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Die
Erfindung betrifft eine Messspitze zur Hochfrequenzmessung, insbesondere
zur Messung elektrischer Kenngrößen beim
Test elektronischer Schaltkreise.
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In
US 4,871,964 Boll et al. „Integrated
Circuit Probing Apparatus" wird
eine Messspitze vorgeschlagen, bei der der Mittelleiter eines Koaxialkabels als
erste, das Testsignal leitende Messspitze ausgebildet ist, so dass
der Mittelleiter selbst direkt zum Testen eines integrierten Schaltkreises
genutzt wird. Das HF-Massepotential, das vom Mantelleiter des Koaxialkabels
geführt
wird, wird über
zwei zweite, mit dem Mantelleiter verlötete Kontaktspitzen, die als
gebogene Blechstreifen ausgeführt
sind, dem integrierten Schaltkreis zugeführt.
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Demgegenüber wird
in
US 5,506,515 Godshalk
et al. "Highfrequency
Probe Tip Assembly" vorgeschlagen,
am freien Ende des Koaxialkabels das Material des Kabels etwa zur
Hälfte
abzutragen, so dass eine flache Konsole entsteht, deren mittlerer Bereich
vom Mittelleiter und deren äußere Bereiche vom
Mantelleiter des Koaxialkabels gebildet werden, die durch das zwischen
Mantelleiter und Mittelleiter angeordnete Dielektrikum elektrisch
voneinander isoliert sind. Auf diese Konsole werden drei koplanare
Kontaktspitzen aufgelötet,
durch die das Testsignal und das HF-Massepotential auf den zu testenden integrierten
Schaltkreis übertragen
werden können.
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Der
Grundgedanke, eine Messspitze auf einer derartigen Konsole zu befestigen,
wird auch in
US 6,815,963 Gleason
et al. "Probe for
Testing a Device under Test" verfolgt.
Jedoch sind bei dieser Lösung
alle drei Messspitzen in einer gemeinsamen Platine integriert, wobei
ein langgestreckter Leiter auf der Oberseite der Platine vorgesehen
ist, der das Testsignal ausgehend vom Mittelleiter zum freien Ende
der Platine leitet und das HF-Massepotential über mindestens
ein Leitelement an der Unterseite der Platine zu dessen freiem Ende
geleitet wird. An der Unterseite der Platine sind Kontaktelemente
vorgesehen, die mit dem langgestreckten Leiter bzw. dem oder den
Leitelementen elektrisch verbunden sind, um das Testsignal bzw.
das HF-Massepotential auf
den zu testenden integrierten Schaltkreis zu übertragen. Zur Verbindung des
langgestreckten Leiters auf der Oberseite mit einem Kontaktelement
auf der Unterseite der Platine ist ein leitender Pfad durch die Platine
vorgesehen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Messspitze anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und die
eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
eine Messspitze mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Messspitze
zur Hochfrequenzmessung, insbesondere zur Messung elektrischer Kenngrößen beim
Test elektronischer Schaltkreise, umfasst einen koaxialen HF-Wellenleiter
mit einem Mittelleiter und einem Mantelleiter zur Bereitstellung
eines vom Mittelleiter geführten
ersten elektrischen Potentials (HF-Signals) gegenüber einem
vom Mantelleiter geführten
zweiten elektrischen Potential (HF-Massepotential), ein mindestens
mit dem Mantelleiter verbundenes Trägerelement zum Befestigen von
Kontaktelementen sowie mindestens zwei mit dem Trägerelement
leitend verbundene Kontaktelemente zur Kontaktierung eines zu testenden
elektronischen Schaltkreises, wobei das Trägerelement je einen leitenden
Pfad zur Übertragung
eines HF-Signals
bzw. HF-Massepotentials vom Mittelleiter bzw. Man telleiter des koaxialen
HF-Wellenleiters zu jeweils mindestens einem Kontaktelement aufweist,
wobei jeder leitende Pfad mit dem Mittelleiter oder dem Mantelleiter
leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement
mindestens einen U-förmigen
Ausschnitt mit einer Basis und zwei Flanken aufweist, dessen zwischen
den Flanken des U-förmigen
Ausschnitts gemessene Breite (lichte Weite) im Wesentlichen dem
Außendurchmesser
des koaxialen HF-Wellenleiters entspricht und dass die Flanken des
U-förmigen
Ausschnitts mit dem Mantelleiter verbunden sind.
