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Die Erfindung betrifft eine reflexionsarme Kammer zur Untersuchung
und Bewertung von Mikrowellengeräten unter Strahlungsbedingungen, die denen des
freien Raumes durch Auskleidung von Kammerwänden mit einem - vorzugsweise breitbandig
wirksamen - elektromagnetische Strahlung absorbierenden Material angenähert sind,
in welcher ein zur Aufstellung einer Mikrowellenstrahlungsquelle dienender Teil
(Strahlungszone) der Kammer einem zur Aufstellung eines Meßobjekts dienenden Teil
(MeB zone) gegenüberliegt.
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Die bekannten Kammern dieser Art haben den Zweck, die charakteristischen
Eigenschaften von Mikrowellengeräten reflexionsarm zu untersuchen und sollen Voraussetzungen
dafür schaffen, daß keine interferierenden Energiestörungen auftreten und die Genauigkeit
der Prüfungsergebnisse beeinträchtigen. Im Idealfall herrschen solche Bedingungen
im freien Raum, es entspricht jedoch den praktischen Bedürfnissen, zur Anordnung
der zu prüfenden Geräte Versuchskammern herzustellen, mit denen die idealen und
reflexionsfreien Strahlungsbedingungen angenähert werden können. Eine solche Annäherung
ist bisher mit unterschiedlichem Erfolg, jedoch noch nicht in einem für alle Zwecke
befriedigendem Maße erreicht worden.
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Bisher bestanden diese Untersuchungskammern normalerweise aus rechteckig
gestalteten Räumen, deren Dimensionen in einem weiten Bereich schwankten, beispielsweise
von wenigen Fuß bis über 100 Fuß in ihrer Länge. Der Innenraum der Kammern ist mit
einem Mikrowellenenergie absorbierenden Material ausgekleidet. Es ist damit beabsichtigt,
die auf die Wände, den Boden und die Decke auftreffende Mikrowellenenergie zu absorbieren,
um damit die Reflexion der Energie zurück in den Kammerinnenraum zu verhindern.
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Das in einer reflexionsarmen Kammer zu bewertende Mikrowellengerät
wird an einem Kammerende derart angeordnet, daß vom entgegengesetzten Ende der Kammer
her ein Mikrowellenstrahler gebündelt auf das Gerät gerichtet werden kann. Die beim
Verlassen der Strahlungsquelle divergierende Mikrowellenstrahlung soll von den Kammerwänden
möglichst reflexionsfrei absorbiert werden, so daß keine in den Kammerraum reflektierte
Strahlung mit der direkt übertragenen Strahlung interferieren und die Genauigkeit
der Untersuchungsergebnisse stören kann.
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Die bisher bekannten Absorptionsplatten ergeben jedoch keine vollständige
Unterdrückung der Störenergie, so daß Interferenzen nicht restlos zu beseitigen
sind. Es ist jedoch für Geräte der Radar-und Raketentechnik außerordentlich wichtig,
möglichst genaue und durch keine Reflexionen gestörte Meßergebnisse zu erhalten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine reflexionsarme Kammer anzugeben, die es
auch unter Verwendung derartiger nur unvollständig absorbierender Materialien gestattet,
am Meßobjekt eine durch Reflexionen ungestörte Strahlung zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten reflexionsarmen Kammer
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der von den ausgekleideten Kammerwänden
gebildete Raumquerschnitt der Kammer von der Strahlungszone zur Meßzone hin durch
mindestens eine gegenüber der Richtung des direkten Strahlengangs von der Mikrowellenstrah-
lungsquelle
zum Meßobjekt hin divergierend verlaufende Längswand kontinuierlich erweitert ist.
