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Anordnung von Strahlungsquelle und Strahlungsmessort in einem zur Messung von elektromagnetischen oder akustischenwellen dienenden abgeschirmten Messraum
Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung von Strahlungsquelle und-messort in einem abgeschirmten Messraum. Diese dient zur Messung von elektromagnetischen oder akustischen Wellen.
Derartige Messräume werden z. B. bei der Messung von Störstrahlungen oder bei Untersuchungen der Richtcharakteristik von Antennen oder Schallgebern benötigt. Um äussere Einflüsse, wie Fremdstrahlungen od. dgl. vom wellenempfangenden Messgerät abzuhalten ist es bekannt, derartige Messungen oder Unter- suchungen in einem abgeschirmten Raum durchzuführen. Handelt es sich beispielsweise um elektromagne- tische Wellen, dann besteht die Abschirmung des Raumes aus elektrisch gut leitfähigem Material. Die Wände des Messraumes bestehen aus derartigem Material oder sind damit ausgekleidet. Damit die Messungen in Anpassung an den "freien" Raum durchgeführt werden können, ist es darüber hinaus notwendig, den Messraum mit wellenabsorbierenden Wandverkleidungen zu versehen.
Bei einem Schallmessraum sind zu diesem Zweck in bekannter Weise die Wände mit schallschluckendem Material verkleidet. Bei Messungen von elektromagnetischenwellen oderant-ennenuntersuchungen werden die Wände mit elektroma- gnetische Wellen dämpfenden Stoffen versehen. Derartige Stoffe, im folgenden Absorber genannt, bestehen z. B. aus kegelförmigen Gebilden, die bausteinartig nebeneinander an den Wänden angeordnet sind und deren Spitzen in Richtung zum Rauminneren weisen. Diese Kegel besitzen wellendämpfende Eigenschaften ; sie bestehen also aus einem Material, z. B. in Kunststoff eingebettetem Graphit, bei dem der elektrische Widerstand von der Kegelspitze zur Kegelbasis, die sich an der Wand befindet, abnimmt.
Ferner ist es bekannt, die Absorber aus senkrecht aufeinanderstehenden, mit elektrisch leitfähigen Schichten belegten Hartpapierplatten oder ähnlichen Gebilden in Hohlleiterart zusammenzustellen.
In der Praxis ist es nun nicht möglich, die mit Absorbern versehenen Wände vollkommen reflexionsfrei zu gestalten. Dies wäre nur dann möglich, wenn im Abstand von k/4 von der Reflexionswand ein Absorber mit dem Wellenwiderstand Zo = 377 Ohm angebracht wäre. Derartige Absorber wirken allerdings nur für eine bestimmte Frequenz reflexionsfrei. Bereits benachbarte Frequenzen werden durch die Veränderung des Wellenwiderstandes für diese Nachbarfrequenzen nicht mehr reflexionsfrei. Werden daher die Messungen und Untersuchungen durchgeführt bei verschiedenen Frequenzen, z. B. über ein bestimmtes Frequenzspektrum, dann sind die Absorberwände vorteilhaft derart ausgelegt, dass der Reflexionsfaktor für dieses gesamte Frequenzgebiet einen möglichst niedrigen Wert erreicht.
Die Absorber sind daher breitbandig ausgelegt und reflektieren im allgemeinen etwa 10% der auftreffenden Feldstärke. Der Einfallswinkel spielt überdies eine nicht unwesentliche Rolle für die Grösse des Reflexionsfaktors. Da in einem aus Raumgründen kastenartig gestalteten Messraum, der nahezu vollständig mit Absorbern verkleidet ist, die von einer Strahlungsquelle ausgesendeten Strahlen teilweise mehrfach reflektiert werden, ehe sie am Strahlungsmessort auftreffen, wird das Messergebnis durch diese Reflexionen verfälscht, Es ergeben sich bei einem Reflexionsfaktor der Absorber von etwa 10% Abweichungen der Messergebnisse im Verhältnis zum "freien" Raum bis zu etwa 50%.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die durch Reflexionen an den mit Absorbern verkleideten Wänden hervorgerufenen Störstrahlungen am Strahlungsmessort weitgehend zu vermeiden.
Die Erfindung bei der Anordnung von Strahlungsquelle und-messort in einem abgeschirmten Messraum
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zur Messung elektromagnetischer oder akustischer Wellen, dessen im wesentlichen spiegelnd reflektierende Wandungen mindestens teilweise mit wellenabsorbierenden Stoffen verkleidet sind, besteht in einer derartigen Asymmetrie der Anordnung von Strahlungsquelle in bezug zum Strahlungsmessort, dass sich die nur einmal zwischen Quelle und Messort an den Wandungen reflektierten Wellen durch Interferenzen am Messort im wesentlichen auslöschen. Der Messraum ist z. B. derart kastenförmig gestaltet, dass bei rechteckförmiger Grundfläche die Wandungen im wesentlichen parallel bzw. rechtwinkelig zueinander verlaufen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine rechteckige Basis beschränkt.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Fig. 1 - 4 näher erläutert : In Fig. 1 ist die rechteckige Grundfläche eines bereits bekannten Störstrahlungsmessraumes schematisch dargestellt, wobei die die Wandungen darstellenden Randlinien als mit Absorbern verkleidete Wände aufzufassen sind. Der Messraum hat Seitenwände mit einer Länge b und Rückwände mit einer Länge a. In bekannterWeise wurde bisher die Strahlungsquelle A im Abstand r1 ; om Strahlungsmessort B mit diesem symmetrisch in derMittedesMessraumesangeordnet.
