DE1072742B - Measuring probe for very short electromagnetic waves - Google Patents

Description

Meßsonde für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Messung der Spannung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen. Measuring probe for very short electromagnetic waves The invention relates relying on a probe to measure the voltage of very short electromagnetic waves.

Eine Sonde dieser Art besteht aus einem koaxialen Bauteil, das einen Gleichrichter mit seiner mechanischen Halterung und eine elektrische Schaltung in sich vereinigt. Zur Ankopplung an das zu messende Wellenfeld geht die Sonde an ihrem Fuß in ein Koppelglied über, das entweder aus einem leitenden Stift oder einer Leiterschleife besteht. Die über dieses Koppelglied der Gleichrichterschaltung der Sonde zugeführte Hochfrequenzspannung wird je nach Bemessung derselben entweder gleichgerichtet oder aber demoduliert, um anschließend in einem Gleichstrom- oder Wechselstrominstrument zur Anzeige gebracht zu werden. Als weitere Anwendungsmöglichkeit ist neuerdings auch ihre Verwendung als Hilfsmischer bekanntgeworden. A probe of this type consists of a coaxial component, the one Rectifier with its mechanical bracket and an electrical circuit in unites. For coupling to the wave field to be measured, the probe goes by its Foot into a coupling link that consists of either a conductive pin or a conductor loop consists. The rectifier circuit supplied to the probe via this coupling element High-frequency voltage is either rectified or depending on the dimensioning thereof but demodulated to subsequently be used in a DC or AC instrument to be brought to the display. Another possible application is recently their use as auxiliary mixers also became known.

Entsprechend der Bedeutung der Spannungsmessung in der Höchstfrequenztechnik im allgemeinen und der Richtfunktechnik im besonderen wurden in der Vergangenheit eine ganze Reihe von Sondentypen entwickelt, die sich unter anderem bezüglich Betriebsart und Frequenzbereich unterscheiden. Diese beachtliche Zalil verschiedener Sondentypen bedeutet für die Sondenfertigung eine erhebliche BelaStung. Auch eignen sich die relativ großen Abmessungen der bekannten Sondentypen wenig für den Einbau in Anlagen räumlich gedrängter Bauweise. Corresponding to the importance of voltage measurement in high frequency technology in general and radio relay technology in particular have been used in the past developed a whole series of probe types, which among other things with regard to operating mode and frequency range. This considerable number of different probe types means a considerable burden for the probe production. They are also suitable relatively large dimensions of the known probe types little for installation in systems spatially compact construction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde der ein]eitend beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie sowohl innerhalb eines sehr großen Frequenzbereiches als auch für verschiedene Betriebsarten verwendet werden kann und andererseits Abmessungen besitzt, die gegenüber den Abmessungen der bekannten Sondentypen wesentlich geringer sind. The invention is based on the object of providing a probe described type to the effect that they are both within a very large frequency range as well as for different operating modes can and on the other hand has dimensions compared to the dimensions of the known Probe types are much smaller.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Sonde, die sich in einen Sondenkopf mit Kabelanschluß und einen Sondenfuß mit Koppelglied zerlegen läßt, austauschbare Teile besitzt, mit deren Hilfe ihre elektrische Schaltung sowohl an einzelne Teilbereiche innerhalb eines sehr großen Frequenzbereiches anpaßbar als auch für verschiedene Betriebsarten auslegbar ist, und daß die jeweils im Sondenkopf und im Sondenfuß vorgesehene Halterung für den Gleichrichter derart' ausgebildet ist, daß derselbe bei Abheben des Sondenkopfes vom Sondenfuß stets in seiner Halterung im Sondenkopf verbleibt. According to the invention, the object is achieved in that a probe, which consists of a probe head with a cable connection and a probe base with a coupling link can be dismantled, has interchangeable parts, with the help of which their electrical circuit adaptable to individual sub-areas within a very large frequency range as well as for different modes of operation, and that each in the probe head and the holder for the rectifier provided in the probe base is designed in this way is that the same is always in its holder when the probe head is lifted off the probe base remains in the probe head.

