DE19601348C1 - TEM-Wellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem TEM-Wellenleiter mit einem Prüfraum zur Prüfung elektromagnetischer Eigenschaften - insbesondere der EMI-Eigenschaften - eines Prüfobjektes, bei dem eine TEM-Welle durch eine Innen- und Außenleiteranordnung geführt wird und an einem Ende des TEM-Wellenleiters von einem HF-Absorber - HF-Absorberwand - zur Absorption der feldgebundenen Energie und einem ohmschen Leitungsabschluß zur Absorption der leitergebundenen Energie der TEM-Welle absorbiert wird.

Ein solcher TEM-Wellenleiter ist aus der EP 0 363 831 bekannt. Die Vorrichtung dient insbesondere zur EMI-Prüfung elektrischer Geräte (EMI = Elektromagnetic Interference), wobei die präzise definierte Feldverteilung über einen weiten Frequenzbereich die besondere Eignung der Zelle zur EMI-Messung begründet. In der Praxis werden geschlossene Wellenleiter in Form klassischer "Crawford TEM-Zellen" und "GTEM-Zellen" eingesetzt, die als Wandler von Spannungen in Felder und umgekehrt dienen. Die geschlossene Bauform der Wellenleiter vermeidet die Abgabe von Störstrahlungen an die Umwelt sowie die Beeinflussung von Meßergebnissen durch Umweltstörungen. Die Verfahren zur Anwendung von TEM-Wellenleitern werden bereits in zahlreichen nationalen Normen und Normentwürfen zur Anwendung vorgeschlagen. Besondere Bedeutung erlangt zukünftig der Grundnormentwurf IEC1000-4-20 "Prüfung von Störfestigkeit und Störaussendung in TEM-Wellenleitern". In dieser Norm werden allgemeingültige Verfahrensregeln und Regeln zur Adaption an gültige Grundnormen festgelegt.

Eine GHz-TEM-Zelle ist im Prinzip eine koaxiale Leitung, die sich von einem koaxialen Einspeisepunkt aus pyramidenförmig aufweitet. Die auch "Eintorzelle" genannte GHz-Zelle ist an ihrem Absorberende impedanzgerecht durch eine Kombination von Abschlußwiderständen und HF-Absorbern abgeschlossen. Um den sich flächenhaft erweiternden, asymmetrisch angebrachten Innenleiter breiten sich bei Einspeisung hochfrequenter Signale TEM-Wellen aus. Elektrische und magnetische Feldstärkevektoren stehen senkrecht zueinander und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Ein typischer Meßaufbau zur Felderzeugung in TEM-Wellenleitern besteht aus weitgehend aus Komponenten, die auch zur Felderzeugung in Absorberhallen verwendet werden. Der TEM-Wellenleiter ist jedoch gleichzeitig Schirmraum und Feldgenerator (Antenne). Die nach IEC 1000-4-3 vorgeschriebene Änderung der Polarisation des auf den Prüfling einwirkenden Feldes kann durch orthogonale Drehung des Prüflings bewirkt werden. In TEM-Zellen können Prüflinge auch auf ihr Abstrahlungsverhalten hin untersucht werden: dazu wird am Einspeispunkt der TEM-Zelle das vom Prüfling abgestrahlte, sich in den TEM-Mode einkoppelnde, elektromagnetische Feld als HF-Spannung mit einem selektiven Meßempfänger oder einem Spektralanalysegerät gemessen.

Die Emissionsmessungen in TEM-Zeilen erfolgen nach festen Regeln. Dabei ist davon auszugehen, daß sich ein Prüfling bezüglich seines Emissionsverhaltens im Frequenzbereich von 30 bis 1000 MHz durch eine Anordnung von 3 orthogonalen Dipolen darstellen läßt (siehe Fig. 4-6). Um die Abstrahlung jedes Dipoles zu messen, muß der Prüfling für jede Messung so im Prüfraum gedreht werden, daß jeder "Dipol" nur einmal in der "Hauptabstrahlungsrichtung" zum Innenleiter angeordnet ist. Drehpunkt ist der Prüfraummittelpunkt. In Rechenprogrammen werden die Ergebnisse der Einzelmessungen auf Freifeldwerte umgerechnet.

