DE29521476U1

DE29521476U1 - Device for EMC testing of electrical devices

Info

Publication number: DE29521476U1
Application number: DE29521476U
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Danzeisen; Klaus-Dieter Dr Rer Nat Goepel; Werner Dr Ing Schmidt
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2005-12-30

Description

PATENTANWALTi.JDJPÜ;JNe: WALTER GRAFPATENT ATTORNEY: WALTER GRAF

EUROPEAN PATENT ATTORNEYEUROPEAN PATENT ATTORNEY

1435-M1435-M

ROHDE & SCHWARZ GmbH & Co.KG 81671 MünchenROHDE & SCHWARZ GmbH & Co.KG 81671 Munich

Device for EMC testing of electrical equipment

Die Erfindung betrifft und geht aus von einer Vorrichtung zur EMV-Prüfung von elektrischen Geräten laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to and is based on a device for EMC testing of electrical devices according to the preamble of the main claim.

Vorrichtungen dieser Art zur EMV- (Elektromagnetische Verträglichkeit) bzw. EMI- (Elektromagnetic Interference) Messung sind bekannt. Das elektromagnetische Feld in der Kammer wird bei den bekannten Vorrichtungen bisher ausschließlich durch ein unsymmetrisches Erregersystem erzeugt, bei dem die metallische Kammer den Außenleiter und eine isoliert in der Kammer gehaltene Metallplatte den Innenleiter eines Koaxialleitungssystems gebildet, das unsymmetrisch aus einer Hochfrequenzquelle gespeist ist. Um hierbei die von der EMV-Norm vorgegebene gleichmäßige Feldstärkeverteilung in der Kammer zu erzielen (die Norm verlangt, daß die Feldstärkeänderung im Prüfraum kleiner als 6 dB ist), muß die Innenleiterplatte, auf welcher der Prüfling abgestellt wird, möglichst in der Kammermitte angeordnet werden, dadurch steht aber nur der halbe Raum der Kammer für die Aufnahme des Prüflings zur Verfügung. Außerdem sind die die Norm erfüllenden EMV-Prüfvorrichtungen sehr voluminös,Devices of this type for EMC (electromagnetic compatibility) or EMI (electromagnetic interference) measurements are known. In the known devices, the electromagnetic field in the chamber is generated exclusively by an asymmetrical excitation system, in which the metal chamber forms the outer conductor and an insulated metal plate held in the chamber forms the inner conductor of a coaxial line system that is fed asymmetrically from a high-frequency source. In order to achieve the uniform field strength distribution in the chamber specified by the EMC standard (the standard requires that the field strength change in the test chamber is less than 6 dB), the inner circuit board on which the test object is placed must be positioned as close to the middle of the chamber as possible, but this means that only half of the space in the chamber is available for the test object. In addition, the EMC test devices that meet the standard are very bulky.

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D-e (66T München Fax (O89) 447 03 95 Deutsche Bank München 34O2 &Ogr;3&THgr; (BLZ 700tooDe ( 66T Munich Fax (O89) 447 03 95 Deutsche Bank Munich 34O2 &Ogr;3&THgr; (BLZ 700too

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da für den übergang vom koaxialen Speisekabel zu dem das Feld erzeugenden Innenleiter/Außenleiter-System eine pyramidenförmige Kammerausbildung erforderlich ist.because a pyramid-shaped chamber design is required for the transition from the coaxial feed cable to the inner conductor/outer conductor system that generates the field.

Es wurde zwar schon versucht, den Innenleiter möglichst nahe an der unteren Bodenwand einer quadratischen Kammer anzuordnen {G-STRIP-Zelle Comtest der Firma Thermo Voltek, Großbritannien), dadurch wird zwar der nutzbare Raum für die Aufnahme des Prüflings vergrößert, diese bekannte Zelle erfüllt jedoch nicht die strenge Norm für die gleichmäßige Feldstärkeverteilung in der Kammer.Attempts have already been made to arrange the inner conductor as close as possible to the bottom wall of a square chamber (G-STRIP cell Comtest from Thermo Voltek, Great Britain). This increases the usable space for accommodating the test object, but this known cell does not meet the strict standard for uniform field strength distribution in the chamber.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine EMV-Prüfvorrichtung zu schaffen, die bei minimalstem Platzbedarf einen größtmöglichen nutzbaren Prüfraum bietet und trotzdem die nach der Norm vorgeschriebene gleichmäßige Feldstärkeverteilung in der Kammer gewährleistet.It is therefore the object of the invention to create an EMC test device that offers the largest possible usable test space with the minimum space requirement and nevertheless ensures the uniform field strength distribution in the chamber as prescribed by the standard.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches, durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved on the basis of a device according to the generic term of the main claim, by its characterizing features. Advantageous further developments emerge from the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das elektromagnetische Feld in der Kammer durch eine symmetrisch gegen Masse (Kammergehäuse) gespeiste Doppelleitung (Lecher-Leitung) erzeugt, deren Leiter einerseits in einem relativ großen und durch die Höhe der Kammer gebildeten gegenseitigen Abstand, jedoch in relativ geringem Abstand von den jeweils benachbarten KammerwändenIn the device according to the invention, the electromagnetic field in the chamber is generated by a double line (Lecher line) fed symmetrically to ground (chamber housing), the conductors of which are on the one hand at a relatively large distance from one another formed by the height of the chamber, but at a relatively small distance from the adjacent chamber walls.

