DE19626931A1 - Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglichkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromag­ netische Verträglichkeit mit einem Meßraum mit einem Meßempfän­ ger, vorzugsweise eine Antenne umfassend, und mit einem Meßsen­ der, vorzugsweise ebenfalls eine Antenne umfassend.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglichkeit innerhalb eines Meßraumes.

Bei der Überprüfung bzw. Bestimmung der elektromagneti­ schen Verträglichkeit ist sowohl daran gedacht, zu ermitteln, inwieweit die zu überprüfenden Geräte bzw. Prüfobjekte selber fremde elektromagnetische Strahlung in Form von Störaussendungen vertragen, ohne in ihrer Funktion beeinträchtigt zu werden, als auch daran gedacht, zu ermitteln, inwieweit die zu prüfenden Ge­ räte für den Menschen aufgrund der von den Geräten bei ihrem Be­ trieb ausgesandten eigenen elektromagnetischen Strahlung, soge­ nannter Elektrosmog, verträglich sind. Für eine solche Überprü­ fung muß das zu überprüfende Gerät also mit Hilfe einer Sende­ antenne einer Störaussendung ausgesetzt werden, und es muß die eigene Strahlungsaussendung des Gerätes mit einer Meßantenne er­ faßt werden.

Derartige Messungen sollten nur auf sogenannten Freifel­ dern durchgeführt werden. Dabei würden also das zu prüfende Ge­ rät und die Empfangsantenne zum Empfang der vom Gerät ausgesand­ ten elektromagnetischen Strahlung, bzw. die Sendeantenne zur Aussendung von Störstrahlung auf einem freien Feld installiert.

Durch Wettereinflüsse und sonstige Umwelteinflüsse sind derartige Messungen jedoch störanfällig und daher ungenau bzw. zeitaufwendig, um entsprechende Störeinflüsse zu vermeiden bzw. um über häufige Messungen zur Eliminierung der Störeinflüsse zu mitteln.

Es ist aus diesen Gründen ab dem 1. Januar 1996 aufgrund einer europäischen Gesetzgebung erlaubt, derartige Messungen auch in großen Meßhallen durchzuführen, die die Meßumgebung von Umwelteinflüssen freihalten, aber dennoch Messungen ermöglichen, die mit Freifeldversuchen vergleichbar sind. Entsprechend groß müssen derartige Meßhallen ausgeführt werden.

Bei den Meßhallen werden zwar Umwelteinflüsse vermieden bzw. minimiert, es treten jedoch an deren Stelle ebenso unange­ nehme andere Störungen auf, die durch die Begrenzungsflächen der Meßhalle auftreten und seien die Meßhallen noch so groß. Von den Geräten bzw. einem Störsender ausgesandte elektromagnetische Strahlung wird nämlich von den Hallenwänden und insbesondere von dem Hallenboden reflektiert, so daß es zu Interferenzen mit der direkt zu messenden Strahlung kommt, die die Meßergebnisse ver­ fälschen.

Um diesen Halleneinflüssen besser Rechnung tragen zu können, werden die entsprechenden Meßhallen nicht nur sehr groß, insbesondere auch sehr hoch ausgeführt, sondern es werden auch die Hallenwände und die Hallendecke mit Absorbern ausgekleidet, und zwar mit relativ voluminösen, in den Hallenraum vorstehenden Absorbern, die mit kachelartigen Grundplatten an den entspre­ chenden Flächen befestigt werden und unter Verwendung von Schaumstoff nur den elektrischen Anteil der elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Aufgrund dieser Absorber an den Wänden und Decken und der entsprechenden Baugröße der Hallen, können Reflexionen an den Hallenwänden und Decken letztlich vernach­ lässigt werden. Insbesondere ist die für derartige Messungen gestellte Forderung erfüllt, daß die, insbesondere bei der Er­ mittlung der sogenannten Streckendämpfung einer zu verwendenden Meßstrecke, zwischen der Meßantenne und dem zu prüfenden Gerät verwendeten maximalen Eichpegel nur um +/- 4 dB von Normpegeln abweichen dürfen.