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Durch
den U-förmigen
Ausschnitt ist die erfindungsgemäße Messspitze
einfach und kostengünstig
herstellbar. Der Aufwand für
die Fertigung der aus dem Stand der Technik bekannten Konsole entfällt. Das
Trägerelement
wird von außen
am Mantelleiter des koaxialen HF-Wellenleiters befestigt. Die Befestigung
kann beispielsweise durch Kleben oder Löten oder auf eine andere günstige Weise
erfolgen. Der Bereich der Befestigung ist auf das Äußere des koaxialen
HF-Wellenleiters beschränkt,
wodurch ungünstige
Effekte vermieden werden, die auftreten können, wenn die Befestigung
auf einer Konsole, d.h. im Bereich zwischen Mittelleiter und Mantelleiter
erfolgt.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägerelement mindestens eine
im Wesentlichen ebene Oberfläche
auf. Die ebene Oberfläche
erleichtert die Anbringung leitender Pfade am Trägerelement erheblich. Gleichzeitig
wird die Ausrichtung der Kontaktelemente, deren Spitzen im Allgemeinen
in einer Ebene liegen sollen, wesentlich erleichtert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet das Kontaktelement
zusammen mit den leitenden Pfaden einen koplanaren Wellenleiter.
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Der
durch das Kontaktelement zusammen mit den leitenden Pfaden gebildete
koplanare Wellenleiter weist vorteilhaft eine Impedanz im Bereich von
10 bis 200 Ohm, vorzugsweise 40 bis 60 Ohm, besonders bevorzugt
50 Ohm, auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktelemente
so ausgebildet, dass sie selbst die leitenden Pfade bilden. Hierzu
können die
Kontaktelemente so lang ausgeführt
sein, dass sie jeweils an ihrem einen Ende direkt mit dem Mittelleiter
bzw. Mantelleiter des koaxialen HF-Wellenleiters leitend verbunden
sind. In diesem Fall ist es nicht nötig, das Trägerelement selbst mit leitenden
Pfaden zu versehen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägerelement
eine im Wesentlichen plattenförmige
Gestalt auf. Hierdurch wird die Herstellung des Trägerelements
aus Materialien begünstigt,
die üblicherweise
zur Herstellung von Leiterplatten und ähnlichen Produkten verwendet
werden. Damit ist das Trägerelement
kostengünstig
auf vorhandenen Fertigungsanlagen herstellbar. Weiterhin wird die
Herstellung der leitenden Pfade auf dem Trägerelement erleichtert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind alle leitenden Pfade
auf derselben Oberfläche
des Trägerelements
angeordnet. Diese Ausführung
hat den Vorteil, dass die Fertigung des Trägerelements erleichtert wird
und damit kostengünstig
erfolgen kann, da alle leitenden Pfade in einem Arbeitsgang hergestellt
werden können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung überragen mindestens zwei Kontaktelemente das
Trägerelement
in dessen Längsrichtung.
Abhängig
von der vorgesehenen Verwendung der Messspitze kann es vorteilhaft
sein, dass alle oder ein Teil der Kontaktelemente das Trägerelement
in der Längsrichtung,
d.h. auf der dem koaxialen HF-Wellenleiter gegenüberliegenden Seite des Trägerelements, überragen.
Hierdurch kann die Genauigkeit der Kontaktierung des zu testenden
Schaltkreises erhöht
werden.
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Die
das Trägerelement
in dessen Längsrichtung überragenden
Kontaktelemente weisen vorteilhaft federnde Eigenschaften auf.
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Die
vorliegende Erfindung verbessert das Kontaktverhalten im Verhältnis zu
den bekannten Lösungen
durch längere,
gleichmäßiger federnde
Kontakte, die gemeinsam auf dem Trägerelement befestigt sind und
dieses in der Längsrichtung überragen.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
weist der U-förmige Ausschnitt
in seiner Basis mindestens eine zusätzliche Aussparung auf, deren
jeweilige Breite geringer ist als die Breite des U-förmigen Ausschnitts.
