DE19501329C1 - Vorrichtung zur EMI-Prüfung elektronischer Geräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur EMI-Prüfung elektronischer Geräte mit einem sich pyramidenförmig aufweitenden TEM-Wellenleiter, welcher einen ge­ schlossenen Außenleiter und einen so asymmetrisch angeordneten, plattenförmigen Innenleiter aufweist, daß dessen senkrechter Abstand zu zwei gegenüberliegenden Wänden des Außenleiters unterschiedlich groß ist, und von einer Rückwand mit HF-Absorbern abgeschlossen ist, wobei der Innenleiter einen ohmschen Leitungsabschluß aufweist. "EMI" ist die übliche Abkürzung für "Electro Magnetic Interference" und läßt sich mit "elektromagneti­ sche Beeinflussung bzw. Beeinflußbarkeit" übersetzen. "TEM" steht als Abkürzung für "Transversal-Elektro-Magnetisch" und "HF" für "Hoch-Frequenz".

Eine derartige Vorrichtung zur EMI-Prüfung von elektronischen Geräten ist aus der EP 0 246 544 B1 bekannt. Gegenüber anderen Meßeinrichtungen weisen derartige Vorrichtungen bei der EMI-Prüfung aufgrund ihrer definierten Feldverteilung über einen weiten Frequenzbereich sowie ihrer Eignung auch zur breitbandigen Emis­ sionsmessung große Vorteile auf. Bei der in der zuvor genannten Druckschrift offenbarten Vorrichtung ist der TEM-Wellenleiter durch eine Wand aus HF-Spitzen­ absorbern abgeschlossen, wobei die Absorberwand nach Art einer Kugelkalotte derart gekrümmt ist, daß der Krümmungsmittelpunkt im Bereich der Spitze des pyramidenförmigen TEM-Wellenleiters liegt. Der asymmetrisch angeordnete, plattenförmige Innenleiter ist durch die Absorberwand hindurch auf eine Anzahl von Abschlußwiderständen geführt.

Bei der bekannten Vorrichtung tritt als Nachteil auf, daß das Prüfvolumen durch die Verwendung von HF-Spitzenabsorbern erheblich eingeschränkt ist. Dabei gehen durch die große axiale Erstreckung der pyramidenförmigen Spitzenabsorber etwa 0,5 m an nutzbarer Länge im Bereich der größten Breite des Außenleiters verloren.

Des weiteren ist es als nachteilig anzusehen, daß bei der bekannten Vorrichtung die HF-Spitzenabsorber auf einer Kugelfläche montiert sind, die eine aufwendige Konstruktion zur Aufnahme der einzelnen Absorber erfordert. Auch hat sich gezeigt, daß unerwünschte örtliche und frequenzabhängige Inhomogenitäten des Wellenfeldes, insbesondere im Bereich der HF-Absorber, auftreten, die ihre Ursache u. a. in der Tatsache haben, daß der Frequenzbereich, in dem der feldgebundene Teil der Energie der elektromagnetischen Wellen absorbiert wird, bei den Spitzen­ absorbern prinzipbedingt relativ klein ist.

In der EP 0 363 831 B1 ist ein reflexionsfreier Abschluß eines TEM-Wellenleiters offenbart, bei dem eine TEM-Welle durch einen Innenleiter und einen Außenleiter geführt wird und an einem Ende des TEM-Wellenleiters von einem HF-Absorber zur Absorption der feldgebundenen Energie und einem ohmschen Leitungsabschluß zur Absorption der leitergebundenen Energie der TEM-Welle absorbiert wird. Dieser Leitungsabschluß liegt in einer durch den Innenleiter bestimmten und in Wellenrich­ tung liegenden Fläche, ist als ein ohmscher Widerstand ausgebildet, der eine graduelle, serielle Bedämpfung des Innenleiters bewirkt, und kompensiert einen durch den HF-Absorber auf dem Leitungsabschluß zusätzlich hervorgerufenen Kapazitätsbelag lokal.

