DE60014246T2

DE60014246T2 - Vorrichtung zur Messung von Charakteristiken eines elektromagnetischen Feldes, inbesondere für einen Antennestrahlungsdiagramm

Info

Publication number: DE60014246T2
Application number: DE60014246T
Authority: DE
Inventors: Jerzy Michal Lemanczyk; Palle Frank Jensen; Aksel B. Frandsen
Original assignee: Agence Spatiale Europeenne
Current assignee: Agence Spatiale Europeenne
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: FR2795522B1; FR2795522A1; DK1063528T3; US6914571B1; EP1063528B1; DE60014246D1; ES2230038T3; EP1063528A1; ATE278195T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Charakteristiken eines von einer im Test befindlichen Quelle ausgestrahlten elektromagnetischen Feldes, insbesondere des Strahlungsdiagramms einer Antenne, die im Hyperfrequenzenbereich strahlt.
Hierbei ist anzumerken, daß sich die nachfolgende Beschreibung mit dem bevorzugten Anwendungsbereich der Erfindung, nämlich der Messung des Strahlungsdiagramms einer Antenne, insbesondere einer im Bereich der sehr hohen Frequenzen verwendeten Antenne befaßt, jedoch die Erfindung nicht auf diese einzige Anwendung beschränkt werden kann.
Die Strahlungscharakteristiken einer Antenne können durch Messen des Feldes der Antenne auf einer imaginären Oberfläche, durch die die abgestrahlte Leistung hindurchtritt, bestimmt werden. Typischerweise ist diese Messungsoberfläche eine ebene, zylindrische, oder sphärische Oberfläche. Selbstverständlich werden die betreffenden Messungen für gewöhnlich am Ort des Anwenders vorgenommen.
Die Meßvorrichtung wird allgemein als ein Meßsensor bezeichnet. Die am Ende der vorliegenden Beschreibung angeordnete 1A veranschaulicht schematisch ein Beispiel für einen Meßsensor gemäß dem bekannten Stand der Technik.
Ein solcher Meßsensor 1a weist im wesentlichen die folgenden Bestandteile auf ein abstrahlendes Element 13, das an einem Träger 12 und einer Sensorfassung 10 montiert ist. Diese Fassung 10 kann auch den Träger von verschiedenen elektronischen Schaltungen zum Konvertieren und Behandeln der durch den Sensor 1 empfangenen Signale darstellen. Der Träger 12 und das abstrahlende Element 13 stellen den eigentlichen Meßsensor dar.
Das abstrahlende Element 13 kann je nach der genauen beabsichtigten Anwendung, dem zu messenden Frequenzenbereich, der Polarisierung der von der im Test befindlichen Antenne abgestrahlten Wellen usw. verschiedene Konfigurationen aufweisen. Als hauptsächliche Beispiele kann das abstrahlende Element 13 vom Schlitz- oder Dipoltyp sein. Es ist anzumerken, daß sich der Begriff "strahlend" sowohl auf die Abgabe als auch den Empfang von Wellen bezieht. Der Träger 12 des abstrahlenden Elements 13 schließlich kann auf definitive Weise oder wiederum abnehmbar an der Fassung 10 befestigt sein. Das Befestigungsorgan weist üblicherweise eine Platte auf, die einem Absorptionselement 11a zugeordnet ist und die empfangene Strahlung im Frequenzbereich der durchzuführenden Messungen stark dämpft.
Bekanntermaßen erfordert die Bestimmung von Charakteristiken einer im Test befindlichen Antenne, z.B. ihres Strahlungsdiagramms, zuerst einmal, daß der Meßsensor selbst vollständig charakterisiert ist. Man muß nämlich nicht nur eine bestimmte Anzahl von Meßparametern kennen, sondern auch ihr Verhalten beim Eintauchen in ein elektromagnetisches Feld. Selbst ein Meßsensor mit geringen Abmessungen ist nicht "neutral" gegenüber dem zu messenden elektromagnetischen Feld. Er interagiert mit diesem und kann es stören.
Die Charakterisierung des Meßsensors, die als Kalibrierung bezeichnet wird, beinhaltet die Bestimmung des Strahlungsdiagramms des Sensors, seine Polarisationseigenschaften, seine Verstärkung, und den/die Reflexionskoeffizienten beim Eingang an dem/den Ports) des Sensors.
