DE19601348C1

DE19601348C1 - TEM waveguide for electromagnetic interference characteristics testing

Info

Publication number: DE19601348C1
Application number: DE1996101348
Authority: DE
Inventors: Dietrich Steinbach
Original assignee: Knorr Bremse Electronic GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Electronic GmbH
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: WO1997026545A1

Abstract

The invention concerns a TEM waveguide (1) with a test zone (2) for testing the electromagnetic properties of a test specimen, a TEM wave being guided along an inner and an outer line (3, 4) and absorbed at one end of the TEM waveguide (1) by an HF absorber or HF absorber wall which absorbs the field-dependent energy and, optionally, by an ohmic line termination designed to absorb the line-dependent TEM-wave energy. The waveguide is characterized in that at least one section (3b) of the inner line (3) can be rotated relative to the other line (4) so that the field polarization with respect to the specimen in the test zone (2) is changed.

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.The invention is based on a TEM waveguide with a test room for testing electromagnetic properties - especially the EMI properties - of one Test object, in which a TEM wave through an inner and outer conductor arrangement is guided and at one end of the TEM waveguide by an RF absorber - HF absorber wall - for absorption of field-bound energy and one ohmic line termination for absorption of the conductor-bound energy of the TEM wave is absorbed.

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.Such a TEM waveguide is known from EP 0 363 831. The The device is used in particular for EMI testing of electrical devices (EMI = Electromagnetic interference), whereby the precisely defined field distribution over a wide frequency range the special suitability of the cell for EMI measurement justified. In practice, closed waveguides are becoming more classic "Crawford TEM cells" and "GTEM cells" used as transducers from Tensions in fields and vice versa. The closed design of the Waveguide avoids the emission of interference radiation to the environment as well as the Influencing measurement results by environmental disturbances. The procedures for TEM waveguides are already being used in numerous national applications Standards and draft standards proposed for use. Special meaning will in future achieve the basic standard draft IEC1000-4-20 "Testing immunity and interference emission in TEM waveguides ". This standard Procedural rules and rules for adaptation to valid basic standards set.

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.In principle, a GHz TEM cell is a coaxial line that extends from one coaxial feed point expanded from pyramid-shaped. The also "one-gate cell" called GHz cell is impedance-matched at its end by a Combination of terminating resistors and HF absorbers completed. To the area-widening, asymmetrically attached inner conductors spread TEM waves when high-frequency signals are fed in. Electrical and magnetic field strength vectors are perpendicular to each other and perpendicular to Direction of propagation.

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.A typical measurement setup for field generation in TEM waveguides consists of largely from components that are also used to generate fields in absorber halls be used. However, the TEM waveguide is both a screen space and Field generator (antenna). The change of the prescribed according to IEC 1000-4-3 Polarization of the field acting on the test object can be determined by orthogonal Rotation of the device under test. In TEM cells, test objects can also be on it The radiation behavior can be investigated: the TEM cell the radiation emitted by the test object, which couples into the TEM mode electromagnetic field as RF voltage with a selective measuring receiver or a spectral analyzer.

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.The emission measurements in TEM lines are carried out according to fixed rules. It can be assumed that a test object can be represented in terms of its emission behavior in the frequency range from 30 to 1000 MHz by an arrangement of 3 orthogonal dipoles (see Fig. 4-6). In order to measure the radiation of each dipole, the test specimen must be rotated for each measurement in the test room so that each "dipole" is only arranged once in the "main radiation direction" to the inner conductor. The fulcrum is the center of the test room. The results of the individual measurements are converted to free field values in computer programs.

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.Known measurement regulations write for measuring immunity or Interference emission from devices a test with vertical and horizontal Antenna polarization in free fields or absorber halls. When using With conventional TEM waveguides, the test object must be rotated orthogonally in order to to simulate the changing antenna polarization. DUTs with position dependent EMC behavior and test objects whose function depends on compliance with a Depending on the position of use, there are basically not in conventional waveguides testable: due to the necessary orthogonal rotation, test specimens can be prescribed position of use, such as. B. laser printers, washing machines, Slot machines and analyzers that process liquids in normal TEM waveguides cannot be tested. The is also problematic Testing if a test object - for example due to loose cables or inadequately contacted assemblies and housing parts - his EMC properties changed by the orthogonal rotation.

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.To solve this problem, there are essentially the prior art two approaches: the so-called "Triple TEM cell" and the "Hyper rotated GTEM cell ". The triple TEM cell is a TEM cell with two mutually perpendicular arranged rigid inner conductors. By switching the fed power a horizontal or vertical is then applied to the respective field-generating inner conductor polarized field generated. Because of the femtabsorber used, the Use of the triple TEM cell currently however to a frequency range below 1 GHz limited.

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.The hyper-rotated GTEM cell is, in principle, a normal GTEM cell, which in its The whole is rotated in a special way around the test object to the Change field polarization in the desired way while the device under test maintains its position of use. The effort required (room height, statics) is significant.

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.The object of the invention is to provide a TEM cell with which one Measurement of test objects with prescribed use position with simple structural design of the cell is possible in a simple manner.

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. This object is achieved with the subject matter of claim 1. At least no section of the inner conductor is relative to the outer conductor rotatable that a change in the field polarization compared to that in Object located in the test room.

