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Meßsonde für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Sonde zur Messung der Spannung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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An Hand zweier Ausführungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden
näher erläutert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel, das die erfindungsgemäße Sonde gerade
hinsichtlic,h e'iner weiteren Ver-