Dieser Vorgang wird üblicherweise an einem sogenannten Kalibrierungsort vorgenommen, der von demjenigen des potentiellen Anwenders des Meßsensors verschieden ist. Es handelt sich normalerweise um einen Meßstandort mit einer hohen Präzision, an dem alle bei den Messungen vorkommenden Parameter beherrschbar sind. Alle Charakteristiken des Meßsensor sind somit durch einen Kalibrierungs-Datensatz fehlerfrei definiert.
Der Meßsensor 1a kann anschließend mit dem Kalibrierungs-Datensatz an einen potentiellen Anwender geliefert werden, um eine Antenne an dessen Standort zu prüfen. Falls sich jedoch das Betriebsverhalten des Meßsensors nach der Montage vor Ort von dem bei der Kalibrierung festgestellten unterscheidet, besteht Anlaß zur Vorsicht bezüglich der Zuverlässigkeit der Meßdaten der im Test befindlichen Antenne.
1B veranschaulicht auf schematische Weise die Vorgehensweise zur Messung der Charakteristiken einer Antenne 2 am Ort der Prüfung. Die in der Prüfung befindliche Antenne 2 ist ortsfest und gibt eine Strahlung ab, deren bestimmte Charakteristiken gemessen werden müssen. Der Meßsensor hingegen ist im Raum beweglich an einer bestimmten Oberfläche, wie bereits erwähnt wurde (z.B. in einer Ebene). Hierfür wird der Meßsensor 1a an einer beweglichen Trägervorrichtung 3 montiert, die sich entlang eines vorgegebenen Verlaufs verschiebt, so daß die genannte Oberfläche, vorteilhaft unter Steuerung durch computerisierte Einrichtungen, abgetastet wird. Die an jedem Punkt durchgeführten Messungen werden in Echtzeit aufgezeichnet oder verarbeitet.
Eine Hauptquelle von Abweichungen zwischen dem bei der Kalibrierung und dem am Meßstandort erhaltenen Betriebsverhalten läßt sich in Unterschieden beim jeweiligen Montieren des Meßsensors 1a zwischen dem Kalibrierungsort und dem Meßstandort finden. Es ist daher nötig, eine Lösung zu finden, d.h. in der Praxis geeignete Mittel zu finden, die einen abträglichen Einfluß der Montage des Meßsensors 1a beseitigen können.
Am Kalibrierungsort (1A) ist es relativ einfach, den Einfluß der Montage des Meßsensors 1a durch eine geeignete digitale Behandlung der Kalibrierungsdaten zum Großteil zu beseitigen. Wie nämlich bereits erwähnt wurde, sind die Charakteristiken des Kalibrierungsortes vollständig bekannt, repetitiv, und beherrschbar. Die Charakteristiken der Quellen für die Kalibrierung sind ebenfalls gut bekannt.
Bei jedem Meßstandort (1B) sind die Umgebungscharakteristiken jedoch verschieden. Per Definition sind die genauen Charakteristiken der Strahlungsquelle, d.h. der im Text befindlichen Antenne 2, unbekannt, denn sie sind ja gerade Gegenstand der Messungen. Die Montage des Meßsensors 1a ist a priori von der vor Ort vorgenommenen verschieden.
Eine unveränderte Verwendung des Datensatzes der Kalibrierung ist somit nicht möglich, falls die Anforderungen an die Meßgenauigkeit hoch sind.
Im bekannten Stand der Technik wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um zu versuchen, dieses Problem zu lösen. Die 2A und 2B veranschaulichen eine der hierbei vorgeschlagenen Lösungen. Gleiche Elemente wie in den vorhergehenden Figuren tragen gleiche Bezugszeichen und werden nur noch nach Notwendigkeit erneut beschrieben.
Diese Lösung wurde in den folgenden Dokumenten beschrieben, auf die nutzbringend für mehr Einzelheiten Bezug genommen werden kann:

– Artikel von Franck JENSEN und J. LEMANCZYK mit dem Titel: "Accurate gain measurements on small aperture antennas", erschienen in "Proceedings of 14^th ESA Workshop on Antenna Measurements", WWP-028, 6.–8. Mai 1991; und
– Artikel von Franck JENSEN und J. LEMANCZYK mit dem Titel: "The calibration probes for near-field measurements", "AMTA Symposium", S. 9.5-9.10, 7.–11. Oktober 1991.