Durch die Verwendung einer Sonde, die mit austauschbaren Teilen - Kondensatoren und Spulen -ausgestattet ist, wird erreicht, daß lediglich noch ein Sondentyp für einen bisher nur mit einer größeren Anzahl von Sondentypen erfaßbaren Frequenzbereich erforderlich ist. Ferner konnte durch geeignete Ausbildung der Halterung für den Gleichrichter sowie durch zweckmäßige Anordnung der austauschbaren Teile eine wesentliche Verringerung der Sondenabmessungen erzielt -werden. Die besondere Ausbildung der Halterung für den Gleichrichter gewährleistet einerseits ein leichtes Herausnehmen des Gleichrichters und ermöglicht andererseits, denselben zunächst in seine Halterung im Sondenkopf zu stecken und ihn dann in den Sondenfuß einzuführen. Diese Möglichkeit hat eine große praktische Bedeutung. By using a probe with interchangeable parts - Capacitors and coils -equipped, it is achieved that only one more Probe type for a previously only detectable with a larger number of probe types Frequency range is required. Furthermore, a suitable design of the bracket for the rectifier as well as through the appropriate arrangement of the replaceable parts a substantial reduction in probe dimensions can be achieved. The special one Forming the holder for the rectifier ensures, on the one hand, a light weight Removal of the rectifier and, on the other hand, enables the same initially into its holder in the probe head and then insert it into the probe base. This possibility is of great practical importance.

Steht nämlich der Sondenfuß unter Spannung und wird zunächst der Gleichrichter eingeführt, so findet eine Aufladung desselben statt, die leicht seine Zerstörung zur Folge haben kann, wenn durch Massenberührung seines Kopfkontaktes bei ungeschicktem Aufsetzen des Sondenkopfes auf den Sondenfuß ein Entladestrom ausgelöst wird.This is because the probe base is under voltage and initially becomes the rectifier when introduced, it becomes charged, which easily destroys it can result if by mass touching his head contact when clumsy Placing the probe head on the probe foot, a discharge current is triggered.

An Hand zweier Ausführungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden. In the following, the invention will be based on two exemplary embodiments are explained in more detail.

Die in Fig. 1 dargestellte, sich aus Sondenkopf 1 und Sondenfuß 2 zusammensetzende Sonde zeigt die für die Erfindung maßgebliche Anordnung und Ausbildung ihrer einzelnen Teile. Der Sondenkopf 1 besitzt zur Verschraubung mit dem Sondenfuß 2 eine überwurfmutter 3. Dadurch ist es möglich, den am oberen Ende des Sondenkopfes 1 seitlich angeordneten Kabelanschluß für die Koaxialleitung4 4 in jeder beliebigen Drehstellung zu fixieren. Axial zu dem aus einer Abstandshülse 5 und einer Uberwurfhülse 6 sich zusammensetzenden KabelanschIußist ein Durchführungskondensator 7 angeordnet, der mit seinem einen Ende in die Abstandshülse - 5 des Kabelanschlusses und mit seinem. andereri' Ende in eine Lötkammer 8 des Sondenkopfes 1 hineinragt. Der Durch führungskondensator7 ist~-mit seinem Gewinde 9 in einer entsprechenden Gewindebohrung der Trennwand 10 gehalten, die die eine exzentrische Bohrung im Sondenkopf 1 bildendeLötkammer 8 vom Kabelanschluß trennt. Die Abstandshülse 5 besitzt an ihrem dem Sondenkopf 1 zugewandten einen Ende ein Innengewinde, mit dessen Hilfe sie auf den Durchführungskondensator 7 nach Art einer Kontermutter sufgeschraubt ist. An ihrem anderen Ende geht die Abstandshülse 5 in einen Konus 11 über, dem sich eine Klemmscheibe 12 anschließt, die ihrerseits in der Uberwurfhülse 6 gehalten ist und auf ihrer der Abstandshülse 5 zugekehrten Seite eine dem Konus 11 zugeordnete Aussparung 13 besitzt. Zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen des Konus 11 der Abstandshülse 5 und der konischen Aussparung 13 der Klemmscheibe 12 ist in üblicher Weise der aufgefiederte Schirm der Koaxialleitung 4 eingelegt und geklemmt. Das Klemmen erfolgt durch Verschrauben der Übenvurfhülse 6 mit dem Sondenkopf 1. Eine Drehbewegung der Klemmscheibe 12 beim Festschrauben der Überwurfhülse 6 ist dadurch verhindert, daß die Oberfläche ihrer konischen Aussparung 13 einerseits und die gegenüberstehende Fläche des Konus 11 andererseits eine radiale Rändelung tragen. Hierdurch wird vermieden, daß sich die aufgefiederten Schirmdrähte beim Klemmvorgang verlagern oder gar zusammenrutschen. The one shown in FIG. 1 consists of probe head 1 and probe base 2 composing probe shows the arrangement and design relevant to the invention their individual parts. The probe head 1 can be screwed to the probe base 2 a union nut 3. This makes it possible to use the one at the upper end of the probe head 1 laterally arranged cable connection for the coaxial line 4 4 in any To fix the rotational position. Axial to that of a spacer sleeve 5 and a cap sleeve 6 assembled cable connection, a feed-through capacitor 7 is arranged, with one end in the spacer sleeve - 5 of the cable connection and with his. The other end protrudes into a soldering chamber 8 of the probe head 1. The through Lead capacitor7 is ~ - with its thread 9 in a corresponding Tapped hole of the partition wall 10 held, which has an eccentric hole in the probe head 1 forming solder chamber 8 separates from the cable connection. The spacer sleeve 5 has on her the probe head 1 facing one end has an internal thread, with the help of which it opens the leadthrough capacitor 7 is screwed on in the manner of a lock nut. At the other end of the spacer sleeve 5 merges into a cone 11, which is a Clamping disk 12 connects, which in turn is held in the union sleeve 6 and a recess assigned to the cone 11 on its side facing the spacer sleeve 5 13 owns. Between the opposing surfaces of the cone 11 of the spacer sleeve 5 and the conical recess 13 of the clamping disc 12 is in the usual way Feathered shield of the coaxial line 4 inserted and clamped. The clamping takes place by screwing the Übenvurfhülse 6 with the probe head 1. A rotary movement of the Clamping disk 12 when screwing the union sleeve 6 is prevented that the surface of its conical recess 13 on the one hand and the opposite On the other hand, surface of the cone 11 has a radial knurling. This avoids that the feathered shield wires shift or even slip together during the clamping process.

