EP0983520A1 - Verfahren und vorrichtungen zur erzeugung und zum empfang von elektromagnetischen feldern zu prüf- und messzwecken - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zur erzeugung und zum empfang von elektromagnetischen feldern zu prüf- und messzwecken

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EP0983520A1
EP0983520A1 EP98928241A EP98928241A EP0983520A1 EP 0983520 A1 EP0983520 A1 EP 0983520A1 EP 98928241 A EP98928241 A EP 98928241A EP 98928241 A EP98928241 A EP 98928241A EP 0983520 A1 EP0983520 A1 EP 0983520A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner conductors
rear wall
screen
electromagnetic fields
generating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98928241A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg FUNCK
Diethard Hansen
Detlef Ristau
Stefan MÖBLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Euro EMC Service Dr Hansen GmbH
Original Assignee
Euro EMC Service Dr Hansen GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19806320A external-priority patent/DE19806320A1/de
Application filed by Euro EMC Service Dr Hansen GmbH filed Critical Euro EMC Service Dr Hansen GmbH
Publication of EP0983520A1 publication Critical patent/EP0983520A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0807—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by the application
    • G01R29/0814—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning
    • G01R29/0821—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning rooms and test sites therefor, e.g. anechoic chambers, open field sites or TEM cells
    • G01R29/0828—TEM-cells

Definitions

  • the invention relates to a method and devices for generating and receiving electromagnetic fields and is used in particular for electromagnetic field radiation and radiation in electronic and electrical devices and systems, for example for EMC measurements.
  • a first device according to the invention is designed as a funnel-shaped, electrically symmetrical strip conductor, in which TEM cells are generated, and which is either permanently integrated in its own screen or can be built into existing absorber chambers.
  • a second device according to the invention has at least four widened inner conductors, which are arranged in such a way that pairs are formed by symmetrical feeding at the tips of the inner conductors, which at their end are individually terminated correctly at an absorber-covered conductive rear wall.
  • the geometrical shape of the outer screen is not of decisive importance for both devices, since it should not be integrated into the current return line.
  • the screen can e.g. have a special pyramidal shape or also be cuboid.
  • a disadvantage of this arrangement is that most of the energy is concentrated in the space of only 2.5 cm between the shield and the inner conductors, and the field in the test volume is therefore relatively compared to the input power and parasitic effects is weak. This affects precision, especially at high frequencies.
  • the major part of the energy is not transported between the two inner conductors composed of individual wires, but between the inner conductors and the shield walls directly above or below.
  • the conditions are similar to those in the previously described arrangement according to DE 195 49 246. Only the rear wall, possibly the front wall and the side walls, should be clad with absorbers, while the screen walls lying directly above and below the wires together with the Wires form the asymmetrical line systems described there.
  • the invention is therefore based on the object when using the volume advantages of the electrically symmetrical waveguide to provide a method and devices for generating and receiving electromagnetic fields, in particular for testing and measuring purposes, the method providing highly effective, low-loss operation at a high energy concentration in the Test volume enables and the devices can be inexpensive, manufactured and adjusted with little effort.
  • a particular advantage of the invention is the effective generation of a high energy concentration in the test volume, that is to say inside the cell between the pyramid-shaped inner conductors, by largely preventing the return of current via the screen and thereby transporting the main energy between the inner conductors through the test volume.
  • the construction is fed symmetrically via a balun at the top of the two, for example triangular, inner conductors designed as metallic plates.
  • a balun at the top of the two, for example triangular, inner conductors designed as metallic plates.
  • all four side walls and the rear wall of the screen can be covered with absorbent material e.g. Ferrite tiles are clad.
  • the rear wall can be constructed both straight and curved. There are various options for terminating the resistance, with the current shortly closing on the inside of the rear wall.
  • a particular advantage of the second implementation variant of the invention is the electrical switchability or pivotability of the polarization of the TEM waveguide, which is achieved in that at least four widened inner conductors are arranged in such a way that symmetrical feed to the Pointed pairs are formed, which are terminated individually at the end on an absorber-covered conductive rear wall with correct impedance.
  • Fig. 1 TEM waveguide with two inner conductors and with a rear wall according to a first device
  • Fig. 2 TEM waveguide with two inner conductors and with its own second rear wall isolated from the screen according to the first device
  • FIG. 3 shows an implementation variant of a second device with four inner conductors
  • FIG. 3A shows an enlarged illustration of the balun area according to FIG. 3
  • FIG. 4 cross-sectional view of the TEM waveguide of Fig. 3 with shield
  • Fig. 5 feed into the TEM waveguide of FIG. 3 switchable for vertical and horizontal polarization
  • Fig. 7 design of the current paths and arrangement of the terminating resistors at a. TEM waveguide with eight inner conductors corresponding to FIG. 6
  • the simplest form of implementation with respect to the first device is to conductively attach the resistors 1 arranged on the inside of the screen 4 to the rear wall 3.