Auch bei diesem Abschluß eines TEM-Wellenleiters ist der HF-Absorber kugelkalot­ tenförmig und mit HF-Spitzenabsorbern versehen. Die bereits oben genannten Nachteile einer derartigen Ausführung treffen daher ebenso auf diesen Abschluß zu. Des weiteren tritt nachteilig bei diesem Abschluß in Erscheinung, daß der Abschlußwiderstand innerhalb der bzw. zwischen den HF-Spitzenabsorbern liegt. Dadurch tritt eine kapazitive Kopplung zwischen dem Abschlußwiderstand und den HF-Spitzenabsorbern auf, die einen negativen Einfluß auf den Frequenzgang und die Homogenität des elektromagnetischen Feldes innerhalb des TEM-Wellenleiters hat.

Aus dem Aufsatz "A Triple-TEM Cell: Three Polarisations in one Setup" von F.B.J. Leferink in der Druckschrift "1993 International EMC Symposium, Zürich", Seite 573-578 ist eine TEM-Zelle bekannt, bei der mit Hilfe zweier senkrecht zuein­ ander stehender Innenleiter zwei polarisierte Felder und mit Hilfe eines Drehtisches ein drittes Polarisationsfeld erregt werden können. Dabei werden als HF-Absorber Ferritabsorber verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschrie­ benen Art so weiterzuentwickeln, daß die Fertigung vereinfacht und bei gleichen Außenabmessungen das nutzbare Prüfvolumen vergrößert wird. Gleichzeitig sollen das Absorptionsverhalten des Wellenleiterabschlusses über weite Frequenzbereiche und die Homogenität des elektromagnetischen Feldes innerhalb des TEM-Wellenlei­ ters verbessert werden.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rückwand eben und die HF-Absorber als Ferritplatten­ absorber ausgebildet sind, als Leitungsabschluß ein Widerstandsnetzwerk aus auf Printplatten angeordneten SMD-Widerständen vorgesehen ist und das Widerstands­ netzwerk senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung hinter den HF-Absorbern, außerhalb des Wellenleiters angeordnet ist.

Gegenüber den bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendeten HF-Spitzenabsorbern ermöglicht die Verwendung von Ferritplattenabsorbern einen erheblichen Raumgewinn, da die Ausdehnung der Plattenabsorber in Richtung der Pyramidenlängsachse nur einen Bruchteil der axialen Länge der HF-Spitzenabsorber beträgt. Die nutzbare Länge des TEM-Wellenleiters in axialer Richtung wird da­ durch um ca. 0,5 m vergrößert, wobei diese Vergrößerung in einem Bereich erfolgt, in dem der pyramidenförmige Außenleiter eine sehr große Breite aufweist, d. h. der Volumengewinn ist überproportional zur Vergrößerung der axialen Länge des TEM-Wellenleiters.

Durch den Einsatz von Plattenabsorbern ist es des weiteren nicht mehr erforder­ lich, daß der Außenleiter an seinem breiten Ende über eine Länge von ca. 0,5 m zargenförmig erweitert ist, um so eine Aufnahme von HF-Spitzenabsorbern auch in den Randbereichen zu ermöglichen. Da erfindungsgemäß nun die ideale Pyrami­ denform des Außenleiters erhalten bleibt, zeichnet sich das elektromagnetische Feld innerhalb des TEM-Wellenleiters durch eine sehr große Homogenität aus.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist des weiteren den Vorteil auf, daß der Frequenzbereich, in dem eine Absorption des feldgebundenen Teils der Energie der elektromagnetischen Wellen stattfindet, bei Plattenabsorbern größer als bei Spit­ zenabsorbern ist. Dies hat positive Auswirkungen auf den Frequenzgang bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ferritplattenabsorber sind als handelsübliche Artikel am Markt erhältlich. Sie beste­ hen aus einem ferromagnetischen Material und haben eine ausgeprägte Eigen­ schaft, die feldgebundene Energie elektromagnetischer Wellen über einen breiten Frequenzbereich zu absorbieren. Ferritplattenabsorber wirken daher sowohl im Bereich niedriger als auch hoher Frequenzen.

