DE102014001904B3

DE102014001904B3 - Modenverwirbelungskammer und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102014001904B3
Application number: DE201410001904
Authority: DE
Inventors: Lars Ole Fichte; Marcus Stiemer; Kai Uwe Wendt
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2034-02-15

Abstract

Die neue Modenverwirbelungskammer soll derart ausgebildet sein, dass die untere Grenzfrequenz (LUV) der Modenverwirbelungskammer erniedrigt ist, ohne die Abmessungen der Modenverwirbelungskammer zu erhöhen. Die neue Modenverwirbelungskammer (1) weist folgende Merkmale auf: a) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst eine Empfangsantenne (50) und/oder eine Sendeantenne (40), b) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst einen mechanischen Modenrührer (10), c) im Prüfbetrieb ist die Modenverwirbelungskammer (1) zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium (20) gefüllt, d) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst Wände, die mit Wandabstützungen (2) derart verstärkt sind, dass Sie dem Druck des wässrigen Mediums (20) standhalten, e) im Prüfbetrieb taucht ein zu testende Gerät (30) in das wässrige Medium (20) ein, f) im Prüfbetrieb ist das zu testendes Gerät (30) mit einer Abdichtung gegenüber dem wässrigen Medium (20) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Modenverwirbelungskammer und ein Verfahren zum Betreiben einer Modenverwirbelungskammer.
In der Norm DIN EN 61000-4-21 sind Modenverwirbelungskammern und Verfahren zum Betreiben von Modenverwirbelungskammern beschrieben. Die Modenverwirbelungskammer umfasst eine Empfangsantenne und/oder eine Sendeantenne. Die Empfangsantenne ist notwendig, möchte man beispielsweise eine Störaussendung eines zu testenden Gerätes messen. Eine Sendeantenne ist beispielsweise erforderlich, um eine Störfestigkeit von elektronischen Geräten in Bezug auf hochfrequente elektromagnetische Felder zu messen. Eine Sendeantenne und zugleich eine Empfangsantenne sind notwendig, um beispielsweise eine Absorption einer elektronischen Schaltung zu messen. Ein derartiges Messverfahren wird in der älteren Anmeldung DE 10 2012 024 373 A1 des diesseitigen Anmelders beschrieben. Die Modenverwirbelungskammer umfasst ferner einen mechanischen Modenrührer, der schrittweise oder kontinuierlich gedreht wird und durch seine Rotationsbewegung die Hohlraumresonanzen der Kammer und damit die Moden des Feldes verändert. Bei einer Messung einer Störaussendung eines zu testenden Gerätes dient der Modenrührer dazu, den Effekt einer Richtcharakteristik einer abgestrahlten Leistung zu mindern. Bei einer Messung der Störfestigkeit eines zu testenden Gerätes dient der Modenrührer dazu, das zu testende Gerät gleichmäßig zu beleuchten. Der Frequenzbereich der Prüfungen, die in Modenverwirbelungskammern durchgeführt werden können, wird durch die Abmessungen und Bauart der Kammer sowie durch die Effektivität des Rührers bestimmt. Kammern in der Größe eines üblichen geschirmten Raumes mit Volumina zwischen 70 m³ und 100 m³ können typischerweise im Bereich von 200 MHz (untere Grenzfrequenz) bis 18 GHz ohne Einschränkungen betrieben werden. Der vorgenannte Bereich erfasst mit Nachteil nicht die UKW-Rundfunkfrequenzen im Bereich von etwa 90 bis 110 MHz. Um die untere Grenzfrequenz (LUF, Lowest Useable Frequency) einer Modenverwirbelungskammer so herabzusetzen, dass auch der UKW-Rundfunkfrequenzbereich erfasst wird, müssten die Abmessungen der Modenverwirbelungskammer deutlich erhöht werden. Große Modenverwirbelungskammern sind teuer und lassen sich in kleinen Laboren nicht realisieren. Darüber hinaus haben große Modenverwirbelungskammern den Nachteil, dass sie zum Erreichen von gewünschten Feldstärken entsprechend Ihrer Skalierung höhere Einspeiseleistungen für die Sendeantenne im Falle von Störfestigkeitsmessungen benötigen.
Aus dem allgemeinen Fachwissen ist bekannt, dass die untere Grenzfrequenz (LUV) abhängig ist von der Permittivität des Mediums, mit dem die Modenverwirbelungskammer gefüllt ist. Bislang wird als Medium für Modenverwirbelungskammern ausschließlich Luft verwendet.
