DD221848A1 - Anordnung zum erzeugen elektromagnetischer felder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Erzeugung von im statistischen Mittel homogenen elektromagnetischen Feldern unterschiedlichster, staendig wechselnder Feldpolarisation innerhalb eines geschirmten Raumes. Dabei soll fuer beliebige quaderfoermige Schirmraeume erreicht werden, dass sich bei minimalem Aufwand in einem maximal moeglichen Frequenzbereich diese Felder realisieren lassen, wobei gleichzeitig ein groesstmoeglicher Messraum zur Verfuegung gestellt wird. Die Anordnung nach der Erfindung loest diese Problematik durch die Anwendung von zwei unterschiedlichen Feldverwirbelungseinrichtungen, deren Reflexionsflaechen und Aufstellorte innerhalb des Schirmraumes in Relation zu Waenden, Deckflaeche und Antenne sowie deren Rotationsgeschwindigkeiten in bestimmten Verhaeltnissen zueinander stehen. Waende und Deckflaeche des Schirmraumes weisen eine gewellte Oberflaeche auf. Anwendungsmoeglichkeiten bestehen besonders fuer Stoerfestigkeits- und Funkstoerungsmessungen. Fig. 1 bis 3

Description

Titel der Erfindung

Anordnung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder, mit deren Hilfe es möglich ist, innerhalb eines geschirmten Raumes im statistischen Mittel homogene /Felder .unterschiedlichster, ständig wechselnder Feldpolarisation zu erzeugen. Mit diesen Feldern lassen sich ohne, daß äußere Fremdfelder wirksam werden können und eine unerwünschte Abstrahlüng elektromagnetischer Energie nach _; außen auftritt - für beliebige elektronische Baugruppen, Anlagen und Betriebssysteme aller gebräuchlichen, handelsüblichen Abmessungen Störfestigkeitsmessungen durchführen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Prinzip der Feldverwirbelung und entsprechende Ar.cranungen zam .Erzeugen von im statistischen Mittel homogenen elektromagnetischen Feldern, die unterschiedliche, ständig wechselnde Feldpolarisation aufweisen, sind bekannt.

Bekannt geworden ist eine Anordnung, bei der als Antenne eine Langdraht- bzw. Hornantenne sowie als feldverwirbelnde Einrichtung ein rotierendes Metallgebilde mit dreieckförraig abgekanteten Reflexions-Flächen verwendet werden (1978 IEEE International Symposium on EMC; S. 143-150). Mit dieser Anordnung

wurden in einem Schirmraum der Abmessungen 2,40 m χ 2,40m χ 3,70 m im Frequenzbereich von 200 MHa.*,1.,? GHe im statistischen Mittel homogeae Felder erzeugt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß für $ie Erzeugung dieser Felder die Feldverwirbelungseinrichtung im Verhältnis zu den Schirmraumabmessungen relativ groß dimensioniert sein muß* Ein weiterer entscheidender Mangel besteht darin, daß diese Felder nur in einem relativ eng begrenzten Frequenzbereich realisiert werden können»

Bei einer weiteren bekannten Anordnung, die auf die erstgenannte Bezug nimmt und die ebenfalls eine Langdraht- bzw, Hornantenne enthält, sind eine oder mehrere Feldverwirbelungseinriohtungen in Betracht gezogen (4th Symposium and Technical Exhibition on EMC, Zurich, March 10-12, .-.198.1; S. 386-387)· Eine Aussage zum anwendbaren Frequenzbereich erfolgt nicht, es wird lediglich gesagt, daß das Verfahren ab einer unteren Frequenz von einigen 100 MHz brauohbar ist.

