DE3931449C2 - - Google Patents

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DE3931449C2
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DE19893931449
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Joachim Dipl.-Ing. 7900 Ulm De Nedtwig
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Telefunken Systemtechnik AG
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Telefunken Systemtechnik AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/24Terminating devices
    • H01P1/26Dissipative terminations
    • H01P1/266Coaxial terminations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems

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  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird für EMV(elektro­ magnetische Verträglichkeits)-Messungen, zur NEMP(nukle­ arer elektromagnetischer Impuls)-Simulation, für elektro­ magnetische Strahlungsmessungen im interferenzfreien Raum und zur Kalibrierung von Antennen und Sensoren verwendet.
Aus der EP-A 02 46 544 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur EMI-Prü­ fung elektronischer Geräte bekannt, mit sich pyramidenför­ mig aufweitenden Metallwänden zur Erzeugung von TEM(transversalen elektromagnetischen)-Wellen, bei der unterschiedliche Laufzeiten oder Phasenlagen der elektro­ magnetischen Wellen zwar im Feld durch HF-Absorber, nicht aber auf dem Innenleiter vermieden werden. Der trichter­ förmige Wellenleiter nach EP-A- 02 46 544 wird mit einem quaderförmigen Metallkasten abgeschlossen. Diese quader­ förmige, metallische Rückwand führt zu Laufzeitdifferenzen der Ströme auf dem Innenleiter und damit zu Fehlanpassun­ gen und Homogenitätsstörungen bei höheren Frequenzen im Feld.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die ein homogenes elektromagnetisches Feld in einer groß dimensionierten Absorberkammer bis zu höch­ sten Frequenzen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sowohl ein Laufzeitaus­ gleich im elektromagnetischen Strahlungsfeld gegeben ist, als auch ein Laufzeitausgleich der elektrischen Ströme und Spannungen, die die eigentlichen Quellgrößen der elektro­ magnetischen Felder darstellen, stattfindet. Dadurch wer­ den Interferenz- und Reflexionsstörungen auf dem Innenlei­ ter vermieden und es wird die Breitbandigkeit der Prüfan­ ordnung wesentlich erhöht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf eine schematisch dargestellte Zeichnung näher erläutert.
In Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, auch als Wellenleiter bezeichnet, dargestellt. Diese besteht aus einem elek­ tromagnetische Strahlung abschirmenden Außenleiter 6 und einem Innenleiter 2. Der Außenleiter 6 besteht aus einem auf dem Erdboden 10 liegendem pyramidenförmigen (trichter­ förmigen) Metallgehäuse, das z.B. eine rechteckförmige Querschnittsfläche besitzt, die mit einer Schmalseite den Erdboden 10 berührt. Der Außenleiter 6 besitzt außerdem eine kugelkalottenförmige Gehäuserückwand 5, deren zugehöriger Kugelradius z.B. gleich oder Länge L einer Seitenwand des Außenleiters 6 ist. Die Rückwand 5 besteht vorteilhafter­ weise ebenfalls aus Metall, das elektromagnetische Strah­ lung abschirmt.
