FI93493B - Useasta pisteestä mittaava laite esineen hajottaman mikroaaltokentän mittaamiseksi - Google Patents

Description

93493 l'

Useasta pisteestä mittaava laite esineen hajottaman mikroaal-tokentän mittaamiseksi 5 Keksinnön kohteena on laite, joka mittaa yksitaajuksisen mik-roaaltosäteilylähteen valaiseman esineen hajottaman mikroaal-tokentän useasta pisteestä, ja siinä on: jokaisessa pisteessä dipoliantennin tyyppinen antenni, jonka 10 keskustassa on sitä varaava diodi, dipoliantennien ollessa sijoitettuna vähintään yhden linjan suuntaisesti, hajonneen mikroaaltosäteilyn koontilaite, joka tuottaa kootun mikroaaltosignaalin, matalataajuksisen signaalin lähetinlaite, 15 kanavointilaite sanotun lähetinlaitteen ja kaikkien sanottujen diodien väliin sijoitettuna ja ohjainlaite sanotulle kanavointilaitteelle, sijoitettuna niin, että vähintään yksi sanotuista diodeista polarisoituu sanotulla matalataajuuksisella signaalilla ja vastauksena sanottuun 20 matalataajuuksiseen signaaliin ja koottuun mikroaaltosignaa-liin tuottaa signaalin, joka edustaa mikroaaltokenttää pisteessä, jossa sanotulla polarisoidulla diodilla varattu dipo-liantenni on.

25 Tällaista laitetta voidaan käyttää hyvin moniin teollisiin sovellutuksiin, erityisesti ei ainetta tuhoavaan tutkimukseen, kun tutkittavana on esineitä, joissa epäillään olevan virheitä tai kun tutkitaan materiaaleja tai tuotteita, jotka ovat muuttuneet esim. kuivumisen, jäädyttämisen tai polymeroinnin jäl-30 keen, kun halutaan nähdä muutosten tulokset.

On tunnettua, että kappale, jota valaistaan mikroaaltosä-teilyllä, hajottaa säteilyn tavalla, joka tietysti riippuu kappaleen muodosta, mutta myös dielektrisyysvakiosta ja joh-35 tavuudesta kaikissa kappaleen pisteissä. Kaksi jälkimmäistä ominaisuutta ovat tietenkin riippuvaisia kappaleen sisäisestä rakenteesta, ja näin onkin mahdollista suorittaa ainetta rikkomaton kappaleen sisäistä rakennetta selvittävä 2 93493 tutkimus analysoimalla tätä kappaletta valaisevan mikroaal-tokentän hajoama.

Hajonneella kentällä tarkoitetaan tässä joko kappaleen läpi 5 välittyvää kenttää tai sitten kappaleen heijastamaa kenttää, diffraktioanalyysi voidaan siis suorittaa perustuen joko välittymiseen tai heijastumiseen taikka molempiin samanaikaisesti .

10 Näin voidaan tutkia esim. laudassa ilmeneviä virheitä, kontrolloida jonkin levyn, kipsikerroksen tai paperiarkin kuivumisen yhtenäisyyttä ja kuivumisastetta, tarkistaa muovimateriaalin polymeroinnin kulkua ja lopputulosta tai havainnoida ruokatarvikkeiden jäätymisastetta.

15 Tämän kaltainen mittauslaite tunnetaan ja se on kuvattu US-patentissa 4 552 151. Siinä dipoliantennit yhdistetään päistään niin, että ne muodostavat rivistöjä "matriisiver-kostoon" ("matrix retina"), mikä tarkoittaa, että dipolian- 20 tennit muodostavat suorakulmaisen levyn. Koontilaite muodostuu joukosta aaltoputkia, jotka kaikki ovat torven muotoisia ja kokonaisuutta ohjataan niin, että saadaan mitattua peräkkäin kentän arvo levyn joka pisteessä.

25 Tällainen kaksiulotteinen laite on kuitenkin melko kömpelö, sillä jokaisen torven pituus on sen aukon suurimman ulottuvuuden luokkaa joka siten määrittää olennaisesti suurimman mahdollisen tutkittavan pituuden. Lisäksi laitteen tuotanto-hinta muodostuu suhteellisen korkeaksi, sillä sen käyttö 30 on suhteellisen monimutkaista, varsinkin kun joudutaan käyttämään mikroaaltokanavointilaitetta. Vaikka laite sopiikin biolääketieteellisiin ja laboratoriosovellutuksiin, se sopii huonosti edellä mainitun kaltaisiin teollisiin sovellutuksiin.

35 Tämän keksinnön avulla päästään tällaisista haitoista, koska keksinnön kohteena oleva mittauslaite on pienikokoinen

II

3 93493 ja edullinen, sen käyttö on nopeaa ja yksinkertaista ja se soveltuu hyvin teolliseen käyttöön.