  • ferrite absorbers make sure that Current paths 2 are kept clear to ensure the flow of electricity.
  • This can be implemented in such a way that the area around the resistors 1 and the path to the respectively opposite resistor 1 is not covered with absorbers, or a corresponding earth strap is applied to the absorbers at these points.
  • the reason is the high dielectric constant of the ferrite absorbers, which changes the characteristic impedance by increasing the capacitance.
  • Another reason is the high permittivity number, which makes the current path too high-resistance due to an increase in inductance.
  • a second possibility, as shown in FIG. 2, is to use two rear walls 3a, 3b lying one behind the other, so that the current can additionally flow unhindered on the rear side of the first rear wall 3a which is not lined with absorbent material.
  • the second rear wall 3b closes the screen 4 and, like this, can additionally be coated on the inside with absorbent material.
  • the first rear wall 3a can additionally be arranged in an electrically completely insulated manner from the second rear wall 3b. The only conductive connection of the shield to the internals is then through the socket 8 inserted into the shield. This leaves the possibility of mechanical rotation of the septa within the fixed housing.
  • the screen 4 does not necessarily have to be pyramid-shaped, as shown in FIG.
  • the screen could, for. B. can also be designed cuboid.
  • the TEM waveguide can be installed cost-effectively in already existing full absorber chambers and in this case the absorber chamber can be used as a shield.
  • the installation can be carried out in such a way that earth strips for the creation of the required current paths 2 are first glued to the wall to which the resistors 1 are to be attached. The resistors 1 are then conductively connected to these ground straps.
  • the cost-saving is compared to the prior art by dispensing with the costly serrated plate at the feed, which is associated with a considerable adjustment effort.
  • the stripline must be constructed with a significantly higher impedance, for example with a 200 ohm characteristic impedance.
  • the balun 7 arranged at the tip 6a of the inner conductor can also be used for resistance adjustment (for example 1: 4 balun) in addition to symmetrization. With the same input power at the 50 ohm socket 8, a higher electrical field strength can be achieved in the test volume in the case of field radiation.
  • a stripline with a few hundred ohm wave impedance (large distance between the two inner conductors 6 as a forward and return conductor) can be constructed with significantly greater distance tolerances than a 25 ohm waveguide (small distance between the inner conductor and the screen as a forward and return conductor).
  • a spacer between the inner conductor 6 and screen 4 or between the first and second rear walls 3a, 3b for example, rigid foam blocks or rigid foam plates can be used.
  • the door can be arranged both in the side walls 5 and in the rear wall 3a, 3b.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the second device with four inner conductors.
  • the waveguide is later installed in a screen 15 completely lined with ferrite absorbers 14a, as the cross-sectional illustration in FIG. 4 shows.
  • the geometrical shape of the outer screen 15 is not of crucial importance, since it should not be integrated into the current return line due to the covering with ferrite absorbers 14a.
  • the screen 15 can, for example, have a pyramid-like shape or also be cuboid in order to achieve a cross section corresponding to FIG. 4.
  • the implementation of corresponding current paths can also be achieved by applying corresponding metallic ground straps to the ferrite absorbers 14a.
  • Each inner conductor 11 is terminated with resistors 13 individually on these current paths 12 with correct impedance.
  • the current paths 12 are arranged in the edge region of the TEM conductor cross section in order to minimize field reflections in the test volume.
  • the inner conductors 11 can be implemented most simply by triangular metal strips. In principle, however, it is also possible to use other inner conductor cross sections, however, in order to achieve a wave resistance that is constant over the length, their cross section must widen continuously to the same extent as the overall structure. In the case of round cross sections, this leads, for example, to conically widening conical inner conductors 11.
  • the switchover device 19 By inserting a switching device 19, which is not explicitly shown in the figures, between the tips 11a of the inner conductors 11 and the balun 17, it is possible to determine the polarization of the TEM wave in cross section from to switch vertical E-field polarization to horizontal E-field polarization. In the first case, the horizontal and in the second case the vertically adjacent inner conductors 11 are connected in pairs at the tip (FIG. 5). Implementation possibilities for the switchover device 19 are, for example, a plug-in connection which allows the balun 17 to be plugged onto the four inner conductors 11, also rotated 90 °, or a correspondingly constructed rotary switch.
  • further polarization angles can be set if the arrangement is appropriate. With a total of six inner conductors 11, the polarization can be set in 60 ° steps, with eight inner conductors 11 in 45 ° steps and with another even number of inner conductors n in 360 ° / n steps.
  • FIG. 6 shows a possible implementation for the configuration of the feed and FIG. 7 for the termination of a TEM waveguide with eight inner conductors 11, the inner conductors 11 being arranged in an octagon.