IndiesemFalltriffteindirekterStrahl1vonderStrahlungsquelle A, beispielsweise einerSendeantenne, in Richtung der Koordinate y am Strahlungsmessort B,
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einer Empfangsantenne,bis 4f verfälscht. Der Einfallswinkel der am Messort B auftreffenden Strahlen zum direkten Strahl 1 ist mit oE'z'B.. beim Strahl 2b mit c, oE2b' bezeichnet.
In Fig.2 ist als Beispiel ein Messaufbau angegeben, bei dem in die Leitung zwischen Sender 5 und Sendeantenne 6, z.B. einer Breitband-Rundstrahlantenne, ein kontinuierlich regelbares koaziales Dämpfungsglied 7 und ein koaxialerRichtungskoppler 8 eingeschaltet sind. Mit Hilfe des koaxialen Dämpfungsgliedes 7 wurde bei den Messungen die Spannung an der Sendeantenne konstant gehalten. Mit dem an einem Spannungsmesser 9 angeschalteten Richtungskoppler 10 wird die Sendespannung gemessen. Die Spannung an der Empfangsantenne 11 wird über einen Tastkopf 12 mit einem zweiten Spannungsmesser 13 gemessen. Die bei den Messungen im Absorberraum empfangene Spannung wird zu der bei der entsprechenden Frequenz erhaltenen Eichspannung ins Verhältnis gesetzt.
Dieses Verhältnis sei v = U/UEich'U ist die Empfangsspannung im Absorberraum, UEicli ist die Empfangsspannung im "freien" Raum.
Besitzt der Messraum z. B. gemäss Fig. 3 eine Seitenwandlänge b = 2 m und eine Rückwandlänge a = 1, 1 m, sind die Sende-und Empfangsantenne im Abstand ri - 1 m symmetrisch Ao - Bo im Messraum angeordnet und beträgt die Höhe des Messraumes 0, 5 m, dann wurden folgende Ergebnisse gemäss Fig. 4 Kurve CI. festgestellt.
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absorbierenden Stoffen ausgekleideten Messraum in bezug zur Empfangsspannung im freien Raum an.
Der frequenzabhängige Verlauf dieser Kurve α lässt erkennen, dass sich derGrundschwingung G mit einer sogenannten"Schwingungsweite"von etwa 710 MHz eine Oberschwingung 0 mit einer"Schwingungs-
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den Absorberwänden geschwächt reflektierten Wellen überlagern siel1 mit den direkten. Ein Energiemaximum tritt dann auf, wenn die reflektierte Welle gleichphasig mit der direkten Welle eintrifft, d. h.,
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Dazwischen liegen Stellen, an denen die reflektierte Welle die direkte nicht verändert.
Das sind die sogenannten Nullstellen.
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(1, 3, 5....) n. 4Hat man zwei Strahlen, die den Weg r, und r von der Sendeantenne A zur Empfangsantenne B zurücklegen, wobei rz grösser als r ist, so tritt eine Überlagerung auf, wenn die Wellenlänge À. 1Max = 12 r/n wird, wobei sich Ar ergibt als A r = r-r.
Da dies die erste Überlagerung darstellt, ist n gleich 1. Wird die Frequenz erhöht, so tritt ein Minimum bei einer Wellenlänge von
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auf, wobei ebenfalls n gleich 1 ist. Die zweite Überlagerung tritt bei n gleich 2 auf usw. Die À1M entsprechende Frequenz ergibt die "Schwingungsweite". Man kann also aus klmax ermitteln, in welchen Abständen die Überlagerungen auftreten. Sind nun die Antennen A und B nicht, wie in bekannter Weise, symmetrisch oder willkürlich im Messraum, sondern erfindungsgemäss derart angeordnet, dass sich die Strahlen 2a und 2b sowie die Strahlen 3a und 3b gegenseitig durch Interferenz auslöschen, so lässt sich eine Ausbreitung der Welle zwischen den Antennen finden, die nur wenig vom "freien" Raum abweicht.
Obwohl zunächst anzunehmen ist, dass diese Interferenz nur in einem engbegrenzten Frequenzbereich eine Kompensation ermöglicht, hat sich überraschenderweise ergeben, dass die Abweichung auch in einem grossen Frequenzbereich klein gehalten wird.