Keksinnön kohteena oleva mittauslaite on siis edellä kuvatun 5 kaltainen ja se on tunnettu siitä, että: sanottu koontilaite muodostuu yhdestä ainoasta mikroaaltoja ohjaavasta kokonaisuudesta, joka myötäilee sanottua dipo-liantennien linjaa, (tutkittavan) esineen toisella puolella, 10 kauempana sanotuista dipoliantenneista, pitkin sanottua ohjauskokonaisuutta sijaitsee joukko sanotun ohjauskokonaisuuden kytkentäantenneja, jotka kaikki muuttavat vastaanotetun mikroaaltosäteilyn yhdeksi aalloksi, jota ohjauskokonaisuus ohjaa, 15 sanotun ohjauskokonaisuuden toisessa päässä on päätelaite ja toisessa päässä laite, joka muuttaa sanotut ohjatut aallot sanotuksi kootuksi mikroaaltosignaaliksi, sanotut kytkentäantennit on sijoitettu siten, että ne sätei-lisivät kaikki vaiheessa, jos, sanotun lähteen ollessa sam-20 mutettuna, yksi ainoa mikroaaltosäde tulisi sanottuun muun-telulaitteeseen, ja sanottu välimatka dipoliantennien ja ohjauskokonaisuuden välillä määritetään siten, että näissä olosuhteissa muodostuu yhtenäinen kenttä sanotulle dipoliantennien linjalle.

25

Koska keksinnön mukaisessa mittalaitteessa dipoliantennit on sijoitettu yhteen linjaan ja koontilaite muodostuu vain yhdestä samaa linjaa myötäilevästä ohjauskokonaisuudesta muutaman aallonpituuden päässä dipoliantenneista, laitteesta 30 saadaan pienikokoinen ja käyttökustannukset jäävät alhaisiksi. Lisäksi edellä mainituissa teollisissa sovellutuksissa tutkittava esine on useimmiten mittalaitteen ohi kulkeva kappale. Olennaisesti kulkusuuntaan nähden kohtisuoraan sijaitsevien dipoliantennien avulla saadaan siis kuva esinees-35 tä hyvin yksinkertaisesti.

4 93493

Aikaisemmassa laitteessa koko oli tutkimustasoon nähden kohtisuorassa suunnassa noin metri, tutkittavan alueen pituuden ollessa samaa luokkaa, olipa aallonpituus mikä tahansa. Keksinnön mukaisessa laitteessa koko on vain muuta-5 ma aallonpituus, esim. alle 10 cm työskentelytaajuuden ollessa 9 GHz. Lisäksi samalla laitteen pituudella tutkimussuuntaan käyttövyöhyke on suurempi.

Huomattavaa keksinnön mukaisessa laitteessa on, että koska 10 kytkentäantennien dipoliantennien linjaan muodostama kenttä on yhtenäinen, antennit voidaan sijoittaa juuri sellaisin välimatkoin, että saadaan kuhunkin sovelluskohteeseen sopivan tarkka tuotteen analyysi ilman että jouduttaisiin ottamaan huomioon aaltojen jaksottainen eteneminen ohjausko-15 konaisuudessa. Ts. dipoliantennien väliset ja kytkentäantennien väliset matkat voidaan valita toisistaan riippumatta, mikä tekee keksinnön mukaisesta mittalaitteesta erittäin joustavakäyttöisen.

20 Keksinnön mukaisella laitteella voidaan lisäksi mitata mikroaaltokentän amplitudin ja vaiheen vaihteluita pitkin dipoliantennien linjaa ja voidaan saada suora visualisointi, synteettinen käsittely tai fokusoida esineen sisällä oleviin pisteisiin. Kahdessa jälkimmäisessä tapauksessa esineestä 25 voidaan saada tomografinen esitys.

Sen lisäksi siis, että keksinnön mukainen laite sopii erittäin hyvin, ajateltaessa niiden tuotantoyksikön ohjausta, esineitten tai materiaalien ainetta rikkomattomaan tutkimuk-30 seen niiden kulkiessa ohi, laitetta voidaan erinomaisesti käyttää myös tarkempaan tutkimukseen laboratoriossa tutkittaessa esim. mitä tapahtuu jonkin kappaleen muuttumisprosessin aikana.

35 On edullista, että sanotun ohjauskokonaisuuden ja sanottujen dipoliantennien väliin jäävä tila suljetaan kahdella linjan suuntaan kulkevalla seinämällä, jotka päällystetään sanottua mikroaaltotaajuussäteilyä absorboivalla materiaalilla.

s 93493

On myös erittäin edullista asentaa sanottujen kappaleiden ja dipoliantennien väliin adaptaatiolevy.

5 Edellä mainittuja osia käytettäessä voidaan optimoida laitteen mikroaaltotyöskentelytaajuus, koska voidaan estää mikroaaltosäteilyn vuotaminen tai sivuheijastuksien muodostuminen, ja dipoliantennit saadaan hyvin sovitetuiksi ja yhteensopiviksi.

10

Keksintöä selitetään seuraavin eri toteutusmuotojen kuvauksin ja selityksessä viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on perspektiivikuva keksinnön mukaisesta laitteesta, jota käytetään virheiden havaitsemiseen puutuotteesta, 15 kuviossa 2 nähdään eräs toteutusmuoto ohjauskokonaisuudesta ja kuvion 1 mukaisen mittauslaitteen sivuseinämistä, kuviossa 3 nähdään kuvion 1 mukaisen mittauslaitteen dipoliantennien adaptaatiolevy, kuviossa 4 on eräs kuvion 3 adaptaatiolevyn toteutusmuodon 20 muunnelma, ‘ kuvioissa 5, 6, 7, 8 ja 9 on kussakin eräs kuvion 1 mukaisen mittauslaitteen ohjauskokonaisuuden ja dipoliantennien toteutusmuoto ja kuviossa 10 nähdään yksityiskohtaisempi kuva eräästä kuvion 25 1 mukaisen laitteen dipoliantennien järjestysmuunnelmasta.