Die US 8 035 370 B2 zeigt eine Modenverwirbelungskammer mit einer Empfangsantenne und einer Sendeantenne. Auf einen mechanischen Modenrührer wird verzichtet. Um das elektromagnetische Feld innerhalb der Modenverwirbelungskammer zu verändern, werden elektrisch geladene Partikel in zeitlich sich veränderter Anzahl der Modenverwirbelungskammer zugeführt.
Die US 2003/0 184 417 A1 und die US 5 530 412 A zeigen jeweils eine Modenverwirbelungskammer, die bei gegebenen Kammerabmessungen eine niedrige untere Grenzfrequenz (LUV) aufweist. Um dies zu erreichen, werden bewegliche Metallstangen als Sendeantennen verwendet.
Die WO 2012/097 732 A1 zeigt eine weitere Modenverwirbelungskammer, die bei gegebenen Kammerabmessungen eine niedrige untere Grenzfrequenz (LUV) aufweist. Um dies zu erreichen, sind die Innenwandungen der Modenverwirbelungskammer mit einer Vielzahl von rasterförmig angeordneten, einzeln ansteuerbaren Antennenelementen versehen.
Die EP 2 325 662 A1 und die US 2006/0 017 630 A1 zeigen jeweils eine Modenverwirbelungskammer, die ein Behältnis zur Aufnahme einer Flüssigkeit aufweist. Mit der Flüssigkeit wird eine Störquelle geschaffen, die hinsichtlich der Absorptionseigenschaften menschlichen Körperteilen ähneln.
In der EP 1 223 432 A1 findet sich der Hinweis, dass die untere Grenzfrequenz (LUF) einer Modenverwirbelungskammer von der Lichtgeschwindigkeit der elektromagnetischen Strahlung abhängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Modenverwirbelungskammer derart auszubilden, dass die untere Grenzfrequenz (LUV) der Modenverwirbelungskammer erniedrigt ist, ohne die Abmessungen der Modenverwirbelungskammer zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, der sich auf eine Modenverwirbelungskammer bezieht. Ferner wird die Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruches 6 gelöst, der auf ein Verfahren zum Betreiben einer Modenverwirbelungskammer gerichtet ist.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die untere Grenzfrequenz erniedrigt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass im Prüfbetrieb die Modenverwirbelungskammer zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium gefüllt ist. Da das wässrige Medium eine höhere Permittivität (∊_wasser = 90) als Luft (∊_luft = 1) aufweist, ist die untere Grenzfrequenz (LUV) gemäß nachfolgender Überschlagsrechnung auf 1/9 reduziert.
Die untere Grenzfrequenz ist erniedrigt, ohne die Abmessungen der Modenverwirbelungskammer zu erhöhen. Soll die untere Grenzfrequenz nicht erniedrigt werden, lassen sich sehr kleine und kostengünstige Modenverwirbelungskammern realisieren, die auch für kleine Labore geeignet sind. Im Prüfbetrieb ist die Modenverwirbelungskammer zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium gefüllt. Dies führt zu dem gewünschten Effekt der Reduzierung der unteren Grenzfrequenz. Die Modenverwirbelungskammer umfasst Wände, die mit Wandabstützungen derart verstärkt sind, dass Sie dem Druck des wässrigen Mediums standhalten. Im Prüfbetrieb taucht das zu testende Gerät in das wässrige Medium ein. Dies ist notwendig, weil das wässrige Medium im Vergleich zum Medium Luft die gewünschte Absenkung der unteren Grenzfrequenz erbringt. Im Prüfbetrieb ist das zu testende Gerät mit einer Abdichtung gegenüber dem wässrigen Medium versehen. Hierdurch wird bewirkt, dass das zu testende Gerät, das eine elektronische Schaltung umfasst, keine elektrischen Schäden aufgrund von Kurzschlüssen oder mechanischen Schäden aufgrund von Korrosionen erfährt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Modenverwirbelungskammer ist die Abdichtung des zu testenden Geräts gegenüber dem wässrigen Medium ein Behälter. Ein Behälter weist eine hohe mechanische Stabilität auf, schützt das zu testende Gerät gut und ist mehrfach verwendbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Behälter mit einer mechanischen Eintaucheinrichtung verbunden, mit der der Behälter in das wässrige Medium eintauchbar und aus dem wässrigen Medium heraustauchbar ist. Die mechanische Eintaucheinrichtung erleichtert den Prüfbetrieb.