DE3315210C2

DE3315210C2 - Nahfeldsonde zur Messung der drei magnetischen Komponenten einer elektromagnetischen Strahlung

Info

Publication number: DE3315210C2
Application number: DE19833315210
Authority: DE
Inventors: Günter 8000 München Potschkat
Original assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Current assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1986-04-10
Also published as: DE3315210A1

Abstract

Zur Messung der drei Komponenten des magnetischen Feldes und der Bildung des Summenvektors der gemessenen drei Komponenten wird eine Nahfeldsonde vorgeschlagen, welche ein würfelförmiges, metallisches Gehäuse aufweist, an dessen einer Außenfläche ein Träger für drei ringförmige, orthogonal zueinander orientierte Antennenelemente rechtwinklig angebracht ist. An der einen Ecke des Gehäuses ist in Richtung der betreffenden Raumdiagonale des Gehäuses ein elektrisch isolierter Haltegriff montiert. Im Inneren des Gehäuses ist eine Einrichtung zum Aufbereiten und Verarbeiten der Meßspannungen an den Fußpunkten der Antennenelemente angebracht, welche für jedes der drei Antennenelemente einen gesonderten Kanal zur HF-mäßigen Aufbereitung des betreffenden Meßsignals aufweist. Jeder Kanal umfaßt eine Antenneneingangsstufe, einen Bereichsteller, eine Trennstufe und eine Quadrierstufe. Letztere weist einen integrierten Mischerbaustein mit quadratischer Verstärkerkennlinie zur Bildung des Quadrates des eingangsseitigen Kanalsignals und zur HF-Gleichrichtung auf. Die Ausgangssignale der drei Kanäle werden addiert und verstärkt sowie anschließend einem Anzeigeinstrument zugeführt, welches zur Reduzierung des verstärkten Summensignals eine Skala mit quadratischer Teilung aufweist. Die Skala ist durch einen Ausschnitt in einer Gehäusewand ablesbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nahfeldsondc gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Nahfeldsonde ist zum wahlweisen Messen der drei Komponenten des elektrischen oder des magnetischen Feldes sowie zur Bildung des Betrages des Summenvektors bekannt (NTG Tagungsband, Nov. 1982, Seiten 97 bis 108). Diese Nahfeldsonde verwendet ein würfelförmiges, metallisches Gehäuse, an dessen Außenflächen jeweils ein Antennenelement rechtwinklig angebracht ist. Jedes Antennenelement besteht aus einem abgeschirmten, ringförmigen Leiter, dessen Abschirmung an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen ist und an einer anderen Stelle wahlweise geerdet werden kann. Im Falle der Erdung wirken der Leiter und die geschlitzte Abschirmung als Rahmenantenne zur Messung der magnetischen Feldkomponenten. Bei fehlender Erdung stellt der ringförmige Leiter einen Dipol zur Messung der elektrischen Feldkomponenten dar. Die Fußpunkte der Antennenelemente sind mit Thermoumformern verbunden, welche das HF-Meßsignal der betreffenden Antennenelemente gleichrichten und aufbereiten. Die aufbereiteten Meßsignale werden über ein Verbindungskabel einer in einem zweiten Gehäuse untergebrachten Anzeigeeinrichtung zugeführt. Die Aufstellung der bekannten Meßsonde erfolgt auf einem elektrisch isolierten Stativ, wobei sich das zweite Gehäuse mit der Anzeigeeinrichtung in einigen Metern Entfernung befindet, wo eine Bedienperson die Skala

ίο der Anzeigeeinrichtung abliest.