Kuviossa 1 nähdään mittausjärjestelmä, jonka avulla tutkitaan puulaudan 1 vikoja. Lauta 1 kulkee nuolen 11 suuntaisesti mittauslaitteen editse, joka on kiinteä ja tarkoitettu 30 laudan vikojen havaitsemiseen, jotta voidaan esim. ohjata laudan optimaalinen myöhempi sahaamistapa.

Mikroaaltosäteilylähde, tässä torvi 2, saa mikroaaltolähet-timen 21 lähettämän mikroaaltosignaalin ME, joka on yksitaa-35 juuksinen signaali.

Torvi 2 valaisee laudan 1 koko sen leveydeltä. Laudan 1 hajottaman mikroaaltokentän, joka tässä on laudan 1 läpäi- 6 93493 seinä kenttä, mittauslaite sijaitsee laudan 1 toisella puolella; kuviossa etäisyys on selvyyden vuoksi suurempi kuin luonnossa.

5 Mittauslaitteeseen kuuluu ensinnäkin joukko antenneja 3, ne ovat tyypiltään dipoliantenneja eli niissä on kussakin kaksi samanlaista peräkkäin saman suoran suuntaisesti kulkevaa säiettä. Diodin 4 katodi on yhdistetty toiseen sähkeeseen, anodi puolestaan toiseen sähkeeseen niin, että kunkin 10 antennin 3 keskellä on varaava diodi, tässä nk. pin-diodi. Dipoliantennit 3 on sijoitettu linjaan, tässä laudan kulkusuuntaan 11 nähden kohtisuoraan ja niin, että ne vastaavat torven 2 valaisemaa pitkänomaista vyöhykettä.

15 Ohjauskokonaisuus, tässä suorakaiteen muotoinen ohjain 5, sijaitsee dipoliantennien 3 linjalla vastapäätä lautaa 1 ja etäisyydellä, joka D, kuten edempänä ilmenee, on muutama aallonpituus, sanotulla mikroaaltotaajuudella ja väliaineessa, tässä ilma, jossa operaatio tapahtuu.

20

Aukot 55, joiden muotoa ja kokoa kuvaillaan jatkossa tarkemmin, sijaitsevat ohjaimen 5 suuremmalla sivulla vastapäätä dipoliantennien 3 linjaa.

25 Ohjaimen 5 toisessa päässä on päätelaite 51, tässä oikosulku, toisessa päässä taas muuntelulaite 52 tunnettua koaksi-aaliohjaustyyppiä.

Kaksi seinämää 53, jotka ovat suoria ja joita peittää työ-30 taajuuden mikroaaltosäteilyä absorboiva kerros 531, sijaitsee samansuuntaisesti dipoliantennien 3 linjan kanssa, ohjaimen 5 molemmin puolin, sulkien tilan ohjaimen 5 ja dipoliantennien 3 välillä. Käytettävä absorboiva aine voi esim. olla yleisesti käytettyä hiilivahvisteista vaahto-35 muovia, jonka tarkoituksena on vähentää moninkertaista heijastumista ohjaimen 5 ja dipoliantennien 3 välillä.

Il 7 93493

Kuten kuviosta 1 voidaan nähdä, kussakin dipoliantennissa 3 on säie, joka on yhdistetty järjestelmän maahan esim., kuten tässä, hitsaamalla se toiseen seinämistä 53, joka tätä tarkoitusta varten on valmistettu metallista ja maadoitettu.

5 Kunkin dipoliantennin 3 toinen säie on tässä kiinnitetty kanavointilaitteen 7 kuhunkin ulostulokohtaan ja laitteen ainoaan sisäänmenokohtaan tulee matalataajuuksinen signaali B lähettimestä 6.

10 Matalataajuuksisella signaalilla tarkoitetaan tässä jaksot taista, suorakaide- tai sinimuotoista signaalia, joka on taajuudeltaan huomattavasti matalampaa kuin taajuudet, joista käytetään nimitystä mikroaallot. Mikroaaltotaajuuksi-en rajoittuessa alarajoillaan muutamaan sataan megahertsiin, 15 signaalin B taajuus on yleensä alle muutaman kymmenen megahertsin.

Mikroprosessoriohjatussa elektroniikkapiirissä 8 on kaksi mikroaaltojen sisäänmenokohtaa, joihin tulevat mikroaal-20 tosignaali ME ja mikroaaltosignaali MC, jonka lähettää muuntelulaite 52, matalataajuuksinen sisäänmenokohta signaalille B, digitaalinen ulostulokohta, josta lähtee käskysig-naali C kanavointilaitteeseen sekä ulostulokohta signaalille SI, joka kuvaa mitattua mikroaaltokenttää ja suunnataan 25 esim. näyttölaitteeseen, jota tässä ei ole esitetty, koska se on tunnettu.

Kuvatunlainen laite toimii seuraavasti.

