DE3925247C2 - Anordnung zur Erzeugung und zum Empfang definierter Feldstärken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung definierter Feldstärken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist bereits aus der EP 0 310 762 A1 bekannt.

Anordnungen dieser Art werden vorzugsweise in der Qualitätssicherung eingesetzt. Dort dienen sie beispielsweise zur EMV-Prüfung und/oder EMP-Prüfung.

Die aus der EP 0 310 762 A1 bekannte Anordnung dient zur Erzeugung und Empfang definierter Feldstärken von Gleichspannung bis zum SHF-Bereich, wobei zwei unsymmetrische Außenleiter miteinander verbunden sind, so daß ein auf einen Wellenwiderstand definiert geformter Innenleiter innerhalb des jeweiligen Außenleiters angeordnet ist. Der Innenleiter ist an seinem einen Ende durch einen breitbandigen Hochleistungswiderstand und an seinem anderen Ende durch einen Einspeiseadapter abgeschlossen.

Ferner ist aus DE 31 30 487 C2 eine reflexionsarme, geschirmte, metallische Simulationskammer für elektromagnetische Strahlung bekannt. Sie besteht aus einem Innen- und einem Außenleiter. Am Innenleiter sind dabei mehrere breitbandige Widerstände anstelle eines einzigen breitbandigen Hochleistungswiderstandes angeschlossen, so daß der Innenleiter eine niederfrequente reflexionsarme Anpassung erfährt.

Weiterhin ist aus Crawford, M. L., Workman, J. L. Thomas, C. L.: "Generation of EM Susceptibility Test Fieldes Using a Large Absorber-Loaded TEM Cell", in: IEEE-Transactions on Instrumentation and Measurement, Sept. 1977, Nr. 3, Seiten 225 ff die Ausbildung einer symmetrischen TEM-Zelle bekannt.

Der Innenleiter bei dieser symmetrischen Zellenanordnung erfolgt auf kürzestem Wege zwischen zwei Einspeiseadaptern. An den Innenwandungen der Außenleiter sind stückweise Absorber ausgebildet.

Ferner ist aus EP 0 246 544 A1 eine Anordnung bekannt zur EMV- und EMP-Prüfung elektronischer Geräte mit sich pyramidenförmig aufweitenden Metallwänden zur Erzeugung von TEM-Wellen (transversal elektromagnetischen Wellen), bei der die Hochfrequenz-Absorber kugelkalottenförmig angebracht sind. Dafür ist ein spezielles, aus Holz oder Kunststoff bestehendes, tragendes kugelkalottenförmiges Gerüst zur Halterung der Hochfrequenz-Absorber erforderlich. Dieses Gerüst ist bei der vorliegenden Erfindung nicht mehr notwendig, da die Hochfrequenz-Absorber unmittelbar auf die metallischen Innenwände geklebt oder in ein unmittelbar auf den metallischen Innenwänden befestigtes Holzlattengerüst befestigt sind, was sehr viel weniger aufwendig ist.

Ferner sind bei den vorgeschlagenen Lösungen vorzugsweise zusätzlich die schrägen Seitenwände mit Hochfrequenz-Ab­ sorbern belegt. Dies hat den Vorteil, daß nach dem Entfer­ nen des Innenleiters eine mit Hochfrequenz-Absorbern ausge­ stattete geschirmte Absorberkammer unmittelbar für andere EMV-Messungen zur Verfügung steht.

Desweiteren wird bei der hier vorgeschlagenen Lösung kein quaderförmiger Metallraum hinter den Hochfrequenz-Absor­ bern angeordnet. Hierdurch erfolgen Kosteneinsparungen und Verringerung des üblichen Materialaufwandes. Mithin ergibt sich einerseits kein unnötiger Verlust an Innenraum für Meßzwecke, andererseits erfolgten keine zusätzliche Fehlan­ passungen des Innenleiters durch Zuleitungen zu den Abschlußwiderständen, die unnötige Belastungsinduktivitä­ ten verursachen. Letztlich fehlt zwischen dem äußersten Strompfad der bereits in P 38 36 121.3 vorgeschlagene Pha­ sen- und Laufzeitausgleich auf den Innenleiter für Fre­ quenzen ab ca. 100 MHz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische breitbandig abgeschlossene Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, sowohl EMV- als auch EMP-Prüfungen vom Niederfrequenzbereich bis zum SHF-Bereich durchzuführen, wobei ein möglichst großes Testvolumen für die Einbringung eines Prüflings vorhanden sein sollte.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa­ tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevorzugte An­ wendungen der Erfindung ausgeführt.

Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke besteht darin, daß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art ein symmetrischer und ein unsymmetrischer Außenleiter miteinander verbunden sind. In den miteinander verbundenen Außenleitern ist ein Innenleiter ausgebildet, der auf kürzestem Wege einen Einspeiseadapter und einen Hochleistungswiderstand verbindet.

Ist der Innenleiter in der TEM-Zelle nicht implementiert, so ist sie als Absorberkammer verwendbar.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch ihr reflexionsarmes Übertragungsverhalten im Bereich von 0 Hz bis zu etwa 18 GHz, seitens ihrer einfachen Felderzeugung auch bishin zu höchsten Frequenzen im Vergleich zu her­ kömmlichen TEM-Zellen, durch ihre sehr einfache und ökono­ mische Bauweise mit ebenflächigen Seiten, vermögens ihres sehr viel geringeren Aufwandes an Hochfrequenz-Absorbern im Vergleich zu herkömmlichen quaderförmigen Absorberräu­ men und durch ihre bivalente Nutzung (Senden und Empfan­ gen) aus, wodurch eine einfache Umschaltung von Im­ pulsbetrieb in den CW-Dauerbetrieb durchführbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand Fig. 1-6 näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Die Draufsicht auf eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 2 Die Seitenansicht einer vorteilhaften Aus­ führung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 3 Die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anord­ nung.

Fig. 4 Die Seitenansicht der TEM-Zelle nach Fig. 1 mit integrierten Hochfrequenz-Absorbern.

Fig. 5 Eine Weiterbildung der TEM-Zelle nach Fig. 1 mit integrierten Hochfrequenz-Absorbern.

Fig. 6 Die Seitenansicht einer vorteilhaften Aus­ führung nach Fig. 5.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung definierter Feldstärken nach Fig. 1-6 besteht aus einer Kombination von symmetrischen und/oder unsymmetrischen Außenleitern mit definiertem Innenleiter. Beide Außenleiter sind mit­ einander über einen dritten Flansch 22 und einen vierten Flansch 31 aneinander angeflanscht. Innerhalb des je­ weiligen Außenleiters 2 bzw. 3 ist ein auf den Wellenwi­ derstand dimensionierter Innenleiter 5 ausgebildet. Er be­ steht aus einer Metallplatte oder aus parallel zur Längsachse der TEM-Zelle verlaufenden Drähte oder Maschen­ draht. Die Drähte haben vorzugsweise einen gegenseitigen Abstand von λ/12. λ ist die kleinstmögliche Mikrowellen­ länge, der sich in der TEM-Zelle ausbreitenden Wellen. Der Innenleiter 5 ist an seinem einen Ende (z. B. Belastungs­ seite) durch einen breitbandigen Hochleistungswiderstand 1 und an seinem anderen Ende (z. B. Generatorseite) durch einen Einspeiseadapter 4 abgeschlossen. Der vorzugsweise trichterförmige erste Außenleiter 2 ist über seinen zwei­ ten Flansch 21 an den ersten Flansch 11 des Hochleistungswiderstandes 1 angeflanscht. An einen fünften Flansch 32 des zweiten vorzugsweise trichterförmigen Außenleiters 3 ist der Einspeiseadapter 4 angeflanscht.

Der Innenleiter nach Fig. 2 ist axial zur Längsachse des jeweiligen Außenleiters 2 bzw. 3 ausgerichtet.

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, die darin besteht, daß der erste Außenleiter 2 unsymmetrisch auf­ gebaut ist und an den zweiten (symmetrisch aufgebauten) Außenleiter 3 angeflanscht ist. Der Innenleiter 5 verläuft auf kürzestem Wege in beiden Außenleitern und verbindet den Hochleistungswiderstand 1 auf kürzestem Wege mit dem Einspeiseadapter 4.

Fig. 4 zeigt die TEM-Zelle mit Hochfrequenz-Absorbern an den Wandungen des jeweiligen Außenleiters. Ausgenommen sind der Fußboden 7 und die Trichterspitze 27 für die Ein­ speisung der Energie. Der eingezeichnete Innenleiter 5 er­ zeugt ein vertikal polarisiertes Feld. Bei senkrechter An­ ordnung eines weiteren (nicht gezeigten) Innenleiters an­ stelle des Innenleiters 5 wird eine horizontale Polarisa­ tion erzeugt. Der weitere Innenleiter ist bis auf die Ab­ messungen, die dem jeweiligen Wellenwiderstand entspre­ chen, baugleich mit dem Innenleiter 5. Etwa 50-70% der Höhe unter dem weiteren Innenleiter lassen sich als Prüf­ volumen nutzen. Analoges gilt für den Innenleiter 5.