Bei einer anderen bekannten Anordnung werden eine Horn- bzw. Wendelantenne und ein bis zu drei feldverwirbelnde Einrichtungen verwendet (Dokument CISPR/B/Wß 1j August 1981). In einem Ausführungsbeispiel kommen zwei gleichartig gestaltete Feldverwirbelungseinriohtungen zum Einsatz, deren Rotationsachsen räumlioh versetzt senkrecht aufeinander stehen und parallel zu je vier Sohirmraumflächen liegen. Für die Feldverwirbelungseinrichtung werden vier Reflexionsflächen gleicher Abmessungen angewendet, die jeweils um 90° versetzt angeordnet sind. Nachteilig ist, daß für die untere nutzbare Frequenz, ab der sich im statistischen Mittel homogene Felder erzeugen lassen, relativ größe Schirmraumabmessungen bzw. -volumina und relativ große Gestaltungen der Feldverwirbelungseinrichtung notwendig sind..· ' ' . - . ·.) ' . ..,_ -. . ' ' . " ^; ..:"

Ziel der Erfindung * .

Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der erwähnten Naohteile und die Erzielung eines günstigeren Verhältnisses von Gebrauohswert des Meßraums mit der Meßanordnung zu deren Kosten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von dieser Zielstellung ergibt eine Analyse, der technischen Mängelursachen, daß die Größenforderungen an den gesohirmten Raum und an die Feldverwirbelungseinrichtungen in einem Mißverhältnis zum nutzbaren Meßraum stehen, wobei der Frequenzbereich der bekannten Anordnungen trotz des hohen räumllohen und apparativen Aufwandes nicht den Anforderungen genügt) weil weder die Einrichtungen für sich noch ihre Anordnung optimal geformt und deshalb zu verändern sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der Einrichtungen im Meßraum und die Feldverwirbelungseinrichtungen selbst so zu verändern, daß, bezogen auf ein gegebenes Volumen des gesohirraten Raumes, der nutzbare Meßraum, die Meßgenauigkeit und der Frequenzbereich größer werden, bei gleichzeitig verringertem Aufwand und geringer erforderlicher Meßzeit. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem quaderförmigen geschirmten Raum mit einem Strahier und zwei rotierenden Feldverwirbelungseinrichtungen, deren Rotationsachsen räumlich versetzt senkrecht aufeinander stehen und parallel zu je vier Schirmraumflächen liegen, erfindungsgemäß daduroh gelöst,, daß die zwei Feldverwirkelungselnrichtungen unterschiedliche Drehzahlen, Höhen im geschirmten Raum, Formen und Reflexionsflächengrößen aufweisen, deren kleinere sich zu den größeren Reflexionsflächen und zur Summe der Flächen des geschirmten Raumes etwa wie 0,6 : 1 : 60 verhalten, daß als Antenne ein horizontal polarisierter Dipol vor der Mitte einer Wand des geschirmten Raumes angeordnet ist und daß Decken- und/oder Wandflächen des geschirmten Raumes uneben gestaltet sind und vorzugsweise eine gewellte Oberfläche aufweisen·

Die größere von beiden Feldverwirbelungseinriohtungen besteht vorteilhaft aus vier, in ihren äußeren Formen unterschiedlich gestalteten, aber in ihren Flächeninhalten gleichen Reflexionsflächen, die j«wells um 90° versetzt auf einem reflektierend wirkenden Hohlzylinder angeordnet sind. Die kleinere Feldverwiibelungseinrichtung besteht aus drei, in ihren äußeren Formen unterschiedlich gestalteten, in ihren Flächeninhalten gleichen

Reflexionsflächen, die jeweils um 120° versetzt angeordnet, sind» /. . . , .7 .

Die Rotationsachse der größeren Feldverwirbeluagseinrichtung ist' vorteilhaft oberhalb und der Mittelpunkt der Rotationsachse der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung unterhalb der mittleren Raumhöhe angeordnet*-

' \

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung rotiert die größere Feldverwirbelungseinrichtung wesentlich schneller als die kleinere, wenigstens mit der fünfzehnfachen Drehzahl. Dadurch wird erreioht, daß während einer Umdrehung der kleineren Feldverwirbelungs einrichtung das im statistischen Mittel homogene elektromagnetische Feld an allen Orten des Meßraumes mehrfach in jeweils unterschiedlichsten Polarisationsrichtungen wirksam wird und sich nach weiteren Umdrehungen der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung keine neuen Aussagen zu auftretenden Feldstärkewerten und zur Feldstärkeverteilung ergeben»

Für Frequenzen unterhalb 300 MHz 1st vorteilhaft ein abstimmbarer X/2-Stabdipol und für Frequenzen von 300 MHz...1000 MHz ein doppelkonisoher Breitbanddipol als Antenne eingesetzt, wobei deren geometrische Dipollängsachsen parallel zu je vier Schirmraumflächen liegen.