Die bekannte Meßsonde läßt sich jedoch wegen der Unempfindlichkeit der Thermoumformer für kleinere Eingangssignale nur in einem Meßbereich oberhalb etva 0,3 A/m verwenden. Infolge dieser Unempfindlichkeit läßt sich der Übergangsbereich zwischen Nah- und Fernfeld nicht systematisch erfassen, was insbesondere bei der Ermittlung der Abhängigkeit der Feldstärke von der Entfernung zu einer Sendeantenne sowie zum Vergleich mit entsprechenden Nahfeldberechnungen unabdingbar ist. Ferner ist die Handhabung der bekannten Meßsonde infolge der beiden Gehäuse und des Stativs umständlich und zeitraubend.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Nahfeldsonde der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche auch eine Messung kleinerer Signale in einem Meßbereich unterhalb von 0,3 A/m gestattet, welche auf einfache Weise zu handhaben ist und die auch ohne Stativ verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ausgeführten Beispiels einer erfindungsgemäßen Nahfeldsonde, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer im Gehäuseinneren der Nahfeldsonde gemäß Fig. 1 angebrachten Meßsignal-Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Nahfeldsonde 1 dient zur Messung der drei Komponenten H_x, H_y und H, des magnetischen Feldes H, beispielsweise in der Umgebung einer Sendeantennenanlage.

Die Nahfeldsonde 1 umfaßt ein würfelförmiges, metallisches Gehäuse 2, an dessen einer Außenfläche im Flächenmittelpunkt ein Träger 21 für drei Antennenelemente 4, 5, 6 rechtwinklig angebracht ist. Die Antennenelemente 4, 5, 6 sind als Rahmenantennen ausgebildet und bestehen jeweils aus einem abgeschirmten, ringförmigen Leiter, dessen Abschirmung an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen ist. Die Ebenen der drei Leiter sind orthogonal zueinander orientiert.

Zur Aufbereitung und Verarbeitung der Meßsignale an den Fußpunkten der Antennenelemente 4 bis 6 ist im Inneren des Gehäuses 2 eine entsprechende Einrichtung 10 in Form einer elektrischen Schaltung angebracht (Fig. 2), welche ein Anzeigeinstrument 20 aufweist, dessen Skala 8 (Fig. 1) durch einen Ausschnitt 7 in einer Wand des Gehäuses 2 ablesbar ist. Ferner befindet sich

bo an der gleichen Gehäusewand, im dargestellten Beispielsfalle unterhalb des Ausschnitts 7, ein gemeinsamer Bedienknopf 9 für insgesamt sechs Bereichsteiler 15 der Einrichtung 10(Fig. 2).
An einer Ecke des würfelförmigen Gehäuses 2 ist in Richtung der betreffenden Raumdiagonalen des Gehäuses 2 ein Haltegriff 3 befestigt, mit welchem die Nahfeldsonde 1 bequem von einer Bedienperson in alle Raumrichtungen gedreht, gehalten und abgelesen werden

Die in F i g. 2 als Blockschaltbild wiedergegebene Einrichtung 10 zum Aufbereiten und Verarbeiten der Meßsignale an den Fußpunkten der schematisch angedeuteten Antennenelemente 4 bis 6 umfaßt drei Aufbereitungskanäle 11, 12 und 13, von denen jeder Aufbereitungskanal einem zugeordneten Antennenelement nachgeschaltet ist. Jeder der identisch ausgebildeten Aufbereitungskanäle besteht aus der Folge einer Antenneneingangsstufe 14, eines Bereichsteilers 15, einer Trennstufe 16 und einer Quadrierstufe 17. Dieser Aufbau ist in F i g. 2 lediglich für den Aufbereitungskanal 11 veranschaulicht; er gilt in identischer Weise auch für die übrigen, nur als Block angedeuteten Aufbereitungskanäle 12 und 13.

Der Bereichsteiler 15 umfaßt einen Transistorschaltkreis in Kollektorschaltung, wobei als Arbeitswiderstand des Transistors ein mehrstufiger ohmscher Spannungsteiler mit Abgriffen vorgesehen ist. Die Abgriffe lassen sich mittels des Bedienknopfes 9 (Fig. 1) selektiv wirksam schalten. Zur wirksamen Entkopplung des 3ereichsteilers 15 von der Quadrierstufe 17 ist jedem Bereichsteiler 15 eine Trennstufe 16 in Kollektorschaltung nachgeordnet. Der Emitterwiderstand der Trennstufe 16 ist dem Eingangswiderstand der nachfolgenden Quadrierstufe 17 angepaßt.