Die verwendeten SMD-Widerstände ("SMD" steht als Abkürzung für "Surface Mounted Devices") weisen im Gegensatz zu üblichen Widerständen keine Drahtan­ schlüsse auf, sondern werden direkt auf eine Printplatte aufgebracht. Die Ver­ wendung von SMD-Widerständen ist deshalb besonders vorteilhaft, weil aufgrund der nicht vorhandenen Drahtanschlüsse das Hochfrequenzverhalten derartiger Widerstände deutlich verbessert wird. Die parasitären Kapazitäten und Induktivitäten der Anschlüsse bei SMD-Widerständen werden erst bei sehr viel höheren Frequenzen wirksam, als dies bei üblichen Widerständen mit Drahtan­ schluß der Fall ist. Durch das deutlich verbesserte Hochfrequenzverhalten der SMD-Widerstände wird die Feldhomogenität im Bereich des Leitungsabschlusses auch bei sehr hohen Frequenzen erhalten.

Durch Ausgestaltung als Widerstandsnetzwerk läßt sich der Gesamtwiderstand aller parallelgeschalteten Printplatten einfach an die Leitungswellenimpedanz des TEM-Wellenleiters anpassen. Durch die Verwendung von SMD-Widerständen, die automatisch auf den Printplatten angebracht werden können, läßt sich jede ge­ wünschte Widerstandsverteilung auf einer Printplatte erreichen.

Die Anordnung des Widerstandsnetzwerks in Wellenausbreitungsrichtung hinter den HF-Absorbern und senkrecht zu der Wellenausbreitungsrichtung bewirkt, daß eine kapazitive Kopplung zwischen den Plattenabsorbern und dem Leitungsab­ schluß nicht mehr auftreten kann.

Wird das Widerstandsnetzwerk innerhalb der Rückwand angeordnet, so ist der Leitungsabschluß hochfrequenzdicht abgeschirmt und verhindert eine Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellen in den für die Aufstellung der Vorrichtung ver­ wendeten Raum.

Dadurch, daß dem Widerstandsnetzwerk gleichzeitig ein von außen abnehmbares Abdeckelement zugeordnet ist, können defekte Widerstände eventuell insgesamt mit der betroffenen Printplatte ohne großen Zeit- und Montageaufwand einfach ausgetauscht werden.

Des weiteren wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die SMD-Widerstände auf einer Printplatte jeweils beidseitig und in einer zur Printplatte senkrechten Richtung zueinander versetzt angeordnet sind. Eine Vermeidung einer direkt gegenüberliegenden Bestückung der Printplatten mit SMD-Widerständen wird dadurch vermieden und die Ableitung der von den Widerständen in Wärme umgesetzten Energie erleichtert.

Ferner wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Innenleiter Schlitze aufweist, die im wesentlichen parallel zu senkrecht zum Innen­ leiter angeordneten Wänden des Außenleiters verlaufen. Mittels dieser Ausgestal­ tung des Innenleiters, bei der die Schlitze vorzugsweise einen Abstand von einem Viertel der kleinsten Wellenlänge der in den TEM-Wellenleiter eingespeisten elek­ tromagnetischen Wellen aufweisen, wird die Anregung höherer Wellenmoden durch den Innenleiter wirkungsvoll verhindert.

Schließlich ist es noch vorteilhaft, daß im Bereich der Spitze des pyramidenförmi­ gen Außenleiters an den Innenseiten der senkrecht zum Innenleiter angeordneten Wände des Außenleiters ein parabolisches, zur Pyramidenlängsachse symmetri­ sches Einsatzstück angeordnet ist, an welches der Innenleiter entsprechend angepaßt ist.