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.This measure is therefore based on the design principles a normal GTEM cell - based on the idea that the inner conductor can be rotated in the or towards the outer conductor. With the invention, the field polarization in TEM waveguide, variable in relation to the position of use of the test specimen designed without the other properties of the waveguide worth mentioning be changed or influenced negatively. In particular, the required Installation space almost unchanged. Retrofitting is also conceivable existing devices.

Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Embodiments of the invention are in the subclaims specified.

Wesentliche weitere vorteilhafte Merkmale der "Horizontal/Vertikal-GTEM-Zelle" ergeben sich durch:Significant further advantageous features of the "horizontal / vertical GTEM cell" result from:

- A square cross section of the outer conductor;
- The rotatability of the inner conductor and absorber wall with terminating resistor to change the field polarization;
- The use of a flexible, light inner conductor made of a conductive Textile material;
- A test room arranged asymmetrically to the cell axis.

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.To change the field polarization, the flexible inner conductor is twisted, and between a rigidly arranged first inner conductor part in the feed area and a second section, which is arranged on the rotatable by 90 ° Absorber wall is attached. Result in the two end positions of the inner conductor different positions of the potential test room. Since the Maintain the specimen position on the turntable for both field polarizations As a compromise, an asymmetrical arrangement of the inner conductor can be used Test room can be selected.

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. In another particularly preferred embodiment of the invention, a conical segment-shaped embodiment of the planar inner conductor selected. The cone segment (e.g. 90 ° segment) is in a semicircular if necessary Contact path of the absorber wall guided so that the cone segment Inner conductor with its terminating resistors can be rotated by 90 °.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des TEM-Wellenleiters, Fig. 1 is a schematic representation of the operation of the TEM waveguide,

Fig. 2 und 3 eine schematische Darstellung des Prüfraumes Fig. 2 and 3 a schematic representation of the test chamber

Fig. 4 bis 6 eine Darstellung eines Prüfobjektes in einer TEM-Zelle nach dem Stand der Technik. FIGS. 4 to 6 is an illustration of a test object in a TEM cell of the prior art.

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.First, FIG. 1 is described. Fig. 1 shows a schematic representation of a TEM cell 1 with a test room 2 (see Fig. 3) for testing electromagnetic properties - in particular the EMI properties - of a test object, in which a TEM wave between an inner conductor 3 and an outer conductor 4 (expanded pyramid-shaped) and is absorbed at one end of the TEM waveguide 1 by an RF absorber - RF absorber wall (not shown) - for absorbing the field-bound energy and an ohmic line termination for absorbing the conductor-bound energy of the TEM wave . The absorber wall and the ohmic line terminations are rotatably arranged.

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′).The inner conductor 3 consists of a flexible, flat material and is rotatably arranged. For this purpose, a first part portion 3 a of the inner conductor in the feed region of the waveguide (in Fig. 1 in the background) is diagonally fixed and another part section 3 b to the rotary absorber wall mounted. The position rotated by 90 ° can be recognized by its gray shading ( 3 b ′).

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.As can be seen in FIG. 2, this results in 3 different test space positions ( 2 a and 2 b) in the two end positions of the inner conductor. Since the specimen position on a turntable 5 (with axis of rotation 7 ) is to be maintained in both field polarizations, a test space 2 asymmetrically arranged with respect to the inner conductor 3 can be advantageous as a compromise ( 2 'in FIG. 3). An extended test room 6 is used to measure several test objects.

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.In summary, the change in field polarization at TEM cell (HN-GTEM cell) in a simple way through a Relative rotation between the inner and outer conductor reached.

Claims

1. TEM waveguide ( 1 ) with a test room ( 2 ) for testing electromagnetic properties - in particular the EMI properties - of a test object in which a TEM wave is guided through an inner and an outer conductor ( 3 , 4 ) and on one end of the TEM waveguide ( 1 ) is absorbed by an HF absorber - HF absorber wall - for absorbing the field-bound energy and an ohmic line termination for absorbing the conductor-bound energy of the TEM wave, characterized in that at least one section ( 3 b ) of the inner conductor ( 3 ) can be rotated relative to the outer conductor ( 4 ) in such a way that the field polarization changes relative to the test space ( 2 ).

2. TEM waveguide according to claim 1, characterized in that the Absorber wall and the ohmic line termination is rotatably arranged.

3. TEM waveguide according to claim 1 or 2, characterized in that the inner conductor ( 3 ) consists of a flexible, flat material.

4. TEM waveguide according to claim 3, characterized in that the inner conductor ( 3 ) is rotatable in itself.

5. TEM waveguide according to claim 4, characterized in that

- a first part portion (3 a) is diagonally fixed in the feed section of the inner conductor of the waveguide (1);
- The further section ( 3 b) is fixed to the rotatable absorber wall.

6. TEM waveguide according to one of the preceding claims, characterized by a rotatable, conical widening of the inner conductor ( 3 ) in the feed area.

7. TEM waveguide according to claim 5, characterized by an entire conical segment-shaped design of the planar inner conductor ( 3 ).

8. TEM waveguide according to claim 7, characterized by a semicircular contact path in the absorber wall, in which the conical segment-shaped inner conductor ( 3 ) with its terminating resistors can be rotated by 90 °.

9. TEM waveguide according to one of the preceding claims, characterized by the combination of the following features:

- Square cross section of the outer conductor ( 4 );
- Rotation of inner conductor ( 3 ) and absorber wall with terminating resistor to change the field polarization;
- Use of a flexible, light inner conductor ( 3 ) made of a conductive textile material;
- Asymmetrical arrangement of the test room ( 2 ) relative to the main cell axis.