30 Elektroniikkapiirin 8 mikroprosessori ohjaa koko ajan kanavointilaitetta 7 niin, että signaali B saapuu vain yhteen diodeista 4. Siis vain tämä diodi polarisoidaan, jaksottain estojännitteiseksi ja myötäesijännitteiseksi signaalin B rytmissä.

35

Samaan aikaan mikroaaltosäteily valaisee laudan 1 ja jokaisen dipoliantennin 3 tasolle hajoava kenttä on osa valaistun laudanviipaleen mikroaaltokuvasta.

8 93493

Aukot 55 toimivat lisäksi ohjaimen 5 kytkentäantennina ja muuttavat saapuvan säteilyn, erityisesti dipoliantenneista 3 tulevan säteilyn, ohjaimen 5 ohjaamaksi aalloksi.

5

Eri aukoista 55 lähtöisin olevat ohjatut aallot muuttuvat mikroaaltosignaaliksi MC muuntelulaitteen 52 avulla. Tätä mikroaaltosignaalia MC kutsutaan kootuksi mikroaaltosignaaliksi, koska se saadaan kokoamalla eri aukoista 55 tuleva 10 säteily, erityisesti dipoliantenneista 3 tuleva säteily.

Kootulle mikroaaltosignaalille toteutetaan synkronoitu mikroaaltoilmaisu elektronisessa piirissä 8 mikroaaltosig-naalin ME avulla, sen jälkeen toinen, synkronoitu matalataa-15 juusilmaisu signaalin B avulla. Kootuista säteistä vain signaalin B polarisoiman diodin varaamasta dipoliantennista 3 tuleva säteily moduloituu signaalin B avulla. MC-signaali, mikroaalto- ja matalataajuusilmaisun jälkeen, siis edustaa kenttää vain kohdilta, joissa on signaalin B avulla pola- 20 risoidun diodin 4 varaama dipoliantenni 3. Piirin 8 mikro- • · prosessorilla voidaan siis ohjata perättäinen kunkin diodin 4 polarisointi ja saada aikaan mittauspisteen sijaintia ilmoittavasta signaalista C ja tämän mittauspisteen kentän arvon ilmoittavasta kaksoisilmaisusta saatavasta signaalista 25 ohjaussignaali SI visualisointilaitteeseen.

Tämän tyyppistä toimintatapaa, joka on tulosta alan ammattimiehen "moduloiduksi diffuusiomenetelmäksi" kutsuman menetelmän käyttämisestä, on kuvattu jo mainitussa US-patentissa 30 4 552 151.

·, Tämän tyyppinen toimintatapa on käyttökelpoinen muutenkin kuin keksinnön mukaisessa laitteessa. Jos kanavointilaitteen 7 ulostulokohtiin lisätään ohjattava matalataajuusvaiheen-35 siirrin, voidaan, ohjaamalla kanavointilaitetta niin, että diodit polarisoituvat samanaikaisesti, FR-patentin 86 05 205 mukaisesti, fokusoida laite paksun laudan johonkin

II

, 93493 sisäiseen pisteeseen, jolloin saadaan tomografiatyyppinen esitys.

Elektroniikkapiiri 8, joka siis muodostuu toisaalta ohjaa-5 vasta mikroprosessorista ja toisaalta synkronoidusta mikro-aaltotunnistimesta ja sen perässä sijaitsevasta synkronoidusta matalataajuustunnistimesta, on alan asiantuntijalle tuttu, eikä sitä kuvata enää tarkemmin.

10 Kuviossa 2 nähdään eräs toteutusmuoto keksinnön mukaisen laitteen sivuseinämistä. Kuviossa ohjain 5a on kapeampi kuin ohjain 5 ja sivuseinämät 531a ovat laajenevat ja ne päättyvät kahteen metallireunukseen 532, jotka leviävät dipoliantennien 3 tason suuntaan.

15

Kuvioissa 3 ja 4 nähdään kaksi toteutusmuotoa adaptaatiole-vystä, joka voidaan asettaa laudan 1 ja dipoliantennien 3 väliin.

20 Kuviossa 3 metallilevyssä 31a on aukot 310, jotka on sijoitettu vastapäätä kutakin dipoliantennia 3. Aukkojen suuruus ja niiden etäisyys dipoliantenneista ovat määrätyt ja kokeellisesti säädeltävät, ottaen huomioon ajateltu sovellutuskohde niin, että antennit ovat mahdollisimman sopivasti, 25 so. dipoliantennien kohti tutkittavaa esinettä heijastama , . mikroaaltosäteily saadaan minimoiduksi.

Kuviossa 4 adaptaatiolevynä käytetään yksinkertaista paksua dielektristä levyä 31b. Tässäkin tapauksessa levyn dielekt-30 risyysvakio, samoin kuin sen paksuus, määritellään ja säädetään kokeellisesti hyvän sopivuuden aikaan saamiseksi.

Kuviossa 5 kuvion 1 mukaisen ohjaimen 5 aukot 55 nähdään yksityiskohtaisemmin. Tässä aukot 55 sijaitsevat ohjaimen 35 leveällä sivulla ja dipoliantennit 3 sijaitsevat kaikki kohtisuoraan linjaansa nähden. Aukot 55 ovat pitkittäisiä, niiden pituus on merkitty 1-kirjaimella ja ne sijaitsevat vuorotellen molemmin puolin ohjaimen leveän sivun keskiakse- 93493 10 lia 70, etäisyydellä s tästä akselista. Peräkkäiset aukot sijaitsevat ohjatun aallon puolen pituuden päässä toisistaan eli λ g/2 työskentelytaajuudella. Niiden pituus on lähes sama kuin säteilleen aallon pituus eli X/2, työskentelytaa-5 juudella, ja leveys on puolestaan hyvin pieni, mutta levey den arvo ei ole kriittinen.