Die Einspeisung der elektromagnetischen Wellen in den Innenleiter erfolgt üblicher­ weise über eine N-Kontaktbuchse, an die ein vom Wellengenerator kommendes Koaxialkabel angeschlossen wird. Mittels des parabolischen Einsatzstücks wird im Eingangsbereich des TEM-Wellenleiters eine Impedanzanpassung erzielt, die erforderlich ist, da die Geometrie der N-Kontaktbuchse zylindrisch, die des TEM-Wellenleiters jedoch rechteckförmig ist. Erfindungsgemäß wird somit ein refle­ xionsarmer Übergang von der zylindrischen Struktur auf die rechteckförmige Struktur erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in einer Zeichnung abgebildet ist, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung mit Blick in das Innere des Wel­ lenleiters durch Aufbrüche in Wänden des Außenleiters;

Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1 mit Blick auf die Außenseite der Rückwand;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Außenleiter parallel zum Innenleiter;

Fig. 4 einen Längsschnitt wie in Fig. 3, jedoch senkrecht zum Innen­ leiter;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Rückwand der Vorrichtung nach Linie V-V der Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen schematisch dargestellten Innenleiter.

Aus den Fig. 1 und 2 läßt sich entnehmen, wie ein zu der Vorrichtung gehöriger TEM-Wellenleiter aus einem geschlossenen Außenleiter 1 sowie einem in dessen Inneren asymmetrisch angeordneten plattenförmigen Innenleiter 2 besteht.

Der Außenleiter 1 wird von vier in einer Spitze 3 zusammenlaufen den Wänden 4, 5, 6 und 7 gebildet und weist die Form einer Pyramide mit rechteckiger Grund­ fläche auf. Der TEM-Wellenleiter wird von einer Rückwand 8 abgeschlossen, die aus einem elektrisch und magnetisch leitenden Material besteht und mit den elektrisch leitenden Wänden 4, 5, 6 und 7 elektrisch leitend verbunden ist. In der Rückwand 8 befindet sich ein Schlitz 9, durch den der Innenleiter 2 auf dessen gesamter Breite geführt wird. Auf der Innenseite der ebenen Rückwand 8 sind HF-Absorber 10 angeordnet, die als Plattenabsorber ausgebildet sind. Als Platten­ absorber werden in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 handelsübliche Ferritkacheln verwendet, die magnetisch leitend mit der Innenseite der Rückwand 8 verbunden sind. Bei der Verwendung einer Vielzahl von Ferritkacheln ist darauf zu achten, daß die zwischen einzelnen Ferritkacheln befindlichen Luftspalte nicht mehr als unge­ fähr 0,2 mm betragen, damit sich ein durchgehender magnetischer Fluß parallel zur Ebene der Rückwand 8 ergibt. Ein Leitungsabschluß 11 des Innenleiters 2 ist als Widerstandsnetzwerk 12 ausgebildet. Das Widerstandsnetzwerk 12 wiederum besteht aus einer Mehrzahl von Printplatten 13, auf denen eine Vielzahl von SMD-Widerständen 13′ angeordnet sind. Das Widerstandsnetzwerk 12 ist mittels eines Abdeckelements 13′′, das nach außen abnehmbar ist, abgedeckt.

Ein in der Vorrichtung zu prüfendes elektrisches oder elek­ tronisches Gerät G kann durch eine Klappe K in der Wand 4 des Außenleiters 1 in das Innere des TEM-Wellenleiters eingebracht werden. Aufgrund der asymmetri­ schen Anordnung des Innenleiters 1 beträgt dessen Abstand zur Wand 5 ungefähr nur ein Drittel des Abstandes von der Wand 6, so daß sich zwischen dem Innenlei­ ter 2 und der Wand 6 ein großes zu Prüfzwecken zur Verfügung stehendes Volu­ men ergibt.

