DE19919946A1

DE19919946A1 - Rückführbare, in sich abgeschlossene, programmierbare Frequenzquelle zum Durchführen von abwechselnden Vergleichen bezüglich eines Testorts und eines Testorts mit einem offenen Bereich

Info

Publication number: DE19919946A1
Application number: DE19919946A
Authority: DE
Inventors: Kenneth E Hall; David Pommerenkee; Lowell Edward Kolb
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: GB9921228D0; GB2342724A; US6150992A; GB2342724B; JP2000088906A; DE19919946B4

Abstract

Eine Ortreferenzquelle wirkt als eine programmierbare Frequenzquelle. Die Ortreferenzquelle weist eine symmetrische Strahlungseinheit auf. Die symmetrische Strahlungseinheit weist eine zylindrisch geformte Struktur, eine Signalerzeugungseinrichtung, eine Leistungsquelle und eine Antenne auf. Die Signalerzeugungseinrichtung ist innerhalb der zylindrisch geformten Struktur untergebracht. Ferner ist die Leistungsquelle innerhalb der zylindrisch geformten Struktur untergebracht. Die Leistungsquelle liefert eine Leistung zu der Signalerzeugungseinrichtung. Die Antenne befindet sich extern zu der zylindrisch geformten Struktur. Die Antenne ist mit der Signalerzeugungseinrichtung elektrisch verbunden, die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur untergebracht ist. Um Signale abzustrahlen, erzeugt die Signalerzeugungseinrichtung Signale und überträgt die Signale durch die zylindrisch geformte Struktur zu der Antenne.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetische Kom patibilitätsmessungen und befaßt sich insbesondere mit einer rückverfolgbaren, in sich abgeschlossenen, programmierbaren Frequenzquelle zum Durchführen von abwechselnden Vergleichen bezüglich eines Testorts und eines Testorts mit einem offe nen Bereich.

Um verschiedene Bestimmungen zu erfüllen und Leistungsfähig keitsanforderungen von Kunden Genüge zu tun, ist eine elek tronische Ausrüstung erforderlich, um weniger als einen maximalen Grenzwert an ungewollter elektromagnetischer Ener gie zu leiten und abzustrahlen, und es ist erforderlich, daß dieselbe einen bestimmten Pegel an Unempfindlichkeit gegen andere elektromagnetische Quellen aufweist. Meßverfahren sind in Normen, wie z. B. dem IEC 1000-4-3, dem IEC 1000-4-6, dem ANSI C63.4, dem CISPR 22 umfaßt.

Die Kopplung von Energie zu und von einem System wird nicht nur durch den Entwurf des Systems beeinflußt, sondern kann ferner durch die Charakteristika des Orts beeinträchtigt werden, der zum Testen der Ausrüstung verwendet wird.

Während der vergangenen 20 Jahre sind mehrere Ortquellen bei dem Versuch entwickelt worden, elektromagnetische-Störung- (EMI; EMI = electro-magnetic interference) -Meßorte sowohl für abgestrahlte EMI-Signale als auch für geleitete EMI-Signale zu vergleichen. Jede von diesen weist einen Hauptnachteil auf, daß die Amplitude der Signalausgabe nicht mit irgendeinem Genauigkeitsgrad von Einheit zu Einheit wiedergegeben werden konnte. Einige von den verfügbaren Produkten könnten eine Einheit-zu-Einheit-Schwankung von +/-0.5 dB spezifizieren, falls dieselben unter Verwendung desselben/derselben "Loses/Lose" von Komponenten gebaut wären. Sobald eine Einheit ausfiel, war die Referenz ver loren. Eine Einheit eines reproduzierbaren Typs war 1986 durch Hewlett-Packard Company entwickelt worden, die eine Geschäftsadresse von 3000 Hanover-Straße, Palo Alto, Kali fornien 94304 hat. Diese Einheit ging jedoch beim Transport 1996 verloren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Schaffen einer programmierbaren Frequenzquel le, die mit einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit kali brierbar ist, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bereitstellen einer programmierbaren Frequenzquelle gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrun de, eine symmetrische Strahlungseinheit für eine solche Frequenzquelle, sowie eine solche Frequenzquelle selbst zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine symmetrische Strahlungseinheit gemäß Anspruch 4 und eine Ortreferenzquelle gemäß Anspruch 6 gelöst.

Gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird eine Ortreferenzquelle beschrieben, die als eine programmierbare Frequenzquelle wirkt, die ein symme trisches Strahlungsmuster verwendet. Die Ortreferenzquelle weist eine symmetrische Strahlungseinheit auf. Die symme trische Strahlungseinheit weist eine zylindrisch geformte Struktur, eine Signalerzeugungseinrichtung, eine Leistungs quelle und eine Antenne auf. Die Signalerzeugungseinrichtung ist innerhalb der zylindrisch geformten Struktur unterge bracht. Ferner ist die Leistungsquelle innerhalb der zylin drisch geformten Struktur untergebracht. Die Leistungsquelle liefert Leistung zu der Signalerzeugungseinrichtung. Die Antenne befindet sich extern zu der zylindrisch geformten Struktur. Die Antenne ist mit der Signalerzeugungseinrich tung, die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur untergebracht ist, elektrisch verbunden. Um Signale abzu strahlen, erzeugt die Signalerzeugungseinrichtung Signale und übermittelt die Signale durch die zylindrisch geformte Struktur zu der Antenne.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die symmetri sche Strahlungseinheit zusätzlich eine faseroptische Sende/ Empfangs-Einrichtung auf. Die faseroptische Sende/Empfangs- Einrichtung empfängt Steuerungsinformationen von einer ent fernten Quelle. Die entfernte Quelle ist beispielsweise ein Computersystem, das mit einer zusätzlichen faseroptischen Sende/Empfangs-Einrichtung verbunden ist. Das Computersystem übermittelt die Steuerungsinformationen zu der symmetrischen Strahlungseinheit.

Die vorliegende Erfindung schafft eine hervorragende EMI- Meßquelle, die im Stand der Technik nicht verfügbar gewesen ist. Das beschriebene Ausführungsbeispiel in dieser Anmel dung ist einzigartig, darin, daß dasselbe eine Amplitude aufweist, die von Einheit zu Einheit kalibriert werden kann, um eine Schwankung von weniger als +/-0.1 dB des erzeugten Signals bei jeder definierten Frequenz, und zwar verwendbar von 10 kHz bis 4 GHz, und eine Kalibrierung aufzuweisen, die auf nationale und internationale Normungsgesellschaften rückführbar ist. Durch Auswählen der Kopplungsvorrichtung, um geleitet zu werden, oder eine Antenne (E-Feld oder H- Feld), um abgestrahlt zu werden, können zusammen mit den Modulierungscharakteristika die Detektortypen (Spitze, QP und Mittelwert) und alle Emissionsaspekte von 10 kHz bis 4 GHz bestimmt werden.

Hat man die korrekte Amplitude, kann die EMI-Messung verwen det werden, um eine Ortreferenzquelle zu entwickeln, die durch alle international anerkannten Normungsgesellschaften (NIST, JQL, NPL, österreichisches Forschungszentrum, BZT, usw.) gemessen werden können, die EMI-Meßorte aufweisen. Von diesen Daten kann für jede Frequenz eine Mittel- und Stan dardabweichung entwickelt werden. Dies kann dann auf andere Testorte angewendet werden, um den Unsicherheitsfehler des Orts verglichen mit den statistischen Werten für alle inter nationalen Orte zu bestimmen.

Unter Verwendung unterschiedlicher Modulierungsschemata und einer zufälligen Frequenzerzeugung können die Einheiten ver wendet werden, um die Leistungsfähigkeit/Fertigkeit der Testorte/Belegschaft für eine Bescheinigung durch die internationalen Gesellschaften (NAMAS, NVLAP, BZT, A2LA, DATech, usw.) zu bestimmen. Andere Ortquellen umfassen EMCO Royce Field Source, EMCO/ARC Ref Rad, die Universität von York CNE und Societe Moderne d'Etudes Electroniques Con ducted Emissions Generator and Comb Generator. Keine von diesen Quellen ist kalibrierbar.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die begleitenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine vereinfachte Zeichnung, die eine zylin drisch geformte Struktur zeigt, die eine Signaler zeugungseinrichtung unterbringt, wobei die zylin drisch geformte Struktur auf einem Tisch innerhalb einer halb-reflexionsfreien Kammer positioniert ist, gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ortre ferenzquelle, die teilweise durch die zylindrisch geformte Struktur, die in Fig. 1 gezeigt ist, un tergebracht ist, gemäß eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine zylindrisch geformte Struktur 13, die auf einem Tisch 12 innerhalb einer halb-reflexionsfreien Kammer 10 positioniert ist. Alternativ kann die zylindrisch geform te Struktur 13 auf einer anderen Tragestruktur oder direkt auf dem Boden plaziert sein.