Da der Mittelleiter den Mantelleiter um ein gewisses Maß überragen
muss, um den elektrischen Kontakt zu einem auf dem Trägerelement
vorgesehenen leitenden Pfad einfach herstellen zu können, ist
es sinnvoll, in der Basis des U-förmigen Ausschnitts eine weitere, kleinere
Aussparung vorzusehen, die den Abschnitt des Mittelleiters, der
den Mantelleiter überragt,
aufzunehmen. Diese zusätzliche
Aussparung kann ihrerseits auch beispielsweise die Form eines U-förmigen Ausschnitts
haben.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
den U-förmigen
Ausschnitt etwas tiefer auszuführen,
als er zur effektiven Befestigung des Trägerelements am Mantelleiter
sein müsste,
so dass der verbleibende Raum zwischen dem Ende des Mantelleiters
und der Basis des U-förmigen
Ausschnitts das den Mantelleiter überragende Ende des Mittelleiters
aufnehmen kann. Jedoch hat die Ausführung mit einer zusätzlichen,
weniger breiten Aussparung in der Basis des U-förmigen Ausschnitts den Vorteil,
dass das Trägerelement
in der Basis des U-förmigen
Ausschnitts Stufen aufweist, die als Anschlag zur korrekten Positionierung
des Trägerelements
gegenüber
dem Mantelleiter dienen können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement
zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer koaxialer HF-Wellenleiter ausgebildet.
Derartige Messspitzen können
vorteilhaft auch für
so genannte Multiport-Tests verwendet werden. Diese Tests sind gekennzeichnet
durch die Notwendigkeit, mit mehreren HF-Signalkontakten gleichzeitig
on Wafer Kontakt zu haben. Derartige Messungen sind zunehmend gefragt
für so
ge nannte differentielle HF-Schaltungen oder für High-speed Digitalsignale. Die
Kontaktierung on Wafer ist in diesem Fall durch die steigende Zahl
der Kontakte besonders schwierig, was aber mit der Erfindung verbessert
werden kann. Eine weitere Verbesserung der Umsetzbarkeit in die
Praxis ergibt sich auch für
sehr hohe GHz-Frequenzen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Gegenstands ist der einzige
U-förmige
Ausschnitt zur Aufnahme mehrerer koaxialer HF-Wellenleiter ausgebildet,
wobei die Breite des U-förmigen
Ausschnitts im Wesentlichen der Gesamtbreite der aufzunehmenden
koaxialen HF-Wellenleiter entspricht. Gemäß einer weiteren, alternativen
Weiterbildung des Trägerelements
zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer koaxialer HF-Wellenleiter weist
das Trägerelement
mehrere U-förmige
Ausschnitte zur Aufnahme je eines koaxialen HF-Wellenleiters auf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4A eine
Seitenansicht einer ersten Ausgestaltung der Erfindung gemäß 1,
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4B eine
Seitenansicht einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung gemäß 1,
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5 eine
Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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6 eine
perspektivische Ansicht eines fünften
Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Messspitze
zur Hochfrequenzmessung dargestellt, die einen koaxialen HF-Wellenleiter 1 mit
einem Mittelleiter 11 und einem Mantelleiter 12,
ein mit dem Mantelleiter 12 verbundenes Trägerelement 2 sowie
drei mit dem Trägerelement 2 leitend
verbundene Kontaktelemente 4 umfasst. Das Trägerelement 2 weist
einen leitenden Pfad 31 vom Mittelleiter 11 des
koaxialen HF-Wellenleiters 1 zu
einem der drei Kontaktelemente 4 und zwei leitende Pfade 31 vom
Mantelleiter 12 des koaxialen HF-Wellenleiters 1 zu je einem
der drei Kontaktelemente 4 auf. Jeder dieser leitenden
Pfade 31 ist an seinem einen Ende mit dem Mittelleiter 11 bzw. dem
Mantelleiter 12 und an seinem anderen Ende mit einem der
drei Kontaktelemente 4 leitend verbunden. Die leitenden
Pfade 31 sind in der Darstellung nicht sichtbar, da sie
sich auf der Unterseite des Trägerelements 2 befinden.
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Das
Trägerelement 2 weist
einen U-förmigen Ausschnitt 21 mit
einer Basis 211 und zwei Flanken 212 auf. Die
zwischen den Flanken 212 des U-förmigen Ausschnitts 21 gemessene
Breite, d.h. die lichte Weite des Ausschnitts, entspricht im Wesentlichen dem
Außendurchmesser
des koaxialen HF-Wellenleiters 1 und die Flanken 212 des
U-förmigen
Ausschnitts 21 sind mit dem Mantelleiter 12 verbunden.