Jede Quadrierstufe 17 umfaßt einen integrierten Mischerschaltkreis, welcher aufgrund seines quadratischen Kennlinienverlaufs eine Quadrierung des hochfrequenten Eingangssignals und damit eine Gleichrichtung vornimmt. Die den Quadraten der magnetischen Feldkomponenten H_x, Hn H_z entsprechenden Gleichspannungs-Ausgangssignale der drei Kanäle 11, 12, 13 werden in einem Addierglied 18 summiert, das ausgangsseitig mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 19 verbunden ist. Der Operationsverstärker 19, dem ausgangsseitig das Anzeigeinstrument 20 angepaßt ist, dient in erster Linie der Einstellung des Grundpegels des anzuzeigenden Sondsn-Ausgangssignals (welches dem Quadrat der Länge des Summenvektors der drei magnetischen Feldkomponenten H_x, H>, H₂ entspricht), welcher dem empfindlichsten Sonden-Meßbereich entspricht.

Die erforderliche Radizierung des verstärkten Summensignals am Ausgang des Operationsverstärkers 19 auf schaltupgstechnischem Wege unterbleibt; siatt dessen wird die lineare Anzeigeskala des Anzeigeinstrumentes 20 durch die Skala 8 mit quadratischer Teilung ersetzt.

Die Aufbereitung der Meßsignale an den Fußpunkien der Antennenelemente erfolgt, wie aus Fig. 2 ersiehtlieh ist, HF-mäßig, wodurch die Verwendung der Bereichsteiler 15 zum Einstellen des gewünschten Meßbereiches ermöglicht wird. Auf diese Wiese gestattet die Nahfeldsonde 1 auch die Messung geringer Feldstärken mit einem Antenneneingangssignalpegel unterhalb 0,3 A/m. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Nahfeldsonde ermittelten Feldstärkewerte beispielsweise im NahfeJd des Senders Ismaning des Bayerischen Rundfunks gut mit entsprechenden theoretischen Werten übereinstimmen, welche eo mit Hilfe eines die Bodenleitfähigkeit und das Erdnetz berücksichtigenden Rechenprogramms ermittelt wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Nahfeldsonde zur Messung der drei magnetischen Komponenten einer elektromagnetischen Strahlung im Rundfunkfrequenzbereich und zur Bildung des absoluten Betrages des Summenvektors der gemessenen drei magnetischen Komponenten, mit

— einem würfelförmigen, metallischen Gehäuse, an dessen einer Außenfläche ein Träger für drei orthogonal zueinander angebrachte Antennenelemente befestigt ist, wobei jedes Antennenelement aus einem abgeschirmten ringförmigen Leiter besteht, dessen Abschirmung an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen ist, und

— einer Einrichtung zum Aufbereiten und Verarbeiten der Meßspannung an den Fußpunkten der Anr^ennenelemente, welche Quadrierstufen zum Quadrieren der den drei magnetischen Komponenten zugeordneten Meßspannungen, eine Addierstufe zur Summation der quadrierten Meßspannungen, eine Radizierstufe zum Radizieren der gebildeten Quadratsumme und eine Anzeigevorrichtung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) jede Quadrierstufe (17) aus einem in integrierter Sch?Itkreistechnik aufgebauten Mischerschaltkreis mit einer quadratischen Verstärkerkennlmie besteht,

b) als Radizierstufe die Anzeigevorrichtung dient, die ein Anzeigeinstrument JO) aufweist, welches eine Skala (8) mit entsprechender Teilung enthä't.

c) die Einrichtung innerhalb des würfelförmigen Gehäuses (2) untergebracht ist, wobei die Skala (8) des Anzeigeinstrumentes (20) durch einen Ausschnitt (7) in einer Wand des Gehäuses (2) ablesbar ist, und

d) in der einen Ecke des würfelförmigen Gehäuses (2) in Richtung einer Raumdiagonale des Gehäuses (2) ein elektrisch isolierter Haltegriff (3) montiert ist.