Bekannte Meßvorschriften schreiben zur Messung der Störfestigkeit oder Störaussendung von Geräten eine Prüfung mit vertikaler und horizontaler Antennenpolarisation in Freifeldern oder Absorberhallen vor. Bei der Anwendung herkömmlicher TEM-Wellenleiter muß der Prüfling orthogonal gedreht werden, um die wechselnde Antennenpolarisation zu simulieren. Prüflinge mit lageabhängigem EMV-Verhalten und Prüflinge, deren Funktion von der Einhaltung einer Gebrauchslage abhängt, sind in herkömmlichen Wellenleitern daher im Grunde nicht prüfbar: wegen der notwendigen orthogonalen Drehung können Prüflinge mit vorgeschriebener Gebrauchslage, wie z. B. Laserdrucker, Waschmaschinen, Spielautomaten und Analysegeräte, die Flüssigkeiten verarbeiten, in normalen TEM-Wellenleitern nicht geprüft werden. Gleichfalls problematisch gestaltet sich die Prüfung, wenn ein Prüfling - beispielsweise aufgrund lose verlegter Kabel oder unzureichend kontaktierter Baugruppen und Gehäuseteile - seine EMV-Eigenschaften durch die orthogonale Drehung verändert.

Zur Lösung dieses Problemes gibt es nach dem Stand der Technik im wesentlichen zwei Ansätze: die sogenannte "Triple TEM-Zelle" und die "Hyper rotated GTEM-Cell". Die Triple-TEM-Zelle ist eine TEM-Zelle mit zwei zueinander senkrecht angeordneten starren Innenleitern. Durch Umschaltung der eingespeisten Leistung auf den jeweils felderzeugenden Innenleiter wird dann ein horizontal oder vertikal polarisiertes Feld erzeugt. Wegen der dabei verwendeten Femtabsorber ist die Anwendung der Triple-TEM-Zelle z.Zt. jedoch auf einen Frequenzbereich unterhalb 1 GHz beschränkt.

Die Hyper-Rotated-GTEM-Zelle ist im Prinzip eine normale GTEM-Zelle, die in ihrer Gesamtheit in spezieller Weise um den Prüfling gedreht wird, um die Feldpolarisation in der gewünschten Weise zu verändern, während der Prüfling seine Gebrauchslage beibehält. Der dazu erforderliche Aufwand (Raumhöhe, Statik) ist erheblich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine TEM-Zelle zu schaffen, mit der auch eine Messung von Prüfobjekten mit vorgeschriebener Gebrauchslage bei einfacher baulicher Gestaltung der Zelle auf einfache Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Dabei ist wenigstens kein Teilabschnitt des Innenleiters derart relativ zum Außenleiter verdrehbar, daß eine Veränderung der Feldpolarisation gegenüber dem im Prüfraum befindlichen Objekt erfolgt.

Diese Maßnahme gründet also - ausgehend von den Gestaltungsprinzipien einer normalen GTEM-Zelle - auf der Idee einer Verdrehbarkeit des Innenleiters im bzw. gegenüber dem Außenleiter. Mit der Erfindung wird die Feldpolarisation im TEM-Wellenleiter, bezogen auf die Gebrauchslage des Prüflings veränderlich gestaltet, ohne daß die sonstigen Eigenschaften des Wellenleiters nennenswert verändert bzw. negativ beeinflußt werden. Insbesondere wird der benötigte Bauraum fast nicht verändert. Ebenfalls denkbar ist eine nachträgliche Umrüstung bestehender Geräte.

Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Wesentliche weitere vorteilhafte Merkmale der "Horizontal/Vertikal-GTEM-Zelle" ergeben sich durch:

• - einen quadratischen Querschnitt des Außenleiters;
• - die Drehbarkeit von Innenleiter und Absorberwand mit Abschlußwiderstand zur Änderung der Feldpolarisation;
• - die Verwendung eines flexiblen, leichten Innenleiters aus einem leitfähigen Textilmaterial;
• - einen asymmetrisch zur Zellenachse angeordneten Prüfraum.

Zur Änderung der Feldpolarisation wird der flexible Innenleiter in sich verdreht, und zwar zwischen einem starr angeordneten ersten Innenleiterteil im Einspeisebereich und einem zweiten Abschnitt, der an der um 90° verdrehbar angeordneten Absorberwand befestigt ist. In den beiden Endpositionen des Innenleiters ergeben sich unterschiedliche Positionen des potentiellen Prüfraumes. Da die Prüflingsposition auf dem Drehteller für beide Feldpolarisationen beibehalten werden soll, kann als Kompromiß ein zum Innenleiter asymmetrisch angeordneter Prüfraum gewählt werden.

Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine kegelsegmentförmige Ausführungsform des flächenhaften Innenleiters gewählt. Dabei wird das Kegelsegment (z. B. 90°-Segment) in einer ggf. halbkreisförmigen Kontaktbahn der Absorberwand geführt, so daß der kegelsegmentförmige Innenleiter mit seinen Abschlußwiderständen um 90° gedreht werden kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des TEM-Wellenleiters,

Fig. 2 und 3 eine schematische Darstellung des Prüfraumes

Fig. 4 bis 6 eine Darstellung eines Prüfobjektes in einer TEM-Zelle nach dem Stand der Technik.