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Da sich der Signalquerschnitt einer gebündelten Strahlung in Richtung
zur Meßzone vergrößert, ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen Kammer ersichtlich,
daß infolge des sich erweiternden Kammerraumes der Einfallwinkel der Streustrahlung
und infolgedessen deren reflektierter Anteil wesentlich geringer sind als bei den
bisher üblichen Kammern mit zueinander rechtwinklig angeordneten Wänden. Bei Kammern
vergleichbarer Größe sind dadurch die Meßbedingungen wesentlich verbessert oder
die erforderlichen Querschnittsabmessungen und Absorptionsmittel für vergleichbar
genaue Messungen entsprechend weniger aufwendig.
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Im Rahmen der vorliegenden Erläuterungen sowie der Ansprüche sollen
unter den Längswänden der Kammer alle diejenigen Wände verstanden werden, die die
Strahlungszone mit der Meßzone verbinden, also Seitenwände und Decke bzw. Boden
gleichermaßen. Im Bereich der Meßzone selbst braucht die Längswand nicht mehr divergierend
zu verlaufen, es muß nur sichergestellt sein, daß direkte Reflexionen von einer
Längswand im Bereich der Meßzone nicht auf das Meßobjekt treffen.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Kammerbauart bietet außerdem
in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, besonders platzsparende Meßkammern in der
Weise herzustellen, daß der sich von der Strahlungszone in einer Hauptrichtung der
Kammer erweiternde Raum durch eine zu dieser Richtung geneigte, in sich ebene und
reflektierende Wand begrenzt ist und die Kammer sich von da aus in einer neuen Hauptrichtung,
die dem Ablenkwinkel der reflektierenden Wand entspricht, bis zur Meßzone hin fortsetzt.
In Weiterbildung dieses Gedankens kann auch erreicht werden, daß der sich von der
Strahlungszone in einer Hauptrichtung der Kammer erweiternde Raum nacheinander über
zwei reflektierende Wände jeweils abgewinkelt verläuft und die in Strahlungsrichtung
hinter der Meßzone befindliche Kammerrückwand zur in Strahlungsrichtung vor der
Strahlungszone befindlichen Kammervorderwand benachbart, vorzugsweise in der gleichen
Ebene wie diese, angeordnet ist.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kammerbauart sind in der
Zeichnung dargestellt. Es zeigt jeweils Längsschnitte Fig. 1 durch das erste Beispiel
in vertikaler Schnittebene und dazu F i g. 2 den entsprechenden Horizontalschnitt
sowie gleichartige Schnittbilder abgewinkelter Raumformen, F i g. 3 durch das zweite
Ausführungsbeispiel und F i g. 4 durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kammer sowie Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche zum Vergleich die Charakteristiken
einer rechteckig gestalteten Kammer bisheriger Art erläutert, und F i g. 6 in gleicher
Darstellung die Charakteristiken einer erfindungsgemäßen reflexionsarmen Kammer
mit gleicher Gesamtlänge, -höhe und -breite wie die Kammer, auf die sich F i g.
5 bezieht.
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Die reflexionsarme Kammer 10 nach den F i g. 1 und 2 besteht aus
einer Vorderwand 11, den Seitenwänden 12, dem Boden 13, der Decke 14 und Rückwand
15. Wie F i g. 1 zeigt, divergiert die Decke 14 gegenüber dem Boden 13 in Längsrichtung
der Kammer,
d. h. von der Vorderwand 11 zum rückwärtigen Kammerende.
Ebenso ist aus F i g. 2 zu ersehen, daß die Seitenwände 12 gegeneinander und gegenüber
der Längsachse der Kammer divergieren, und zwar ebenfalls von der Vorderwand 11
zum rückwärtigen Kammerende. Durch diese Ausbildung wird ein Kammerinnenraum verfügbar,
dessen Querschnittsfläche sich in Richtung von der Vorderwand zum rückwärtigen Kammerende
vergrößert. Der vordere Kammerbereich entspricht in seiner spitz zulaufenden Form
einem divergierenden Mikrowellenbündel, welches einer im Vorderteil der Kammer angeordneten
Strahlungseinrichtung zugeführt wird, die beispielsweise an der Stelle A angeordnet
ist, und sich in Richtung zum hinteren Kammerbereich ausbreitet, wo die zu untersuchende
Einrichtung beispielsweise an der Stelle B angeordnet ist.