Aukkojen 55 avustuksella toimivien kytkentäantennien toimintaa on helpompi ymmärtää ja luonnehtia ajateltaessa, että 10 torvi 2 ei säteile ja että muuntelulaitteessa 52 käytetään mikroaaltosignaalia. Vaikka keksinnön mukaisen laitteen käyttö ei vastaakaan tällaista toimintaoletusta, siihen päästään vastaavuusteoreeman avulla, jonka alan ammattimies hyvin tuntee. Tällainen oletus helpottaa aukkojen toiminnan 15 ymmärtämistä.

Jos siis oletetaan, että muuntelulaitteessa 52 käytetään mikroaaltosignaalia, ohjaimessa 5 ohjattu aalto on vastavai-heessa vastapäätä jokaista peräkkäistä aukkoa 55, koska nii-20 den etäisyys on X g/2. Kuitenkin, koska ne sijaitsevat vaihtelevasti keskiakselin 70 molemmin puolin, aukot 55 säteilevät kaikki vaiheessa. Lisäksi ne sijaitsevat niin lähekkäin, että muodostuu yhtenäinen dipoliantennien 3 linjan suuntainen kenttä, muutaman säteilleen aallon etäisyydellä D. Täl-25 löin, kuten jo on mainittu, dipoliantennit 3 voidaan sijoit-·· taa esineen analysoinnin kannalta edullisimpaan asentoon välittämättä aaltojen jaksottaisesta etenemisestä ohjaimessa 5. Tässä, halutun analyysitarkkuuden mukaan, dipoliantennien 3 välinen matka voi vaihdella muutamasta millimetristä muu-30 tamaan senttimetriin.

[{ Etäisyys s voidaan määritellä esim. seuraavasti:

Jos ohjaimessa 5 on kaikkiaan N aukkoa, joiden redusoitu 35 konduktanssi on g, hyvään sovitukseen tarvitaan:

g = l/N

Mt

II

93493 11 viitaten nomogrammeihin, joiden avulla saadaan määritettyä etäisyys s redusoidun konduktanssin g funktiona. Alan ammattimies tuntee tällaiset nomogrammit hyvin ja niihin voi tutustua erityisesti teoksessa Antenna Engineering Handbook, 5 toim. Henry Jasik, luku 9: Slot antenna arrays, Mac Graw Hill, New York, 1984.

Kuten kuvion 5 alaosasta nähdään, aukot 55 vastaavat ohjaimen 5 suuren sivun tasossa xOy magneettisia dipoleja m, jot-10 ka sijaitsevat kohtisuoraan sähköisiin dipoliantenneihin 3 nähden.

Kuviossa 6 esitetään eräs toteutusmuoto, jossa dipolianten-nit 3b sijaitsevat kaikki samansuuntaisesti linjan kanssa, 15 johon ne on asetettu. Suorakaiteen muotoinen ohjain 5b, jonka pienemmällä sivulla sijaitsevat aukot 55b, on asennettu niin, että aukot 55b sijaitsevat vastapäätä dipoliantenneja 3b. Aukkojen 55b etäisyys on λ g/2 ja ne muodostavat pienen sivun keskiakselin 70b kanssa vuoroittain vastakkain sijait-20 sevia yhtä suuria kulmia. Aukot 55b toimivat vastaavina kyt-kentäantenneina magneettisille dipoleille ι%. Ne säteilisivät vaiheessa, jos ohjaimeen 5b syötettäisiin mikroaaltosignaa-li, ja muodostaisivat kentän, jonka resultantti dipolianten-nien 3b suunnassa olisi yhdenmukainen dipoliantennien 3b 25 tason kanssa.

►t ·

Kuviossa 7 on eräs toisenlainen keksinnön toteutusmuoto. Dipoliantennit 3b on suunnattu samoin kuin edellisessä esimerkissä eli samansuuntaisesti linjansa kanssa, mutta oh-30 jauslaitteena on nyt liuskajohto 5c, joka tunnettuun tapaan muodostuu dielektrisestä (alus)levystä 58, jonka toinen pin-!: ta on päällystetty maahan yhdistetyllä metallikerroksella 59 ja toisella pinnalla on johtava liuskajohto 56c. Kuten kuviosta 7 ilmenee, liuskajohto 56c laajenee paikoitellen ja 35 muodostaa suorakaiteen muotoisia metallilevyjä 57c, jotka on siis yhdistetty sarjaan liuskajohdon 5c linjaan. On tunnettua, että suorakulmioiden 57c kohtisuoraan liuskajohtoon 56c nähden sijaitsevat reunat 55c vastaavat kenttälinjojen de- 93493 12 formoitumisesta johtuen magneettisia dipoleja m,., jotka siis tässä sijaitsevat kohtisuoraan dipoliantenneihin 3b nähden. Linja 5c sijaitsee niin, että reunojen 55c etäisyydeksi tulee X g/2, jolloin, kuten ohjaimen 5 aukot 55, ne säteilevät 5 kaikki vaiheessa, kun liuskajohdon 5c linjaan kohdistetaan mikroaaltosignaali.