. . ' ^v -

Anstelle des Prüflings, der für Störfestigkeitsmessungen dem einwirkenden elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, kann in vorteilhafter Abwandlung der Erfindung ein beliebiges Gerät: als Erzeuger elektromagnetischer Störenergie angeordnet und an der Antenne dieser Anordnung ein Meßgerät für Funkstörungsmessungen angeschlossen sein.

Im gesamten möglichen Frequenzbereich, innerhalb dessen sich in Abhängigkeit von den Schirmraumabmessungen die im statistischen Mittel homogenen Felder erzeugen lassen, bleiben die Aufstellorte der Feldverwirbelungseinrichtungen und Antennen, also auch für Frequenzen oberhalb 1000 MHz, bei denen Hornstrahler mit im Raum optimal ausgerichteter Hauptstrahlungsriohtung eingesetzt ,sind, unverändert.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines.Ausführungsbeispiels wird nachstehend eine Anordnung zum Erzeugen Ton im statistischen Mittel homogenen \ elektromagnetischen Feldern näher erläutert.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in i Fig. 1 die Draufsicht auf einen Schirmraum mit Strahler und

feldverwirbelnden Einrichtungen,'."'.-Fig. 2 die vier Reflexionsflächen der größeren Feldverwirbe-

lungseinrichtung und Fig. 3 die drei Seflexionsflachen der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung.

In Fig. 1 ist die Anordnung zum Erzeugen der im statistischen Mittel homogenen Felder, die unterschiedliche, ständig weohselnde Peldpolarisation aufweisen, dargestellt. Das von der Antenne 3 ausgehende elektromagnetische Feld wird durch die rotierenden Fe ldverwirbe lungs einrichtungen 4; 5 innerhalb des Schiicmraumes 1 verwirbelt. Gestrichelt dargestellt ±ut der nutzbare Meßraum 2, in dem das elektromagnetische Feld die erforderlichen und beschriebenen Eigenschaften aufweist*

Es_t ist erkennbar, daß mit der Anordnung nach der Erfindung ein relativ großer in sioh geschlossener Meßraum 2 innerhalb des Schirmraumes 1 erreicht wird. Bei minimalem Aufwand werden in einem großen Frequenzbereich die im statistischen Mittel homogenen Felder realisiert. Als Antenne ist für Frequenzen unterhalb 300 MHz ein abstimmbarerX/2-Stabdipol eingesetzt, wie es in Fig. 1 zu sehen ist. Für Frequenzen von 300 MHz...1000 MHz ist die Antenne ein doppelkonischer Breitbanddipol. Die geometrischen Dipollängsachsen sind parallel zu zwei Wänden sowie den Deck- und Bodenflächen des Sohirmraumes ausgerichtet. Für Frequenzen oberhalb 1000 MHz sind in bekannter Weise Hornstrahler eingesetzt, die die elektromagnetische Energie gegenüber ί dem Meßraum rückwärtig abstrahlen. Die HauptStrahlungsrichtung liegt dabei schräg im Raum· Der Aufstellort aller Antennen, bezogen auf deren Speisepunkt, befindet sich in halber Schirraraumhöhe und halber Entfernung zu den beiden Schirmraumwänden, die senkrecht zu den geometrischen Dipollängsachsen liegen.

Die Anordnungen der Feldverwlrbelungseinrichtungen innerhalb "beliebiger qüaderförraiger Schirmräume erfolgen wie in/ Fig. 1 dargestellt. Die Rotationsachse der größeren Feldverwirbelungseinriohtung 4, die prallel zu zwei Wänden.· sowie der Boden- und Deckfläche des Schirmraumes 1 liegt, befindet sich oberhalb der mittleren Raumhöhe,, Der Mittelpunkt der Rotationsachse der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung 5, die parallel zu vier Schirmraumwänden liegt, befindet sich unterhalb der mittleren RaumhÖhe.