Der Innenleiter 14 des Durchführungskondensators 7 ist an seinem einen Ende mit dem Innenleiter 15 der Koaxialleitung 4 durch eine Löthülse 16 verbunden. Sein anderes in die Lötkammer 8 hineinragendes Ende ist dort mit einer Lötfahne 17 verlötet, die über eine Hülse 18 mit einer Kronenfeder 19 in leitender Verbindung steht. Hülse 18 und Kronenfeder 19 sind zueinander konzentrisch in einer unterhalb der Lötkammer 8 vorgesehenen Aussparung 20 angeordnet. Die Aussparung 20, die - konzentrisch im zylinderförmigen Gehäuse des Sondenkopfes 1 angeordnet ist, besitzt ein Innengewinde zur Aufnahme einer Gewindebuchse 21, durch die die Hulse 18 und die Kronenfeder 19 im Sondenkopf 1 gehalten sind. The inner conductor 14 of the leadthrough capacitor 7 is on his one end is connected to the inner conductor 15 of the coaxial line 4 by a soldering sleeve 16. Its other end protruding into the soldering chamber 8 is there with a soldering lug 17 soldered, which is in a conductive connection via a sleeve 18 with a crown spring 19 stands. Sleeve 18 and crown spring 19 are concentric to one another in a below the soldering chamber 8 provided recess 20 is arranged. The recess 20, the - is arranged concentrically in the cylindrical housing of the probe head 1, has an internal thread for receiving a threaded bushing 21 through which the sleeve 18 and the crown spring 19 are held in the probe head 1.

Die Innenwandung der Gewindebuchse 21 ist mit einer dünnen Schicht 22 aus dielektrischem Material ausgekleidet. Außerdem trägt die Gewindebuchse 21 an ihrem oberen Ende einen Isolierring 23, so daß die Hülse 18 wie auch die Kronenfeder 19 gegen das Gehäuse des Sondenkopfes 1 isoliert sirid. Der Isolierring 23 besitzt eine radiale Aussparung 24, in die ein im Gehäuse des Sondenkopfes 1 gehaltener Stift 25 hineinragt. Der Stift 25, sichert die mit dem Isolierring 23 fest verbundene Hülse 18 gegen Verdrehen.The inner wall of the threaded bushing 21 is covered with a thin layer 22 lined with dielectric material. In addition, the threaded bushing carries 21 at its upper end an insulating ring 23, so that the sleeve 18 as well as the crown spring 19 isolated from the housing of the probe head 1 sirid. The insulating ring 23 has a radial recess 24 into which a held in the housing of the probe head 1 Pin 25 protrudes. The pin 25 secures the firmly connected to the insulating ring 23 Sleeve 18 against twisting.