  • the polarization of the TEM Shaft can be set in 45 ° steps.
  • attenuators 16 can be used to ensure that adjacent inner conductor pairs are subjected to a correspondingly lower RF voltage than the middle pairs.
  • the voltage to be set must be inversely proportional to the average inner conductor spacing in order to obtain a field distribution between the inner conductors 11 that is as uniform as possible in the entire interior.
  • each individual inner conductor 11 is terminated individually with an "active balun", the direction of polarization can also be set fully electronically.
  • an "active balun” consists of power RF transistors which are driven by a power splitter with the correct amplitude and with a switchable phase position.
  • an amplifier made of RF transistors is controlled via an adaptation network, the amplification of which can be set, the phase position of which can be switched and the outputs of which are interconnected via a power combiner.
  • a phase-shifted feed can also generate a rotating polarization (circularly polarized wave).
  • a rotating polarization circularly polarized wave
  • two voltages offset by the phase angle 90 ° can be connected simultaneously, each of these voltages being fed between two diagonally opposed inner conductors 11.
  • Another possible variation is to replace the terminating resistors 13 with open circuit or short circuit.
  • low-frequency electrical or low-frequency magnetic fields can be generated, for example for certain 50 or 60 Hz mains frequency tests, so that no extra devices such as special magnetic frames etc. are required for these simple tests either.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Mess- und Prüfverfahren sowie zwei Testvorrichtungen für EMV-Messungen zur elektromagnetischen Feldab- und -einstrahlung bei elektronischen und elektrischen Geräten und Systemen. Neben EMV-Messungen und Prüfungen, die mit anderen genormten Messverfahren korreliert werden können, sind zusätzlich hochpräzise Feld-Kalibrierungen auf Basis des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der Vorrichtung durchführbar. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Feld mit maximaler Energiekonzentration zwischen den Innenleitern geführt und dabei ein Stromfluss von den Innenleitern über den Schirm weitgehend unterdrückt wird und die Polarisation des TEM-Wellenleiters einstellbar ist. Die erste Vorrichtung basiert darauf, dass mindestens zwei sich gegenüberliegende aufweitend gestaltete Innenleiter (6) an ihrer Spitze (6a) symmetrisch über einen Balun (7) gespeist werden und die Innenleiter (6) über Widerstände (1) mit einer ersten Rückwand (3a) und/oder einer zweiten Rückwand (3b) elektrisch leitend verbunden sind. Eine zweite erfindungsgemässe Vorrichtung weist mindestens vier aufweitend gestaltete Innenleiter auf, die derart angeordnet sind, dass durch paarweise symmetrische Einspeisung an den Spitzen der Innenleiter Paare gebildet werden, welche an ihrem Ende an einer absorberbelegten leitfähigen Rückwand einzeln impedanzrichtig abgeschlossen sind.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung und zum Empfang von elektromagnetischen Feldern zu Prüf- und
Meßzwecken
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Erzeugung und zum Empfang von elektromagnetischen Feldern und dient insbesondere zur elektromagnetischen Feldab- und -einstrahlung bei elektronischen und elektrischen Geräten und Systemen beispielsweise für EMV-Messungen.
Neben EMV-Messungen und Prüfungen, die mit anderen genormten Meßverfahren korreliert werden können, sind zusätzlich hochpräzise Feld-Kalibrierungen sowie weitergehende Anwendungen auf der Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtungen durchführbar. Dies betrifft sowohl sinusförmige als auch pulsförmige Felder. Eine weitere Anwendung besteht für Rückstreumessungen an Materialproben. Möglich ist außerdem die Ermittlung von Strahlungsdiagrammen bestimmter Antennen und die Bestrahlung von Objekten.
Eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung ist als trich- terförmiger, elektrisch symmetrischer Streifenleiter konzipiert, in dem TEM- ellen erzeugt werden, und der entweder fest in einen eigenen Schirm integriert wird oder in bestehenden Absorberkammern aufgebaut werden kann. Eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens vier aufweitend gestaltete Innenleiter auf, die derart angeordnet sind, daß durch paarweise symmetrische Einspeisung an den Spitzen der Innenleiter Paare gebildet werden, welche an ihrem Ende an einer absorberbelegten leitfähigen Rückwand einzeln impedanz- richtig abgeschlossen sind.
Die geometrische Form des äußeren Schirmes ist bei bei- den Vorrichtungen nicht von entscheidender Bedeutung, da er nicht in die Stromrückleitung eingebunden werden soll. Der Schirm kann z.B. eine spezielle pyramidenförmige Gestalt haben oder auch quaderförmig sein.
