Kastenförmiger abgeschirmter Messraum zur Messung von elektromagnetischen oder akustischen Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf einen abgeschirmten, kastenförmigen Messraum 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, Fremdstrahlung oder dergleichen vom wellenempfangenden Messgerät abzuhalten, ist es bekannt, diese Messungen oder Untersuchungen in einem abgeschirmten Raum durchzuführen. Handelt es sich beispielsweise um elektromagnetische Wellen bis zu Frequenzen im GHz-Bereich, dann besteht die Abschirmung des Raumes aus elektrisch gut leitfähigem Material, z. B.
Kupfer, Aluminium oder dergleichen.
Damit die Messungen in Anpassung an den afreiens Raum durchgeführt werden können, ist es darüber hinaus bekannt, den Messraum mit Wellen absorbierenden Wandverkleidungen zu versehen. Bei einem Messraum für Schallwellen sind zu diesem Zweck in bekannter Weise die Wände mit schallschluckendem Material verkleidet. Bei Messungen von elektromagnetischen Wellen oder Antennenuntersuchungen werden die Wände mit elektromagnetischen Wellen dämpfenden Anordnungen versehen.
Derartige Anordnungen, 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, bestehen also aus einem Material, z. B. in Kunststoff eingebettetes 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. Derartige Anordnungen sind z. B. in der Deutschen Auslegeschrift Nr. 1021439, in der schwedischen Patentschrift Nr. 180 996 und in der französischen Patentschrift Nr. 1 287 228 beschrieben.
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 y/4 von der Reflexionswand ein Absorber mit dem Wellenwiderstand Zo = 377 Ohm angebracht wäre. Derartige Absorber wirken allderdings nur für bestimmte Frequenzen reflexions- frei, da bereits benachbarte Frequenzen durch die Veränderung des Wellenwiderstandes für diese Nachbarfrequenzen nicht mehr reflexionsfrei zu halten sind. Werden daher die Messungen und Untersuchungen bei verschiedenen Frequenzen durchgeführt, 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 nur etwa 10 % der auftreffenden Feldstärke. Der Einfallswinkel spielt überdies eine nicht unwesentliche Rolle für die Grösse des Reflexionsfaktors.
Im allgemeinen war man seither bestrebt, mög- lichst sämtliche Wände und unter Umständen die Decke des Messraumes mit elektromagnetischen Wellen absorbierenden oder mit schallschluckenden Stof fen zu versehen. Bei Wanddurchbrechungen, z. B.
Kabel-oder Rohreinführungen, Fenstern, Türen, Deckel oder dergleichen, ist die vollständige Verkleidung der Wände nicht immer gewährleistet, oder es sind aufwendige Sonderkonstruktionen erforderlich. Der dem freien Raum nachgebildete Messraum erfüllt deshalb trotz nahezu vollständiger Verkleidung mit Absorbern oder schallschluckenden Stoffen in vielen Fällen nicht die gewünschten Anforderungen. Ein verhältnismässig grosser Anteil von Störstrahlungen wird am Messempfangsort mitge- messen. Die Absorber sind verhältnismässig teuer und ihre Anbringung an den Wänden ist mitunter recht kompliziert und aufwendig. Überdies geht relativ viel Nutzraum verloren, wenn die Absorber entsprechend dem zu absorbierenden Frequenzgebiet eine beträchtlich grosse Bautiefe aufweisen müssen.
Diese Bautiefe kann etwa in der Grössenordnung von 1 Meter liegen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ohne wesentliche Verschlechterung der Nachbildung des freien Raumes, d. h. ohne wesentliche Verschlechterung der Störstrahlungsfreiheit am Messempfangsort, den Bedarf an Absorbern bzw. bei Schallmessungen an schallschluckenden Stoffen stark zu vermindern.
Es hat sich gezeigt, dass es bei der Verkleidung der Wände im wesentlichen nur darauf anzukommen hat, dass diejenigen Wandteile mit einer wellenabsorbierenden Verkleidung versehen werden, an denen die von der Strahlungsquelle zum Strahlungsmessort gelangenden Strahlen nicht mehr als zweimal re flektieren. Bei mehreren Reflexionen an verschiede- nen Wandteilen werden diese Strahlen jeweils derart gedämpft, dass nur noch ein sehr geringer Stör- strahlungsanteil am Strahlungsmessort eintrifft.