In den Sondenfuß 2 ist nach Art eines Einsatzes ein topfförmig ausgebildeter Spulenkörper 26 aus nichtleitendem Material angeordnet. Er trägt an seinem Rand einen mit einem Gewinde versehenen Metallring 27, mit dessen Hilfe er in den Sondenfuß 2 derart eingeschraubt ist, daß seiu Boden die untere Öffnung des SondenfuBes 2 verschließt. In den Boden des Spulenkörpers 26 ist zur kapazitiven Ankopplung der Sonde an das zu messende Wellenfeld ein Koppelstift 28 eingelassen, dessen eines in den Spulenkörper 26 hineinragendes Ende in eine Tulpenfeder 29 übergeht. Die Tulpenfeder 29 einerseits und die Kronenfeder 19 andererseits sind zur Halterung des Gleichrichters 30 in seinem Fuß,kontaktstift 31 bzw, seinem Kopfkontakt 32 verwendet. Während die Tulpenfeder 29 vier Federlamellen aufweist, hat die Kronen' feder' 19 acht solcher Federlamellen, deren gröBere Kontaktfiäche sowie deren erhöhter Kontaktdruck gewährleisten, daß der Gleichrichter 30 bei Abheben dçs Sondenkopfes 1 vom Sondenfuß 2 stets in seiner Halterung im Sondenkopf 1 verbleibt. In the probe base 2, a cup-shaped design is in the manner of an insert Coil body 26 made of non-conductive material arranged. He carries on his edge a threaded metal ring 27 by means of which it is inserted into the probe base 2 is screwed in such that its bottom is the lower opening of the probe foot 2 locks. In the bottom of the bobbin 26 is for capacitive coupling of the Probe let a coupling pin 28 into the wave field to be measured, one of which The end protruding into the bobbin 26 merges into a tulip spring 29. the Tulip spring 29 on the one hand and the crown spring 19 on the other hand are for holding of the rectifier 30 in its foot, contact pin 31 or its head contact 32 is used. While the tulip spring 29 has four spring lamellae, the crown has a 'spring' 19 eight such spring lamellae, their larger contact area and their increased contact pressure ensure that the rectifier 30 when the probe head 1 is lifted off from the probe base 2 always remains in its holder in the probe head 1.

In der Außenwandung des Spulenkörpers 29 ist eine Spiralnut 33 vorgesehen, die die Wicklung 34 aufnimmt. Das eine Ende der Wicklung 34 ist in den Metallring 27 eingelötet, während sein anderes Ende mit dem Koppelstift 28 in leitender Verbindung steht. A spiral groove 33 is provided in the outer wall of the bobbin 29, which the winding 34 receives. One end of the coil 34 is in the metal ring 27 soldered, while its other end with the coupling pin 28 in conductive connection stands.

Zur Montage der Sonde trägt das untere Ende des Sondenkopfes 2 ein Außengewinde 35. Eine im Außengewinde 35 geführte Kontermutter 36 ermöglicht die Fixierung der gewünschten Eintauchtiefe des Koppelstiftes 28 in das Wellenfeld.The lower end of the probe head 2 is used to mount the probe External thread 35. A lock nut 36 guided in the external thread 35 enables the Fixing of the desired immersion depth of the coupling pin 28 in the wave field.

Die Befestigung des Durchführungskondensators 7 mit seinem Gewinde 9 im Sondenkopf 1 ermöglicht ein leichtes Auswechseln desselben gegen Durchführungskondensatoren gleicher geometrischer Abmessungen aber verschiedener Kapazitätswerte. Das gleiche gilt auch für den mit seinem Metallring 27 im Sondenfuß 2 befestigten Spulenkörper 26, dessen Wicklung 34 dem Meßbereich entsprechend ausgelegt werden kann. The fastening of the feed-through capacitor 7 with its thread 9 in the probe head 1 enables it to be easily exchanged for feed-through capacitors same geometric dimensions but different capacitance values. The same also applies to the coil body fastened with its metal ring 27 in the probe base 2 26, the winding 34 of which can be designed according to the measuring range.

In Fig. 2 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild- der Sonde angegeben, an Hand dessen kurz der Einfluß der Anderung der Kapazität Ca des Durchführungskondensators 7 sowie der im wesentlichen von der Wicklung 34 bestimmten wirksamen Induktivität auf das elektrische Verhalten derselben erläutert werden soll. In Fig. 2 an electrical equivalent circuit diagram of the probe is given, on the basis of this briefly the influence of the change in the capacitance Ca of the feed-through capacitor 7 and the effective inductance determined essentially by the winding 34 on the electrical behavior of the same is to be explained.