Kuviossa 8 on toisenlainen toteutusmuoto, jossa myöskin käytetään ohjauksessa liuskajohtoa 5d, mutta se on sijoitettu 10 siten, että se sopii dipoliantenneihin 3, jotka on suunnattu kohtisuoraan muodostamaansa linjaan nähden.

Kuviossa 8 suorakaiteen muotoiset metallilevyt 57d on kytketty rinnakkain linjan 5d liuskajohtoon 56d, kohtisuoraan 15 tähän linjaan 5d nähden, niin että levyjen 57d linjan 5d suuntaiset kaksi reunaa 55d toimivat dipolimagneetteina n^, kohtisuorina suhteessa sähköisiin dipoliantenneihin 3. Tässäkin linjan 5d sijainti on suunniteltu niin, että kytkentä-antenneja 55d voitaisiin syöttää vaiheessa yhden linjaan 5d 20 suunnatun signaalin avulla. Tässä rinnakkaisliitännät sijaitsevat ohjatun aallon pituuden g etäisyydellä ja reunat 55d etäisyydellä X g/2.

Tällaisten "liuska-antennien" (patch antennas) toimintaa 25 kuvataan jo mainitussa teoksessa Antenna Engineering Handbook, toim. Henry Jasik, luku 7: Microstrip antennas, Mac Graw Hill, New York, 1984.

Huomautettakoon, että vaikka on käytännöllistä asentaa kyt-30 kentäantennit niin, että ne sijaitsevat puolen ohjatun aallon etäisyydellä ja säätää niiden sijainnin symmetria sei-laiseksi, että ne säteilevät vaiheessa, se ei kuitenkaan ole välttämätöntä, vaan ne voidaan sijoittaa esim. yhden ohjatun aallon pituuden etäisyydelle ja asettaa ne identti-35 siin asentoihin. Ainoa välttämätön ehto on, että kytkentäan-tennien tulee sijaita niin, että ne kaikki säteilevät vaiheessa, niin lähellä toisiaan, että näissä olosuhteissa ' · · » 13 93493 syntyy yhtenäinen kenttä dipoliantennien 3 linjaan ja että dipoliantennit ja ohjauslaite sijaitsevat tarpeeksi kaukana toisistaan kytkentäilmiöiden estämiseksi.

5 Kuviossa 9 on keksinnön mukaisen laitteen toteutusmuoto, jossa hajonnut kenttä voidaan mitata kahta ortogonaalista polarisointia käyttäen. Ensimmäisen sarjan antennit 3e on asetettu 45° kulmaan suhteessa keskiakseliin 70, ne saavat virtaa diodeista 4e ja ne on yhdistetty kanavointilaittee-10 seen 7e, johon tulee matalataajuuksinen signaali B., taajuus F·. Toisen sarjan antennit 3f on suunnattu kohtisuoraan antenneihin 3e nähden, ne saavat virtaa diodeista 4£ ja ne on yhdistetty kanavointilaitteeseen 7f, johon tulee matalataa juuksinen signaali B*, taajuus F*. Tavalla, jota tässä 15 ei ole esitetty, kootun mikrosignaalin yhden ainoan synkronoidun matalataajuuksisen ilmaisun sijasta käytetään kahta synkronoitua ilmaisua, toinen taajuudella B*, toinen taajuudella F*, jolloin voidaan määritellä samanaikaisesti kentän kaksi osatekijää samassa pisteessä.

20

Olisi myös mahdollista käyttää vain yhtä kanavointilaitetta, jossa on kaksinkertainen määrä kanavia, polaroida perätysten jokainen diodi 4e ja 4f ja saada määritettyä perätysten kentän kaksi osatekijää samassa pisteessä.

25 ,. Kuviossa 10 nähdään yksityiskohtaisempi esitys dipolianten- nien 3 järjestyksestä ja niiden liittymisestä kanavointilaitteeseen 7. Yksi ainoa dielektrinen (alus)levy 38 lepää absorboivalla kerroksella 531 päällystettyjen seinämien 53 30 ylälaidoilla. (Alus)levyn 38 alapinnalla on kaksi metalli-kerrosta 36, yksi molemmin puolin dipoliantennien 3 vyöhy-kettä. (Alus)levyn 38 yläpinnalla ovat dipoliantennien 3 kaksi säiettä 31 ja 32, jotka on toteutettu käyttäen (alus)-levyn 38 päällä olevaa johtavaa liuskajohtoa.

35

Pin-diodi 4 on yhdistetty säikeisiin 31 ja 32, jotka kumpikin jatkuvat alipäästösuodattimina 371 ja 372, jotka ovat ___ I.

T" „ 93493 14 sinänsä tunnettuja, metallilevyjen 36 yläpuolella. Liuska-johdon leveys vaihtelee, johto on vuoroin kapeampi, vuoroin leveämpi. Alipäästösuodattimet 371 liittyvät kukin kanavointilaitteen 7 ulostulokohtaan, alipäästösuodattimet 372 5 maahan. Alipäästösuodattimet 371 ja 372 toimivat oikosulki-mina matalataajuuksiselle signaalille B ja avoimina piireinä mikroaaltotaajuuksisille signaaleille.