Der Aufbau des im nachfolgenden mit dem Bezugszeichen 1b bezeichneten Meßsensors unterscheidet sich von demjenigen des Meßsensors 1a der 1A und 1B im wesentlichen dadurch, daß ein mit 11b bezeichnetes Absorptionselement einen inte grierten Teil des eigentlichen Meßsensors bildet. Genauer gesagt, wie bereits insbesondere durch die 2A veranschaulicht ist, ist das Absorptionselement 11b unmittelbar am Träger 12 hinter dem abstrahlenden Element 13 fest angebracht.
Am Meßstandort wird gemäß der Darstellung in 2B ein zusätzliches ortsfestes Absorptionselement 14 vorgesehen, das mit einem Schlitz 140 versehen ist, der eine Verschiebung des Meßsensors 1b an der beweglichen Trägervorrichtung 3 zuläßt.
Diese Lösung ist jedoch als Verschlechterung anzusehen. Die Absorptionselemente sind nämlich aus leichten und zerbrechlichen Materialien hergestellt. Es ist daher schwierig, unter dem Gesichtspunkt der elektrischen Eigenschaften eine gute Reproduzierbarkeit zu gewährleisten und eine stabile Form beizubehalten.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile der Vorrichtungen des Standes der Technik abzumildern, von denen an einige noch einmal erinnert werden soll.
Hierzu wird gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung anstelle und statt eines Elementes, das die auf die Fassung des Meßsensors hin abgestrahlte Energie absorbiert, eine Einrichtung zum kontrollierten Wiederabstrahlen der Strahlung vorgesehen.
Dies wird erreicht durch die Verwendung eines Schirms, der aus einem Material hergestellt ist, das die einfallende Energie im Bereich der zu messenden Wellenlängen reflektiert und sie wieder abstrahlt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Form des genannten Schirms so optimiert, daß die von ihm abgestrahlte Energie entlang von Winkelrichtungen mit einer großen Amplitude neu verteilt wird, bei denen die schädlichen Effekte nicht groß sind.
Im allgemeinen weist der Meßstandort eine reflexionsfreie Kammer auf, in welcher die zu testende Antenne angeordnet wird. Die Wände dieser Kammer bestehen aus einem Material, das die elektromagnetischen Wellen in dem von der Antenne abgegebenen Frequenzenspektrum absorbiert. Die Wiederabgabewinkel des Schirms können deran bestimmt sein, daß die wiederabgegebene Strahlung auf die Wände dieser reflexionsfreien Kammer hin gerichtet und dort absorbiert wird.
Die Erfindung weist somit zahlreiche Vorteile auf, unter anderem:

– die Fassung des Meßsensor wird nicht mehr bestrahlt, so daß sie durch den Schirm geschützt ist, und hat daher keinen Einfluß auf die Charakteristiken des Meßsensors;
– die Fassung des Meßsensors hat keine Auswirkung auf die Ströme, die am Träger des Meßsensors entstehen;
– der Aufbau des Meßsensors ist robust und bleibt unter normalen Verwendungsbedingungen stabil;
– der Schirm kann sehr präzise bestimmt werden, so daß im Hinblick auf die Diffusion der Strahlung im Raum, die geometrischen Abmessungen und das Gewicht ein optimales Betriebsverhalten erreicht wird, und zwar vorteilhaft unter Verwendung von bewährten und validierten Programmen;
– die Ströme im Träger des Meßsensor werden bereits im Entstehungsstadium kontrolliert, z.B. durch Hinzufügen von Dämpfungsdrosseln oder durch Ergreifen ähnlicher Maßnahmen;
– der Schirm ist für alle Arten von abstrahlenden Elementen verwendbar: Dipol, offener hornförmiger Wellenleiter usw.;
– es existiert eine genau definierte und separate Schnittstelle zwischen dem eigentlichen Meßsensor und seiner Anbringung: die Abmessungen des strahlenden Teils, beispielsweise des abstrahlenden Elements, seines Trägers und des Schirms, sind genau definiert, und die Ausbreitung der Strahlung des Sensors im Spektrumsmodus umfaßt eine endliche Anzahl von Modi;
– der Schirm kann so entworfen sein, daß er die Charakteristiken des Meßsensors leicht modifiziert, wenn die Frequenz variiert, so daß die Kalibrierung nicht notwendigerweise mit sehr feinen Frequenzinkrementen vorgenommen werden muß;
– der Entwurf und die Ausführung eines solchen Meßsensors bleiben völlig vereinbar mit den Technologien auf diesem Gebiet und wirken sich nicht durch eine beträchtliche Erhöhung der Komplexität und/oder Kosten aus.

