Untersuchung der Feldqualität kleiner Modenverwirbelungskammern bei elektronischer Feldhomogenisierung
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Date
2012-04-17
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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.
Description
Table of contents
Keywords
Elektromagnetische Verträglichkeit, EMV, Modenverwirbelungskammer, Prüffeld, Störsicherheit