PL70060Y1

PL70060Y1 - Station for measuring distribution of electromagnetic field in the signal lines, preferably planar lines

Info

Publication number: PL70060Y1
Application number: PL124873U
Authority: PL
Inventors: Piotr Kowalczyk; Rafał Lech; Michał Mrozowski; Krzysztof Nyka
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2018-07-31
Also published as: PL124873U1

Abstract

Stanowisko do pomiaru rozkładu pola elektromagnetycznego w liniach sygnałowych, zwłaszcza planarnych, składające się z układu pomiarowego połączonego ze sterownikiem, korzystnie zintegrowanym z układem pomiarowym oraz z generatorem, korzystnie zintegrowanym z układem pomiarowym, w którym układ pomiarowy (A) zawiera podstawę (1), do której zamocowane są dwie naprzeciwległe ścianki boczne (2) oraz korzystnie ścianka tylna (3), a między ściankami bocznymi (2) równolegle do podstawy (1) zamocowana jest prowadnica (4), która przyłączona jest do silnika krokowego (7), zamocowanego na ściance bocznej (2). Na prowadnicy (4) przelotowo osadzona jest głowica (5), zaopatrzona w pokrętło (12) i w sondę (6), przy czym dolna część sondy (6) wyposażona jest w kółko dystansowe (11), zaś na ściance bocznej (2) zamocowane jest od zewnętrznej strony złącze (8), pobudzające linię sygnałową (9) umieszczoną na podstawie (1), które wyposażone jest w pokrętło (10). Sterownik (B) korzystnie połączony jest z komputerem.Stand for measuring the distribution of electromagnetic field in signal lines, especially planar lines, consisting of a measuring system connected to a controller, preferably integrated with the measuring system and a generator, preferably integrated with the measuring system, in which the measuring system (A) comprises a base (1), to which two opposite side walls (2) and preferably the rear wall (3) are attached, and between the side walls (2), parallel to the base (1), a guide (4) is attached, which is connected to the stepper motor (7) fixed on the side wall (2). The head (5) is placed on the guide (4), provided with a knob (12) and a probe (6), the lower part of the probe (6) is equipped with a spacer wheel (11), and on the side wall (2) there is a connector (8) on the outside, activating a signal line (9) placed on the base (1), which is equipped with a knob (10). The controller (B) is preferably connected to a computer.

Description

Opis wzoruPattern description

Przedmiotem wzoru użytkowego jest stanowisko do pomiaru rozkładu pola elektromagnetycznego w liniach sygnałowych zwłaszcza planarnych, mające zastosowanie do pomiaru współczynnika fali stojącej, współczynnika odbicia, impedancji wejściowej linii transmisyjnych, jako pomoc naukowa i dydaktyczna służąca poznawaniu zjawisk zachodzących w układach wysokiej częstotliwości, w tym technik dopasowania impedancji.The subject of the utility model is a stand for measuring the distribution of electromagnetic field in signal lines, especially planar, applicable to measuring the standing wave coefficient, reflection coefficient, input impedance of transmission lines, as a scientific and didactic aid for learning about phenomena occurring in high-frequency systems, including matching techniques impedance.