Die Erfindung besteht deshalb darin, die Absorber, d. h. z. B. auch schallschluckende Stoffe, in denjenigen Bereichen der Wandung nicht anzubringen, an denen im wesentlichen nur mehr als zweifach zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsmessort reflektierte Wellen reflektiert werden. Da die Einfallswinkel ebenfalls zu berücksichtigen sind und die Absorberverkleidung im allgemeinen nicht eben ausgebildet ist, ist dieser Bereich der nur zweimal reflektierten Strahlen immerhin relativ breit. So wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, bei einem kastenförmigen Messraum mit etwa rechteckiger Basis die Rückwand-wie bereits bekanntnahezu vollständig mit Absorbern zu verkleiden.
Die Seitenwände werden dabei von den Rückwänden ausgehend auf einer Strecke von bis zou¯2 1 mit Absorbern nicht, auf der übrigen Strecke über nahezu die gesamte Höhe dagegen vollständig mit Absorbern verkleidet. Die Strahlungsquelle wird im Abstand ri vom Strahlungsmessort, beide vorzugsweise etwa symmetrisch zur Raummitte angeordnet. Die Rück- wand, d. h. die Schmalseite des kastenförmigen Raumes hat eine Länge von a, die Seitenwände, d. h. die Längsseiten des Messraumes, die Länge b. Die Türen, Fenster und ähnliche öffnungen können an den nicht mit Absorbern verkleideten Wandteilen angeordnet werden, ohne dass wesentliche Verstärkungen der Störstrahlungseinflüsse auftreten. Die Kastenform ist allerdings nicht auf eine rechteckige Basis beschränkt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Absorberverkleidung auch an der Decke wesentlich, etwa bis zu 25 %, reduziert. Nur die in der Mitte der Decke befindlichen Teile sind mit Absorbern verkleidet.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.
In Fig. 1 ist die rechteckige Grundfläche eines bereits bekannten Störstrahlungsmessraumes schematisch dargestellt. Die die Wände darstellenden Randlinien sind als mit Absorbern verkleidete Wände aufzufassen. Der Messraum hat Seitenwände mit einer Länge b und Rückwände mit einer Länge a. Die Strahlungsquelle A ist im Abstand ri vom Strahlungsmessort B, beide etwa symmetrisch zur Mitte des Messraumes angeordnet. Der Messraum ist nicht auf eine derartige symmetrische Anordnung beschränkt. Die Aufstellung der Strahlungsquelle A und des Strahlungsmessortes B kann auch aus der Mitte verschoben sein.
Der direkte Strahl 1 trifft von der Strahlungsquelle A, beispielsweise einer Sendeantenne, in Richtung der Koordinate y am Strahlungs- messort B, beispielsweise einer Empfangsantenne, auf. Darüber hinaus erreichen den Strahlungsmessort B einmal reflektierte Wellen 2a und 2b über die Seitenwand und 3a und 3b über die Rückwand. Zum anderen wird die Messung am Strahlungsmessort B durch mehrfach, z. B. zweifach reflektierte Wellen 4a bis 4f beeinflusst. Der Einfallswinkel der am Mess- ort B auftreffenden Strahlen zum direkten Strahl 1 ist mit gE, z. B. beim Strahl 2b mit 9vEab, bezeichnet.
Es hat sich nun gezeigt, dass diejenigen Wellen die Messung am störendsten beeinflussen, die nur einmal an den Absorberwänden reflektiert werden. Da der Reflexionsfaktor dieser Absorberwände etwa den Wert von 10 % hat, sind die mehrfach, z. B. zweifach, reflektierten Wellen, die am Messort ankommen, bereits so abgeschwächt, dass sie das Messergebnis nur unwesentlich beeinflussen. Es ist deshalb für eine Absorbereinsparung trotz guter Charakteristik des Messraumes vorteilhaft, die Auskleidung mit Absorbern an denjenigen Wandteilen nicht durchzuführen, an denen nur mehr als zweifach zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsmessort reflektierte Wellen auftreffen. Dagegen hat sich gezeigt, dass die Höhe der Absorberwände nicht verkleinert werden darf, da in den oberen und unteren Ecken kritische Reflexionen auftreten.