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Die Wände, der Boden und die Decke der Kammer können aus jedem üblichen
Baustoff bestehen.
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Alle Innenflächen der Kammer sind mit einem Mikrowellenenergie -Absorptionsmaterial
16 ausgekleidet, dessen Aufgabe darin besteht, auftreffende Mikrowellenenergie zu
absorbieren und eine Reflexion dieser Mikrowellenenergie in den Kammerinnenraum
zu verhindern. Das Auskleidungsmaterial 16 der inneren Kammeroberflächen kann verschieden
sein und ist abhängig von den an die Kammer gestellten Anforderungen. Üblicherweise
wird hierzu Breitbandabsorptionsmaterial gewählt, so daß die Kammer zur Untersuchung
von Einrichtungen über ein größeres Frequenzband geeignet und besonders vielseitig
verwendbar ist. Normalerweise wird ein flaches, plattenförmiges Breitbandabsorptionsmaterial
dort zur Bildung von Bedienungsstegen benutzt, wo man den Kammerinnenraum oder einzelne
Kammerbereiche begehen kann und vorstehende Pyramiden oder Kegel des von der geometrischen
Konfiguration abhängigen Absorptionsmaterials aus räumlichen Gründen beschränkt
und unpraktisch oder ungeeignet sind. Da die genannte Art von Breitbandabsorptionsmaterial
besonders wirksam ist, wird sie soweit als möglich zur Auskleidung des Kammerinnenraumes
benutzt.
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Die Kammer 10 ist mit einer nicht dargestellten Tür ausgestattet,
durch welche man hineingelangt, um die zu untersuchende Einrichtung innerhalb der
Kammer an die richtige Stelle zu bringen. Üblicherweise wird eine elektronische
Einrichtung auf einem Sockel auf dem Kammerboden angeordnet, so daß die Einrichtung
dem Wesen nach eher im Kammerinnenraum »aufgehängt« als auf dem Kammerboden stehend
anzusehen ist. Der das Signal emittierende Sender, der die Mikrowellenenergie gebündelt
zur Einrichtung abstrahlt, ist entweder im vorderen Bereich der Kammer angeordnet,
wie beispielsweise an der Stelle A, oder außerhalb der Kammer an einer solchen Stelle,
von der aus das Signalbündel durch einen nicht dargestellten Durchlaß oder durch
ein Fenster in der Vorderwand der Kammer hindurch in die reflexionsarme Kammer 10
hineingestrahlt werden kann.
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Die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist dann
nützlich, wenn die räumlichen Gegebenheiten die Benutzung einer relativ langen und
schmalen Ausführungsform, wie sie Fig. 1 und 2 zeigen, nicht gestatten. Die in F
i g. 3 dargestellte reflexionsarme Kammer 20 unterscheidet sich deshalb von der
KammerlO nach Fig. 1 und 2 da-
durch, daß an Stelle einer sich über ihre ganze Länge
in einer einzigen Richtung erstreckenden Kammer die Längsrichtung der Kammer 20
ihre Richtung wechselt und damit diese Kammer 20 auf wesentlich kleinerem Raum unterzubringen
ist. Die Kammer 20 hat eine Vorderwand 21, eine aus zwei Abschnitten 22a und 22b
bestehende Seitenwand, eine aus drei Abschnitten 23 a, 23b und 23 c zusammengesetzte
zweite Seitenwand, eine Rückwand 24, einen Boden 25 und eine nicht dargestellte
Decke. Man erkennt, daß in Richtung von der Vorderwand 21 zum rückwärtigen Kammerbereich
der Seitenwandabschnitt 22 a gegenüber dem Seitenwandabschnitt 23 a divergiert und
der Seitenwandabschnitt 22 b gegenüber dem Seitenwandabschnitt 23 c ebenfalls divergiert.