Zunächst sei Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer TEM-Zelle 1 mit einem Prüfraum 2 (siehe hierzu Fig. 3) zur Prüfung elektromagnetischer Eigenschaften - insbesondere der EMI-Eigenschaften - eines Prüfobjektes, bei dem eine TEM-Welle zwischen einem Innenleiter 3 und einem Außenleiter 4 (pyramidenförmig aufgeweitet) geführt wird und an einem Ende des TEM-Wellenleiters 1 von einem HF-Absorber - HF-Absorberwand (nicht dargestellt) - zur Absorption der feldgebundenen Energie und einem ohmschen Leitungsabschluß zur Absorption der leitergebundenen Energie der TEM-Welle absorbiert wird. Dabei sind die Absorberwand sowie die ohmschen Leitungsabschlüsse drehbar angeordnet.

Der Innenleiter 3 besteht aus einem flexiblen, Flachmaterial und ist in sich verdrehbar angeordnet. Dazu ist ein erster Teilabschnitt 3a des Innenleiters im Einspeisebereich des Wellenleiters diagonal fixiert (in Fig. 1 im Hintergrund) und ein weiterer Teilabschnitt 3b an der drehbaren Absorberwand befestigt. Die um 90° verdrehte Position ist an ihrer grauen Schattierung erkennbar (3b′).

Wie in Fig. 2 zu erkennen, ergeben sich damit allerdings in den beiden Endlagen des Innenleiters 3 unterschiedliche Prüfraumpositionen (2a und 2b). Da die Prüflingsposition auf einem Drehteller 5 (mit Drehachse 7) in beiden Feldpolarisationen beibehalten werden soll, kann als Kompromiß ein zum Innenleiter 3 asymmetrisch angeordneter Prüfraum 2 vorteilhaft sein (2′ in Fig. 3). Ein erweiterter Prüfraum 6 dient zur Messung mehrerer Prüflinge.

Zusammenfassend wird die Änderung der Feldpolarisation bei der TEM-Zelle (HN-GTEM-Zelle) in einfacher Weise durch eine Relativerdrehung zwischen dem Innen- und dem Außenleiter erreicht.

Claims (9)

1. TEM-Wellenleiter (1) mit einem Prüfraum (2) zur Prüfung elektromagnetischer Eigenschaften - insbesondern der EMI-Eigenschaften - eines Prüfobjektes, bei dem eine TEM-Welle durch einen Innen- und einen Außenleiter (3, 4) geführt wird und an einem Ende des TEM-Wellenleiters (1) von einem HF-Absorber - HF-Absorberwand - zur Absorption der feldgebundenen Energie und einem ohmschen Leitungsabschluß zur Absorption der leitergebundenen Energie der TEM-Welle absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teilabschnitt (3b) des Innenleiters (3) derart relativ zum Außenleiter (4) verdrehbar ist, daß eine Veränderung der Feldpolarisation gegenüber dem Prüfraum (2) erfolgt.

2. TEM-Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberwand und der ohmsche Leitungsabschluß drehbar angeordnet ist.

3. TEM-Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (3) aus einem flexiblen, flächenhaften Material besteht.

4. TEM-Wellenleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (3) in sich verdrehbar ist.

5. TEM-Wellenleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein erster Teilabschnitt (3a) des Innenleiters im Einspeisebereich des Wellenleiters (1) diagonal fixiert ist;
• - der weitere Teilabschnitt (3b) an der drehbaren Absorberwand fixiert ist.

6. TEM-Wellenleiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine drehbare, kegelförmige Aufweitung des Innenleiters (3) im Einspeisebereich.

7. TEM-Wellenleiter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine gesamte kegelsegmentförmige Ausführung des flächenhaften Innenleiters (3).

8. TEM-Wellenleiter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine halbkreisförmige Kontaktbahn in der Absorberwand, in welcher der kegelsegmentförmige Innenleiter (3) mit seinen Abschlußwiderständen um 90° gedreht werden kann.

9. TEM-Wellenleiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• - quadratischer Querschnitt des Außenleiters (4);
• - Drehbarkeit von Innenleiter (3) und Absorberwand mit Abschlußwiderstand zur Änderung der Feldpolarisation;
• - Verwendung eines flexiblen, leichten Innenleiters (3) aus einem leitfähigen Textilmaterial;
• - asymmetrische Anordnung des Prüfraumes (2) relativ zur Zellenhauptachse.