Bei der Bestimmung dieser Streckendämpfung, die als Vor­ bereitung für die Emissionsmessung notwendig ist, also für die­ jenige Messung, bei der die Aussendung des zu prüfenden Gerätes selbst bestimmt wird, wird das zu prüfende Gerät zunächst einmal mit einer Sendeantenne simuliert, die im Abstand der Meßstrecke zu der installierten Empfangsantenne steht. Da je nach verwende­ ter Wellenlänge bzw. verwendeter Frequenz die Empfangsfeldstärke sich ändert, wird die Streckendämpfung mit einer höhenvariablen Antenne, mittels eines sogenannten "Höhenscans" ermittelt, bei dem die Meßantenne auch bei vertikaler Polarisation unter Um­ ständen bis auf 4 m Höhe ausgefahren werden muß, wenn beispiels­ weise Meßstrecken zwischen 3 m und 10 m vorgesehen sein sollen. Eine entsprechende Deckenhöhe muß also die verwendete Meßhalle haben. Sind durch die Hallengröße und die verwendeten Absorber die Reflexionen an den Wänden und der Decke letztlich vernach­ lässigbar, so ist dies nicht für die Reflexionen auf dem Boden in gleicher Weise erzielbar. Deshalb wird im Hinblick auf den Boden quasi aus der Not eine Tugend gemacht, und es werden Bo­ denplatten (groundplanes) verwendet, die gerade Bodenreflexionen der zu messenden Strahlung begünstigen.

Da mittlerweile den Hallenmessungen, aufgrund der ge­ nannten Umwelteinflüsse, gegenüber Freifeldmessungen der Vorzug gegeben wird, enthalten die Normwerte für die zu überprüfenden Geräte hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit diese bei den Hallenmessungen zu erwartenden Grundreflexionen.

Auch dies führt allerdings unter Umständen zu Meßfehlern bzw. Normabweichungen, da nicht bei jeder Messung bzw. jeder Halle eine 100%ige Grundreflexion, wie sie mittlerweile in den Normen vorausgesetzt wird, erreicht wird.

Alles in allem ist die Bereitstellung einer normgerech­ ten Meßhalle und die Durchführung der normgerechten Messungen ungeheuer kostenaufwendig, so daß derartige Messungen, zu deren mehr oder weniger amtlicher Durchführung ein Hersteller elektri­ scher oder elektronischer Geräte verpflichtet ist, einen sehr großen Kostenfaktor bei der Produktion bzw. Entwicklung neuer Geräte darstellen.

Dabei muß der Hersteller damit rechnen, daß neu ent­ wickelte Geräte die Verträglichkeitsüberprüfung nicht gleich beim ersten Mal bestehen, sondern aufgrund der entsprechenden Messungen die von ihm neu zu produzierenden Geräte noch einmal überarbeitet und danach noch einmal vermessen werden müssen. Ein Gerätehersteller muß also damit rechnen, daß er für neu entwic­ kelte Geräte sogar mehrfach die entsprechenden kostenaufwendigen Messungen durchführen lassen muß.

Es wäre daher wünschenswert, wenn er einigermaßen ko­ stengünstig vor der offiziellen Durchführung einer Verträglich­ keitsmessung in einer normgerechten Halle die Möglichkeit hätte, zu überprüfen, ob die von ihm neu entwickelten Geräte voraus­ sichtlich derartige Messungen bestehen werden oder ob er tun­ lichst vor der Durchführung entsprechender offizieller Messungen seine Geräte im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglich­ keit noch überarbeiten sollte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit der bzw. mit dem kostengünstig vorab Geräte hin­ sichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit daraufhin überprüft werden können, ob sie voraussichtlich eine entspre­ chende offizielle Messung bestehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhandene Meßraum nicht als normgerechte Meßhalle mit entsprechend ausgedehnter Größe ausgebildet ist, sondern als Meßkammer ausgebildet ist, deren größte Ausdehnung klein ist gegen die größte vorkommende Wellenlänge der elektromagnetischen Meßwellen. Allerdings sollte die Meßkammer groß genug sein, daß ein Prüfobjekt von etwa einem m³ Volumen, z. B. eine Waschmaschine, über Meßstrecken von mehreren Metern vermessen werden könnte.