Es sind bereits verschiedene Apparate bekannt, die als Wellenleiter für die Erzeugung von TEM-Wellen eingesetzt werden. Der Stand der Technik wird in DE 195 49 246 beschrieben. Dort ist eine pyramidenförmige Anordnung offenbart, die während der Messung um die Längs- achse gedreht werden kann, und eine symmetrische TEM- Zelle mit drahtförmigen Innenleitern darstellt. Die TEM-Zelle ist dabei an den zwei Seitenwänden und der Rückwand mit elektromagnetisch-absorbierenden Material ausgekleidet, und die Innenleiter sind am Ende mit Wi- derständen direkt zum Schirm hin abgeschlossen. Der Schirm direkt oberhalb bzw. unterhalb der Innenleiter ist in die Stromrückleitung einbezogen. Die Rückwand ist gekrümmt ausgeführt, und die Abschlußwiderstände sind räumlich davor in einem Kreisbogen angeordnet.
Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß der größte Teil der Energie in dem nur maximal 2,5 cm hohem Raum zwischen dem Schirm und den Innenleitern konzentriert ist und das Feld im Prüfvolumen deshalb im Vergleich zur Eingangsleistung und parasitären Effekten relativ schwach ist. Dies beeinträchtigt besonders bei hohen Frequenzen die Präzision.
Nachteilig ist weiterhin das kostenaufwendige Zackenblech an der Einspeisung, das mit einem erheblichen Justieraufwand verbunden is .
Auch bei der Vorrichtung nach DE 295 21 476 wird der größte Teil der Energie nicht zwischen den beiden aus Einzeldrähten zusammengesetzten Innenleitern trans- portiert, sondern zwischen den Innenleitern und den direkt darüber bzw. darunter liegenden Schirmwänden. Diesbezüglich liegen also die Verhältnisse ähnlich, wie bei der vorherbeschriebenen Anordnung nach DE 195 49 246. Nur die Rückwand, ggf. die Stirnwand und die Sei- tenwände sollen mit Absorbern bekleidet werden, während die direkt über und unter den Drähten liegenden Schirmwände zusammen mit den Drähten die dort beschriebenen unsymmetrischen Leitungssysteme bilden.
Unzulänglichkeiten bei der Feldqualität entstehen auch an Knickstellen im TEM-Wellenleitern, wie z.B. bei klassischen TEM-Zellen vom Crawford -Typ oder in DE 44 31 480 beim Übergang vom sich aufweitenden Teil zum Parallelteil . An diesen Unstetigkeitsstellen werden Se- kundärwellen angeregt, die sich der erzeugten TEM-Welle überlagern.
Die Durchführung von Innenleitern durch schmale Schlitze in Absorberwänden, ganz besonders aber dann, wenn es sich dabei wie bei DE 195 01 329 um Ferritab- sorber handelt, hat Reflexionen der Leitungswelle zur Folge, die letztlich die Feldqualität ebenfalls mindern. Durch die hohe Permeabilität der Ferritabsorber wird in einigen Frequenzbereichen der Stromfluß zu den Widerständen infolge der an dieser Stelle wirkenden Induktivität weitgehend behinder .
Bei elektrisch unsymmetrisch TEM-Wellenleitern wie z.B. DE 44 31 480 oder DE 195 01 329 wird nur maximal 50 % der eingespeisten Energie sich im Prüfräum ausbreiten. Wird z.B. der Raum unter dem Innenleiter für den Prüfling genutzt, so wird der andere Teil der Energie im Raum über dem Innenleiter ungenutzt bleiben. Zwar wird damit im Prüfräum bedeutend mehr Energie geführt als bei den zuvor beschriebenen Anordnungen nach DE 195 49 246 und DE 295 21 476, aber gleichzeitig entfällt auf den dann ungenutzten Raumteil (über dem Innenleiter) auch ein bedeutender Teil des Gesamtvolumens, so daß sich bei gegebenen Prüflingsvolumen die elektrisch unsymmetrische Anordnung gegenüber den elektrisch symmetrischen Anordnungen insgesamt vom umbauten Volumen her bedeutend vergrößert .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde bei Nutzung der Volumenvorteile des elektrisch symmetrischen Wellenleiters, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung und zum Empfang von elektromagnetischen Feldern insbesondere zu Prüf- und Meßzwecken zu schaffen, wobei das Verfahren einen hocheffektiven, verlustarmen Betrieb bei einer hohen Energiekonzentration im Prüfvolumen ermöglicht und die Vorrichtungen preiswert , hergestellt und mit wenig Aufwand justiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 11 und 17. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der effektiven Erzeugung einer hohen Energiekonzentration im Prüfvolumen, also im Innern der Zelle zwischen den sich pyramidenförmig aufweitenden Innenleitern, indem die Stromrückleitung über den Schirm weitgehend unterbunden und dadurch die Hauptenergie zwischen den Innenleitern durch das Prüfvolumen transportiert wird.