angeordnet sind. Durch die Nähe der Kammerwände baut sich auch außerhalb der Doppelleitung, also zwischen den Leitern und der Kammerwand, ein elektromagnetisches Feld auf. Dieses zwischen jedem Leiter und der benachbarten metallischen Kammerwand gebildete Leitungssystem kann als unsymmetrische offene Streifenleitung (Microstrip) betrachtet werden und es kann für dieses Streifenleitungssystem jeweils nach den hierfür bekannten Bemessungsvorschriften (Abstand des Leiters von der Kammerwand, Durchmesser bzw. Breite des Leiters und gegebenenfalls zwischen Leiter und Kammerwand vorhandenes Dielektrikum) der Wellenwiderstand berechnet werden, durch den auch der Wert des Abschlußwiderstandes zwischen Leiter und Kammerwand bestimmt ist. Es wird also für die Speisung ein infolge des großen Abstandes relativ hochohmiges Doppelleitungssystem benutzt. Die Feldstärkekonzentration im Raum zwischen Leiter und Kammerwand wird für die EMV-Messung nicht genutzt, sondern nur das elektromagnetische Feld im Raum zwischen den beiden gegenüberliegenden Leitern des Doppelleitungssystems,das mit der nach der Norm erforderlichen gleichmäßigen Verteilung für die Prüfung zur Verfugung steht. In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Änderung des elektromagnetischen Feldes in der gesaraten Kammer nur ±3 dB. Trotzdem steht nahezu der gesamte Innenraum der Kammer für die Aufnahme von Prüflingen zur Verfügung und eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit minimalsten äußeren Gesamtabmessungen hergestellt werden.are arranged. Due to the proximity of the chamber walls, an electromagnetic field also builds up outside the double line, i.e. between the conductors and the chamber wall. This line system formed between each conductor and the adjacent metallic chamber wall can be considered an asymmetrical open strip line (microstrip) and the characteristic impedance can be calculated for this strip line system according to the known design regulations (distance of the conductor from the chamber wall, diameter or width of the conductor and, if applicable, dielectric between the conductor and the chamber wall), which also determines the value of the terminating resistance between the conductor and the chamber wall. A double line system with a relatively high resistance is therefore used for the supply due to the large distance. The field strength concentration in the space between the conductor and the chamber wall is not used for the EMC measurement, but only the electromagnetic field in the space between the two opposite conductors of the double line system, which is available for the test with the uniform distribution required by the standard. In a practical embodiment, the change in the electromagnetic field in the entire chamber is only ±3 dB. Nevertheless, almost the entire interior of the chamber is available for accommodating test objects and a device according to the invention can be manufactured with minimal external overall dimensions.

Im einfachsten Fall wird das Doppelleitungssystem nur durch zwei gegenüberliegende einzelne Leiter gebildet, es hat sich jedoch gemäß einer Weiterbildung der ErfindungIn the simplest case, the double line system is formed by only two opposing individual conductors, however, according to a further development of the invention

als vorteilhaft erwiesen, auf jeder Seite mehrere nebeneinander angeordnete Leiter vorzusehen, die auf einer Seite der Kammer jeweils gleichphasig gespeist sind und so auch eine gleichmäßige Feldverteilung über die gesamte Kammerwand gewährleisten. Diese einzelnen nebeneinander angeordneten Leiter sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, was jedoch nicht zwingend ist, sie könnten auch beispielsweise fächerförmig von einem zentralen Speisepunkt aus über die Kammerwand verteilt sein.It has proven advantageous to provide several conductors arranged next to each other on each side, each of which is fed in phase on one side of the chamber and thus ensures an even field distribution across the entire chamber wall. These individual conductors arranged next to each other are preferably arranged parallel to each other, but this is not mandatory; they could also be distributed in a fan shape, for example, from a central feed point across the chamber wall.