Die Erfindung hat somit in der Hauptsache eine Vorrichtung zur Messung der Charakteristiken eines von einer im Test befindlichen Quelle ausgestrahlten elektromagnetischen Feldes zum Gegenstand, wobei die Vorrichtung ein abstrahlendes Element, einen Träger für dieses abstrahlende Element, und eine Fassung, an welcher der Träger befestigt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schirm aufweist, welcher von dem Träger getragen wird und zwischen dem abstrahlenden Element und der Fassung angeordnet ist, und daß der Schirm die auf ihn fallenden Strahlen derart reflektiert, daß sie derart räumlich gestreut wieder abgestrahlt werden, daß die reflektierten Strahlen nicht auf die im Test befindliche Quelle fallen.
Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
1A und 1B eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines Sensors zum Messen von Charakteristiken eines elektromagnetischen Feldes in einer Kalibrierungsphase und einer eigentlichen Meßphase;
2A und 2B eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines Sensors zum Messen von Charakteristiken eines elektromagnetischen Feldes in einer Kalibrierungsphase und einer eigentlichen Meßphase;
3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus des erfindungsgemäßen Meßsensors;
4 ein praktisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßsensors;
5A ein Diagramm, das die Variation der Amplitude des gemessenen Signals in Abhängigkeit vom Einfallwinkel einer von einer Quelle ausgegebenen elektromagnetischen Welle darstellt;
5B und 5C vergrößerte Ausschnitte des Diagramms von 5A;
6A ein Diagramm, das die Verschlechterungen des Strahlungsdiagramms des Sensors zeigt, die aus dem Abnehmen des Schirms resultieren, welcher den hauptsächlichen kennzeichnenden Bestandteil gemäß der Erfindung darstellt;
6B einen vergrößerten Ausschnitt des Diagramms von 5A; und
7 ein Diagramm, das die Richtcharakteristik des Meßsensors in Abhängigkeit von der Frequenz mit und ohne Schirm zeigt.
3 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßsensors, der im nachfolgenden mit 4 bezeichnet ist.
Dieser weist, wie auf diesem Fachgebiet bekannt ist, ein abstrahlendes Element 8 auf, das von einem (in dem beschriebenen Beispiel länglichen) Träger 6 getragen ist, der wiederum ortsfest oder nicht fest an einer Fassung 5 angebracht ist.
Falls sich der Meßsensor 4 am Meßstandort befindet, ist er an einer beweglichen Trägervorrichtung 3 angeordnet und empfängt die von der im Test befindlichen Antenne 2 abgegebene elektromagnetische Strahlung.
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Gesamtheit dieser Bauteile im allgemeinen in einer reflexionsfreie Kammer 9 angeordnet, deren Wände (in 3 teilweise darge stellt) aus einem Material bestehen, welches die von der Antenne 2 abgegebenen Wellen im wesentlichen absorbiert.
Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung ist der Träger 8 mit einem Schirm 7 versehen. Dieser Schirm 7 besteht aus einem Material, das die eingefangene Strahlung reflektiert, und ist in seiner Form derart angepaßt, daß er die Strahlung in solchen Winkelrichtungen wieder abgibt, daß die wiederabgestrahlten Strahlen im wesentlichen nicht auf die Antenne 2 treffen, sondern auf die absorbierenden Wände 90 der reflexionsfreien Kammer 9 hin gerichtet werden, in denen sie absorbiert werden.
Eine zweite Funktion des Schirms 7 ist es, den Träger 6, die Fassung 5 und die bewegliche Trägervorrichtung 3 gegen die von der Antenne 2 abgegebene Strahlung zu schützen, d.h. eine echte Abschirmfunktion zu erfüllen.