Bei der ersten Realisierungsvariante der Erfindung wird die Konstruktion dazu an der Spitze der beiden beispielsweise dreiecksförmigen, als metallische Platten ausgeführten Innenleiter symmetrisch über einen Balun gespeist. Um die Stromrückleitung über den pyramidenförmigen Schirm zu verhindern, können alle vier Seiten- wände sowie die Rückwand des Schirmes mit absorbierenden Material z.B. Ferritkacheln verkleidet werden. Die Rückwand kann sowohl gerade als auch gekrümmt aufgebaut sein. Für die Widerstandsterminierung bestehen verschiedene Möglichkeiten, wobei sich der Strom auf kur- zem Wege über die Innenseite der Rückwand schließen soll.
Ein besonderer Vorteil der zweiten Realisierungs- variante der Erfindung ist die elektrische Schaltbar- keit bzw. Schwenkbarkeit der Polarisation des TEM-Wel- lenleiters, welche dadurch erreicht wird, daß mindestens vier aufweitend gestaltete Innenleiter derart angeordnet sind, daß durch paarweise symmetrische Einspeisung an den Spitzen Paare gebildet werden, welche an ihrem Ende an einer absorberbelegten leitfähigen Rückwand einzeln impedanzrichtig abgeschlossen sind.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von in den Figuren zumindestens teilweise dargestellten Ausführungs- beispielen erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 TEM-Wellenleiter mit zwei Innenleitern und mit einer Rückwand gemäß einer ersten Vorrichtung
Fig. 2 TEM-Wellenleiter mit zwei Innenleitern und mit einer eigenen vom Schirm isolierten zweiten Rückwand gemäß der ersten Vorrichtung
Fig. 3 eine Realisierungsvariante einer zweiten Vorrichtung mit vier Innenleitern
Fig. 3A eine vergrößerte Darstellung des Balunbereiches gemäß Fig. 3
Fig. 4 Querschnittsdarstellung des TEM-Wellenleiters nach Fig. 3 mit Abschirmung
Fig. 5 Einspeisung in den TEM-Wellenleiter nach Fig. 3 umschaltbar für vertikale und horizontale Polarisation
Fig. 6 Einspeisung in einen TEM-Wellenleiter mit 8 Innenleitern als weitere Realisierungsvari- ante
Fig. 7 Gestaltung der Strombahnen und Anordnung der Abschlußwiderstände bei einem , . TEM- Wellenleiter mit acht Innenleitern entsprechend Fig. 6
Die einfachste Realisierungsform bezüglich der ersten Vorrichtung besteht darin, wie in Fig. 1 dargestellt, die am Schirm 4 innen angeordneten Widerstände 1 leitfähig auf der Rückwand 3 zu befestigen. Bei der Verwen- düng von Ferritabsorbern ist darauf zu achten, daß Strombahnen 2 freigehalten werden, um den Stromfluß zu gewährleisten. Dies kann in der Form realisiert werden, daß der Bereich um die Widerstände 1 und der Weg zum jeweils gegenüberliegenden Widerstand 1 nicht mit Ab- sorbern belegt wird oder an diesen Stellen ein entsprechendes Masseband auf die Absorber aufgebracht wird. Grund ist die hohe Dielektrizitätszahl der Ferritabsorber, die durch Kapazitätserhöhung den Wellenwiderstand verändert. Ein weiterer Grund ist die hohe Permit- tivitätszahl , die durch Induktivitätserhöhung den Strompfad zu hochohmig macht . Entgegen gemäß dem Stand der Technik bekannten Ausführungen ist bei schmalen Ausparungen zur Durchführung der Widerstandsabschlüsse oder des Wellenleiters kein Stromfluß zu erwarten. Bei Verwendung von Pyramidenabsorbern kann die Rückwand vollständig belegt werden, da Dielektrizität und Per- mittivität gering sind. Allein eine zu starke Nähe der Absorber zu den Septen ist durch das Einbringen entsprechender Aussparungen in den Absorbern wegen der drohenden Kapazitätserhöhung zu vermeiden.
