用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于通过微波传输测量来测量样本(P)的介电和/或磁性特性的装置，该装置包括：发射天线(10)和接收天线(20)，其限定传输测量段，在该传输测量段中能够放置待测样本(P)；至少一个发射机侧合成发生器(12，14)，其用于产生具有在800MHz到30GHz之间的频率的高频信号(F1，F2)；以及频率标准(32)，其在发射机侧通过低频同步信号线(34a)连接到发射机侧合成发生器(12，14)，发射机侧合成发生器(12，14)以可重现方式锁相地耦合到该频率标准。该装置还包括评估单元(AM)，该评估单元(AM)至少间接地连接到发射机侧合成发生器(12，14)以及接收天线(20)。为了提高测量结果的重现性，尤其是在工业环境中，在接收侧设置至少一个附加的合成发生器(22)，该合成发生器(22)在接收侧通过低频同步信号线(34b)连接到频率标准(32)，并且以可重现的方式锁相地耦合到该频率标准，并且该合成发生器(22)还至少间接地连接到评估单元(AM)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性的装置具体描述
本专利技术涉及一种用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性的装置。
技术介绍
从现有技术已知存在用于不接触地测量样本(例如，水分)的介电特性的多个选择。例如，能够发射微波通过样本，并且经由将所照射微波或来源于所照射微波的信号与所发射微波或来源于所发射微波的信号进行比较，来获得所需的信息。在该过程中能够确定吸收以及相移，从而能够从相应测量中获得关于样本的复合ε(epsilon)的完整信息。合适的装置包括发射模块以及接收模块。发射模块设置有：用于产生高频信号的至少一个合成发生器(也称为合成器)；以及连接到合成器的发射天线。合成器由所谓的频率标准来计时，该频率标准发射低频信号(例如，具有10MHz频率的低频信号)。另外，由至少一个合成器产生的高频信号被发射到同样设置有接收天线的接收模块，并且在接收模块中与在接收天线处接收的微波混频。还设置了评估单元，该评估单元能够被具体实施为单独的模块。将混频的信号发送到该评估单元。在如下的两种类型的测量系统之间基本上做出区分：即，所谓的零差系统，该系统仅使用单个频率进行操作并且仅具有一个合成器；以及所谓的外差系统，该系统使用两个紧密相邻的频率进行操作并且具有两个合成器。这两个系统的共同点是：它们通过将两个微波进行比较来操作，其中，一个微波穿过样本，并且因此经历衰减和/或相移，而另一微波并未穿过样本并且用作参考。因此，必须在发射模块与接收模块之间设置高频参考线(这适用于零差系统以及外差系统)。在实验室条件下，设置这样的高频线通常不是问题，因为一方面，不必克服局部长距离，另一方面，在实验室中通常是恒定条件，尤其基本上是恒温。然而，如果该类型的装置用于工业用途，则设置这样的高频参考线会带来一些问题和不利，特别是由于波频越高，依赖于同轴线缆内波传播速度的温度对相移的影响越大。其意味着，在非恒定的环境条件下，尤其是温度，在高频参考线以及天线馈线上能够发生相当的相移，这使测量结果失真。此外，当在工业规模上使用时，发射模块和接收模块能够相隔非常远，这使得该问题更加严重，尤其是在这样的布置是全部或部分地安装在开放环境下，使得该布置会遭受来自太阳的辐射的情况下。
技术实现思路
由此开始，本专利技术的目的是，以更适合于在工业应用中使用的这种方式来改进通用装置，具体地，并且甚至在波动的环境条件下，提供恒定且良好的测量结果。使用具有如下装置来解决该目的，该装置用于通过微波传输测量来测量样本的介电和/或磁性特性，该装置包括：发射天线和接收天线，其限定传输测量段，在该传输测量段中能够放置待测的所述样本；至少一个发射侧合成器，其用于产生具有在800MHz到30GHz之间的频率的高频信号；频率标准，其经由发射侧低频同步信号线连接到发射侧合成器，发射侧合成器可重现地锁相地耦合到所述频率标准；以及评估单元，其至少间接地连接到发射侧合成器以及所述接收天线，其特征在于，另外设置至少一个接收侧合成器，所述至少一个接收侧合成器通过接收侧低频同步信号线连接到所述频率标准，并且可重现地锁相地耦合到所述频率标准，并且至少间接地连接到所述评估单元，其中如果所述装置包括多于一个发射侧合成器或多于一个接收侧合成器，那么一个发射侧合成器和一个接收侧合成器产生同一高频。可见本专利技术的核心理念是，必须在发射侧和接收侧上设置用于产生高频信号的至少一个合成器，并且以可重现的锁相的方式来耦合这两个合成器，为此设置联合频率标准，该联合频率标准分别经由至少一个低频信号线来启动这两个合成器，该低频信号线被称为低频同步信号线。因此，当在接收侧上设置合成器时，根据本专利技术，采用上述有问题的高频参考线是不必要的。这类低频信号线对上述环境影响几乎不敏感，即使是在长的长度处，因此，即使对于强烈波动环境影响，尤其是相当大的温度变化，也不需要重新校准。根据本专利技术的装置原则上能够实施为零差系统和外差系统，其中，作为外差系统的实施方式通常是优选的。本专利技术的优选实施方式从示例性实施方式得出，下面参考附图更详细地解释这些示例性实施方式，该附图示出：附图说明图1是用于本专利技术的第一示例性实施方式的电路图；图2是用于本专利技术的第二示例性实施方式的电路图，其中，所用的测量原理与用于第一示例性实施方式的测量原理相同；图3是根据现有技术的用于外差系统的电路图；图4是另选的电路图；图5是另一另选的电路图；图6是另一另选的电路图；图7是本专利技术的第一优选用途；以及图8是本专利技术的第二优选用途。为了更好地理解本专利技术，我们首先想要根据本专利技术所基于的现有技术并且参照图3，来进一步详细地对现有技术进行讨论。