Untersuchung der Feldqualität kleiner Modenverwirbelungskammern bei elektronischer Feldhomogenisierung

Abstract

Das resonante Funktionsprinzip einer Modenverwirbelungskammer ermöglicht gerade im Bereich der Störfestigkeit hohe Prüffeldstärken bei niedrigen Eingangsleistungen. Abgesehen von ökonomischen Vorteilen im Hinblick auf die benötigte Verstärkertechnik, lassen sich hierdurch effizient die Störschwellen elektrischer Betriebsmittel ausloten. Der Quotient aus Prüffeldstärke und benötigter HF-Eingangsleistung steigt theoretisch mit sinkender Kammergröße an. Daher wird im Folgenden die Feldqualität innerhalb einer kleinen Modenverwirbelungskammer untersucht. Hierzu wird ein Hohlraumresonator mit den Kantenabmessungen a = 0,5 m, b = 0,74 m und d = 1,04 m aus verzinktem Stahlblech angefertigt, der im multimodalen Bereich betrieben wird. Theoretisch lassen sich elektrische Feldstärken im zweistelligen V/m-Bereich bei mW-Eingangsleistungen generieren. Die zu erwartende untere Grenzfrequenz der Kammer liegt zwischen 1 GHz und 1,1 GHz. Da das zur Verfügung stehende Volumen sehr begrenzt ist, werden ausschließlich elektronische Verwirbelungsverfahren eingesetzt, die zusätzlich eine deutliche Reduktion der üblichen Prüfzeiten bewirken. Die Güte wird mittels einer breitbandigen Postprocessing-Mittelung bestimmt. Da naturgemäß die Güte einer kleinen Kammer relativ niedrig im Vergleich zu großen Versionen ist, werden die Veränderungen bei stark absorbierender Beladung ausgewertet und mit einem theoretischen Grenzfall in Verbindung gebracht. Ebenfalls werden die theoretischen Zusammenhänge zur maßstabsgetreuen Nachbildung der Güte und Modenanzahl einer großen rechteckigen Kammer durch eine kleine Variante ermittelt. Das Verfahren sieht vor, einen Skalierfaktor zu wählen, aus dem sich dann die benötigte Leitfähigkeit, der Betriebsfrequenzbereich und die Abmessungen der skalierten Kammer ergeben. Da bei kleinen Modenverwirbelungskammern die Sende- und Empfangsantenne einen geringen Abstand zueinander aufweisen, ist die Ausbildung direkter Signalpfade wahrscheinlich. Diese ungewollte Verkopplung ist kontraproduktiv für die Reproduzierbarkeit des Prüffeldes. Unklar ist auch, ob eine Abhängigkeit zum eingesetzten Antennentyp besteht. Daher werden statistische Analysen zur Identifikation eines direkten Übersprechens für eine LogPer- Antennenübertragungsstrecke und zwei kelchförmige Monopolantennen in der kleinen Modenverwirbelungskammer durchgeführt. Zur praktischen Generierung eines Prüffeldes werden, angelehnt an das breitbandige „frequency stirring“, frequenzmodulierte Signale in die Kammer eingespeist und die Feldhomogenität qualitativ beurteilt. Als variabler Parameter steht hierbei der Modulationshub zur Verfügung. Zur Reduktion des Modulationshubs und einer Absenkung der unteren Grenzfrequenz werden Kugelsegmentdiffusoren entwickelt und in die Kammer eingebracht. Hierdurch wird die Modenanzahl angehoben, wodurch sich eine Verbesserung der Feldqualität gerade in den unteren Frequenzbereichen ergibt.