzige Antenne, wie der Zirkulator 10 und die Antenne 1 der Figur 1, in der Vorrichtung nach Fig. 4 verwendet werden.
Es ist nicht notwendig, daß die Oberfläche 30 eben ist. In einigen praktischen Fällen, wie bei der Untersuchung von Radarköpfen komplexer Form, kann die Oberfläche eine beliebig gekrümmte Oberfläche, eine Halbkugel usw. sein.
Wichtig ist, daß bei einer Messung, in der immer eine doppelt so hohe Phase wie die reelle Phase gemessen wird, die Messung mit einer einzigen Antenne bekanntlich zu einer Phasen- Zweideutigkeit führen kann. Das ist in all den Anwendungen kein Problem. Für jene Anwendungen, in denen diese Zweideutigkeit der Phase störend sein könnte, kann sie aufgeschlüsselt werden, indem auf bekannte Weise ein Algorithmus zur Datenentkopplung durchgeführt wird.
Es ist nicht zwingend, eine Diode, wie beschrieben, in der Mitte jeder Dipolantenne anzuordnen. Genauso können mehrere Dioden je Dipolantenne angeordnet werden, beispielsweise zwei, die eine bei ein Drittel und die andere bei zwei Drittel der Gesamtlänge des Dipols.
Genauso müssen nicht unbedingt, Dipolantennen verwendet werden. Diese können durch Antennen von jedem anderen Typ ersetzt werden, die jeweils kleine Abmessungen in Bezug auf die minimale Wellenlänge λm haben.
Beispielsweise kann man in Streifentechnik erstellte Antennen ("Patch-Antennen"), Spiralantennen und Fadenantennen bzw. Linearantennen mit vielen Strahlungselementen verwenden.
In wichtiger Weiterbildung der Erfindung kann außerdem im Fall der Dioden die Modulation verbessert werden. In allen zuvor beschriebenen Adressiersystemen wird das nicht-lineare Element, in dem Fall die Diode, direkt von den Zeilen-Spalten- Adressieranschlüssen des Multiplexers moduliert. Diese Schaltung hat den Vorteil der Einfachheit, aber es ergibt sich daraus eine Störmodulation der nicht-adressierten Dioden, insbesondere da diese unvollständig gesperrt sind.
In der oben beschriebenen Anordnung, in welcher die Adressierschaltung unter einer Schicht aus absorbierendem Material versteckt ist, können Störmodulationen dieser Art vermieden werden, indem an jedem Element der Anordnung eine logische Schaltung angebracht wird, die die Modulation nur einer einzigen Diode zur Zeit zuläßt wobei alle anderen wirksam gesperrt werden.
Beispielsweise kann ein in Reihe mit der Diode geschalteter und von den Zeilen-Spalten-Adressiersignalen gesteuerter logischer Port verwendet werden, der das Modulationssignal nur dann ausliefert, wenn die Validisierungsbedingungen erfüllt sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des von einer Quelle (1) abgestrahlten Mikrowellenfeldes an einer Vielzahl von Punkten, welche Vorrichtung umfaßt:

- an jedem der Punkte mindestens eine Antenne (3), die durch mindestens eine Diode (4) aufgeladen wird,

- Sammelmittel (1, 10; 5) für die von jeder der Antennen (3) kommende Mikrowellenstrahlung, die ein gesammeltes Mikrowellensignal (MC) liefern,

- Mittel zur Erzeugung (6) eines Niederfrequenzsignales (B),

- Mehrfachkopplungsmittel (7), die zwischen den Erzeugungsmitteln (6) und jeder der Dioden (4) angeordnet sind,

- eine Schaltung zur Adressierung, die einerseits mit dem Mehrfachkoppler und andererseits mit jeder der Dioden verbunden ist, und

- Mittel (8), um diese Mehrfachkopplungsmittel (7) so zu steuern, daß mindestens eine der Dioden (4) durch das Niederfrequenzsignal (B) polarisiert wird, und um in Abhängigkeit von dem Niederfrequenzsignal (B) und dem gesammelten Mikrowellensignal (MC) ein Signal (SI) zu erzeugen, welches das Mikrowellenfeld repräsentiert, das an dem Punkt herrscht, an dem sich die von der polarisierten Diode aufgeladene Antenne (3) befindet,

eine Vorrichtung, bei der:

- die Antennen (3) regelmäßig auf einer Oberfläche (30) verteilt sind, und

- die Quelle (1) und die Sammelmittel (1, 10; 5) auf einer selben Seite der Oberfläche (30) und nebeneinander angeordnet sind, so daß der Weg (93) von der Quelle (1) zur Oberfläche (30) und der Weg (31) von der Oberfläche (30) zu den Sammelmitteln (1, 10; 5) nebeneinander verlaufen,

dadurch gekennzeichnet, daß:

- eine Schicht (32) aus einem die Mikrowellenstrahlung absorbierendem Material vorgesehen ist, deren eine Fläche an der Oberfläche (30) anliegt und die auf derjenigen Seite der Oberfläche (30) angeordnet ist, die der Seite der Quelle (1) und der Sammelmittel (1, 10; 5) entgegengesetzt ist, und

- die Adressierschaltung (33) an der anderen Fläche der Schicht (32) anliegt und mit jeder der Dioden mittels Anschlüssen (35) verbunden ist, welche die Schicht (32) senkrecht zur Oberfläche (30) durchlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mikrowellenfeld eine Frequenz besitzt, die irgendeinen Wert in einem Bereich annehmen kann, und jede der Antennen (3) Abmessungen besitzt, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge bei der maximalen Frequenz dieses Bereichs.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Anschlüsse (35), welche die Schicht (32) durchlaufen, elektrische Verbindungen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Anschlüsse (35'), welche die Schicht (32) durchlaufen, optische Verbindungen sind und die Dioden Photodioden (4') sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der an jedem der Punkte zwei Antennen (3) vorgesehen sind, wobei jede von ihnen für die in einer bestimmten Richtung linear polarisierte Komponente des Feldes empfindlich ist, und die zwei Antennen (3) so angeordnet sind, daß die zwei bestimmten Richtungen senkrecht zueinander sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schicht (32) mehrere Unterschichten aus Materialien mit verschiedenen Eigenschaften aufweist, so daß die Schicht über ein Frequenzband absorbiert.

30 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Quelle (1) und die Sammelmittel (1, 10) eine selbe Antenne (1) umfassen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein zu untersuchender Gegenstand (9) zwischen einerseits der Oberfläche (30) und andererseits der Quelle (1) und den Sammelmitteln (1, 10) angeordnet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der zu untersuchende Gegenstand (9) vorbeigeführt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Oberfläche (30) ein Teil der Oberfläche einer von der Quelle (1) angestrahlten Struktur (90) ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Mehrfachkopplungsmittel (7) und die Mittel zur Erzeugung (6) eines Niederfrequenzsignales (B) in die Adressierschaltung (33) integriert sind.