Die vier Reflexionsflächen der größeren Feldverwirbelungseinrichtung 4, die jeweils um 90° versetzt- auf einem Reflektor-Hohlzylinder angeordnet sind, besitzen, wie Fig. 2 zeigt, bei unterschiedlichen geometrischen Formen gleichen Flächeninhalt. Der Durchmesser des Hohlzylinders ist halb so groß wie die Breite b der Reflexionsflächen. /

Die drei Reflexionsflächen der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung 5 sind jeweils um 120° versetzt: angeordnet und besitzen, wie in Fig. 3 dargestellt, gleichfalls bei unterschiedlichen geometrischen Formen gleichen Flächeninhalt.

Für einen beliebigen quaderförmigen Schirmraum sind die Refle.« xionsflächengrößen über einen fiktiven würfelförmigen Schirm-* raum gleichen Raumvolumens ermittelbar. Der Flächeninhalt einer Reflexionsfläche der größeren Feldverwirbelungseinrichtung 4 ist 10 % des Flächeninhalts einer Wand des würfelförmigen Schirmraumes. Der Flächeninhalt einer Reflexionsfläche der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung 5 beträgt 60 % des Flächeninhalts einer Reflexionsfläche der größeren Feldverwirbelung&einriobtung 4.

Um zu gewährleisten, daß während einer Umdrehung der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung 5 (entspricht einem Zyklus) das im statistischen Mittel homogene Feld an allen Orten des Meßraumes 2 mehrfach in jeweils unterschiedlichsten Polarisationsrichtungen wirksam wird und sich nach deren "weiteren Umdrehungen keine neuen Aussagen zu auftretenden FeldstärkeVrerten und zur Feldstärkeverteilung ergeben, ist das Drehzahlverhältnis der größeren Feldverwirbelungseinrichtung zur kleineren größer oder gleich 15:1 gewählt· Die Zyklusdauer ist dann gleich einer

Umdrehungsdauer der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung 5. Da 25. B. bei Störfest igkeit sunt ersuchungen die Ansprechzeit verschiedener Prüflinge auf die einwirkenden elektromagnetischen Felder unterschiedlich ist, ist es wünschenswert, die Zeitabstände des wiederholten Auftretens der jeweiligen Feldstärkewerte durch z.B. stufenlos regelbare Drehzahlen der Feldverwirbelungseinrichtungen zu variieren. Das ist mit dieser «Anordnung ohne weiteres möglich, wenn dabei das angegebene Drehzahlverhältnis beider Feldverwirbelungseinrichtungen gewahrt bleibt.

Für die untere Grenzfrequenz, ab der sich die im statistischen Mittel homogenen Felder erzeugen lassen, zeichnet die gesamte optimierte Anordnung zum Erzeugen dieser Felder verantwortlich. Die zu kleineren,Wellenlängen hin verstärkt auftretenden Resonanzeffekte, bedingt durch die Eigenresonanzen des Hohlraumes, die durch die Feldverwirbelungseinrichtungen innerhalb des Schirmraumes bedingten Resonanzen und die Resohanzsteilen bezüglich' der Schirmdämpfung des Raumes, beeinträchtigen besonders im GHz-Bereich die Qualität der Feldverwirb'elung. Deshalb sind die Oberflächen der Deck- und Seitenwände des Schlrmraumes 1 wenigstens teilweise gewellt ausgelegt und werden somit verstärkt im GHz-Bereich als Diffusoren wirksam. Auf Grund dieser Oberflächengestaltung und der zu höheren Frequenzen hin stärker wirksam werdenden diffusen Reflexion wird dem Auftreten und den Auswirkungen der Resonanzeffekte entgegengewirkt, so daß für die obere Grenzfrequenz neben der gesamten Anordnung die Oberflächengestaltung der Schirmraumflächen mit verantwortlich zeichnet.