Der Tisch 12 ist auf einer Drehstruktur 11 plaziert. Ein faseroptisches Kabel 15 liefert eine Kommunikation zwischen einer Signalerzeugungseinrichtung innerhalb der zylindrisch geformten Struktur 13 und eines Steuerungssystemabschnitts der Ortreferenzquelle (SRS; SRS = site reference source). Das Steuerungssystem ist außerhalb der halb-reflexionsfreien Kammer 10 positioniert.

Eine Antenne 14 ist beispielsweise eine 5.25-Zoll-Strah lungsvertikalantenne. Dies ermöglicht das Bereitstellen einer Feldstärke, wie sie in der CISPR 22 definiert ist, 10 m von einer Empfangsantenne entfernt.

Die zylindrisch geformte Struktur 13 ist so klein wie mög lich hergestellt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die zylindrisch geformte Struktur 13 eine Höhe von 12 3/4 Zoll und einen Durchmesser von 26 3/4 Zoll auf. Die zylindrisch geformte Struktur 13 besteht aus einem viertel- Zoll dicken Aluminiummaterial.

Die zylindrisch geformte Struktur 13 und die Ausrüstung, die in derselben untergebracht ist, wirken als eine Strahlungs einheit, um beim Testen ein symmetrisches Strahlungsmuster einer HF-Energie bei interessierenden Frequenzen zu lie fern. Eine Standardsignalerzeugungseinrichtung, die in der zylindrisch geformten Struktur 13 untergebracht ist, weist eine Schwankung von weniger als 1.5 dB des erzeugten Signals auf, wenn dasselbe aus einer Vielzahl von Positionen inner halb der halb-reflexionsfreien Kammer 10 gemessen wird, die von der zylindrisch geformten Struktur 13 equidistant sind. Dies zeigt einen Vorteil verglichen mit einem Signal aus einer Standardsignalerzeugungseinrichtung, die um mehr als 20 dB bei ähnlichen Testbedingungen schwankt. Die erhebliche Reduzierung der Signalleistungsschwankung wird durch die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung aufgrund der Form der zylindrisch geformten Struktur 13 und der Beseiti gung externer metallischer Kabel erreicht.

Eine Einheit-zu-Einheit-Signalerzeugungseinrichtungkali brierung wird unter Verwendung eines Leistungsmeters HP 436, der von Hewlett-Packard Company verfügbar ist, und durch Einstellen der programmierbaren Amplitude der Signalerzeu gungseinrichtung innerhalb der zylindrisch geformten Struk tur 13 auf die Referenzleistung erhalten.

Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm der gesamten Ort referenzquelle (SRS), die teilweise durch die zylindrisch geformte Struktur 13 untergebracht ist.

Ein Computer 21 wird als ein Steuerungssystem für die SRS verwendet. Der Computer 21 ist beispielsweise ein Notebook- Computer. Der Computer 21 ist über eine faseroptische Sen de/Empfangs-Einrichtung 22 mit dem Faserkabel 15 verbunden. Die faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung 22 ist bei spielsweise eine faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung Teleßyte mit der Modellnummer 271FST, die von Teleßyte Technology, Inc. verfügbar ist. Alternativ kann eine andere nicht-metallische Verkabelung für die Verbindung verwendet werden. Für eine Kommunikation zwischen dem Computer 21 und der faseroptischen Sende/Empfangs-Einrichtung 22 wird eine RS232-Verbindung verwendet.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verbleiben der Computer 21 und die faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung 22 außerhalb der halb-reflexions freien Kammer 10. Das Faserkabel 15 tritt in die halb-re flexionsfreie Kammer 10 ein, verläuft durch die zylindrisch geformte Struktur 13 und ist mit einer faseroptischen Sen de/Empfangs-Einrichtung 29 verbunden. Die faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung 29 ist beispielsweise eine faser optische Sende/Empfangs-Einrichtung TeleByte mit der Modell nummer 271FST, die von der Firma TeleByte Technology, Inc. verfügbar ist.