Erfinderisch ist also im vorliegenden Zusammenhang schon die Idee, überhaupt Voruntersuchungen mit Hilfe einer kleinen kompakten Meßkammer kostengünstig durchzuführen, um insbesondere mehrfache kostenintensive offizielle Messungen vermeiden zu können.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Meßkammer kann einem Ge­ rätehersteller eine kostengünstige Messung angeboten werden, die ihm die Sicherheit gibt, daß er ggf. auch die offizielle Messung mit seinen Geräten bestehen wird, so daß sich die entsprechende Investition für diese Messungen beim bisherigen Entwicklungs­ stadium seiner Geräte bereits lohnt.

Dazu muß natürlich versucht werden, die bei der erfin­ dungsgemäßen Meßkammer von einer normgerechten Meßhalle abwei­ chenden Gegebenheiten im Rahmen der Messung zu berücksichtigen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung, für die auch selbständiger Schutz beansprucht wird, ist die Meßkammer, vor­ zugsweise allseitig, mit Absorbern zur Absorption elektromagne­ tischer Wellen ausgekleidet, und zwar mit Absorbern, die auch den magnetischen H-Anteil der elektromagnetischen Wellen absor­ bieren, z. B. Absorber auf ferritischer Basis.

Es wird also bei der kleinen erfindungsgemäßen Meßkammer dafür gesorgt, daß möglichst Reflexionen von elektromagnetischen Wellen allseitig vermieden werden, insbesondere auch auf dem Boden der Meßkammer. Es wird also nur die direkte Strahlung gemessen.

Da allerdings bei den normgerecht zu verwendenden Meß­ hallen für eine Grundreflexion gesorgt wird und die entsprechen­ den reflektierten Anteile in den zur Verfügung stehenden Normda­ ten mit enthalten sind, ist nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung, für die ebenfalls selbständiger Schutz bean­ sprucht wird, vorgesehen, daß zum besseren Vergleich der erfin­ dungsgemäß gewonnenen Meßdaten mit den zur Verfügung stehenden Normdaten die erfindungsgemäße Vorrichtung eine rechnergestützte Simulationseinrichtung zur Simulation bzw. Errechnung von nicht absorbierenden Kammerflächen reflektierter elektromagnetischer Wellen bei einer bestimmten gemessenen direkten Abstrahlung elektromagnetischer Wellen vom Prüfobjekt zum Meßempfänger und zur vektoriellen Addition dieses fiktiven Reflexionsanteils zur gemessenen direkten Abstrahlung umfaßt.

Bei der erfindungsgemäßen Meßkammer wird also mit Vor­ teil dafür gesorgt, daß keine Reflexionen auftreten, sondern nur die direkte Abstrahlung gemessen wird, daß aber anhand der Mes­ sung ausgerechnet wird, welcher Reflexionsanteil aufgetreten wäre, wenn beispielsweise eine Meßhalle mit einer Grundreflexion verwendet worden wäre. Die auf diese Weise korrigierten Meßdaten können dann unmittelbar mit den aufgrund von normgerechten Meß­ hallen-Messungen gewonnenen Normdaten verglichen werden, so daß unmittelbar beispielsweise einem Gerätehersteller mitgeteilt werden kann, ob die mit einer erfindungsgemäßen Meßkammer gewon­ nenen Meßdaten mit den bei einer Hallenmessung zu erfüllenden Normdaten übereinstimmen, er sich also getrost einer solchen Hallenmessung mit seinen Geräten stellen darf oder ob die ge­ messenen Geräte überarbeitet werden müssen.

Andere Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen beispielsweise vor, daß die verwendeten Absorber mit di­ elektrischen Auflagen weiter verbessert werden.

Außerdem ist vorzugsweise nur eine einzige Antenne vor­ gesehen, die sowohl als Meßantenne als auch als Sendeantenne für Störaussendungen verwendet wird.

Damit mit dieser Antenne unterschiedliche Polarisations­ ebenen erfaßt werden können, ist diese Antenne vorzugsweise schwenkbar, beispielsweise in eine horizontale und in eine ver­ tikale Stellung schwenkbar. Es können aber auch Antennengeome­ trien gefunden werden, bei denen sich eine derartige Verschwen­ kung erübrigt.

Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Meßkammer eine Antenne Verwendung finden, die fest installiert ist und insbesondere auch nicht höhenveränderbar zu sein braucht, da derartige Variationen, die bei Hallenmessungen und -eichungen notwendig wären, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die rechnerische Simulation erfaßt werden können.

Die erfindungsgemäße Meßkammer ist vorzugsweise mit einem Faraday′schen Käfig versehen, um mit der Meßkammer wiede­ rum nicht die Umgebung zu stören. Als Faraday′scher Käfig kann in an sich bekannter Weise ein allseitig geschlossener metalli­ scher Behälter dienen, dessen notwendige Zugänge für das Be­ schicken mit Prüfobjekten, für elektrische Verbindungsleitungen usw. mit Abschirmeinrichtungen und/oder elektrisch wirkenden Filtern versehen sind.

Eine nächste Weiterbildung der Erfindung, für die eben­ falls selbständiger Schutz beansprucht wird, sieht vor, daß auf dem Dach der Meßkammer eine Freimeßfläche ausgebildet ist.

Es ist auf diese Weise möglich, an Ort und Stelle, in der Meßkammer gewonnene Messungen vorsichtshalber durch Frei­ feldmessungen zu überprüfen, die ja die eigentlich gewünschten Messungen darstellen.

Die erfindungsgemäße Meßkammer kann insbesondere auf­ grund ihrer Größe mobil ausgestaltet sein, so daß mit einer solchen mobilen Meßkammer bei Bedarf auch eine Freifeld-Meßum­ gebung zur Verfügung gestellt werden kann. Dazu können bei­ spielsweise mit Hilfe von Vergrößerungsflächen die zur Verfügung stehenden Dachflächen vergrößert werden.

Bei der Messung innerhalb der Meßkammer wird aufgrund der Absorber, im Gegensatz zu Hallenmessungen und auch Freifeld­ messungen, erreicht, daß eine besonders gute Feldhomogenität er­ zielt wird.

Insbesondere eine Meßkammer-Messung der erfindungsge­ mäßen Art im Vergleich zu einer am selben Ort durchgeführten Freifeldmessung würden sich also in besonders günstiger Weise ergänzen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagneti­ sche Vertäglichkeit mittels eines Meßraumes, zeichnet sich da­ durch aus, daß die erforderlichen Messungen in einer möglichst allseitig elektromagnetische Strahlung absorbierenden Meßkammer durchgeführt werden, und die sich bei reflektierenden Kammer­ flächen ergäbenden Reflexionsanteile der elektromagnetischen Strahlung errechnet und der gemessenen Strahlung unter Berück­ sichtigung von Vektoraddition hinzugerechnet werden.

Insbesondere könnte so vorgegangen werden, daß eine für den jeweiligen Meßraum mit seinen jeweils gerade herrschenden Gegebenheit spezifische, die simulierten Reflexionsanteile ent­ haltende Korrekturdatei mit einer das Prüfobjekt simulierenden, in bestimmter Weise installierten Sendeantenne vor den Messungen erstellt wird.

Auch bei einer solchen Erstellung einer Korrekturdatei kann aber mit Vorteil eine fest installierte Sendeantenne, die nicht höhenveränderbar sein muß, sondern beispielsweise eine feste Höhe von einem Meter aufweist, verwendet werden. Während der eigentlichen Messung selbst muß erst recht kein bei Hallen­ messungen obligatorischer Antennenwechsel vorgenommen werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist schematisch in verschiedenen Ansichten in der Zeichnung dargestellt, aus der sich auch weitere erfinderische Merkmale ergeben können. Es zeigt:

Fig. 1 eine Einsicht in eine erfindungsgemäße Meßkammer von oben,

Fig. 2 eine Einsicht in die Meßkammer gemäß Fig. 1 von einer Seite und

Fig. 3 eine Stirnansicht der Meßkammer gemäß den Fig. und 2.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Meßkammer in schematischer Darstellung.