In Fig. 2 ist die Verteilung der Absorber in der Abwicklung des Messraumes dargestellt. Der Boden 5 des Messraumes, auf dem die Sendeantenne SA und die Empfangsantenne EA im Abstand rl aufgestellt sind, ist in diesem Beispiel, wie bei Stör- strahlungsmessungen üblich, nicht absorberverkleidet. Die Rückwände 6 sind auf der gesamten Länge a und über die gesamte Höhe h vollständig mit Absorbern verkleidet. Die Seitenwände 7 mit einer Länge b sind nur auf ihrem mittleren Teil über die gesamte Höhe h absorberverkleidet. Die äusseren Teile sind bis zu einer Strecke 2 1 von den Rück- wänden ausgehend nicht verkleidet, und auch die Decke 8 weist eine Verkleidung nur auf dem mittleren Teil auf.
Es ist zu empfehlen, die Seitenwände etwas weniger als die Strecke 2 1, d. h. etwa um die Strecke c weniger, von Absorbern freizuhalten.
An den Rückwänden ist, wie bereits oben ausgeführt, darauf zu achten, möglichst die gesamte Wandlänge zu verkleiden. Es können wohl auf jeder Seite für etwa 5 % der Länge der Rückwand die Wandverkleidungen fortgelassen werden, ohne dass dabei die Bewertungszahl des Raumes ungünstiger wird. Es erscheint jedoch nicht zweckmässig, diesen freien Raum voll auszunützen. Man kann dagegen, wenn bei der Wandverkleidung die Menge der Absorberbausteine nicht mit der Länge der Rückseite über- einstimmt, etwa 5 % der Rückwandlänge fortlassen, um damit die Herstellung besonderer Absorberbausteingrössen einzusparen.
In Fig. 3 sind die Messkurven des Verhältnisses
U uEieh der Spannung U am Empfangsort im erfindungsgegemäss teilweise ausgekleideten Absorberraum (a), verglichen mit der Spannung UEjeh des freien Raumes, und im vollständig ausgekleideten Absorberraum (vS) angegeben. Daraus ist zu erkennen, dass trotz der Einsparung von etwa 50 % Absorberverkleidung gegenüber dem vollständig ausgekleideten Raum die Messergebnisse nur sehr unwesentlich verschlechtert werden.
In Fig. 4 ist im Aufriss ein Beispiel für einen erfindungsgemässen abgeschirmten Messraum dargestellt. Dieser Messraum entspricht der in der Fig. 2 in der Abwicklung angegebenen Darstellung. Die seitlichen Wandteile 7 sind nur unvollständig, die Rückwände dagegen vollständig mit Absorbern 6 verkleidet.
Sämtliche Wände, die Decke 8 und der Boden 5 sind mit elektrisch gut leitfähigem Material 12, z. B.
Aluminiumblechen, fugendicht verkleidet, damit äussere elektromagnetische Störfelder von aussen nicht in den Messraum eindringen können. Die Türen 9a und 9b sind ebenfalls mit derartigem elektrisch gut leitfähigem Material verkleidet. An den Fugen zwischen diesen Türen 9a, 9b und den Wandteilen 7 sind elektromagnetische Wellen abschirmende Einrichtungen angeordnet. Derartige Einrichtungen sind z. B. in den dänischen Patentschriften Nrn. 93 577 und 93 744 sowie in der schweizerischen Patentschrift Nr. 353 775 beschrieben. Es können auch andere abschirmende Einrichtungen Verwendung finden.