如前所述，图3示出一种用于测量样本P的介电和/或磁性特性的装置，其中，该装置被具体实施为外差测量系统。该系统能够被视为由三个模块构成，即发射模块SM、接收模块EM以及评估单元。通常，发射模块SM与接收模块EM是空间上分离的。评估单元能够被具体实施为物理上独立的评估模块AM，但也能够集成到其它两个模块中的一个中，例如发射模块SM。然而，在功能上，这三个元件总是能够被视为单独的模块。发射天线10和接收天线20限定传输测量段(样本P能够被放置入其中)。在本申请中，“天线”被理解为是指如下的各个元件，该各个元件每个适用于发射和/或接收自由传播的微波或在波导内行进的微波，其中，天线也能够与另一部件集成实施。如下定义以及规则适用于以下文本：在导体内传播的或自由传播的并且具有800MHz到30GHz之间的频率的电磁波被称为“高频信号”或“微波”。从现有技术已知适用于这些类型的频率的高频信号线(微波导体)。高频信号线在图(对于现有技术图3，以及图1和图2，这是真的)中被示为点划线。术语“低频”被理解为是指具有低于200MHz的频率的所有电磁波或信号。这里，用于发射这样的低频信号的信号线被称为低频信号线，并且在附图中以实线示出。为了清楚起见，在说明书和附图中，并未对所有信号线(高频信号线或低频信号线)给出单独的名称/附图标记符号。高频信号线以及低频信号线通常物理上被具体实施为同轴线缆，其中，由于成本的原因，更高品质的同轴线缆通常用于高频信号线而非用于低频信号线。然而，这不是绝对要求的，并且足够高品质的同轴线缆可以用于所有信号线。因此，上述术语“高频信号线”以及“低频信号线”均应当被理解为功能术语。除了发射天线10以外，发射模块SM还包括：两个发射侧合成器12和14；两个功率分配器18a、18b；一个发射侧混频器16；以及频率标准32。除了接收天线20以外，接收模块EM仅包括接收侧混频器26。评估模块AM由中央处理器30(作为评估单元)构成。发射模块SM和接收模块EM经由高频参考线50来连接。发射模块SM和接收模块EM分别经由单独的低频信号线(lF1；lF2)而连接到评估模块AM(是指到中央处理器30)。操作的模式如下：频率标准32对两个发射侧合成器12，14进行计时，其中，计时频率例如能够是10MHz。例如，第一发射侧合成器12产生具有3GHz的第一高频的第一高频信号F1，并且第二发射侧合成器14产生具有稍微不同的高频(例如，3.001GHz)的第二高频信号F2。第一发射侧合成器12的第一高频信号F1被供应给功率分配器18a，该功率分配器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过微波传输测量来测量样本(P)的介电和/或磁性特性的装置，所述装置包括：发射天线(10)和接收天线(20)，其限定传输测量段，在该传输测量段中能够放置待测的所述样本(P)；至少一个发射侧合成器(11，12，14)，其用于产生具有在800MHz到30GHz之间的频率的高频信号(F1，F2)；频率标准(32)，其经由发射侧低频同步信号线(34a)连接到发射侧合成器(11，12，14)，发射侧合成器(12，14)可重现地锁相地耦合到所述频率标准(32)；以及评估单元，其至少间接地连接到发射侧合成器(11，12，14)以及所述接收天线(20)，其特征在于，另外设置至少一个接收侧合成器(22，23，24)，所述至少一个接收侧合成器(22，23，24)通过接收侧低频同步信号线(34b)连接到所述频率标准(32)，并且可重现地锁相地耦合到所述频率标准(32)，并且至少间接地连接到所述评估单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.25 DE 102012010255.01.一种用于通过微波传输测量来测量样本(P)的介电和/或磁性特性的装置，所述装置包括：发射天线(10)和接收天线(20)，其限定传输测量段，在该传输测量段中能够放置待测的所述样本(P)；至少一个发射侧合成器(11，12，14)，其用于产生具有在800MHz到30GHz之间的频率的高频信号(F1，F2)；频率标准(32)，其经由发射侧低频同步信号线(34a)连接到发射侧合成器(11，12，14)，发射侧合成器(12，14)可重现地锁相地耦合到所述频率标准(32)；以及评估单元，其至少间接地连接到发射侧合成器(11，12，14)以及所述接收天线(20)，其特征在于，另外设置至少一个接收侧合成器(22，23，24)，所述至少一个接收侧合成器(22，23，24)通过接收侧低频同步信号线(34b)连接到所述频率标准(32)，并且可重现地锁相地耦合到所述频率标准(32)，并且至少间接地连接到所述评估单元，其中，所述装置包括多于一个发射侧合成器或多于一个接收侧合成器，并且其中，一个发射侧合成器和一个接收侧合成器产生同一高频。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个发射侧合成器(12，14)，所述两个发射侧合成器(12，14)的高频信号(F1，F2)被供应给发射侧混频器(16)，该发射侧混频器(16)的、在这两个高频信号的基础上产生的中频信号(lF1)被供应给所述评估单元，并且由所述接收天线(20)接收的高频信号(F1')以及由接收侧合成器(22)产生的高频信号被供应给接收侧混频器(26)，接收侧混频器(26)的、从这两个高频信号产生的中频信号(lF2)被供应给所述评估单元，其中，第一发射侧合成器(12)的高频信号被另外馈送到所述发射天线，并且第二发...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·克莱因，
申请(专利权)人：E·卡茨，
类型：发明
国别省市：德国;DE