Bei mehreren nebeneinander angeordneten Leitern ist jeder über einen gesonderten Abschlußwiderstand gegen Masse (Kammerwand) abgeschlossen, die Summe all dieser Abschlußwiderstände der Doppelleitung entspricht dem Wellenwiderstand des Streifenleitungssystems. Die Doppelleitung besitzt auf diese Weise nicht mehr den relativ hochohmigen Wellenwiderstand, der sich bei einer üblichen Doppelleitung im freien Raum ausbilden würde, sondern ist durch den wesentlich geringeren Wellenwiderstand der Streifenleitungssysteme bestimmt, damit ist auch eine günstigere niederohmige e'ingangsseitige Einspeisung möglich. Durch unterschiedliche Dimensionierung der Abschlußwiderstände der einzelnen nebeneinander angeordneten Leiter ist es außerdem möglich, eine gewünschte spezielle Feldverteilung innerhalb der Kammer zu erzeugen, auf diese Weise kann beispielsweise in den Ecken der Kammer durch entsprechende Dimensionierung der dort wirksamen Abschlußwiderstände eine Feldverteilungsoptimierung erzielt werden. Gleiches ist durch unterschiedliche Wahl der gegenseitigen Abstände der Leiter je Leitergruppe möglich. Anstelle von jeweilsIf there are several conductors arranged next to each other, each one is terminated to ground (chamber wall) via a separate terminating resistor, the sum of all these terminating resistors of the double line corresponds to the characteristic impedance of the stripline system. In this way, the double line no longer has the relatively high characteristic impedance that would develop in a conventional double line in free space, but is determined by the significantly lower characteristic impedance of the stripline systems, thus enabling a more favorable low-impedance input-side feed. By dimensioning the terminating resistors of the individual conductors arranged next to each other differently, it is also possible to create a desired special field distribution within the chamber. In this way, for example, field distribution optimization can be achieved in the corners of the chamber by dimensioning the terminating resistors that are effective there accordingly. The same can be done by choosing different distances between the conductors for each conductor group. Instead of

getrennten Abschlußwiderständen für die einzelnen nebeneinander angeordneten Leiter könnten diese auch am Abschlußende wie bei der eingangsseitigen Speisung in einem Punkt über gleich lange Leitungen zusammengefaßt und über einen gemeinsamen Abschlußwiderstand gegen Masse geschaltet sein.separate terminating resistors for the individual conductors arranged next to each other, these could also be combined at the terminating end at one point via cables of equal length, as with the input-side supply, and connected to ground via a common terminating resistor.

Um störende Reflexionen insbesondere im höheren Frequenzbereich zu vermeiden können auf den Innenwänden der Kammer auch noch entsprechende HF-Absorber angebracht sein, beispielsweise an den Stirnseiten, zwischen denen die Leiter der Doppelleitung angeordnet sind.In order to avoid disturbing reflections, especially in the higher frequency range, appropriate RF absorbers can also be attached to the inner walls of the chamber, for example on the front sides between which the conductors of the double line are arranged.

Im allgemeinen ist es für eine gleichmäßige Feldverteilung ausreichend, nur auf zwei gegenüberliegenden Kammerwänden die Leiter einer Doppelleitung anzuordnen, für spezielle Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, an drei oder vier Seiten der Kammer jeweils solche Doppelleitungssysteme anzubringen, also beispielsweise am Boden und der Decke der Kammer ein erstes Doppelleitungssystem und an den gegenüberliegenden Seitenwänden ein zweites Doppelleitungssystem.In general, it is sufficient to arrange the conductors of a double line on two opposite chamber walls to ensure even field distribution. However, for special applications it may also be useful to install such double line systems on three or four sides of the chamber, for example a first double line system on the floor and ceiling of the chamber and a second double line system on the opposite side walls.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of an embodiment.