Wie das Ersatzschaltbild zeigt, ist die Eingangsschaltung der Sonde durch einen gedämpften Schwingkreis gekennzeichnet, der von der wirksamen Induktivität L zusammen mit der wirksamen Kapazität Ce der Eingangsschaltung sowie einem hier wirksamen Verlustwiderstand R bestimmt ist. Zur Linearisierung des Frequenzganges der Sonde ist nun mit Rücksicht auf die kapazitive Ankopplung die obere Flanke dieses Schwingkreises venvendef. Eine Verschiebung seiner Resonanzfrequenz durch Änderung der Windungszahl, der Drahtstärke sowie des Drahtmaterials als auch der räumlichen Anordnung der Wicklung 34 auf dem Spulenkörper 26 gestattet demnach, die Sonde an einzelne Teilfrequenzbereiche innerhalb eines sehr großen Frequenzbereiches anzupassen. Die Kapazität Ca des Durchführungskondensators 7 ist dagegen in erster Linie für die Betriebsart wichtig. Sofern diese Betriebsart in der gewöhrilichen Gleichrichtung der ausgekoppelten Hochfrequenzspannung besteht, ist der Wert von Ca weitgehend vom ATerbraucherwiderstand des anzeigenden Instrumentes bestimmt. Wird dagegen die Sonde zur Demodulation einer modulierten Hochfrequenzwechselspannung verwendet, so bestimmt sich der Wert von Ca zusätzlich durch das von der Träger- sowievon der Modulationsfrequenz abhängige günstigste Zeitkonstantenverhältnis ihrer Gleichrichterschaltung. As the equivalent circuit diagram shows, the input circuit is the probe characterized by a damped resonant circuit, that of the effective inductance L together with the effective capacitance Ce of the input circuit and one here effective loss resistance R is determined. For linearizing the frequency response of the probe is now the upper edge of this with regard to the capacitive coupling Use the resonant circuit A shift in its resonance frequency due to a change the number of turns, the wire thickness and the wire material as well as the spatial Arrangement of the winding 34 on the bobbin 26 accordingly allows the probe to be connected to adapt individual partial frequency ranges within a very large frequency range. The capacitance Ca of the feed-through capacitor 7, on the other hand, is primarily for the operating mode is important. Provided this mode of operation in the ordinary rectification of the coupled out high-frequency voltage exists, the value of Ca is largely determined by the consumer resistance of the indicating instrument. On the other hand, the Probe used to demodulate a modulated high-frequency alternating voltage, so the value of Ca is additionally determined by that of the carrier and of the Modulation frequency-dependent, most favorable time constant ratio of your rectifier circuit.

Die im Ersatzschaltbild der Fig. 2 parallel zu Kapazität Ca geschaltete Kapazität Cb ergibt sich, wie aus Fig. 1 ersichtlich, durch die dünne Schicht 22 aus dielektrischem Material, die die Hülse 18 gegen die Gewindebuchse 21 isoliert. Diese Kapazität Cb ist für die obere Grenzfrequenz der Sonde von ausschlaggebender Bedeutung, weil sie die elektrische Weglänge der Zurückführung der am Kopfkontakt des Gleichrichters 30 auftretenden hochfrequenten Ströme wesentlich verkürzt. Die Größe der Kapazität Cb ist durch die - Wahl des dielektrischen Materials - der Schicht 22 und dessen-Dicke in gewissen Grenzen festlegbar. The circuit connected in parallel with capacitance Ca in the equivalent circuit diagram in FIG As can be seen from FIG. 1, the capacitance Cb results from the thin layer 22 made of dielectric material, which insulates the sleeve 18 from the threaded bushing 21. This capacitance Cb is decisive for the upper limit frequency of the probe Meaning because it is the electrical path length of the return path at the head contact of the rectifier 30 occurring high-frequency currents are significantly shortened. the The size of the capacitance Cb is determined by the choice of the dielectric material of the layer 22 and its thickness can be determined within certain limits.

Ein zweites Ausführungsbeispiel, das die erfindungsgemäße Sonde gerade hinsichtlic,h e'iner weiteren Ver- A second embodiment that the probe according to the invention is straight with regard to another