Die erfindungsgemäße Funktionsweise ist schematisch in 3 veranschaulicht. Es wird nur ein dünnes mittleres Bündel f₀, das an der Symmetrieachse Δ des Meßsensors 4, oder Peilachse, zentriert ist, durch das abstrahlende Element 8 des Meßsensors 4 eingefangen. Außerhalb des mittleren Bündels f₀ werden von der Antenne 2 abgegebene Strahlen R₁ und R₂, die sich in einem Winkel beidseitig von der Peilachse befinden, aber nur unzureichend divergent sind, so daß sie von der Oberfläche des Schirms 7 abgefangen werden, von dieser reflektiert und wieder auf die Wände 90 der reflexionsfreien Kammer 9 hin abgegeben (Bezugszeichen R'₁ und R'₂). Enden des von der Antenne 2 abgegebenen Bündels, z.B. die Strahlen R₃ und R₄ in der Figur zu beiden Seiten der Peilachse, werden weder von dem abstrahlenden Element 8 noch vom Schirm 7 eingefangen, so daß sie direkt auf die Wände 90 der reflexionsfreien Kammer 9 auftreffen.
Es wird nun ein praktisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßsensors 4 beschrieben. Ein solches Ausführungsbeispiel ist perspektivisch in 4 dargestellt. Gleiche Elemente in diesen beiden Figuren wie in den vorhergegangenen Figuren tragen gleiche Bezugszeichen und werden nur bei Bedarf erneut beschrieben.
In dem beschriebenen Beispiel ist das abstrahlende Element 8 ein offenes Konushorn, das die Strahlung der Antenne 2 in einer auf der Peilachse zentrierten Richtung empfängt. Der Träger 6 ist ein Wellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Symmetrieachse mit der Achse zusammenfällt. Der Schirm 7 besitzt die Form eines konischen metallischen Mantels mit kreisförmigem Querschnitt, der zur Achse konzentrisch ist. Der Scheitelwinkel des Kegels ist ein zur Fassung 5 hin gewendeter spitzer Winkel.
Die Fassung 5 besteht im wesentlichen aus einer rechtwinkligen metallischen Platte, beispielsweise aus behandeltem Stahl, auf die der Träger 6 aufgeschoben ist. Die Ebene der Platte 5 ist im wesentlichen orthogonal zur Achse. Sie trägt an ihrem rückwärtigen Teil elektronische Schaltungen 50, die für Wellen empfindlich sind, welche vom Wellenleiterträger 6 übertragen werden, und bildet eine Schnittstelle mit klassischen Signalbehandlungsschaltungen (nicht dargestellt). Selbstverständlich ist zwischen dem Ausgang vom Wellenleiter 6 und den elektronischen Schaltungen 50 eine Verbindungsöffnung (nicht dargestellt) vorgesehen.
Es ist leicht festzustellen, daß aufgrund der umhüllenden Form des Schirms 7 nur eine Strahlung R mit einem großen Einfallswinkel θ bezogen auf die Achse das Ende des Trägers 6 (Seite der Fassung 5) und/oder die Fassung 5 erreichen kann. Wie vorausgehend durch die 3 veranschaulicht war, werden die anderen Strahlen entweder von der Öffnung 80 des Horns 8 eingefangen oder treffen auf die Außenfläche 70 des Mantels des Schirms 7 und werden in Richtungen wieder abgegeben, die mit der Achse einen großen Winkel bilden.
Hierbei ist anzumerken, daß die hauptsächlichen Abmessungen der in 4 dargestellten Meßvorrichtung 4 die folgenden sind:

– Durchmesser des den Schirm 7 bildenden Mantels (auf die Antenne hin gewendete Öffnung): 268 mm;
– Öffnungswinkel des Mantels (nach hinten) bezogen auf die Achse: 45°; Dicke der Wand des Mantels: 4,0 mm;
– kumulierte Länge des Trägers 6 (vor dem Mantel) und des Horns 8: 216,8 mm;
– Gesamtlänge des Trägers 6: 555 mm;
– Länge des Horns 8: 171,81 mm, mit einer vorderen Abflachung von 15,6 mm;
– Außendurchmesser des Horns 8: 49,0 mm und Innendurchmesser: 46,6 mm;
– Öffnungswinkel des Horns: 14,0° bezogen auf die Achse;
– Außendurchmesser des Wellenleiters: 20,9 mm und Innendurchmesser: 10,9 mm.

Zur vollständigeren Veranschaulichung der vorteilhaften Merkmale der Erfindung wurde eine digitale Analyse des Verhaltens des erfindungsgemäßen Meßsensors 4 bei Bestrahlung mit einer Strahlung mit variablem Einfall vorgenommen, und zwar mit verschiedenen Konfigurationen: mit dem Schirm 7, ohne den Schirm 7, und ohne Schirm 7 und ohne die rückwärtige Platte (Fassung) 5.
