DE3931449C2 - - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/24—Terminating devices
- H01P1/26—Dissipative terminations
- H01P1/266—Coaxial terminations
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- H01Q17/00—Devices 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.
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.
Priority Applications (3)
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