Znane jest stanowisko do wykonywania podstawowych pomiarów parametrów pól i fal elektromagnetycznych z wykorzystaniem techniki falowodowej. Falowody prostokątne są często wykorzystywane do budowy tego typu stanowisk w laboratoriach studenckich na wielu uczelniach technicznych na świecie. Sondę pola elektrycznego lub magnetycznego, pozwalającą na odczyt wartości pola w linii wprowadza się do falowodu przez szczelinę wyciętą w szerszej ściance falowodu w taki sposób, aby wyeliminować promieniowanie fali z linii. Podobnie jak w proponowanym rozwiązaniu, za pomocą stanowiska opartego o technikę falowodową, można mierzyć rozkład fali w linii. Jednakże, w odróżnieniu od linii mikropaskowych, ze względu na zamknięty charakter linii falowodowej cały sygnał skupiony jest wewnątrz falowodu, co wymaga zachowania szczególnej ostrożności przez studentów podczas procesu demontażu i montażu układu pomiarowego, aby zapobiec negatywnemu wpływowi fal elektromagnetycznych na organizm ludzki (skupione pole elektromagnetyczne wychodzące z otwartego końca falowodu). Dodatkowo w liniach tych przesyłać można jedynie fale typu TE/TM (poprzeczne elektryczne lub poprzeczne magnetyczne), co wymaga dodatkowej znajomości zaawansowanej teorii fal elektromagnetycznych rozchodzących się w tego typu liniach, przed rozpoczęciem zajęć laboratoryjnych. Kolejną niedogodnością rozwiązania falowodowego jest konieczność pracy z sygnałami o wysokich częstotliwościach (około 10 GHz) ze względu na ograniczone wymiary stanowiska, co wymaga bardzo wysokiej precyzji wykonania zarówno elementów pomiarowych, jak i samych pomiarów.There is a well-known stand for performing basic measurements of electromagnetic fields and wave parameters with the use of waveguide technique. Rectangular waveguides are often used to build such stations in student laboratories at many technical universities in the world. An electric or magnetic field probe allowing the reading of the field in-line value is inserted into the waveguide through a slot cut in the wider wall of the waveguide in such a way as to eliminate the wave radiation from the line. As in the proposed solution, using the test stand based on the waveguide technique, it is possible to measure the wave distribution in the line. However, unlike microstrip lines, due to the closed nature of the waveguide line, the entire signal is concentrated inside the waveguide, which requires special care by students during the process of disassembling and assembling the measuring system to prevent the negative impact of electromagnetic waves on the human body (concentrated electromagnetic field coming from the open end of the waveguide). In addition, these lines can only transmit TE / TM waves (transverse electric or transverse magnetic), which requires additional knowledge of the advanced theory of electromagnetic waves propagating in this type of lines, before starting the laboratory classes. Another disadvantage of the waveguide solution is the need to work with high-frequency signals (about 10 GHz) due to the limited dimensions of the station, which requires very high precision of both the measuring elements and the measurements themselves.

Ponieważ zagadnienia związane z propagacją fal w liniach falowodowych nie należą do prostych i intuicyjnych (propagacje wielorodzajowe, częstotliwości odcięcia), to często sprawiają one poważny problem studentom pierwszych lat studiów. W związku z tym wykorzystanie techniki falowodowej w kursie podstawowym nie jest optymalnym rozwiązaniem pod względem dydaktycznym.Since the issues related to the propagation of waves in waveguide lines are not simple and intuitive (multi-type propagation, cut-off frequencies), they often pose a serious problem to students of the first years of study. Therefore, the use of the waveguide technique in the basic course is not an optimal didactic solution.

Stanowisko do pomiaru rozkładu pola elektromagnetycznego w liniach sygnałowych zwłaszcza planarnych składające się z układu pomiarowego połączonego ze sterownikiem korzystnie zintegrowanym z układem pomiarowym oraz z generatorem korzystnie zintegrowanym z układem pomiarowym charakteryzuje się według wzoru użytkowego tym, że układ pomiarowy zawiera podstawę, do której zamocowane są dwie naprzeciwległe ścianki boczne oraz korzystnie ścianka tylna. Między ściankami bocznymi równolegle do podstawy zamocowana jest prowadnica, która przyłączona jest do silnika krokowego zamocowanego na ściance bocznej. Na prowadnicy przelotowo osadzona jest głowica, zaopatrzona w pokrętło i w sondę. Dolna część sondy wyposażona jest w kółko dystansowe. Na ściance bocznej zamocowane jest od zewnętrznej strony złącze pobudzające linię sygnałową umieszczoną na podstawie. Złącze wyposażone jest w pokrętło.The stand for measuring the distribution of electromagnetic field in signal lines, in particular planar lines, consisting of a measuring system connected to a controller, preferably integrated with the measuring system, and a generator, preferably integrated with the measuring system, is characterized according to the utility model in that the measuring system comprises a base to which two opposite side walls and preferably the rear wall. A guide is mounted between the side walls parallel to the base and connected to a stepper motor mounted on the side wall. A head with a knob and a probe is placed through the guide. The lower part of the probe is equipped with a spacer wheel. On the side wall, on the outside, there is a connector activating the signal line located on the base. The connector is equipped with a knob.