Zu diesem Zweck wurde der Meßsensor 4 ortsfest ausgeführt und mit einer Referenzquelle in einem fernen Feld bestrahlt, und die Amplitude des gemessenen Signals als Funktion des Einfallswinkels der Strahlen bezogen auf die Achse registriert. Die von der Referenzquelle abgegebene Frequenz betrug 27,75 GHz.
5A ist ein Diagramm, welches die Variation der Amplitude (in dBi) des gemessenen Signals jeweils bei Einfallswinkeln θ, die zwischen 0 bis 180° variieren, mit Schirm 7 sowie ohne Schirm 7 und rückwärtige Platte 5 darstellt. Genauer gesagt stellt das Diagramm der 5A zwei Sätze von Kurven dar (die Diagramme der co-polarisierten Strahlung und der 45° überkreuzten Strahlung): C₁ bei einem erfindungsgemäßen Meßsensor 4 mit einem Schirm 7 (und einer rückwärtigen Platte 5), und C₂ nach Entfernung dieser beiden Bestandteile.
Bei Auswertung dieser Kurven zeigt sich, daß das Strahlungsdiagramm des Meßsensors 4 durch das Vorhandensein des Schirms 7 bei annähernd den Werten des Winkels θ zwischen 80 und 120° wenig gestört ist. Bei größeren Winkeln θ ist seine Auswirkung stärker.
Dies ist konform mit den Zielen der Erfindung, die Energie wieder auf die Zonen außerhalb des Sichtfeldes (vom Meßsensor aus gesehen) der im Test befindlichen Antenne zu richten.
Die 5B und 5C sind vergrößerte Ausschnitte von 5A für die Bereiche von Winkeln θ von 0° bis 60° bzw. von 75° bis 125°.
6A zeigt die Verschlechterungen des Strahlungsdiagramms, die aus dem Abnehmen des Schirms 7 und der direkten Bestrahlung der Fassung 5 resultieren: Sätze von Kurven C₃. In diesem Diagramm sind zum Vergleich die Sätze von Kurven C₂ (weder Schirm 7 noch rückwärtige Platte 5) eingetragen. Der Einfluß der Strahlung mit geringem Einfall ist sehr stark, selbst in der Form des Hauptbündels mit Co-Polarisation.
6B ist ein vergrößerter Ausschnitt aus 6A für Winkelbereiche θ von 0° bis 60°.
7 ist ein Diagramm, das die Variation der Richtcharakteristik des Meßsensors 4 als Funktion der eingefangenen Strahlung für zwei Konfigurationen veranschaulicht: mit dem Schirm 7 (Kurve C₄) und ohne den Schirm 7, aber mit der rückwärtigen Platte 5 (Kurve C₅). Der abgetastete Frequenzbereich reicht von 26 bis 31 GHz. Die Richtcharakteristik ist in dBi ausgedrückt.
Es zeigen sich starke Oszillationen, wenn nur die rückwärtige Platte 5 vorhanden ist (Kurve C₅). Diese Oszillationen werden stark gedämpft, wenn der Schirm 7 vorhanden ist. Es ergeben sich viel mildere Frequenzvariationen, was einen der Vorteile der Erfindung darstellt. Wie bereits erwähnt wurde, erfordert die Kalibrierung des Meßsensors 4 keine feinen Frequenzinkremente mehr.
Bei der Lektüre des obigen ist leicht festzustellen, daß die Erfindung die Aufgaben, die sie sich gesetzt hat, gut löst.
Sie weist in der Tat zahlreiche Vorteile auf. Ohne das zu Beginn der vorliegenden Beschreibung Gesagte zu wiederholen, wird durch die der Erfindung zu eigenen Maßnahmen, insbesondere daß die Fassung des Meßsensors nicht mehr bestrahlt wird, erreicht, daß diese keinen Einfluß auf die Charakteristiken des Meßsensors mehr ausübt. Diese hängen nicht mehr von der genauen Weise ab, wie der Sensor am Meßstandort montiert ist. Der Aufbau des Meßsensors ist robust, und seine Funktion bleibt unter normalen Verwendungsbedingungen stabil. Sein Aufbau und die verwendeten Bestandteile bleiben mit den derzeit für diese An von Anwendung verwendeten Technologien kompatibel. Die für die Erfindung spezifischen Vorkehrungen führen nicht zur einem merklichen Kostenanstieg und führen auch nicht zur einer erhöhten Komplexität. Sie ermöglichen es darüber hinaus, den Kalibrierungsvorgang zu vereinfachen, indem sich die Zahl der zur Messung in Abhängigkeit von der Frequenz nötigen Meßpunkte verringert.