Durch die Randbedingungen des elektromagnetischen Feldes und die Abstrahlungsverhältnisse ist der Meßraura 2 prinzipiell kleiner als der Schirmraum 1. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Abstände sowohl zwischen dem Meßraum 2 und den Feldverwirbelungseinrichtungen 4» 5 und der Antenne 3 als auch ' deren Abstände zu den Sohirmraumflachen relativ klein. Dabei 1st gesiohert, daß innerhalb des Meßraumes 2 im GHz-Bereich generell und im MHz-Bereich im statistischen Mittel die elektrische Feldstärke mit der magnetischen über den Wellenwiderstand des freien Raumes gekoppelt ist.

Innerhalb des zur Verfügung stehenden Meßraumes 2 können an sämtlichen elektronischen Baugruppen und Betriebssystemen aller gebräuchlichen und handelsüblichen Abmessungen Störfestigkeitsmessungen bzw, unter Anwendung des Reziprozitätsgesetzes, wenn anstelle des Prüflings ein beliebiges Gerät als Erzeuger elektromagnetischer Störenergie tritt, Funkstörungsmessungen durchgeführt werden·

Claims (6)

1. Erfindungsanöpruch: ,

   1. Anordnung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder, die im statistischen Mittel homogen sind und unterschiedlichste, ständig wechselnde Feldpolarisätion aufweisen, in einem quaderförmigen geschirmten Räum mit einer Antenne und zwei rotierenden Feldverwirbelungseinrichtungen, deren Rotations-

   • achsen räumlich versetzt senkrecht aufeinander stehen und parallel zu je vier Schirmrauraflachen liegen, gekennzeichnet dadurch, daß die zwei Feldverwirbelungseinrichtungen unterschiedliche Drehzahlen, Höhen im geschirmten Raum, Formen und Reflexionsflächengrößen aufweisen, deren kleinere sich zu den größeren Reflexionsflächen und zur Summe der Flächen des geschirmten Raumes etwa wie 0,6 : 1 : 60 verhalten,daß als Antenne ein horizontal polarisierter Dipol vor der Mitte einer Wand des geschirmten Raumes angeordnet ist und daß Decken» und/oder Wandfläohen des geschirmten Raumes uneben gestaltet sind und vorzugsweise eine gewellte Oberfläche aufweisen.
2. 2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Reflexionsflächen der größeren Feldverwirbelungseinrichtung gleichen Flächeninhalt besitzen, jedoch in ihren äußerenFormen solchermaßen unterschiedlich gestaltet sind, daß sie jeweils verschiedenartig abgeschrägte Kanten besitzen.
3. 3. Anordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die vier Reflexionsflächen der größeren Feldverwirbelungseinrichtung auf einem reflektierend wirkenden Hohlzylinder angeordnet sind, dessen Durchmesser halb so groß wie die Breite der Reflexionsflächen ist.

   > ' ''·. .
4. 4. Anordnung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die kleinere Feldverwirbelungseinrichtung aus drei um/120°

   - versetzt angeordnete Reflexionsflächen gleichen Flächenin- ^] halts besteht, die in ihren äußeren Formen jeweils verschiedenartig abgeschrägte Kanten besitzen.

   5* Anordnung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Rotationsachse der größeren Feldverwirbelungseinrichtung oberhalb der mittleren Raumhöhe und der Mittelpunkt der Rotationsachse der kleineren Feldverwirbelungseinrichtung unterhalb der mittleren Räumhöhe befinde,'·
5. 6. Anordnung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Drehzahlverhältnis der größeren zur kleineren Feldverwirbelungseinrichtung größer oder gleich 15 : 1 ist.

   7· Anordnung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß als Antenne für Frequenzen unterhalb 300 MHz ein abstimmbar er /L/2-Stabdipol und für Frequenzen von 300-MHz··. 1000 MHz ein doppelkonischer Breitbanddipol angeordnet sind,
   deren geometrische Längsachsen parallel zu je zwei Wänden und der Deck- und Bodenfläche des Schirmraumes liegen.
6. 8. Anordnung nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch* daß anstelle des Prüflings, der für Störfestigkeitsmessungen
   dem einwirkenden elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, ein beliebiges Gerät als Erzeuger elektromagnetischer Störenergie angeordnet ist und an der Antenne dieser Anordnung ein Meßgerät für Funkstörungsmessungen angeschlossen ist.

   1 Seit©