Die an den Längsseiten 7 des Messraumes angeordneten Absorber 6 sind nur etwa an den der Sendeantenne SA und der Empfangsantenne EA direkt gegenüberliegenden Flächen angeordnet, so dass die unverkleideten Wandteile der Wände 7 zum Einbau der Türen 9a und 9b sowie eines Fensters 10 zur Verfügung stehen, ohne dass die Reflexionsfreiheit des erfindungsgemässen Messraumes erheblich vermindert wird. Ein derartiges Fenster 10, das keine elektromagnetische Wellen desjenigen Frequenzgebietes, das für die Messung wesentlich erscheint, z. B.
Frequenzen bis in das GHz-Gebiet, hindurchlässt, besteht z. B. aus wabenartig 11 angeordneten, elektrisch gut leitenden Materialien. Diese Wabenkamine sind gemäss den zu dämpfenden und aus dem Messraum fernzuhaltenden Wellen z. B. mehrere dm lang ausgebildet. Diese Wabenkamine lassen die sehr kurzwelligen Lichtstrahlen hindurchtreten, während sie die niederfrequenteren elektromagnetischen Wellen abschirmen.
An den Schmalseiten des Messraumes sind über die gesamte Breite a die Absorber 6 angeordnet. Sie bestehen beispielsweise aus wabenartig angeordneten Platten aus elektromagnetischen Wellen dämpfendem Material 13, z. B. Hartpapier mit Graphitaufstrich, und sind gegebenenfalls mit Schaumstoffen 14 ausgefüllt. Besitzt der Schaumstoff eine Dielektrizitäts- konstante von mehr als Eo und gegebenenfalls eine Permeabilität von mehr als, uo, dann kann durch diese dielektrische und ferromagnetische Ausfüllung der Wabenzwischenräume die Bautiefe der Absorberwände 6, beispielsweise gemäss der französischen Patentschrift Nr. 1 287 228 verkürzt werden. Die wabenartig angeordneten Dämpfungsschichten 13 können z. B. nach Art der in der schwedischen Patentschrift Nr. 180 996 angegebenen Anordnung aufgebaut sein.
In der Fig. 4 ist der Deutlichkeit halber die Decke 8 von den Wänden abgehoben dargestellt. Sie ist ebenfalls mit elektrisch gut leitfähigem Material 12 versehen oder besteht aus derartigem Material, z. B.
Aluminiumblech. Vber der Sendeantenne SA und der Empfangsantenne EA auf dem mittleren Teil der Decke 8 sind gemäss Fig. 2 ebenfalls Absorber 6 angeordnet. Auch hier bestehen die Absorber aus wabenartig angeordneten, elektromagnetischen Wellen dämpfende Schichten 13 aus beispielsweise Graphit mit Füllstoffen 14.
Es ist unter Umständen für eine weitere Verbesserung der Reflexionsfreiheit vorteilhaft, in weiterer Ausbildung der Erfindung die Sende-und Empfangsantenne nicht genau in der Mitte des Messraumes aufzustellen, sondern etwas aus dieser Mitte zu verschieben. Dabei sollen sich die nur einmal reflektierten Wellen durch Interferenzen im wesentlichen auslöschen. Die Länge des Strahls 2a ist gegenüber der Länge des Strahls 2b vergrössert.
Hierdurch kommt eine Phasenverschiebung dieser beiden Strahlen gegeneinander zustande.
Der beschriebene Aufbau des abgeschirmten Messraumes macht es möglich, dass ohne wesentliche Verschlechterung der Reflexionsfreiheit die Wandverkleidungen mit Absorberwänden 6 bis zu etwa 50 % vermindert und damit die sehr teuren Absorberwände weitgehend eingespart werden können. Ausserdem ist es ohne bedeutende Verschlechterung der Reflexionsfreiheit möglich, in einfacher Weise Tü- ren, Fenster und ähnliche notwendige Ein-und Aus trittsöffnungen in diesem Messraum vorzusehen, ohne dass auch diese mit Absorberstoffen, die unter Umständen eine grosse Bautiefe von mehreren dm besitzen, verkleidet werden müssen. Bei einer derartigen Verkleidung von Türen ist es im allgemeinen nicht möglich, diese Türen in Scharnieren schwenkbar zu lagern.
Man war seither gezwungen, die Türen verschiebbar zu lagern.