Es sollte jedoch klar sein, daß die Erfindung nicht einzig auf die ausdrücklich beschriebenen Ausführungsbeispiele insbesondere in Verbindung mit den 3 bis 7 beschränkt ist. Insbesondere wurden die numerischen Werte nur angegeben, um eine Vorstellung davon zu vermitteln. Sie hängen im wesentlichen von der besonderen ins Auge gefaßten Anwendung ab, insbesondere von der durch die zu testende Antenne abgegebenen Frequenz. Das gleiche trifft für die verwendeten Materialien zu.

Claims

Vorrichtung zur Messung der Charakteristiken eines von einer im Test befindlichen Quelle ausgestrahlten elektromagnetischen Feldes mit einem abstrahlenden Element, einem Träger für dieses abstrahlende Element und einer Fassung, an welcher der genannte Träger befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schirm (7) aufweist, welcher vom genannten Träger (6) getragen wird und zwischen dem genannten abstrahlenden Element (8) und der genannten Fassung (5) angeordnet ist, und dass der genannte Schirm (7) geeignet ist, die auf ihn fallenden Strahlen (R₁, R₂) des elektromagnetischen Feldes derart zu reflektieren, dass sie derart räumlich gestreut wieder abgestrahlt werden, dass die reflektierten Strahlen nicht auf die im Test befindliche Quelle fallen.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuordnung des genannten abstrahlenden Elements (8) zu einer zur Ausrichtung der Messvorrichtung (4) in bestimmte Messrichtungen dienenden Peilachse (Δ) der genannte Schirm (7) eine derartige Form aufweist, dass die wieder abgestrahlten Strahlen (R'₁, R'₂) an von der genannten Peilachse (Δ) ausgehenden, eine große Winkelamplitude aufweisenden Winkeln ausgerichtet sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung der genannten, im Test befindlichen elektromagnetischen Strahlungsquelle (2) an einem Mess-Standort mit einer reflexionsfreien Kammer (9), deren Wände (90) aus einem die der genannten Strahlung zugeordneten Wellenlängen absorbierenden Material bestehen und innerhalb welcher die genannte Quelle (2) eingesetzt ist, der genannte Schirm (7) eine derart festgelegte Form aufweist, dass die wieder abgestrahlten Strahlen (R'₁, R'₂) in Richtung der genannten absorbierenden Wände (90) wieder abgestrahlt werden, wenn die genannte Vorrichtung als Sensor (4) zur Messung der Charakteristiken der genannten, im Test befindlichen Quelle verwendet wird.
Messvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer beweglichen Tragvorrichtung (3) zugeordnet ist, von welcher sie mitgenommen wird, um eine bestimmte Oberfläche abzutasten, wenn sie als Mess-Sensor (4) für die genannte, im Test befindliche Strahlungsquelle (2) verwendet wird, wobei diese ortsfest ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte vorbestimmte Oberfläche eben ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte vorgegebene Fläche zylindrisch ist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abstrahlende Element ein Konushorn (8) ist, der genannte Träger ein Wellenleiter (6) mit kreisförmigem Querschnitt ist, welcher das genannte Konushorn (8) auf einer mit einer Peilachse (Δ) übereinstimmenden Symmetrieachse verlängert, und die genannte Fassung eine rechteckige Platte (5) ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schirm ein kegelförmiger Mantel (7) mit kreisförmigem Querschnitt ist, welcher zur Peilachse (Δ) konzentrisch verläuft und der genannten Fassung (5) unter Bildung eines spitzen Winkels mit der genannten Peilachse (Δ), insbesondere eines Winkels in der Größenordnung von 45°, zugewandt ist.
Messvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten abstrahlenden Elemente (8), der Träger (6), die Fassung (5) und der Schirm (7) metallisch sind.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Quelle eine Antenne (2) ist, welche im Mikrowellenbereich sendet, und dass die genannten zu messenden Charakteristiken diejenigen des Strahlungsdiagramms der genannten Antenne (2) sind.