DE19919946B4

DE19919946B4 - Verfahren, Vorrichtung und Messortreferenzquelle zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz

Info

Publication number: DE19919946B4
Application number: DE19919946A
Authority: DE
Inventors: Kenneth E. Weimar Hall; David Rocklin Pommerenkee; Lowell Edward Loveland Kolb
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: DE19919946A1; GB2342724B; US6150992A; GB9921228D0; JP2000088906A; GB2342724A

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz, mit folgenden Schritten:
(a) Unterbringen einer Signalerzeugungseinrichtung (26) und einer Leistungsquelle (23) innerhalb einer zylindrisch geformten Struktur (13);
(b) Bereitstellen einer Antenne (14) außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13), wobei die Antenne (14) mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) elektrisch verbunden ist; und
(c) Verwenden der Signalerzeugungseinrichtung (26) als elektromagnetische Interferenz-Meßquelle zum Testen des Verhaltens eines elektromagnetischen Interferenz-Meßortes, mit folgenden Teilschritten:
(c.1) Erzeugen von Signalen durch die Signalerzeugungseinrichtung (26), und
(c.2) Übertragen der Signale außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) über die Antenne (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Messortreferenzquelle zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz.
Um verschiedene Bestimmungen zu erfüllen und Leistungsfähigkeitsanforderungen von Kunden Genüge zu tun, ist eine elektronische Ausrüstung erforderlich, um weniger als einen maximalen Grenzwert an ungewollter elektromagnetischer Energie 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 verloren. Eine Einheit eines reproduzierbaren Typs war 1986 durch Hewlett-Packard Company entwickelt worden, die eine Geschäftsadresse von 3000 Hanover-Straße, Palo Alto, Kalifornien 94304 hat. Diese Einheit ging jedoch beim Transport 1996 verloren.

Die GB 2 237 165 A befasst sich mit einer Senderschaltung zum Erzeugen eines Sendesignals mit einer einzigen Frequenz im Hochfrequenzbereich, um den Ort eines mit dieser Senderschaltung ausgestatteten beweglichen Objekts, wie beispielsweise eines Vogels, verfolgen zu können. Die Senderschaltung muss stabil bei einer vorgegebenen Frequenz schwingen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zeugen eines Signals mit einer programmier baren Frequenz sowie eine Messortreferenzquelle zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz zu schaf fen, wobei über einen breiten Frequenzbereich eine Ausgangsleistung mit nur geringen Leistungsschwankungen bereitgestellt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch ein verfahren gemäß Anspruch 1, die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 und durch eine Messortreferenzquelle gemäß Anspruch 4 gelöst.

In den unabhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung angegeben.

Gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird eine Messortreferenzquelle beschrieben, die als eine programmierbare Frequenzquelle wirkt, die ein symmetrisches Strahlungsmuster verwendet. Die Messortreferenzquelle 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 Leistung zu der Signalerzeugungseinrichtung. Die Antenne befindet sich extern zu der zylindrisch geformten Struktur. Die Antenne ist mit der Signalerzeugungseinrichtung, die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur untergebracht ist, elektrisch verbunden. Um Signale abzustrahlen, erzeugt die Signalerzeugungseinrichtung Signale und übermittelt die Signale durch die zylindrisch geformte Struktur zu der Antenne.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die symmetrische Strahlungseinheit zusätzlich eine faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung auf. Die faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung empfängt Steuerungsinformationen von einer entfernten 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 Anmeldung 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 verwendet werden, um eine Messortreferenzquelle 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 Standardabweichung entwickelt werden. Dies kann dann auf andere Testorte angewendet werden, um den Unsicherheitsfehler des Orts verglichen mit den statistischen Werten für alle internationalen Orte zu bestimmen.