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Der Boden und die Decke sowie die Innenflächen sind mit Ausnahme
des Seitenwand abschnitts 23 b mit Mikrowellenabsorptionsmaterial ausgekleidet,
um auftreffende Mikrowellenenergie zu absorbieren. In F i g. 3 ist dies nicht dargestellt.
Die Innenfläche des Seitenwandabschnitts 23 b hat aus den nachfolgenden Gründen
eine reflektierende Oberfläche, beispielsweise eine ebene Metallfläche, um auftreffende
Mikrowellenenergie zu reflektieren.
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Das von einer am vorderen Kammerende bei A' angeordneten Strahlungsvorrichtung
emittierte Mikrowellenbündel, dessen Verlauf die unterbrochene Linie andeutet, trifft
auf den reflektierenden Seitenwandabschnitt 23 b und wird von dort in den hinteren
Bereich der Kammer unter solchen Winkeln reflektiert, daß Einfalls- und Reflexionswinkel
gleich sind. Die zu untersuchende Einrichtung ist im Strahlengang des reflektierten
Bündels im hinteren Kammerbereich bei B' angeordnet. Sie kann damit in der gleichen
Weise untersucht werden wie eine Einrichtung an der Stelle B in einer reflexionsarmen
Kammer 10 nach F i g. 1 bzw. 2. Die wirksame Länge der Kammer 20 ist die entlang
der Achse des Mikrowellenbündels gemessene Entfernung zwischen der Vorderwand 21
und der Rückwand 24.
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Eine dritte Ausführungsform ist in F i g. 4 dargestellt. Die reflexionsarme
Kammer 30 nach F i g. 4 ist der Kammer 20 nach Fig. 3 darin gleichartig, daß die
wirksame Länge auch hier die Richtung wechselt. Die Kammer 30 unterscheidet sich
jedoch von der Kammer 20 dadurch, daß die Kammer 30 ihre Richtung zweimal wechselt
und nicht nur einmal, wie die Kammer 20. Man erkennt, daß der Aufbau der Kammer
30 auf einem noch wesentlich kleineren Raum möglich ist als bei der Kammer 10 nach
F i g. 1 und 2 und auch gegenüber der Kammer 20 nach Fig. 3, obwohl die wirksame
Länge aller drei Kammern 10, 20 und 30 die gleiche ist.
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Die Kammer 30 hat eine Vorderwand 31, eine Seitenwand 32, eine aus
den Wandabschnitten 33a, 33 b, 33 c und 33d zusammengesetzte Seitenwand, einen Boden
34, Rückwand 35 und eine nicht dargestellte Decke. Man erkennt, daß die Seitenwand
32 eine durchgehende Wand bildet, welche den vorderen Bereich der Kammer 30 vom
rückwärtigen Kammerbereich trennt, und daß von der Vorderwand 31 aus die Seitenwand
gegenüber dem Seitenwandabschnitt 33 a divergiert und in Richtung Rückwand 35 auch
gegenüber dem Seitenwandabschnitt 33 d.
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Die Innenfläche der Vorderwand 31, der Seitenwandabschnitte 33 a
und 33 d, die Rückwand 35, der Boden34, die nicht dargestellte Kammerdecke und alle
zum Kammerinnenraum freien Flächen der
Seitenwand 32 sind mit Mikrowellenabsorptionsmaterial
ausgekleidet. Die Innenflächen der Seitenwandabschnitte 33b und 33 c haben jeweils
eine reflektierende Fläche, um auftreffende Mikrowellen zu reflektieren, so daß
das von einer bei A" angeordneten Strahlungsvorrichtung emittierte Mikrowellenbündel
entlang des gestrichelt angedeuteten Strahlenweges verläuft, zunächst also zum Seitenwand
abschnitt 33 b, von dem es zum Seitenwandabschnitt 33 c und von dort in Richtung
auf die Kammerrückwand 35 zu einer bei B" angeordneten Einrichtung reflektiert wird,
die zu untersuchen ist.