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Das
Trägerelement 2 weist
eine im Wesentlichen plattenförmige
Gestalt und daher zwei im Wesentlichen ebene Oberflächen auf.
Alle leitenden Pfade 31 sind auf derselben Oberfläche des
Trägerelements 2,
in der gewählten
Darstellung auf dessen Unterseite, angeordnet.
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Die
drei Kontaktelemente 4 überragen
das Trägerelement 2 in
dessen Längsrichtung,
d.h. sie reichen über
den äußeren Rand
des Trägerelements 2 hinaus.
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Der
U-förmige
Ausschnitt 21 weist in seiner Basis 211 eine zusätzliche
Aussparung 22 auf. Die Breite dieser Aussparung 22 ist
geringer als die Breite des U-förmigen
Ausschnitts 21, so dass die seitlichen Bereiche der Basis 211 des
U-förmigen
Ausschnitts 21 als Anschlag und damit als Positionierungshilfe
bei der Montage der Messspitze dienen können. Der Mittelleiter 11 des
koaxialen HF-Wellenleiters 1 reicht bis in die zusätzliche
Aussparung 22 an der Basis 211 des U-förmigen Ausschnitts 21 hinein
und stößt stumpf
an deren Grund. Nicht dargestellt ist die leitende Verbindung zwischen
dem Mittelleiter 11 und einem auf der Unterseite des Trägerelements 2 befindlichen
leitenden Pfad 31, der seinerseits mit dem mittleren der
drei Kontaktelemente 4 leitend verbunden ist.
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Die
Ausführungsform
in 2 ist der in 1 dargestellten
sehr ähnlich.
Der Unterschied besteht hauptsächlich
in der Art der leitenden Verbindung zwischen dem Mittelleiter 11 und
dem leitenden Pfad 31.
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Der
Mittelleiter 11 liegt auf der Oberseite des Trägerelements 2 auf,
so dass der Mittelleiter 11 das Trägerelement 2 teilweise überlappt
und ist mit einem dort angeordneten leitenden Pfad 31 leitend
verbunden. Im mittleren Bereich der Oberseite des Trägerelements 2 ist
der leitende Pfad 31 durch das Trägerelement 2 hindurch über eine
Durchführung 32 zu
dessen Unterseite geführt,
wo er sich weiter bis zum Rand des Trägerelements 2 erstreckt
und mit dem mittleren der drei Kontaktelemente 4 leitend
verbunden ist. Die leitenden Pfade 31 vom Mantelleiter 12 zu
den beiden anderen Kontaktelementen 4 sind in der Darstellung
nicht sichtbar, da sie auf der Unterseite des Trägerelements 2 angeordnet
sind. Sie könnten
jedoch in gleicher Weise mittels einer Durchführung 32 von der Oberseite
des Trägerelements 2 zu
dessen Unterseite durchgeführt
sein.
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3 zeigt
eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Messspitze, bei der der
Mittelleiter 11 auf der Unterseite des Trägerelements 2 aufliegt und
dort mit einem leitenden Pfad 31 leitend verbunden ist.
Diese Ausgestaltung hat wiederum den Vorteil, dass alle leitenden
Pfade 31 nur auf einer Seite des Trägerelements 2 angeordnet
sind, wodurch die Fertigung erleichtert und die Kosten gesenkt werden.
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In 4A ist
eine erste Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels aus 1,
bei dem der Mittelleiter 11 in der Basis der zusätzlichen
Aussparung 22 stumpf an das Trägerelement 2 stößt, in einer
Seitenansicht dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Kontaktelemente 4 das
Trägerelement 2 in
dessen Längsrichtung überragen.