Die Antennen sind in weiterer Ausbildung der Erfindung aus den Punkten symmetrisch zur Raummitte in x-undy-Richtung derart verschoben angeordnet, dass die Ausbreitung über die Wege 2a und 2b um beispielsweise À 1/2 oder ein ungerades Vielfaches von À 1/2 verschieden ist, und die Ausbrei-
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ist. Dabei sollen À 1 und X 2 nicht gleich sein, sondern insbesondere im Verhältnis 1 : 2 oder 2 : 1 zueinander stehen.
In Fig. 3 ist dargestellt, dass durch Verschiebung der Strahlungsquelle A aus dem Punkt Ao zum Punkt Al und des Strahlungsmessortes B aus dem Punkt Bo nach dem Punkt B die Länge des Strahles 2a gegenüber der Länge des Strahles 2b vergrössert ist. Hiedurch kommt eine Phasenverschiebung dieser beiden Strahlen gegeneinander zustande.
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A x ist die Länge der seitlichen Verschiebung, rl der Abstand der Antennen. Die Differenz der Länge der beiden Strahlen errechnet sich nach
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In ähnlicher Weise werden die Strahlen 3a und 3b durch Verschiebung in y-Richtung gegenseitig kompensiert. Die Interferenz von r2a und r2b ergibt bei bestimmten Frequenzen die Kompensation der
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maximal. Im dargestellten Beispiel wurden die Antennen um A x = 2,3 cm verschoben.
Die Strahlen 2a und 2b löschen sich dann bei der Frequenz f = 1,8 GHz gegenseitig aus. Die maximalen Abweichungen im beobachteten Frequenzgebiet gegenüber den symmetrischen Anordnungen sind dabei von : 40% auf t 10% gesunken.
In Fig. 4 ist der Verlauf der Messwerte in Abhängigkeit von der Frequenz eines Absorberraumes mit seither bekannter symmetrischer Antennenanordnung und eines erfindungsgemäss mit verschobener Antennenanordnung versehenen Messraumes, bei dem die reflektierten Strahlen gegenseitig optimal kompensiert sind, angegeben. Es zeigt sich, dass die bei den bekannten Messräumen gemessenen Abweichungen dv vom freien Raum gemäss der Kurve a bei einem erfindungsgemässen Messraum gemäss der Kurve ss bedeutend verringert werden können.
Bei Absorberräumen, bei denen die Decke und der Boden mit Absorbern verkleidet sind, können erfindungsgemäss die dort reflektierten Strahlen ebenfalls durch Verschiebung der Antennen in der Höhe kompensiert sein. Ist dagegen nur die Decke mit Absorbern bekleidet, wie es z. B. für Störschutzmess-
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räume vorgesehen ist, so wird der dort reflektierte Strahl mit den Strahlen 2a und 2b bzw. 3a und 3b oder mit allen vier Strahlen kompensiert. In diesem Fall wird der am Boden reflektierte Strahl miteingeeicht.
Da der an der Decke reflektierte Strahl durch die seitliche Verschiebung A x und A y mitkompensiert werden soll, ist die Bestimmung der zur Kompensation nötigen Verschiebung A x und Ay nur noch teilweise richtig. Die entsprechende Korrektur wird erfindungsgemäss nach folgendem Verfahren vor- geschlagen : Zunächst wird nach der bereits angegebenen Methode die seitliche Verschiebung bestimmt l, A x : A y.
Danach wird bei dieser Stellung der Antennen das Verhältnis v in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen. Sodann werden die Messungen wiederholt, wobei die Orte der Antennen nach folgendem Schema um jeweils den gleichen Betrag 6 (z. B. 1 cm) verschoben werden :
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Aus den bei diesen fünf Antennenstellungen gemessenenKurven ermittelt man die "Bewertung" des Raumes bei den verschiedenenAntennenstellungen. DieErgebnisse werden in einerTabelle zusammengestellt.
Beim Vergleich der auf diese Weise ermittelten"Bewertungen"wird festgestellt, welcher Ort der Antennen zu wählen ist, um eine verbesserte Kompensation zu finden. Es hat sich auch gezeigt, dass bei der Festlegung der Orte der Strahlungsquelle und desStrahlungsmessortes der Einfallwinkel zu beachten ist. Dieser Einfallwinkel p soll möglichst klein gehalten werden. Messungen an einem 600 MHz-Absorberhaben ergeben, dass Einfallwinkel bis zu etwa 420 noch zulässig sind. Es ist vorteilhaft, diesen zulässigen Einfallwinkel nich t zu überschreiten, da andernfalls die Abweichungen von der Messkurve eines "freien" Raumes zunehmen. Bei
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:PATENTANSPRÜCHE.
1. Anordnung von Strahlungsquelle und Strahlungsmessort in einem zur Messung von elektromagnetischen oder akustischen Wellen dienenden abgeschirmten Messraum, dessen im wesentlichen spiegelnd reflektierende Wandungen mindestens teilweise mit wellenabsorbierenden Stoffen verkleidet sind, gekennzeichnet durch eine derartige asymmetrische Anordnung von Strahlungsquelle und Strahlungsmessort, dass sich die nur einmal zwischen Strahlungsquelle und-messort an den Wandungen reflektierten Wellen durch Interferenzen am Messort im wesentlichen auslöschen.