Korzystnie sterownik połączony jest z komputerem.Preferably the controller is connected to a computer.

Na stanowisku według wzoru użytkowego istnieje możliwość wykonywania pomiarów sygnałów rozchodzących się w liniach planarnych (np. mikropaskowych). Szybko rozwijająca się technika mikrofalowa i miniaturyzacja urządzeń elektronicznych powoduje, że technologia linii planarnych staje się bardzo popularna i równocześnie atrakcyjna dla studentów. Dodatkowo w liniach planarnych rozchodzą się fale typu TEM (poprzeczne elektrycznie i magnetycznie). Fale tego typu należą do fal poprzecznych i z punktu widzenia ich parametrów (np. długość i prędkość) oraz sposobu ich analizy są bardzo zbliżone do fal płaskich, czyli najprostszego modelu fali elektromagnetycznej, który jest prezentowany na kursie podstawowym dla studentów pierwszych lat studiów związanych z elektroniką i telekomunikacją. Jednocześnie, pomiary na opisywanym stanowisku mogą być wykonywane dla sygnałów o relatywnie niskiej częstotliwości (od 1 GHz), przy której dokładność wykonania mierzonych elementów jest na tyle niska, że mogą one być wykonywane przez studentów w trakcie zajęć laboratoryjnych - linie transmisyjne i strojniki dopasowujące mogą być docinane przy użyciu np. nożyczek biurowych - zapewniając wystarczającą dokładność otrzymywanych wyników obrazujących efekty będące przedmiotem ćwiczeń. Poprzez zastosowanie w konstrukcji stanowiska ruchomego złącza zintegrowanego z układem pomiarowym oraz sterowanego silnika krokowego i kółka dystansowego, możliwy jest pomiar różnego typu linii planarnych bez konieczności mocowania dodatkowych złączy z dokładnością ustawienia sondy do 0,1 mm przy stałej jej wysokości nad mierzoną linią.According to the utility model, it is possible to measure signals propagating in planar lines (e.g. microstrip lines). The rapidly developing microwave technology and the miniaturization of electronic devices make planar line technology very popular and at the same time attractive for students. Additionally, TEM waves (electrically and magnetically transverse) propagate in planar lines. Waves of this type belong to shear waves and, from the point of view of their parameters (e.g. length and velocity) and the method of their analysis, they are very similar to plane waves, i.e. the simplest model of an electromagnetic wave, which is presented in the basic course for students of the first years of studies related to electronics and telecommunications. At the same time, the measurements at the described stand can be performed for signals of relatively low frequency (from 1 GHz), at which the accuracy of the measured elements is so low that they can be performed by students during laboratory classes - transmission lines and matching tuners can be trimmed using, for example, stationery scissors - ensuring sufficient accuracy of the obtained results illustrating the effects being the subject of the exercises. Due to the use of a movable joint integrated with the measuring system in the construction of the stand, a controlled stepper motor and a spacer wheel, it is possible to measure various types of planar lines without the need to attach additional connectors with an accuracy of positioning the probe up to 0.1 mm at a constant height above the measured line.

Przedmiot wzoru użytkowego przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia stanowisko w widoku od przodu, a fig. 2 przedstawia stanowisko w widoku z góry.The object of the utility model is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows the station in a front view, and Fig. 2 shows the station in top view.