Dabei sind die Kontaktelemente 4 als koplanare Struktur
ausgeführt,
die auf der Unterseite des Trägerelements 2 auf
je einen leitenden Pfad 31 aufgelötet und dadurch mit diesem leitend
verbunden sind. Selbstverständlich
könnten sowohl
die leitenden Pfade 31 als auch die Kontaktelemente 4 auf
der Oberseite des Trägerelements 2 angeordnet
sein, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
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In 4B ist
eine alternative Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels aus 1,
bei dem der Mittelleiter 11 in der Basis der zusätzlichen
Aussparung 22 stumpf an das Trägerelement 2 stößt, in einer Seitenansicht
dargestellt. Wiederum überragen
die Kontaktelemente 4 das Trägerelement 2 in dessen Längsrichtung
und sind als koplanare Struktur ausgeführt, die auf der Unterseite
des Trägerelements 2 befestigt
sind. Bei dieser Ausgestaltung sind die Kontaktelemente jedoch so
ausgebildet, dass sie selbst die leitenden Pfade bilden. Hierzu
sind die Kontaktelemente so lang ausgeführt, dass sie jeweils an ihrem einen
Ende direkt mit dem Mittelleiter bzw. Mantelleiter des koaxialen
HF-Wellenleiters leitend verbunden sind. Dadurch werden leitende
Pfade auf dem Trägerelement
nicht benötigt.
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Eine
Variante des ersten Ausführungsbeispiels
ist in 5 dargestellt. Aus dieser Seitenansicht ist erkennbar,
dass auch hier die Kontaktelemente 4 das Trägerelement 2 in
dessen Längsrichtung überragen.
Auch hier sind die Kontaktelemente 4 als koplanare Struktur
ausgeführt.
Zur Sicherstellung einer verlässlichen
Kontaktierung ist der Rand des plattenförmigen Trägerelements 2 angefast,
d.h. mit einer Schräge
versehen, so dass die Enden der leitenden Pfade 31 tatsächlich die
am weitesten herausragenden Teile des Trägerelements 2 bilden.
Diese Variante ist besonders kostengünstig, weil auf separate Kontaktelemente 4 sowie
die Arbeitsschritte zu deren Befestigung am Trägerelement 2 verzichtet werden
kann.
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In 6 schließlich sind
zwei Beispiele für Trägerelemente 2 dargestellt,
die zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer koaxialer HF-Wellenleiter 1 ausgebildet
sind. Im Beispiel kann jedes Trägerelement 2 zwei
koaxiale HF-Wellenleiter 1 aufnehmen, jedoch kann das Trägerelement 2 im
Rahmen der Erfindung auch zur Aufnahme jeder anderen Zahl von koaxialen HF-Wellenleitern 1 ausgebildet
sein.
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In
der linken Darstellung von 6 ist der U-förmige Ausschnitt 21 des
Trägerelements 2 zur Aufnahme
von zwei koaxialen HF-Wellenleitern 1 ausgebildet. Dazu
entspricht die Breite des U-förmigen
Ausschnitts 21 im wesentlichen der Gesamtbreite der beiden
aufzunehmenden koaxialen HF-Wellenleiter 1. Hierbei ist
es zweckmäßig, die
beiden koaxialen HF-Wellenleiter 1 auch untereinander,
beispielsweise durch Kleben, Löten
oder Schweißen, miteinander
zu verbinden, um die mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Messspitze
zu erhöhen.
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In
der rechten Darstellung von 6 weist das
Trägerelement 2 zwei
U-förmige
Ausschnitte 21 zur Aufnahme je eines koaxialen HF-Wellenleiters 1 auf.
Jeder U-förmige
Ausschnitt 21 weist zwei Flanken 212 auf und ist
im Wesentlichen so breit wie der Durchmesser eines koaxialen HF-Wellenleiters 1,
so dass jeder koaxiale HF-Wellenleiter 1 mit je zwei Flanken 212 eines
U-förmigen Ausschnitts 21 verbunden
werden kann. Diese Verbindung kann entweder leitend, beispielsweise
durch Löten
oder Schweißen,
oder nichtleitend, beispielsweise durch Kleben, erfolgen. Wird eine
nichtleitende Verbindungsart gewählt,
so sind zusätzliche
Maßnahmen
erforderlich, um den Mantelleiter 12 mit den dafür vorgesehenen leitenden
Pfaden 31 leitend zu verbinden.
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- 1
- koaxialer
HF-Wellenleiter
- 11
- Mittelleiter
- 12
- Mantelleiter
- 2
- Trägerelement
- 21
- U-förmiger Ausschnitt
- 211
- Basis
- 212
- Flanke
- 22
- zusätzliche
Aussparung
- 31
- leitender
Pfad
- 32
- Durchführung
- 4
- Kontaktelement