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

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ist eine vereinfachte Zeichnung, die eine zylindrisch geformte Struktur zeigt, die eine Signalerzeugungseinrichtung unterbringt, wobei die zylindrisch geformte Struktur auf einem Tisch innerhalb einer halb-reflexionsfreien Kammer positioniert ist, gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Messortreferenzquelle, die teilweise durch die zylindrisch geformte Struktur, die in 1 gezeigt ist, untergebracht ist, gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine zylindrisch geformte Struktur 13, die auf einem Tisch 12 innerhalb einer halb-reflexionsfreien Kammer 10 positioniert ist. Alternativ kann die zylindrisch geformte 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 Messortreferenzquelle (SRS; SRS = site reference source). Das Steuerungssystem ist außerhalb der halb-reflexionsfreien Kammer 10 positioniert.
Eine Antenne 14 ist beispielsweise eine 5.25-Zoll-Strahlungsvertikalantenne. 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 möglich 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 Strahlungseinheit, um beim Testen ein symmetrisches Strahlungsmuster einer HF-Energie bei interessierenden Frequenzen zu liefern. 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 innerhalb der halb-reflexionsfreien Kammer 10 gemessen wird, die von der zylindrisch geformten Struktur 13 äquidistant 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 Beseitigung externer metallischer Kabel erreicht.
Eine Einheit-zu-Einheit-Signalerzeugungseinrichtungkalibrierung wird durch Einstellen der programmierbaren Amplitude der Signalerzeugungseinrichtung innerhalb der zylindrisch geformten Struktur 13 auf die Referenzleistung erhalten.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm der gesamten Messortreferenzquelle (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 Sende/Empfangs-Einrichtung 22 mit dem Faserkabel 15 verbunden.
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-reflexionsfreien Kammer 10. Das Faserkabel 15 tritt in die halb-reflexionsfreie Kammer 10 ein, verläuft durch die zylindrisch geformte Struktur 13 und ist mit einer faseroptischen Sende/Empfangs-Einrichtung 29 verbunden.
Das Faserkabel 15 liefert eine faseroptische RS232-Kommunikationsverbindung, die eine Fernsteuerung für die Messortreferenzquelle ermöglicht, wenn der Computer 21 und die zylindrisch geformte Struktur 13 durch einen Abstand bis zu 200 Fuß voneinander getrennt sind. Folglich weist die zylindrisch 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 Signalen, die durch die SRS erzeugt wird.
Die Signalerzeugungseinrichtung 26 befindet sich unter der Steuerung des Computers 21. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert ein Programm, das unter HP-BASIC geschrieben ist und auf dem Computer 21 läuft, die Frequenz und die Amplitude der Signalerzeugungseinrichtung 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.
Eine Leistung für die Signalerzeugungseinrichtung 26 wird über eine Batterie 23 geliefert. Ein Schalter 24 wird verwendet, um die Batterie 23 mit einem Leistungswechselrichter 25 zu verbinden.
Die Antenne 14 ist mit einer 6-dB-Anschlußfläche 28 innerhalb der zylindrisch geformten Struktur 13 verbunden. Die Signalerzeugungseinrichtung 26 ist an der 6-dB-Anschlußfläche 28 über eine Verbindung angebracht.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz, mit folgenden Schritten: (a) Unterbringen einer Signalerzeugungseinrichtung (26) und einer Leistungsquelle (23) innerhalb einer zylindrisch geformten Struktur (13); (b) Bereitstellen einer Antenne (14) außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13), wobei die Antenne (14) mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) elektrisch verbunden ist; und (c) Verwenden der Signalerzeugungseinrichtung (26) als elektromagnetische Interferenz-Meßquelle zum Testen des Verhaltens eines elektromagnetischen Interferenz-Meßortes, mit folgenden Teilschritten: (c.1) Erzeugen von Signalen durch die Signalerzeugungseinrichtung (26), und (c.2) Übertragen der Signale außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) über die Antenne (14).
Verfahren gemäß Anspruch 1, das zusätzlich folgenden Schritt aufweist: (d) Fernsteuern der Signalerzeugungseinrichtung (26) von einem Computersystem (21) aus, das über ein Glasfaserkabel mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) kommuniziert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem bei dem Schritt (a) die zylindrisch geformte Struktur (13) innerhalb einer nicht vollständig reflektierenden Kammer plaziert wird.
Meßortreferenzquelle zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz, mit einer Signalabstrahlungseinheit 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 zylindrisch geformten Struktur (13) untergebracht ist, wobei die Leistungsquelle (23) eine Leistung zu der Signalerzeugungseinrichtung (26) liefert; und einer Antenne (14), die außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) angeordnet ist, wobei die Antenne (14) mit der Signalerzeugungseinrichtung (26), die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) untergebracht ist, elektrisch verbunden ist; wobei die Signalerzeugungseinrichtung (26) zur Abstrahlung eines Signals das Signal erzeugt und das Signal durch die zylindrisch geformte Struktur (13) zu der Antenne (14) überträgt; und wobei das außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) gemessene Signal eine nachverfolgbare Amplitude hat, sodaß die Meßortreferenzquelle zum Erzeugen des Signals mit der programmierbaren Frequenz als elektromagnetische Interferenz-Meßquelle zum Testen des Verhaltens eines elektromagnetischen Interferenz-Meßortes verwendbar ist.
Meßortreferenzquelle gemäß Anspruch 4, die zusätzlich eine faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung (29) aufweist, die mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) gekoppelt ist, zum Empfangen von Steuerungsinformationen von einer entfernten Quelle.
Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals mit einer programmierbaren Frequenz, mit einer Signalabstrahlungseinheit, die folgende Merkmale aufweist: eine zylindrisch geformte Struktur (13), eine Signalerzeugungseinrichtung (26), die innerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) untergebracht ist; eine Leistungsquelle (23), die innerhalb der zylindrisch 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 die Signalerzeugungseinrichtung (26) zur Abstrahlung eines Signals das Signal erzeugt und das Signal durch die zylindrisch geformte Struktur (13) zu der Antenne (14) überträgt; und wobei das außerhalb der zylindrisch geformten Struktur (13) gemessene Signal eine nachverfolgbare Amplitude hat, sodaß die Vorrichtung zum Erzeugen des Signals mit der programmierbaren Frequenz als elektromagnetische Interferenz-Meßquelle zum Testen des Verhaltens eines elektromagnetischen Interferenz-Meßortes verwendbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die symmetrische Strahlungseinheit zusätzlich folgendes Merkmal aufweist: eine faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung (29), die mit der Signalerzeugungseinrichtung (26) gekoppelt ist, zum Empfangen von Steuerungsinformationen von einer entfernten Quelle.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, die zusätzlich folgende Merkmale aufweist: ein Computersystem (21); und eine zusätzliche faseroptische Sende/Empfangs-Einrichtung (22), die mit dem Computersystem (21) gekoppelt ist, zum Übertragen von Steuerungsinformationen zu der symmetrischen Strahlungseinheit.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, die zusätzlich folgendes Merkmal aufweist: ein Computersystem (21), das sich von der symmetrischen Strahlungseinheit entfernt befindet und Steuerungsinformationen zu der symmetrischen Strahlungseinheit überträgt.