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Behälter ortsfest in der Modenverwirbelungskammer angeordnet und weist einen nach oben gerichteten, aus dem wässrigen Medium herausschauenden Schacht auf, über den das zu testende Gerät einbringbar und wieder herausnehmbar ist. Der Schacht stellt eine Alternative zur mechanischen Eintaucheinrichtung dar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Modenverwirbelungskammer einen Einfüllstutzen zum Einfüllen des wässrigen Mediums.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Prüfung des zu prüfenden Gerätes eine EMV-Prüfung. Eine EMV-Prüfung ist gut geeignet, wenn das Medium der Modenverwirbelungskammer ein wässriges Medium ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird im Prüfbetrieb die Modenverwirbelungskammer unterhalb derjenigen Grenzfrequenz betrieben, die der Grenzfrequenz entspricht, wäre die Modenverwirbelungskammer mit Luft gefüllt. Der Prüfbetrieb kann nunmehr bis einschließlich des UKW-Bereiches erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen jeweils als einfache Prinzipskizzen:
1 eine Modenverwirbelungskammer, gefüllt mit einem wässrigen Medium, mit einer Eintaucheinrichtung für ein abgedichtetes und zu testendes Gerät, im Schnitt dargestellt;
2 eine weitere mit einem wässrigen Medium gefüllte Modenverwirbelungskammer, bei der ein zu testendes Gerät in einem feststehenden Behälter mit herausschauendem Schacht angeordnet ist, im Schnitt und als Ausschnitt dargestellt.
Die 1 zeigt eine Modenverwirbelungskammer 1. Die Modenverwirbelungskammer 1 umfasst eine Empfangsantenne 50, eine Sendeantenne 40 und einen mechanischen Modenrührer 10. Im Prüfbetrieb ist die Modenverwirbelungskammer 1 zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium 20 gefüllt. Da das wässrige Medium 20 eine höhere Permittivität (∊_wasser = 90) als Luft (∊_luft = 1) aufweist, ist die untere Grenzfrequenz LUV gemäß nachfolgender Überschlagsrechnung auf 1/9 reduziert.
Die Modenverwirbelungskammer umfasst Wände, die mit Wandabstützungen 2 derart verstärkt sind, dass Sie dem Druck des wässrigen Mediums standhalten. Im Prüfbetrieb taucht ein zu testende Gerät 30 in das wässrige Medium 20 ein. Dabei ist das zu testendes Gerät 30 mit einer Abdichtung gegenüber dem wässrigen Medium versehen.
Die Abdichtung des zu testenden Geräts 30 gegenüber dem wässrigen Medium ist ein Behälter 31. In Abweichung zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Abdichtung auch eine Folie sein. Die Folie kann verschweißt sein. Ferner kann die Folie das zu testende Gerät eng umschließen. Zwischen dem zu testenden Gerät und der Folie kann ein Unterdruck herrschen, um Lufteinschlüsse zu minimieren.
Der Behälter 31 ist mit einer mechanischen Eintaucheinrichtung 32 verbunden, mit der der Behälter 31 in das wässrige Medium eintauchbar und aus dem wässrigen Medium heraustauchbar ist. Dies erleichtert den Prüfbetrieb.
Die Modenverwirbelungskammer umfasst einen Einfüllstutzen 3 zum Einfüllen des wässrigen Mediums 20. Der Einfüllstutzen 3 ist zugleich ein Ablassstutzen für das Ablassen des wässrigen Mediums.
Der Sendeantenne 40 ist ein Frequenzgenerator 41 zugeordnet. Der Empfangsantenne 50 ist ein Leistungsmessgerät 51 zugeordnet. Über einen Rechner 60 lassen sich Steuerungsaufgaben, Messwerterfassungen und Auswertungen bewerkstelligen.
Die 2 zeigt eine Alternative bezüglich der Abdichtung und der Handhabung bezüglich des zu testenden Gerätes 30. Der in 2 gezeigte Behälter 31' ist ortsfest in der Modenverwirbelungskammer 1 angeordnet und weist einen nach oben gerichteten, aus dem wässrigen Medium 20 herausschauenden Schacht 31a auf. Über den Schacht 31a ist das zu testende Gerät 30 einbringbar und wieder herausnehmbar.
Das Verfahren zum Betreiben einer Modenverwirbelungskammer 1, wie in 1 oder 2 dargestellt ist, umfasst folgende Schritte:

• Füllung der Modenverwirbelungskammer 1 zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium 20, sofern die Modenverwirbelungskammer 1 noch nicht mit dem wässrigen Medium gefüllt ist.
• Anordnung eines zu testenden Gerätes 30 in dem wässrigen Medium 20 der Modenverwirbelungskammer 1, derart, dass das zu testende Gerät 30 gegenüber dem wässrigen Medium 20 abgedichtet ist. Wie zuvor dargelegt, bestehen hinsichtlich der Abdichtung verschiedene Alternativen.
• Prüfung des zu testenden Gerätes 30.

Die Modenverwirbelungskammer mit dem eingebrachten wässrigen Medium ist besonders geeignet, um das zu prüfende Gerät 30 einer EMV-Prüfung zu unterwerfen. Im Prüfbetrieb kann die Modenverwirbelungskammer 1 unterhalb derjenigen Grenzfrequenz betrieben werden, die der Grenzfrequenz entspricht, wäre die Modenverwirbelungskammer 1 mit Luft gefüllt. Dadurch lässt sich bei einer EMV-Prüfung auch der UKW-Frequenzbereich abbilden.
Bezugszeichenliste

1: Modenverwirbelungskammer
2: Wandabstützung
3: Einfüllstutzen
10: mechanischer Modenrührer
20: wässriges Medium
30: zu testendes Gerät
31: Behälter (1)
31': Behälter (2)
31a: Schacht (2)
32: mechanische Eintaucheinrichtung (1)
40: Sendeantenne
41: Frequenzgenerator
50: Empfangsantenne
51: Leistungsmessgerät
60: Rechner

Claims

Modenverwirbelungskammer (1) mit folgenden Merkmalen: a) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst eine Empfangsantenne (50) und/oder eine Sendeantenne (40), b) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst einen mechanischen Modenrührer (10), c) im Prüfbetrieb ist die Modenverwirbelungskammer (1) zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium (20) gefüllt, d) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst Wände, die mit Wandabstützungen (2) derart verstärkt sind, dass Sie dem Druck des wässrigen Mediums (20) standhalten, e) im Prüfbetrieb taucht ein zu testende Gerät (30) in das wässrige Medium (20) ein, f) im Prüfbetrieb ist das zu testendes Gerät (30) mit einer Abdichtung gegenüber dem wässrigen Medium (20) versehen.
Modenverwirbelungskammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung des zu testenden Geräts (30) gegenüber dem wässrigen Medium ein Behälter (31, 31') ist.
Modenverwirbelungskammer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (31) mit einer mechanischen Eintaucheinrichtung (32) verbunden ist, mit der der Behälter (31) in das wässrige Medium (20) eintauchbar und aus dem wässrigen Medium (20) heraustauchbar ist.
Modenverwirbelungskammer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (31') ortsfest in der Modenverwirbelungskammer (1) angeordnet ist und einen nach oben gerichteten, aus dem wässrigen Medium (20) herausschauenden Schacht (31a) aufweist, über den das zu testende Gerät (30) einbringbar und wieder herausnehmbar ist.
Modenverwirbelungskammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Modenverwirbelungskammer (1) einen Einfüllstutzen (3) zum Einfüllen des wässrigen Mediums (20) umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Modenverwirbelungskammer (1) mit folgenden Merkmalen: a) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst eine Empfangsantenne (50) und/oder eine Sendeantenne (40), b) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst einen mechanischen Modenrührer (10), c) die Modenverwirbelungskammer (1) umfasst Wände, die mit Wandabstützungen (2) so verstärkt sind, dass Sie dem Druck eines wässrigen Mediums (20) standhalten, d) das Verfahren umfasst folgende Schritte: e) Füllung der Modenverwirbelungskammer (1) zu mehr als 60% ihres Kammervolumens mit einem wässrigen Medium (20), sofern die Modenverwirbelungskammer (1) noch nicht mit dem wässrigen Medium (20) gefüllt ist, f) Anordnung eines zu testenden Gerätes (30) in dem wässrigen Medium (20) der Modenverwirbelungskammer (1), derart, dass das zu testende Gerät (30) gegenüber dem wässrigen Medium (20) abgedichtet ist, g) Prüfung des zu testenden Gerätes (30).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des zu prüfenden Gerätes (30) eine EMV-Prüfung ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Prüfbetrieb die Modenverwirbelungskammer (1) unterhalb derjenigen Grenzfrequenz betrieben wird, die der Grenzfrequenz entspricht, wäre die Modenverwirbelungskammer (1) mit Luft gefüllt.