Edellä esitetyssä kuvauksessa on koko ajan ajateltu tilan-10 netta, jossa mikroaaltosäteily läpäisee (tutkittavan) esineen eli hajonnut kenttä on välittynyt kenttä. Tämä ei ole välttämätöntä, vaan keksinnön mukaisella laitteella voidaan mitata myös mikroaaltosäteillä valaistun esineen heijastama kenttä tai samanaikaisesti sekä transmittoinut kenttä että 15 heijastunut kenttä, käyttäen tarvittaessa useampaa laitetta.

Samoin kuviossa 1 esitettiin torvi, joka valaisee lautaa 1, mutta tämäkään ei ole välttämätöntä, vaan torven 2 asemesta voitaisiin edullisesti käyttää mikroaaltosäteilyläh-20 dettä, jonka ohjauslaitteessa on samanlaiset kytkentäanten-nit kuin koontilaitteessa, mutta luonnollisesti ei dipo-liantenneja. Tällainen ohjauslaite asetetaan sitten muutaman aallonpituuden päähän valaistavasta esineestä.

25 Joissakin sovellutuksissa saattaisi olla edullista käyttää mikroaaltolähdettä kaksoispolarisaatiota käyttäen.

Myöskään ei ole välttämätöntä käyttää pin-diodeja, ne voidaan korvata lasersäteitä tai optisia kuituja käyttävillä 30 polarisoituvilla valodiodeilla.

: Ohjauslaitteiden 5, 5a ja 5b tai linjojen 5c ja 5d ei vält tämättä tarvitse päättyä oikosulkuun. Ne voivat, kuten tunnettua, päättyä myös sovitettuun kuomaan.

35

Jos (tutkittava) esine ei ole ohi kulkeva ja siitä halutaan kaksiulotteinen kuva, on tietenkin mahdollista asettaa useampi edellä kuvatun kaltainen laite vierekkäin.

15 93493

Jos halutaan kokeellisesti saada selville etäisyys D, toimitaan seuraavasti, viittaukset liittyvät kuvioon 1. Asettamatta mitään laudan 1 kaltaista esinettä torven 2 ja dipo-5 liantennien 3 väliin, jälkimmäisiä valaistaan tasaisesti. Piirin 8 ohjatessa diodien 4 perättäisen polarisoitumisen signaalin B avulla, kuten edellä kuvattiin, ohjainta 5 siirretään kauemmas, lähtien asennosta, jossa se sijaitsee vasten dipoliantenneja 3, ja tarkkaillaan näyttösignaalia.

10 Aluksi havaitaan värähtelyä, joka johtuu aukkojen 55 jaksottaisesta sijainnista, mutta värähtely vähenee etäisyyden D kasvaessa. Samaan aikaan pienenee vastaanotettavan signaalin taso. Pysähdytään, kun kenttä on yhtenäinen dipoliantennien linjan tasolla eli kun jäännösvärähtely on haluttuun tark- 15 kuuteen nähden sopivan heikkoa. Yleensä tähän päästään etäisyyden D ollessa muutama aallonpituus. Huomattakoon, että sopivaa kalibrointia käyttäen laitteen virheet voidaan korjata.

20 Laitetta voidaan luonnollisesti käyttää tutkittaessa teollisten havaintolaitteiden tai mahdollisesti tutkakuvalla varustettujen telekommunikaatio- tai tutka-antennien sätei-lemiä kenttiä.

Claims (15)