Stanowisko do pomiaru rozkładu pola elektromagnetycznego w liniach sygnałowych zwłaszcza planarnych składa się z układu pomiarowego A połączonego ze sterownikiem B zintegrowanym z układem pomiarowym A oraz z generatorem C zintegrowanym z układem pomiarowym A. Układ pomiarowy A zawiera podstawę 1, zaopatrzoną w dwie naprzeciwległe ścianki boczne 2 oraz ściankę tylną 3. Do ścianek bocznych 2 od wewnętrznej strony, równolegle do podstawy 1, zamocowana jest prowadnica 4 z głowicą 5, która wyposażona jest w sondę 6 do pomiaru pola elektrycznego lub magnetycznego. Głowica 5 zaopatrzona jest w pokrętło 12. Pozycja głowicy 5 regulowana jest za pomocą silnika krokowego 7 sterowanego elektronicznie za pomocą sterownika B. Od zewnętrznej strony jednej ze ścianek bocznych 2 wykonane jest gniazdo, w którym umieszczone jest złącze 8 umożliwiające pobudzenie badanej linii sygnałowej 9 sygnałem o wysokiej częstotliwości. Pozycję złącza 8 można regulować pokrętłem 10, umożliwiającym dociśnięcie złącza 8 do badanej linii sygnałowej 9 umieszczonej na podstawie 1. Rozkład pola elektromagnetycznego w badanej linii sygnałowej 9 mierzony jest za pomocą sondy 6 umieszczonej w głowicy 5, przesuwanej nad linią pomiarową 9. Część głowicy 5 zawierająca sondę 6 zaopatrzoną w kółko dystansowe 11 jest podnoszona lub opuszczana za pomocą pokrętła 12. Kółko dystansowe 11 zapewnia utrzymanie stałej wysokości sondy 6 nad linią pomiarową 9 podczas pomiaru. Sterownik B posiada wyświetlacz 13 umożliwiający odczyt pozycji sondy 6 oraz wartości pola mierzonego w danej lokalizacji. Zestaw przycisków 14 na sterowniku B umożliwia precyzyjne ustawienie pozycji sondy 6. Praca sterownika B może być kontrolowana za pomocą zewnętrznego komputera, czego efektem jest automatyzacja pomiaru. Generator C jest dowolnym zewnętrznym urządzeniem, które może wytwarzać sygnał sinusoidalny o zadanej wysokiej częstotliwości.The stand for measuring the distribution of the electromagnetic field in signal lines, especially planar lines, consists of a measuring system A connected to a controller B integrated with the measuring system A and a generator C integrated with the measuring system A. The measuring system A comprises a base 1 provided with two opposite side walls 2 and a rear wall 3. A guide 4 with a head 5 is attached to the side walls 2 from the inside, parallel to the base 1, which is equipped with a probe 6 for measuring the electric or magnetic field. The head 5 is equipped with a knob 12. The position of the head 5 is regulated by a stepper motor 7 electronically controlled by the controller B. From the outside of one of the side walls 2 there is a socket with a connector 8 that allows to activate the tested signal line 9 with a signal high frequency. The position of the connector 8 can be adjusted by a knob 10, which enables pressing the connector 8 against the tested signal line 9 located on the base 1. The distribution of the electromagnetic field in the tested signal line 9 is measured with the probe 6 placed in the head 5, moved over the measurement line 9. Head part 5 containing a probe 6 provided with a spacer wheel 11 is raised or lowered by means of a knob 12. The spacer wheel 11 ensures that the height of the probe 6 is kept constant above the measurement line 9 during the measurement. The controller B has a display 13 for reading the position of the probe 6 and the value of the field measured at the given location. The set of buttons 14 on the controller B enables precise setting of the probe position 6. The operation of the controller B can be controlled by an external computer, which results in the automation of the measurement. Generator C is any external device that can produce a sinusoidal signal at a given high frequency.

Sygnał elektromagnetyczny doprowadzany jest do linii pomiarowej 9 poprzez złącze 8.The electromagnetic signal is fed to the measuring line 9 through the connector 8.

Claims

Protective reservations

A station for measuring the distribution of electromagnetic field in signal lines, in particular planar lines, consisting of a measuring system connected to a controller, preferably integrated with the measuring system, and a generator preferably integrated with the measuring system, characterized in that the measuring system (A) comprises a base (1), to which two opposite side walls (2) and preferably the rear wall (3) are attached, and between the side walls (2), parallel to the base (1), a guide (4) is attached, which is connected to the stepper motor (7) mounted on side wall (2), the head (5), provided with a knob (12) and a probe (6), is placed on the guide (4), the lower part of the probe (6) is equipped with a spacer wheel (11), and the side wall (2) has a connector (8) that activates a signal line (9) located on the base (1), which is equipped with a knob (10).

2. The station according to claim The device of claim 1, characterized in that the controller (B) is connected to a computer.