Fig. 1 zeigt perspektivisch die Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen EMV-Prüfzelle mit einer quaderförmigen Kammer 1 aus Metallblech mit einer Seitenlänge von beispielsweise 1 bis 2 Meter zur Aufnahme eines nicht dargestellten elektrischen Gerätes, dessen elektromagnetische Empfindlichkeit nach der EMV-Norm gemessenFig. 1 shows a perspective view of the overall view of an EMC test cell according to the invention with a cuboid-shaped chamber 1 made of sheet metal with a side length of, for example, 1 to 2 meters for accommodating an electrical device (not shown), the electromagnetic sensitivity of which is measured according to the EMC standard.

werden soll. Die eine Seitenwand der Kammer 1 ist als Klapptür 2 ausgebildet. Am Boden der Kammer sind im Abstand a und parallel zur Bodeninnenwand 3 mehrere, im Ausführungsbeispiel vier Leiter 4 angeordnet und an der Kammerdecke in gleicher Weise im Abstand a parallel zur Deckeninnenseite 5 mehrere Leiter 6, wie das Schnittbild nach Fig. 2 zeigt. Die Leiter 4, 6 sind beispielsweise als Drähte ausgebildet, die zwischen Durchführungen 7 aus Isoliermaterial gespannt sind, die an stirnseitigen Zwischenwänden 8, 9 der Kammer befestigt sind. Falls erforderlich, können zwischen den Kammerwänden 3, 5 und den Leitern 4, 6 auch noch zusätzliche Isolierstützen angeordnet sein. Die Leiter 4, 6 werden, wie das Prinzipschaltbild nach Fig. 3 zeigt, am einen Ende über eine Speiseanordnung 10 mit gegenseitiger 180°-Phasenverschiebung gespeist und ihr anderes Ende ist jeweils über einen Abschlußwiderstand 11 mit den metallischen Kammerwänden (Masse M) verbunden. Die Speiseanordnung 10 ist beispielsweise über ein Koaxialkabel .12 mit einem Hochfrequenzsender 13 verbunden, über den in der Kammer ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz beispielsweise zwischen 80 MHz und 1 GHz erzeugbar ist. Die über da-s Koaxialkabel 12 unsymmetrisch zugeführte Hochfrequenzleistung wird über einen Symmetrierübertrager 14 in der Speiseanordnung 10 gegen Masse M symmetriert und dann über eine Verteilerschaltung 15 bzw. 16 mit gleich langen Verteiler-Leitungen den einzelnen Leitern 4 bzw. 6 zugeführt. Die beiden gegenüberliegenden Leitergruppen 4, 6 bilden elektrisch eine symmetrische Doppelleitung, die aus dem Symmetrierübertrager 14 gegenphasig und symmetrisch gegen Masse M {Kammer 1) gespeist ist. Gleichzeitig bildet jedeOne side wall of the chamber 1 is designed as a folding door 2. On the floor of the chamber, several conductors 4, in the example four, are arranged at a distance a and parallel to the floor inner wall 3, and on the ceiling of the chamber, in the same way, at a distance a and parallel to the ceiling inner wall 5, several conductors 6 are arranged, as shown in the sectional view in Fig. 2. The conductors 4, 6 are designed, for example, as wires that are stretched between bushings 7 made of insulating material that are attached to the front partition walls 8, 9 of the chamber. If necessary, additional insulating supports can also be arranged between the chamber walls 3, 5 and the conductors 4, 6. The conductors 4, 6 are fed at one end via a feed arrangement 10 with a mutual 180° phase shift, as shown in the basic circuit diagram in Fig. 3, and their other end is connected to the metal chamber walls (ground M) via a terminating resistor 11. The feed arrangement 10 is connected, for example, via a coaxial cable .12 to a high-frequency transmitter 13, via which an electromagnetic field with a frequency of, for example, between 80 MHz and 1 GHz can be generated in the chamber. The high-frequency power supplied asymmetrically via the coaxial cable 12 is balanced against ground M via a balancing transformer 14 in the feed arrangement 10 and then fed to the individual conductors 4 and 6 via a distribution circuit 15 or 16 with distribution lines of equal length. The two opposing conductor groups 4, 6 electrically form a symmetrical double line, which is fed from the balancing transformer 14 in antiphase and symmetrical against ground M (chamber 1). At the same time, each