Der Innenleiter 2 hat eine im wesentlichen dreieckige Flä­ che und ist z.B. aus Maschendraht oder Spanndrähten oder dünnen Metallrohren aufgebaut, die von der (Pyramiden-) Trichterspitze bis nahezu zur Rückwand 5 verlaufen und die an dünnen Kunststoffseilen 11 elektromagnetisch neu­ tral und asymmetrisch zum Außenleiter 6 aufgehängt sind. Durch eine Änderung der Länge der Kunststoffseile 11 ist der Wellenwiderstand des Innenleiters 2 einstellbar. Der Innenleiter 2 bsitzt, wie in einer Draufsicht gemäß Fig. 2 dargestellt, als Abschlußwiderstandsmaterial parallelgeschaltete, niederinduktive Ab­ schlußwiderstände 3 mit einem Gesamtwiderstand von etwa 50 Ohm, welche die kugelkalottenförmige, metallische Rückwand 5 unter Einhaltung des Wellenwiderstandes kontaktieren. Alternativ zu den einzelnen Abschlußwiderständen 3 kann auch ein flächiges, bandförmiges Widerstandsmaterial zur Vermeidung parasitärer Induktivitäten zwischen dem Innen­ leiter 2 und der Rückwand 5 kontaktiert werden. An die me­ tallische Rückwand 5 grenzt im Innenraum des Wellenleiters eine kugelkalottenförmige Absorberwand 4, bestehend z.B. aus derzeit handelsüblichen, pyramidenförmigen, die elek­ tromagnetische Energie absorbierenden Polyurethanschaum. Die Abschlußwiderstände 3 des Innenleiters 2 befinden sich an der Grenzfläche zwischen Absorberwand 4 und Gehäuse­ rückwand 5 in dem Absorbermaterial. Durch das Vermeiden langer Zuleitungen zwischen dem Ende des Innenleiters 2 und der kugelkalottenförmigen Rückwand 5 werden unter Bei­ behaltung des Wellenwiderstandes auftretende parasitäre Induktivitäten vermieden. Dadurch bleibt die Reflexions­ freiheit bis zu hohen Frequenzen erhalten, was die Über­ tragungsbandbreite erhöht. Eine solche Anordnung ermög­ licht, daß in einem weiten Frequenzbereich, z.B. 0,1 Hz bis 10 GHz, innerhalb und außerhalb des Innenleiters 2 gleiche elektrische Laufwege und Laufzeiten für die an der Trichterspitze 7 eingespeisten elektrischen Signale vor­ handen sind.
Ein beispielhafter Wellenleiter besitzt eine Länge L=24 m, eine Breite B=13,86 m und eine Höhe H=12 m. Des weiteren beträgt der horizontale Öffnungswinkel des Wel­ lenleiters ϕ H=40°, der vertikale Öffnungswinkel des Wel­ lenleiters ϕ V=30° und der Öffnungswinkel des Innenlei­ ters ϕ I=20°. Der Innenraum des Wellenleiters ist durch eine Tür 12 zugänglich (Fig. 1 und 2).
Der Innenleiter 2 wird in der Trichterspitze 7 des Wellen­ leiters über einen CW-Mode-Adapter mit einer Leistung von z.B. 10 kW oder einen Puls-Mode-Adapter mit einer Spannung von z.B. 500 kV gespeist. Der Einspeiseadapter ist z.B. mit isolierendem SF6-Gas gegen elektrische Überschläge ge­ schützt.
Der Innenleiter 2 ist abnehmbar und kann im Absorberraum z.B. parallel oder vertikal zur Absorberraumdecke angeord­ net werden. Zur Erzeugung vertikal polarisierter elektro­ magnetischer Wellen, wobei die elektrische Feldstärke E V das Prüfvolumen 8 flächig durchsetzt, wird der Innenleiter 2 parallel zur Raumdecke angeordnet (Fig. 3). Für den bei­ spielhaften Wellenleiter ergibt sich ein maximales, trich­ terförmiges Prüfvolumen 8 mit einer maximalen Höhe von un­ gefähr 5 m, einer maximalen Breite von ca. 8 m und einer maximalen Länge von etwa 15 m.
Zur Erzeugung von horizontal polarisierten elektromagneti­ schen Wellen E n wird der Innenleiter 2 senkrecht zur Ab­ sorberraumdecke aufgehängt. Das Prüfobjekt wird auf ein nicht leitfähiges Podest gestellt und etwa bis in die Mitte des Innenleiters 2 angehoben (Fig. 4). Für das hori­ zontal polarisierte elektromagnetische Feld besitzt der beispielhafte Wellenleiter ein trichterförmiges Prüfvolu­ men 9 mit einer maximalen Höhe von etwa 8 m, einer maxima­ len Breite von ca. 5 m und einer maximalen Länge von unge­ fähr 15 m.
Der erfindungsgemäße Wellenleiter eignet sich aufgrund seiner großen Abmessungen für große Prüfobjekte wie etwa PKW oder LKW. Bei den EMV- und EMP-Feldprüfungen in einem derartigen Wellenleiter werden folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erreicht:
  • - flächenhafte Durchdringung des gesamten, großen Prüfobjektes gegenüber der bisher üblichen punkt­ förmigen Bestrahlung,
  • - homogene Feldstärkeverteilung durch reflexions­ freien Abschluß der elektromagnetischen Felder mit geeigneten HF-Absorbern (<30 dB Reflexionsdämpfung) in Kombination mit einem reflexionsfreien, lauf­ zeit- und phasenausgeglichenem Leitungsabschluß durch induktivitätsarmes Widerstandsmaterial am Ende des Innenleiters.