Fig. 5 zeigt die TEM-Zelle nach Fig. 1 in der Hochfre­ quenz-Absorber 6 parallel zum ersten Flansch 11 im Raum zwischen dem ersten Außenleiter 2 und dem zweiten Außen­ leiter 3 angeordnet sind. Alternativ hierzu kann der erste Außenleiter 2 an seinen Wandungen mit Absorbern ausgeklei­ det sein.

Der Innenleiter 5 kann wie in Fig. 6 gezeigt, axial zur Längsachse der jeweiligen Außenleiter ausgerichtet sein. Alternativ hierzu kann der Innenleiter 5 die in Fig. 2 bis 4 gezeigte Form aufweisen.

Über den Einspeiseadapter 4 werden Transversalwellen (TEM- Wellen) eingespeist. Zwischen dem Innenleiter 5 und dem jeweiligen Außenleiter bildet sich daraufhin ein definier­ tes elektromagnetisches Feld aus. Der Wert der elektri­ schen Feldstärke E ergibt sich als Quotient aus der ange­ legten Generatorspannung U und der jeweiligen Höhe des In­ nenleiters. Bei Anpassung von Generator-Innenwiderstand und Leitungswellenwiderstand der TEM-Zellen ergibt der Quotient aus elektrischer Feldstärke E und magnetischer Feldstärke H gerade den Feldwellenwiderstand des freien Raums. Am Ende der Leitung erfolgt ein reflexionsfreier Ab­ schluß des Innenleiters 5 mit einem oder mit mehreren Hochleistungswiderständen 1. Die elektromagnetische Ener­ gie im felderfüllten Raum des zweiten Außenleiters 3 wird - insofern Hochfrequenz-Absorber implementiert sind - von den Wandungen des ersten Außenleiters 2 ab einer Frequenz von 100 MHz nicht mehr in den felderfüllten Raum des zwei­ ten Außenleiters 3 reflektiert. Für den Frequenzbereich darunter übernehmen Hochleistungswiderstände 1 bis 0 Hz diese Aufgabe allein. Im Frequenzbereich unterhalb 100 MHz wird die in den Innenleiter eingespeiste Energie sowohl leitungsgebunden (z. B. in den genannten Widerständen) als auch im Feld (in den genannten Hochfrequenz-Absorbern) ab­ sorbiert.

Durch die Ausbildung der Erfindung gemäß obiger Beschrei­ bung, stellen sich die im Lösungsgedanken bereits genannten Vorteile ein.

Claims (2)

1. Anordnung zur Erzeugung und Empfang definierter Feldstärken vom Gleichspannungs- bis zum SHF-Bereich, wobei ein unsymmetrischer Außenleiter und ein weiterer Außenleiter miteinander verbunden sind, so daß ein auf einen Wellenwiderstand definiert geformter Innenleiter innerhalb des jeweiligen Außenleiters angeordnet ist, wobei

• - der Innenleiter an seinem einen Ende durch einen oder mehrere breitbandige(n) Hochleistungswiderständ(e) und an seinem anderen Ende durch einen Einspeiseadapter abgeschlossen ist,
• - der Innenleiter aus einer Metallplatte oder aus parallel zur Längsachse der Anordnung verlaufenden Drähten oder aus Maschendraht implementiert ist,
• - die beiden Außenleiter trichterförmig ausgebildet und an den Trichteröffnungen über eine erste Verbindung miteinander verbunden sind,
• - der unsymmetrische Außenleiter an seiner Trichterspitze über eine zweite Verbindung mit dem Hochleistungswiderstand verbunden ist und der andere Außenleiter an seiner Trichterspitze über eine dritte Verbindung mit dem Einspeiseadapter verbunden ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der andere Außenleiter (3) ein symmetrischer Außenleiter ist;
• - der Innenleiter (5) auf kürzestem Wege den Einspeiseadapter (4) mit dem Hochleistungswiderstand (1) verbindet;
• - die Verbindungen Flanschverbindungen (11, 21, 22, 31, 32) sind;
• - parallel zum ersten Flansch (11) im Raum zwischen unsymmetrischem Außenleiter (2) und symmetrischem Außenleiter (3) Hochfrequenz-Absorber (6) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unsymmetrische Außenleiter (2) an seinen Wandungen mit Hochfrequenz-Absorbern ausgekleidet ist.