Eine zweite Möglichkeit, wie in Fig. 2 gezeigt, besteht darin, zwei hintereinander liegende Rückwände 3a, 3b zu verwenden, so daß der Strom zusätzlich ungehindert auf der nicht mit absorbierenden Material verkleideten Rückseite der ersten Rückwand 3a fließen kann. Die zweite Rückwand 3b schließt den Schirm 4 und kann wie dieser zusätzlich innen mit absorbierenden Material beschichtet sein. Die erste Rückwand 3a kann dabei außer- dem zusätzlich von der zweiten Rückwand 3b elektrisch vollkommen isoliert angeordnet sein. Die einzige leitfähige Verbindung des Schirmes mit den Einbauten besteht dann durch die in den Schirm eingefügte Buchse 8. Dadurch bleibt die Möglichkeit zur mechanischen Drehung der Septen innerhalb des feststehenden Gehäuses erhal- ten. Der Schirm 4 muß dabei nicht unbedingt wie in Fig. 2 gezeigt pyramidenförmig aufgebaut sein, sondern kann im Prinzip jede beliebige Form haben, da durch die vollständige Ferritabsorberauskleidung, die Oberflä- chenströme auf der Innenseite des metallischen Schirmes stark bedämpft werden und somit der Schirm nicht an der Stromrückleitung beteiligt ist. So könnte der Schirm z. B. auch quaderförmig gestaltet werden.
Als dritte Möglichkeit kommt deshalb in Anlehnung an die erste Möglichkeit in Betracht, anstelle eines eigenen mit absorbierenden Material ausgekleideten Schirmes 4 den TEM-Wellenleiter kostensparend in bereits existierende Vollabsorberkammern einzubauen und in diesem Fall die Absorberkammer als Schirm zu nutzen. Bei Ferritabsorberkammern kann der Einbau so durchgeführt werden, daß an der Wand an der die Widerstände 1 befestigt werden sollen, zunächst Massebänder für die Schaffung der erforderlichen Strombahnen 2 aufgeklebt werden. Die Widerstände 1 werden dann leitfähig mit diesen Massebändern verbunden.
Kostensparend ist in allen drei Fällen gegenüber dem Stand der Technik der Verzicht auf das kostenaufwendige Zackenblech an der Einspeisung, das mit einem erheblichen Justieraufwand verbunden ist. Außerdem ist der Streifenleiter hier abstandsbedingt wesentlich hochohmiger z.B. mit 200 Ohm Wellenwiderstand aufzubauen. Der an der Spitze 6a der Innenleiter angeordnete Balun 7 kann außer zur Symmetrierung gleichzeitig zur Widerstandsanpassung dienen (z.B. 1:4 Balun). Bei gleicher Eingangsleistung an der 50 Ohm-Buchse 8 läßt sich so im Falle der Feldeinstrahlung eine höhere elektrische Feldstärke im Prüfvolumen erzielen. Außerdem er- gibt sich eine wesentliche Fertigungserleichterung, weil ein Streifenleiter mit einigen hundert Ohm Wellenwiderstand (großer Abstand zwischen den beiden Innenleitern 6 als Hin- und Rückleiter) mit wesentlich größeren Abstandstoleranzen aufgebaut werden kann als ein 25 Ohm Wellenleiter (geringer Abstand zwischen dem Innenleiter und dem Schirm als Hin- und Rückleiter) . Als Abstandshalter zwischen Innenleiter 6 und Schirm 4 bzw. zwischen erster und zweiter Rückwand 3a, 3b können z.B. Hartschaum-Klötzer oder Hartschaum-Platten verwendet werden. Die Tür kann sowohl in die Seitenwände 5 als auch in die Rückwand 3a, 3b angeordnet werden.
Eine Realisierungsform der zweiten Vorrichtung mit vier Innenleitern zeigt Fig. 3. Auch in diesem Fall wird der Wellenleiter später in einen vollständig mit Ferritabsorbern 14a ausgekleideten Schirm 15 eingebaut, wie die Querschnittsdarstellung in Fig. 4 zeigt. Die geometrische Form des äußeren Schirmes 15 ist nicht von entscheidender Bedeutung, da er durch die Belegung mit Ferritabsorbern 14a nicht in die Stromrückleitung eingebunden werden soll. Der Schirm 15 kann z.B. eine pyramidenförmige Gestalt haben oder auch quaderformig sein, um einen Querschnitt entsprechend Fig. 4. zu realisieren. In der Rückwand 14 dieses Schirmes 15 befinden sich nicht durch Absorber 14a bedeckte Strombahnen 12. Die Realisierung entsprechender Strombahnen kann auch durch Aufbringen entsprechender metallischer Massebänder auf die Ferritabsorber 14a erreicht werden. Jeder Innenlei- ter 11 wird entsprechend mit Widerständen 13 einzeln auf diese Strombahnen 12 hin impedanzrichtig abgeschlossen. Die Strombahnen 12 werden dabei nach Möglichkeit im Randbereich des TEM-Leiterquerschnittes angeordnet, um Feldreflexionen in das Prüfvolumen zu mi- nimieren. Die Innenleiter 11 können wie im dargestellten Beispiel am einfachsten durch dreiecksförmige Metallstreifen realisiert werden. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, andere Innenleiterquerschnitte zu verwenden, jedoch muß sich deren Querschnitt zur Erzielung eines über die Länge konstanten Wellenwiderstandes im selben Maße wie die GesamtStruktur stetig aufweiten. Dies führt bei runden Querschnitten beispielsweise zu sich konisch aufweitenden kegelförmigen Innenleitern 11. Durch die Einfügung einer in den Figuren nicht explizit dargestellten Umschalteinrichtung 19 zwischen den Spitzen 11a der Innenleiter 11 und dem Balun 17 ist es möglich, die Polarisation der TEM-Welle im Querschnitt von vertikaler E-Feld-Polarisation auf horizontale E-Feld- Polarisation umzuschalten. Im ersten Fall werden dabei jeweils die horizontal und im zweiten Fall die vertikal nebeneinanderliegenden Innenleiter 11 an der Spitze paarweise zusammengeschaltet (Fig. 5) . Realisierungs- möglichkeiten für die Umschalteinrichtung 19 sind z.B. eine Steckverbindung, die es erlaubt, den Balun 17 auch 90° gedreht auf die vier Innenleiter 11 aufzustecken oder ein entsprechend aufgebauter Drehschalter.