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Leitergruppe 4 bzw. 6 mit der ihr gegenüberliegenden Kammerwand 3 bzw. 5 ein unsymmetrisches Leitungssystem, dessen Wellenwiderstand im wesentlichen durch den Abstand a der Leiter gegenüber der Kammerwand bestimmt ist. Die Abschlußwiderstände 11 sind entsprechend diesem Wellenwiderstand des unsymmetrischen Leitungssystems dimensioniert. Der Wellenwiderstand der Doppelleitung 4, &bgr; ist infolge des relativ großen gegenseitigen Abstandes - bestimmt durch die Größe der Kammer relativ groß in der Größenordnung von mehreren &Kgr;&OHgr; während der Wellenwiderstand der unsymmetrischen Leitungssysteme 3, 4 bzw. 5, 6 in der Größenordnung von bis 200 &OHgr; liegt. Durch das funktioneile Zusammenwirken dieses symmetrischen Speisesystems mit den unsymmetrischen Leitungssystemen wird also die Doppelleitung mit relativ niederohmigen Abschlußwiderständen (Wellenwiderstand der Streifen-leitung) abgeschlossen und der parallel dazu liegende relativ hochohmige Wellenwiderstand der Doppelleitung kann bei der Dimensionierung des Abschlusses vernachlässigt werden. Eingangsseitig wirken die dem Wellenwiderstand der Streifenleitung entsprechenden Abschlußwiderstände in Reihe und bilden einen für die Speisung günstigen ebenfalls relativ niederohmigen Eingangswiderstand. Auf diese Kombinationswirkung ist die extrem gleichmäßige Feldstärkeverteilung innerhalb der Kammer zurückzuführen.Conductor group 4 or 6 with the opposite chamber wall 3 or 5 forms an asymmetrical line system, the characteristic impedance of which is essentially determined by the distance a between the conductors and the chamber wall. The terminating resistors 11 are dimensioned according to this characteristic impedance of the asymmetrical line system. The characteristic impedance of the double line 4, β is relatively large due to the relatively large mutual distance - determined by the size of the chamber - in the order of several �KΩ, while the characteristic impedance of the asymmetrical line systems 3, 4 or 5, 6 is in the order of up to 200 Ω. Due to the functional interaction of this symmetrical feed system with the asymmetrical line systems, the double line is terminated with relatively low-resistance terminating resistors (characteristic impedance of the stripline) and the relatively high-resistance characteristic impedance of the double line lying parallel to this can be neglected when dimensioning the termination. On the input side, the terminating resistors corresponding to the characteristic impedance of the stripline act in series and form a relatively low-resistance input resistance that is favorable for the feed. The extremely even field strength distribution within the chamber is due to this combination effect.

Die Abschlußwiderstände 11 sind vorzugsweise im Raum zwischen der stirnseitigen Zwischenwand 8 und der Stirnwand der Kammer 1 angeordnet, die Speiseanordnung 10 in dem Raum zwischen der stirnseitigen Zwischenwand und der Kammerwand auf der gegenüberliegenden Seite.The terminating resistors 11 are preferably arranged in the space between the front-side partition wall 8 and the front wall of the chamber 1, the feed arrangement 10 in the space between the front-side partition wall and the chamber wall on the opposite side.

Über der Leitergruppe 4 ist vorzugsweise noch ein schematisch angedeuteter Zwischenboden 17 zum Abstellen der Prüflinge vorgesehen.Above the conductor group 4, a schematically indicated intermediate floor 17 is preferably provided for storing the test objects.

Um störende Reflexionen insbesondere im höheren Frequenzbereich zu vermeiden können auf der Innenseite der Kammerwände noch zusätzliche HF-Absorber 18 angebracht sein, wie dies schematisch auf der Stirnzwischenwand 8 dargestellt ist. In gleicher Weise können auf der speiseseitigen Stirnwand 9 und gegebenenfalls auch auf den Seitenwänden entsprechende_Absorber angebracht werden.In order to avoid disturbing reflections, especially in the higher frequency range, additional RF absorbers 18 can be attached to the inside of the chamber walls, as shown schematically on the front partition wall 8. In the same way, corresponding absorbers can be attached to the feed-side front wall 9 and, if necessary, also to the side walls.

Claims

PATENT ATTORNEY'.iKiPL:!,lkG: WALTER GRAF EUROPEAN PATENT ATTORNEY 1435-M Protection claims

1. Device for EMC testing of electrical devices with a chamber made of conductive material and a device fed by a high-frequency source (13) for generating an electromagnetic high-frequency field within the chamber, characterized by at least two conductors (4, 6) arranged on opposite sides of the chamber (1) at a distance (a) parallel to the chamber walls (3, 5), which form a symmetrical double line and are fed at one end by the high-frequency source (13) in antiphase and at the other end are electrically connected to the chamber walls (3, 5) via terminating resistors (11).

2. Device according to claim 1, characterized in that the terminating resistors (11) are dimensioned such that they correspond to the characteristic impedance formed between the chamber walls (3, 5) and the conductors (4, 6).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that on each side of the chamber (1) at a distance parallel to the chamber wall (3, 5) several conductors fed in the same phase are arranged next to one another (conductor groups 4 and 6).

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4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mutual spacing of the conductors (4, 6) and/or the terminating resistors (11) are dimensioned differently in the sense of a predetermined field strength distribution.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that high-frequency absorbers (18) are mounted on the inside of at least one side wall of the chamber (1).