Das Faserkabel 15 liefert eine faseroptische RS232-Kommuni kationsverbindung, die eine Fernsteuerung für die Ortrefe renzquelle ermöglicht, wenn der Computer 21 und die zylin drisch geformte Struktur 13 durch einen Abstand bis zu 200 Fuß voneinander getrennt sind. Folglich weist die zylin drisch geformte Struktur 13 keine externen metallischen Verbindungen für eine Leistung oder eine Steuerung auf, was eine ungewünschte Nebenkeulenstrahlung beseitigt, die durch eine Strahlung eines metallischen Kabels bewirkt wird.

Eine Signalerzeugungseinrichtung 26 ist die Quelle von Sig nalen, die durch die SRS erzeugt wird. Die Signalerzeugungs einrichtung 26 ist beispielsweise eine Signalerzeugungsein richtung Modell Nummer E4433A, die von der Firma Hewlett- Packard Company verfügbar ist. Die Signalerzeugungseinrich tung 26 befindet sich unter der Steuerung des Computers 21. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert ein Pro gramm, das unter HP-BASIC geschrieben ist und auf dem Compu ter 21 läuft, die Frequenz und die Amplitude der Signal erzeugungseinrichtung 26. Die Signalerzeugungseinrichtung 26 ist über ein RS-232-Kabel, das über einen Verbinder 27 mit der Signalerzeugungseinrichtung 26 verbunden ist, mit der faseroptischen Sende/Empfangs-Einrichtung 29 verbunden. Der Verbinder 27 ist beispielsweise ein Zweifach-außen-9-Stift- Adapter Modell Nummer GCU16053, der von der Firma Newark Electronics Corporation verfügbar ist, die eine Geschäfts adresse von 4677 Old Ironsides Drive # 160, Santa Clara, CA 95054 hat.

Eine Leistung für die Signalerzeugungseinrichtung 26 wird über eine Batterie 23 geliefert. Die Batterie 23 ist bei spielsweise eine Batterie Modell Nummer HP0957-0069, die von Hewlett-Packard Company verfügbar ist, und die für einen 12-Volt-Betrieb modifiziert ist. Ein Schalter 24 wird ver wendet, um die Batterie 23 mit einem Leistungswechselrichter 25 zu verbinden. Der Leistungswechselrichter 25 ist bei spielsweise ein Leistungswechselrichter Portawatt 300, der von der Firma Stat Power, Inc. verfügbar ist, die eine Ge schäftsadresse von 1755 Redbourne Drive, Atlanta, Georgia 30350 hat.

Die Antenne 14 ist mit einer 6-dB-Anschlußfläche 28 inner halb der zylindrisch geformten Struktur 13 verbunden. Die Signalerzeugungseinrichtung 26 ist an der 6-dB-Anschluß fläche 28 über eine Verbindung Semflex 515-sw180-012 ange bracht.

Die vorhergehende Erörterung offenbart und beschreibt auf lediglich exemplarische Weise Verfahren und Ausführungsbei spiele der vorliegenden Erfindung. Für die Fachleute wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung in anderen spezifi schen Formen ausgeführt sein kann, ohne von dem Schutzbe reich oder den wesentlichen Charakteristika derselben abzu weichen. Dementsprechend ist die Offenbarung der vorliegen den Erfindung als lediglich darstellerisch gedacht, aber nicht um den Schutzbereich der Erfindung einzugrenzen, der in den folgenden Patentansprüchen beschrieben wird.