Wird die Anordnung auf weitere Innenleiterpaare erwei- tert, können bei entsprechender Anordnung weitere Pola- risationswinkel eingestellt werden. Bei insgesamt sechs Innenleitern 11 kann die Polarisation in 60° -Schritten, bei acht Innenleitern 11 in 45° -Schritten und bei einer anderen gradzahligen Innenleiteranzahl n in 360°/n Schritten eingestellt werden.
Fig. 6 zeigt eine Realisierungsmöglichkeit für die Gestaltung der Einspeisung und Fig. 7 für den Abschluß eines TEM-Wellenleiters mit acht Innenleitern 11, dabei sind die Innenleiter 11 in einem Achteck angeordne . Bei dieser Anordnung kann die Polarisation der TEM- Welle in 45° -Schritten eingestellt werden. Bei der Einspeisung kann durch zugeschaltete Dämpfungsglieder 16 dafür gesorgt werden, daß näher benachbarte Innenlei- terpaare mit einer entsprechend kleineren HF-Spannung beaufschlagt werden als die mittleren Paare. Die einzustellende Spannung muß dabei dem mittleren Innenleiter- abstand umgekehrt proportional sein, um eine möglichst gleichmäßige Feldverteilung im gesamten Innenraum zwischen den Innenleitern 11 zu erhalten.
Wenn jeder einzelne Innenleiter 11 individuell mit einem "aktiven Balun" abgeschlossen wird, kann dadurch die Polarisationsrichtung auch vollelektronisch eingestellt werden. Ein solcher "aktiver Balun" besteht im Sendefall aus Leistungs-HF-Transistoren, die amplitudenrichtig und mit umschaltbarer Phasenlage aus einem Powersplitter angesteuert werden. Im Empfangsfall wird über ein Anpassungsnetzwerk ein Verstärker aus HF-Transistoren angesteuert, dessen Verstärkung einstellbar ist, dessen Phasenlage umgeschaltet werden kann und dessen Ausgänge über einen Power-Combiner zusammenge- schaltet werden.
Es ist nicht nur der Betrieb des Wellenleiters mit ein- stellbarer konstanter Polarisation möglich durch phasenversetzte Einspeisung kann auch eine drehende Polarisation (zirkulär polarisierte Welle) erzeugt werden. Im Falle des Realisierungsbeispiels mit vier Innenleitern 11 können z.B. gleichzeitig zwei um den Phasenwin- kel 90° versetzte Spannungen angeschlossen werden, wobei jede dieser Spannungen jeweils zwischen zwei sich diagonal gegenüberliegende Innenleitern 11 eingespeist wird. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin die Abschlußwiderstände 13 durch Leerlauf bzw. Kurzschluß zu ersetzten. Im tiefen Frequenzbereich können so niederfrequente elektrische bzw. niederfrequente magneti- sehe Felder erzeugt werden, z.B. für bestimmte 50 oder 60 Hz - Netzfrequenztests, so daß auch für diese einfachen Tests keine Extraeinrichtungen wie spezielle Magnetrahmen usw. benötigt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Variation der Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Widerstände
2 Strombahnen 3 Rückwand
3a erste Rückwand
3b zweite Rückwand
4 Schirm
5 Seitenwände des Schirmes 6 Innenleiter
6a Spitze
7 Balun
8 Buchse
11 Innenleiter Ha Spitze
12 Strombahnen
13 Abschlußwiderstand
14 Rückwand 14a Absorber 14b Zentralbereich der Rückwand
14c Randbereich der Rückwand
15 Schirm
16 Dämpfungsglied
17 Balun 17a Balun und Umschalteinrichtung
18 Buchse
19 Umschalteinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung und zum Empfang von elektromagnetischen Feldern mit einem innerhalb eines TEM-Wellenleiters befindlichen Objekt, wobei entweder das Objekt mit definierten Parametern beaufschlagt wird oder die vom Objekt ausgesandte elektromagnetische Strahlung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisches Feld mit maximaler Energie- konzentration zwischen den Innenleitern geführt und dabei ein Stromfluß von den Innenleitern über den Schirm weitgehend unterdrückt wird und die Polarisation des TEM-Wellenleiters einstellbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhinderung des Stromflusses durch zielgerichtete Vorgabe von Stromwegen mit geeigneten Impedanzen erfolgt .