In den Fig. 1 bis 4 ist ein trichterförmiger Wellenleiter dargestellt mit einer kugelkalottenförmigen Rückwand 5, deren Krümmungsmittelpunkt in der Trichterspitze 7 liegt. Für einige Anwendungen und insbesondere aus wirtschaftli­ chen Gesichtspunkten ist es vorteilhaft, einen davon ab­ weichenden Krümmungsradius zu wählen. In dem Ausführungs­ beispiel gemäß den Fig. 5 und 6 hat die kugelkalotten­ förmige Rückwand 5 einen unendlichen Krümmungsradius, so daß die Kugelkalotte zu einer Ebene entartet. Die zum In­ nenraum des Wellenleiters weisende Fläche 13 der Absorber­ wand 4 ist ebenfalls zu einer Ebene entartet und steht vorzugsweise im wesentlichen senkrecht auf der von der Trichterspitze 7 ausgehenden elektromagnetischen Wellen­ front (Fig. 5). Die zu Fig. 5 gehörige Draufsicht gemäß Fig. 6 zeigt, daß die Abschlußwiderstände 3 an einem kreisbogenförmigem elektrisch leitenden Verbindungsleiter 14 befestigt sind. Dieser ist über Halte- und Verbindungs­ leitungen 15 mechanisch und elektrisch mit der Rückwand 5 verbunden. Durch eine derartige Anordnung wird ebenfalls erreicht, daß die elektrischen Laufwege und Laufzeiten in dem Innenleiter 2 und in dem diesen umgebenden Raum gleich sind.
Weiterhin ist es möglich, die kugelkalottenförmige Rück­ wand 5 aus kleinen, ebenen Flächenstücken herzustellen, so daß ein Teil eines Polyeders entsteht. Dabei kann die Ku­ gelkalotte um so besser angenähert werden, je mehr Flächen der Polyeder besitzt. Dabei ist es unabhängig von der Form des Polyeders möglich, die Fläche 13 entsprechend den geforderten elektromagnetischen Eigenschaften zu gestal­ ten, z.B. diese als Ebene oder als Kugelkalotte auszubil­ den.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Erzeugung definierter elektromagneti­ scher Felder, bestehend aus einer geschirmten, trichter­ förmigen Absorberkammer mit einer Absorberwand, einer gleichartig geformten, elektrisch leitenden Gehäuserückwand und einem asymmetrisch angeordneten Innenlei­ ter, der auf Abschlußwiderstandsmaterial geführt ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Absor­ berwand (4) kugelkalottenförmig ausgebildet ist und direkt an die gleichartig geformte, elek­ trisch leitende Gehäuserückwand (5) angrenzt und daß das Abschlußwiderstandsmaterial (3) an der Grenzfläche zwischen Absorberwand (4) und Gehäuserückwand (5) in dem Absorbermaterial der Absorberwand (4), unter Vermeidung von parasitären Induktivitäten und von ungleichen Laufwegen und Laufzeiten des äußeren Strompfades des Innenleiters (2) und des inneren Strompfades des Innenleiters (2), angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußwiderstandsmaterial (3) des Innenleiters (2) an der Grenzfläche zwischen Innenleiter (2) und elek­ trisch leitender Gehäuserückwand (5) flächenhaft oder mit mehreren parallel angeordneten Widerständen unter Beibe­ haltung des Wellenwiderstands eingebracht ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (2) im Absor­ berraum parallel oder vertikal zur Gehäusedecke angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (2) eine ma­ schenförmige Struktur besitzt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (2) aus metal­ lischen Spanndrähten und/oder Metallrohren aufgebaut ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die kugelkalottenförmige Gehäuserückwand (5) zu einer Ebene entartet ist,
daß die zum Innenraum der Vorrichtung weisende Fläche (13) der Absorberwand (4) so ausgerichtet ist, daß sie im wesentlichen senkrecht auf der von der Trichterspitze (7) aus­ gehenden Wellenfront steht und
daß die Abschlußwiderstände (3) im wesentlichen kreisbogenförmig an der Gehäuserückwand (5) befestigt sind, derart, daß ein Laufzeitausgleich entsteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuserückwand (5) durch Poly­ ederflächen gebildet ist.
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