In den Fig. 3 und 4 ist dargestellt, wie im Bereich einer abgeflachten Spitze 14 des pyramidenförmigen Außenleiters 1 an den Innenseiten der senkrecht zum Innenlei­ ter 2 stehenden Wände 4 und 7 des Außenleiters 1 ein parabolisches, zur Pyrami­ denlängsachse symmetrisches Einsatzstück 15 angeordnet ist. Der Innenleiter 2 ist im Abstand zu diesem Einsatzstück 15 angeordnet und weist an seinem Ende eine entsprechend dem Einsatzstück 15 angepaßte parabelförmige Kontur auf. Über eine laschenförmige Steckverbindung 16 ist der Innenleiter 2 mit einem Zentralkon­ takt einer N-Kontaktbuchse 17 verbunden. Der Außenleiter dieser N-Kontaktbuchse 17 ist mit dem aus einem metallischen Material bestehenden Einsatzstück 15 verbunden. An die N-Kontaktbuchse 17 wird ein herkömmliches, nicht abgebilde­ tes Koaxialkabel angeschlossen, um entsprechende elektromagnetische Wellen in den TEM-Wellerleiter einzuspeisen.

Aus Fig. 5 läßt sich entnehmen, wie das Widerstandsnetzwerk 12 in einer Aus­ sparung innerhalb der Rückwand 8 angeordnet und von dem abnehmbaren Ab­ deckelement 13′′ abgedeckt ist. Die Printplatten 13 erstrecken sich sowohl ober­ halb als auch unterhalb des durch den Schlitz 9 geführten Innenleiters 2. Die SMD-Widerstände 13′ sind auf den Printplatten 13 jeweils beidseitig und in einer zur jeweiligen Printplatte 13 senkrechten Richtung zueinander versetzt angeordnet. Die als Ferritplattenabsorber ausgebildeten HF-Absorber 10 sind einschichtig auf der Rückwand 8 angeordnet.

Fig. 6 zeigt, wie ein Innenleiter 2 mit Schlitzen 18 versehen ist, die im wesentli­ chen parallel zu den nicht abgebildeten, senkrecht zum Innenleiter 2 angeordneten Wänden des Außenleiters verlaufen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur EMI-Prüfung elektronischer Geräte mit einem sich pyrami­ denförmig aufweitenden TEM-Wellenleiter, welcher einen geschlossenen Außenleiter und einen so asymmetrisch angeordneten, plattenförmigen Innenleiter aufweist, daß dessen senkrechter Abstand zu zwei gegenüber­ liegenden Wänden des Außenleiters unterschiedlich groß ist, und von einer Rückwand mit HF-Absorbern abgeschlossen ist, wobei der Innenleiter einen ohmschen Leitungsabschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Rückwand (8) eben und die HF-Absorber (10) als Ferritplatten­ absorber ausgebildet sind,
• - als Leitungsabschluß (11) ein Widerstandsnetzwerk (12) aus auf Printplatten (13) angeordneten SMD-Widerständen (13′) vorgesehen ist und
• - das Widerstandsnetzwerk (12) senkrecht zur Wellenausbreitungs­ richtung hinter den HF-Absorbern (10) außerhalb des TEM-Wellenlei­ ters angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem innerhalb der Rückwand (8) angeordneten Widerstandsnetzwerk (12) ein von außen abnehmbares Abdeckelement (13′′) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die SMD-Widerstände (13′) auf einer Printplatte (13) jeweils beidseitig und in einer zur Printplatte (13) senkrechten Richtung zueinander versetzt angeord­ net sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (2) Schlitze (18) aufweist, die im wesentlichen parallel zu senkrecht zum Innenleiter (2) angeordneten Wänden (4 bzw. 7) des Au­ ßenleiters (1) verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Spitze (14) des pyramidenförmigen Außenleiters (1) an den Innenseiten der senkrecht zum Innenleiter (2) angeordneten Wände (4 bzw. 7) des Außenleiters (1) ein parabolisches, zur Pyramidenlängsachse symmetrisches Einsatzstück (15) angeordnet ist, an welches der Innenleiter (2) entsprechend angepaßt ist.