In der Fig. 1 ist erkennbar, daß die Meßkammer im we­ sentlichen einen drehbaren Teller 1 für die Positionierung eines zu überprüfenden Objektes, und eine Antenne 2 umfaßt. Die Anten­ ne 2 kann gleichermaßen als Empfangsantenne zum Empfangen vom Prüfobjekt ausgesandter Strahlung dienen, wie auch als Sendean­ tenne zur Aussendung von elektromagnetischer Störstrahlung in Richtung auf das zu prüfende Objekt.

In der Fig. 2 ist ein zu überprüfendes Objekt 3 als Vo­ lumen angedeutet. Erkennbar ist auch wieder die Antenne 2, die beispielsweise in der gewählten Darstellung radartig ausgebildet sein könnte, um das Aussenden bzw. den Empfang elektromagneti­ scher Wellen in verschiedenen Polarisationsebenen ohne Schwen­ kung der Antenne 2 zu ermöglichen.

In Fig. 3 ist die Möglichkeit angedeutet, auf dem Dach der erfindungsgemäßen Meßkammer einer ausreichend große Frei­ fläche zur Durchführung von Freifeldmessungen zu schaffen, indem Vergrößerungsflächen 4 ausgeklappt werden.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglichkeit mit einem Meßraum mit einem Meßempfänger, vorzugsweise eine An­ tenne umfassend, und mit einem Meßsender, vorzugsweise ebenfalls eine Antenne umfassend, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßraum als Meßkammer ausgebildet ist, deren größte Aus­ dehnung klein ist gegen die größte vorkommende Wellenlänge der elektromagnetischen Meßwellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer einen sie elektromagnetisch nach außen abschirmenden Faraday′schen Käfig umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faraday′sche Käfig in an sich bekannter Weise ein all­ seits geschlossener metallischer Behälter ist, dessen notwendige Zugänge für das Beschicken mit Prüfobjekten (3), für elektrische Verbindungsleitungen usw. mit Abschirmeinrichtungen und /oder elektrisch wirkenden Filtern versehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßraum im wesentlichen quader­ förmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglichkeit mit einem Meßraum, vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßraum, vorzugsweise allseitig mit Absorbern zur Absor­ bierung elektromagnetischer Wellen ausgekleidet ist.

6. Vorrichtung zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglichkeit mit einem Meßraum, vorzugsweise nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine rechnergestützte Simulationseinrichtung zur Simu­ lation bzw. Errechnung von nicht absorbierenden Kammerflächen reflektierter elektromagnetischer Wellen bei einer bestimmten gemessenen direkten Abstrahlung elektromagnetischer Wellen vom Prüfobjekt zum Meßempfänger und zur vektoriellen Addition dieses fiktiven Reflexionsanteils zur gemessenen direkten Abstrahlung umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber auf ferritischer Basis ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber mit dielektrischen Auflagen versehen sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Antenne (2) vorhanden ist, die sowohl als Meßantenne als auch als Sendeantenne vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (2) zur Erfassung verschiedener Polarisations­ ebenen schwenkbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung zur Überprüfung von elektrischen und/ oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglich­ keit mit einem Meßraum, vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Dach der Meßkammer eine Freimeßfläche ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Freimeßfläche mittels vorzugsweise ausklappbarer Vergrößerungsflächen (4) vergrößerbar ist.

13. Verfahren zur Überprüfung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten auf elektromagnetische Verträglichkeit mittels eines Meßraumes, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Messungen in einer möglichst allseitig elektromagnetische Strahlung absorbierenden Meßkammer durchge­ führt werden, und die sich bei reflektierenden Kammerflächen ergebenden Reflexionsanteile der elektromagnetischen Strahlung errechnet und der gemessenen Strahlung unter Berücksichtigung von Vektoraddition hinzugerechnet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine für den jeweiligen Meßraum mit seinen jeweils gerade herrschenden Gegebenheiten spezifische, die simulierten Reflex­ ionsanteile enthaltende Korrekturdatei mit einer das Prüfobjekt simulierenden, in bestimmter Weise installierten Sendeantenne vor den Messungen erstellt wird.