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwege einschließlich der Massepfade auf der Rückwand niederohmig wirken.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Feld kontinuierlich oder pulsförmig ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation mechanisch durch Drehung des TEM- Wellenleiters um seine Längsachse einstellbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation durch elektrische oder elektronische SchaltVorgänge bei feststehendem TEM-Wellenleiter einstellbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung und Einspeisung der elektromagnetischen Felder die Innenleiter derart gespeist werden, daß eine konstante oder drehende Polarisation realisiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Außenwiderstand der Widerstandswert Leerlauf zur Erzeugung elektrischer Felder oder Kurzschluß zur Erzeugung magnetischer Felder eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung elektromagnetischer Felder über einen „aktiven Balun" erfolgt, der aus Leistungs-HF-Tran- sistoren besteht, die amplitudenrichtig und mit umschaltbarer Phasenlage aus einem Power-Splitter angesteuert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang elektromagnetischer Felder über einen „aktiven Balun" erfolgt, der aus HF-Transistoren besteht, deren Verstärkung einstellbar ist, deren Phasenlage umschaltbar ist und deren Ausgänge über einen Power-Combiner zusammengeschaltet werden .
11. Vorrichtung zur Erzeugung und zum Empfang von elektromagnetischen Feldern mit einem etwa pyramidenförmigen TEM-Wellenleiter aus Septen im Inneren einer einen Schirm bildenden ZelJe mit absorbierenden Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei sich gegenüberliegende aufweitend gestaltete Innenleiter (6) an ihrer Spitze (6a) symmetrisch über einen Balun (7) gespeist werden und die Innenleiter (6) über Widerstände (1) mit einer ersten Rückwand (3a) und/oder einer zweiten Rückwand (3b) elektrisch leitend verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter (6) dreieckförmig ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter (6) metallische Platten sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter (6) aus Drähten bestehen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte gitterförmig angeordnet sind oder Maschen bilden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenleitern (6) und/oder dem Schirm (4) und/oder zwischen der ersten Rückwand (3a) und der zweiten Rückwand (3b) Hartschaumklötzer und/oder Hartschaumplatten angeordnet sind.
17. Vorrichtung zur Erzeugung und zum Empfang von elektromagnetischen Feldern mit einem etwa pyramidenförmigen oder kegelförmigen TEM- Wellenleiter aus Septen im Inneren einer einen Schirm bildenden Zelle mit absorbierenden Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier aufweitend gestaltete Innenleiter (11) derart angeordnet sind, daß durch paarweise symetrische Einspeisung an den Spitzen (11a) der Innenleiter (11) Paare gebildet werden, welche an ihrem Ende an einer mit Absorbern (14a) belegten leitfähigen Rückwand (14) einzeln impedanzrichtig über Widerstände (13) abgeschlossen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbereich (14b) der Rückwand (14) vollständig mit Absorbern (14a) belegt ist und die Widerstände (13) im Randbereich (14c) der Rückwand (14) über Ferritabsorberfreie Strombahnen (12) verbunden sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter (11) metallische Platten sind, die etwa dreieckförmig ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter (11) einen runden oder ovalen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen, welcher sich kegelförmig aufweitet.
21. Vorrichtung nach Anspruch 17, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Innenleiter (11) einen über seine Länge konstanten Wellenwiderstand aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß entweder vier Innenleiter (11) auf einem quadratischen Querschnitt, umschaltbar für 90° -Drehung oder zwei mal vier Innenleiter (11) zu einem Achteck ineinandergeschachtelt, umschaltbar für 45° -Drehung oder acht Innenleiter (11) auf einem quadratischen Querschnitt, umschaltbar für 90° -Drehung oder eine beliebige, gerade Anzahl von Innenleitern (11) , die zwei-Achsen- symmetrisch auf einem beliebigen Querschnitt angeordnet sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als vier Innenleitern (11) zur amplitudenrichtigen Bewertung zusätzlich Dämpfungsgliedern an den einzelnen Innenleitern (11) angeordnet sind.
EP98928241A 1997-05-21 1998-05-11 Verfahren und vorrichtungen zur erzeugung und zum empfang von elektromagnetischen feldern zu prüf- und messzwecken Withdrawn EP0983520A1 (de)

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