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Gegenüber F i g. 5 zeigt F i g. 6 die verbesserte Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen reflexionsarmen Kammer. Die graphische Darstellung der Fig. 5
zeigt Versuchsdaten, die in einer rechteckig gestalteten echofreien Kammer von etwa
2 m Breite, 2 m Höhe und etwa 7 m Länge gemessen wurden.
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Die graphische Darstellung der Fig. 6 gibt Versuchsdaten wieder, die
in einer spitz zulaufenden Kammer von 7 m wirksamer Länge ermittelt wurden, deren
rückwärtiger Raumabschnitt 2 m breit, 2 m hoch und 2 m lang war. Eine Seitenwand
und der Boden der spitz zulaufenden Kammer waren eben, während die andere Seitenwand
und Decke im Abstand von 2 m vor der Rückwand mit den jeweils entsprechend gegenüberliegenden
Wänden in Richtung zum Eingang konvergierten. Die Fläche der Kammervorderwand war
ein Quadrat mit der Seitenlänge von etwa 30 cm. Eine Sendeeinrichtung war in jedem
Fall unmittelbar vor der Kammervorderwand angeordnet und eine Empfangsantenne am
rückwärtigen Kammerende. Der Abstand der Sendeeinrichtung von der Kammervorderwand
war so ausgewählt, daß die Abmessungen des Innenquerschnitts der nach vorn spitz
zulaufenden Kammern an der Stelle, an welcher der Sender angeordnet war, etwa gleich
der Empfangsantennenöffnung waren. Die Versuche wurden in der Weise durchgeführt,
daß die Empfangsantennen quer zur wirksamen Kammerachse bewegt und die Signalamplituden
jeder Empfangsantenne in Abhängigkeit von den Meßorten gemessen und aufgezeichnet
wurden. Beide Kammern wurden unter gleichen Bedingungen bewertet, wobei die Meßdaten
für eine Strahlungsfrequenz von 3 und 5,5 Gigahertz in F i g. 5 bzw. 6 graphisch
aufgezeichnet sind.
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Die Bewegung einer Empfangsantenne in der erfindungsgemäßen und nahezu
idealen Prüfkammer nach F i g. 6, in der alle auf die Kammerwände auftreffenden
Mikrowellen ohne Reflexion in den Kammerinnen raum absorbiert werden, ergibt nur
monotone Änderungen der Amplitude in Abhängigkeit vom Empfangsort. Andererseits
werden bei einer Kammer nach F i g. 5, bei der eine Reflexion von Mikrowellenenergie
von den Seitenwänden der Kammer in den Kammerinnenraum nicht zu vermeiden ist, periodische
Schwankungen der Amplitude der von der Empfangsantenne aufgenommenen Energie infolge
von Interferenzen der reflektierten Wellen energie mit dem unmittelbar auf die Empfangsantenne
gerichteten Signal gemessen. Wenn die Signalfrequenz erniedrigt wird, werden diese
Amplitudenschwankungen wegen des höheren Anteils an reflektierter Energie noch ausgeprägter.
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Fig. 5 zeigt, daß die unerwünschten Schwankungen der Amplitude der
von der Empfangsantenne aufgenommenen Energie bei der rechteckig gestalteten Kammer
auftreten, wenn man die Empfangsantenne im rechten Winkel zur Kammerachse bewegt,
und daß diese Schwingungen in bestimmten Abständen periodisch wiederkehren. Aus
F i g. 6 ist dagegen zu sehen, daß sich die Amplitude der von der Empfangsantenne
aufgenommenen Energie in der erfindungsgemäß spitz zulaufenden Kammer nicht periodisch
ändert, wenn die Empfangsantenne im rechten Winkel zur Kammerachse verschoben wird.
In diesem Fall wird von den Seitenwänden der erfindungsgemäßen Kammer also bedeutend
weniger Energie reflektiert als bei einer rechteckig gestalteten Kammer nach Fig.
5.