Claims

1. Verfahren zum Bereitstellen einer programmierbaren Frequenzquelle, mit folgenden Schritten:

a) Unterbringen einer Signalerzeugungseinrichtung (26) und einer Leistungsquelle (23) innerhalb einer zy lindrisch geformten Struktur 13;
b) Bereitstellen einer Antenne (14) außerhalb der zy lindrisch geformten Struktur (13), wobei die Antenne (14) mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) elek trisch verbunden ist; und
c) Abstrahlen von symmetrischen Signalen, das folgende Teilschritte aufweist:
- 1. (c.1) Erzeugen von Signalen durch die Signalerzeu gungseinrichtung (26), und
- 2. (c.2) Übertragen der Signale außerhalb der zylin drisch geformten Struktur (13) über die Anten ne (14).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das zusätzlich folgenden Schritt aufweist:

a) Fernsteuern der Signalerzeugungseinrichtung (26) von einem Computersystem (21) aus, das über ein Faser kabel mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) kom muniziert.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem bei dem Schritt (a) die zylindrisch geformte Struktur (13) innerhalb einer halb-reflexionsfreien Kammer plaziert wird.

4. Symmetrische Strahlungseinheit für eine programmierbare Frequenzquelle, mit folgenden Merkmalen:
einer zylindrisch geformten Struktur (13);
einer Signalerzeugungseinrichtung (26), die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) untergebracht ist;
einer Leistungsquelle (23), die innerhalb der zylind risch geformten Struktur (13) untergebracht ist, wobei die Leistungsquelle (23) eine Leistung zu der Signal erzeugungseinrichtung (26) liefert; und
einer Antenne (14), die außerhalb der zylindrisch ge formten Struktur (13) angeordnet ist, wobei die Antenne (14) mit der Signalerzeugungseinrichtung (26), die in nerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) unterge bracht ist, elektrisch verbunden ist;
wobei, um Signale abzustrahlen, die Signalerzeugungsein richtung (26) Signale erzeugt und die Signale durch die zylindrisch geformte Struktur (13) zu der Antenne (14) überträgt.

5. Symmetrische Strahlungseinheit gemäß Anspruch 4, die zusätzlich eine faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung (29) aufweist, die mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) gekoppelt ist, zum Empfangen von Steuerungsinforma tionen von einer entfernten Quelle.

6. Ortreferenzquelle zum Bereitstellen einer programmier baren Frequenzquelle, mit
einer symmetrischen Strahlungseinheit, wobei die sym metrische Strahlungseinheit folgende Merkmale aufweist:
eine zylindrisch geformte Struktur (13),
eine Signalerzeugungseinrichtung (26), die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) unterge bracht ist;
eine Leistungsquelle (23), die innerhalb der zylin drisch geformten Struktur (13) untergebracht ist, wobei die Leistungsquelle (23) eine Leistung zu der Signalerzeugungseinrichtung (26) liefert; und
eine Antenne (14), die außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) angeordnet ist, wobei die Antenne mit der Signalerzeugungseinrichtung (26), die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) untergebracht ist, elektrisch verbunden ist;
wobei, um symmetrische Signale abzustrahlen, die Signal erzeugungseinrichtung (26) Signale erzeugt und die Sig nale durch die zylindrisch geformte Struktur (13) zu der Antenne (14) überträgt.

7. Ortreferenzquelle gemäß Anspruch 6, bei der die sym metrische Strahlungseinheit zusätzlich folgendes Merkmal aufweist:
eine faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung (29), die mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) gekoppelt ist, zum Empfangen von Steuerungsinformationen von einer ent fernten Quelle.

8. Ortreferenzquelle gemäß Anspruch 7, die zusätzlich fol gende Merkmale aufweist:
ein Computersystem (21); und
eine zusätzliche faseroptische Sende/Empfangs-Einrich tung (22), die mit dem Computersystem (21) gekoppelt ist, zum Übertragen von Steuerungsinformationen zu der symmetrischen Strahlungseinheit.

9. Ortreferenzquelle gemäß Anspruch 6, die zusätzlich fol gendes Merkmal aufweist:
ein Computersystem (21), das sich von der symmetrischen Strahlungseinheit entfernt befindet und Steuerungsin formationen zu der symmetrischen Strahlungseinheit über trägt.