1. 93493 16
2. 1. Mittalaite, joka mittaa useammasta pisteestä mikroaal-tokentän, jonka hajottaa yksitaajuuksisen mikroaaltosäteily-lähteen (2) valaisema esine (1), jolloin laitteessa on: 5 jokaisessa sanotussa pisteessä dipoliantennin tyyppinen antenni (3), jonka keskustassa on sitä varaava diodi (4) , hajonneen mikroaaltosäteilyn koontilaite (5), joka tuottaa kootun mikroaaltosignaalin (MC) , 10 matalataajuksisen signaalin (B) lähetinlaite (6), kanavointilaite (7) sanotun lähetinlaitteen (6) ja kaikkien sanottujen diodien (4) väliin sijoitettuna ja ohjainlaite (8) sanotulle kanavointilaitteelle (7), sijoitettuna niin, että sanottu matalataajuksinen signaali (B) 15 polarisoi vähintään yhden sanotuista diodeista (4) ja vastauksena sanottuun matalataajuksiseen signaaliin (B) ja koottuun mikroaaltosignaaliin (MC) tuottaa signaalin (SI), joka edustaa mikroaaltokenttää pisteessä, jossa sanotulla polarisoidulla diodilla varattu dipoliantenni (3) sijaitsee, 20 tunnettu siitä, että: sanotut dipoliantennit (3) on sijoitettu vähintään yhden linjan suuntaisesti, 25 sanottu koontilaite muodostuu yhdestä ainoasta mikroaaltoja ·· ohjaavasta kokonaisuudesta (5), joka myötäilee sanottua di poliantennin (3) linjaa, vastapäätä sanottua esinettä (1), etäisyydellä (D) sanotuista dipoliantenneista (3) , pitkin sanottua ohjauskokonaisuutta (5) sijaitsee joukko 30 sanotun ohjauskokonaisuuden (5) kytkentäantenneja (55), jotka kaikki (55) muuttavat vastaanotetun mikroaaltosäteilyn *· aalloksi, jota ohjauskokonaisuus (5) ohjaa, sanotun ohjauskokonaisuuden (5) toisessa päässä on päätelaite (51) ja toisessa muuntelulaite (52), joka muuttaa sanotut 35 ohjatut aallot sanotuksi kootuksi mikroaaltosignaaliksi (MC) , sanotut kytkentäantennit (55) on sijoitettu siten, että ne säteilisivät kaikki vaiheessa, jos, sanotun lähteen (2) 17 93493 ollessa sanonutettuna, yksi ainoa mikroaaltosignaali tulisi sanottuun muuntelulaitteeseen (52), sanottu etäisyys (D) dipoliantennien (3) ja ohjauskokonaisuuden (5) välillä määritetään siten, että näissä olosuh-5 teissä muodostuu yhtenäinen kenttä sanottuun dipoliantennien (3) linjaan.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanotun ohjauskokonaisuuden (5; 5a) ja sanottu-10 jen dipoliantennien (3) väliin jäävä tila suljetaan kahdella sanotun linjan suuntaan kulkevalla seinämällä (53; 53a), jotka päällystetään sanottua mikroaaltotaajuussäteilyä absorboivalla kerroksella (531, 531a).
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanotut seinämät (53a) päättyvät kahteen metal-lireunukseen (532), jotka jatkuvat sanottujen dipoliantennien (3) tasossa.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mittauslaite, * tunnettu siitä, että kappaleen (1) ja dipoliantennien (3) väliin sijoitetaan adaptaatiolevy (31a; 31b).
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mittauslaite, tunnettu 25 siitä, että adaptaatiolevy on metallilevy (31a), jossa on . . aukkoja (310), jotka on sijoitettu vastapäätä jokaista sanottua dipoliantennia (3).
7. 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mittauslaite, tunnettu 30 siitä, että adaptaatiolevy on paksu dielektrinen levy (31b). .· 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanottu ohjauskokonaisuus on ontto metallinen aallonohjain (5; 5b) ja sanotut kytkentäantennit 35 ovat aukkoja (55; 55b) sanotun aallonohjaimen (5; 5b) seinämässä. ___ Γ 1β 93493
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanottu ohjauskokonaisuus muodostuu liuskajohtolinjasta (5c; 5d) ja sanotut kytkentäantennit ovat suorakaiteen muotoisten metallisten levyjen (57c; 57d) 5 reunaosia (55c; 55d), jotka liittyvät sanottuun liuskajohto-linjaan (5c; 5d).
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanotut dipoliantennit (3) sijaitsevat 10 kaikki kohtisuorassa suhteessa sanottuun linjaan, jota pitkin ne on asetettu.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanotut dipoliantennit (3b) sijaitsevat 15 kaikki samansuuntaisesti suhteessa sanottuun linjaan, jota pitkin ne on asetettu.
11. 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanotut kytkentäantennit (55; 55c; 55d) 20 vastaavat magneettisia dipoleja (m; m,., mj , jotka sijaitsevat kohtisuoraan suhteessa sanottuihin (sähköisiin) dipoli-antenneihin (3).
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen mittauslaite, 25 tunnettu siitä, että sanottu kanavointilaite (7) liittyy jo- >·· kaiseen diodiin (4) toisen (31) tämän diodin (4) varaaman dipoliantennin kahdesta säikeestä avulla; sanotun kanavointilaitteen (7) ja sanotun säikeen (31) väliin on asetettu ensimmäinen alipäästösuodatin (371), toinen sanotun dipoli-30 antennin (3) kahdesta säikeestä on liitetty maahan toisen alipäästösuodattimen (372) avulla. • · 1 · «
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanottu ensimmäinen alipäästösuodatin (371), sa- 35 nottu ensimmäinen säie (31) ja sanottu toinen alipäästösuodatin (372) ja toinen säie (32) on toteutettu yhdellä ja samalla johtavalla liuskanauhalla, jonka leveys vaihtelee ja joka sijaitsee maahan yhdistetyn ja sanottujen ensimmäisen 19 93493 ja toisen alipäästösuodattimen (372) alla sijaitsevilla me-tallikerroksilla (36) päällystetyn dielektrisen (alus)levyn (38) päällä.
14. 14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanottuun mikroaaltosäteilylähteeseen kuuluu ohjauskokonaisuus, jossa on kytkentäantenneja ja joka on samanlainen kuin sanotussa koontilaitteessa käytettävä ohj auskokonaisuus. 10
15. 15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että sanotut dipoliantennit (3e, 3f) muodostuvat kahdesta sarjasta dipoliantenneja, kunkin sarjan antennin (3e) sijaitessa suorakulmaisesti suhteessa toisen sarjan 15 antenniin (3f); sanottu lähetinlaite (6), sanottu kanavointilaite (7) ja sanottu ohjainlaite ja sanotun mikroaaltokenttää vastaavan signaalin (SI) lähettäjä (8) on sovitettu siten, että mikroaaltokentästä voidaan mitata kaksi ortogonaalista komponenttia.