DE69618798T2

DE69618798T2 - Elektromagnetischer feldsimulator mit doppelpolarisation

Info

Publication number: DE69618798T2
Application number: DE69618798T
Authority: DE
Inventors: Andrew S. Podgorski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: EP0852727B1; AU6982696A; DE69618798D1; EP0852727A1; WO1997012251A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetische Simulatoren zum Testen des Verhaltens von Geräten in Anwesenheit starker elektromagnetischer Felder. Der Simulator der vorliegenden Erfindung bewirkt die gleichzeitige Anwesenheit elektromagnetischer Felder mit unterschiedlicher Polarisation in einem Prüfbereich.
Elektromagnetische Simulatoren sind in dem am 8. August 1995 an Podgorski erteilten US-Patent Nr. 5,440,316 offenbart. Die in Fig. 5 dieses Patentes gezeigte Konstruktion ist ein Simulator, der mit vertikal polarisierten elektromagnetischen Wellen im Testbereich arbeitet, und die in Fig. 10 gezeigte Konstruktion ist ein Simulator, der mit horizontal polarisierten Wellen im Testbereich arbeitet.
Die vorliegende Anmeldung betrifft Simulatorkonstruktionen, die gleichzeitig elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Polarisation im Testbereich erzeugen und somit Prüfzeit einsparen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Simulators mit Innenelementen, wobei die vertikalen Polarisationskomponenten hervorgehoben sind;
Fig. 1A und 1B zeigen alternative Abschlüsse für die Leitermatrizen;
Fig. 1C zeigt Einzelheiten der Einspeisung in die im Simulator von Fig. 1 verwendete Hornantenne;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Simulators ähnlich dem von Fig. 1 mit verschiedenen Abschlüssen für die Leitermatrizen;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 1, bei der jedoch die horizontalen Polarisationskomponenten hervorgehoben sind;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des Simulators, wobei die vertikalen Polarisationskomponenten hervorgehoben sind;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Simulators ähnlich Fig. 4, aber mit anderen Abschlüssen für die Leitermatrizen;
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Simulators ähnlich Fig. 4, wobei jedoch die horizontalen Polarisationskomponenten hervorgehoben sind;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht des Simulators ähnlich Fig. 6, jedoch mit anderen Abschlüssen für die Leitermatrizen;
Fig. 8 ist eine Ansicht entlang der Linie A-A von Fig. 4;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des Simulators, wobei vertikale Polarisationskomponenten hervorgehoben sind;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 9, aber mit anderen Abschlüssen für die Leitermatrizen;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 9, wobei jedoch die horizontalen Polarisationskomponenten hervorgehoben sind;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 11, aber mit anderen Abschlüssen für die Leitermatrizen;
Fig. 13 und 14 zeigen Modifikationen der Konfiguration der Übertragungsleitungen, die zum Definieren des Testbereiches verwendet werden;
Fig. 15 zeigt den Simulator von Fig. 1 mit einer weiteren modifizierten Übertragungsleitung;
Fig. 16 und 17 zeigen eine andere Form des Simulators der vorliegenden Erfindung, der ein kreisförmig polarisiertes Feld im Testbereich erzeugt;
Fig. 18 zeigt Details der Signaleinspeisung in den Simulator der Fig. 16 und 17;
Fig. 19 zeigt eine Modifikation des Simulators der Fig. 9 bis 12 zum Erzeugen eines gleichförmigeren Feldes;
Fig. 20 zeigt eine Modifikation des Simulators der Fig. 16 und 17 zur Erzeugung eines gewählten Polarisationswinkels;
Fig. 20A zeigt Details der Signaleinspeisung in den Simulator von Fig. 20;
Fig. 21 zeigt eine Modifikation des Simulators von Fig. 1 zur Erzeugung einer verbesserten Feldgleichförmigkeit im Testbereich;
Fig. 22 zeigt eine Modifikation des Simulators von Fig. 1, die im Multioktav-Bandbreitenbetrieb arbeiten kann und eine maximale Betriebsfrequenz über 1 GHz bei niedrigen und mittleren Leistungsniveaus hat;
Fig. 23 zeigt einen Schnitt durch die Perspektivansicht der Breitband-TEM-Hornantenne von Fig. 22;
Fig. 24 zeigt eine weitere Modifikation des Simulators von Fig. 1, der im Multioktav-Bandbreitenbetrieb arbeiten kann und eine maximale Betriebsfrequenz von mehr als 1 GHz bei hohen Leistungsniveaus hat; und
Fig. 25 zeigt einen Schnitt durch die Perspektivansicht der Breitband-TEM-Hornantenne von Fig. 24.

Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen

Fig. 1 zeigt einen teilreflexionsfreien Dual- Polarisationssimulator zur Erzeugung von Strahlung mit vertikaler und horizontaler Polarisation im Testbereich. Dies erlaubt eine Simulation der typischen elektromagnetischen Umgebung, wie sie bei Objekten anzutreffen ist, die sich sehr nahe am Boden befinden. Der Simulator erlaubt auch schnelle Messungen der elektromagnetischen Suszeptibilität und der Strahlung in beiden Polarisationen. Die Notwendigkeit, die Messantenne zu drehen oder das Prüfobjekt in verschiedenen Ausrichtungen zu positionieren, wie sie bei existierenden Messtechniken besteht, entfällt.
In Fig. 1 sind die Komponenten in Bezug auf die vertikale Polarisation hervorgehoben. Der Simulator basiert auf einem Hybridkonzept, das aus einem rechteckigen TEM-Mode-Hornstrahler 10 und einer parallelen TEM-Mode-Übertragungsleitung 11 besteht. Die Strahlung wird einem Gehäuse 20 mit nichtreflektierendem Material 21 an den Seitenwänden, Endwänden 23, 24 und der Decke, aber einem leitenden Boden 22 zugeführt. Das Gehäuse ist mit einer Tür 25 versehen. Die Antenne 10 enthält ein leitendes Septum 12, das sich über der geometrischen Mitte des Horns befindet. An der Hornmündung ist das Septum mit einer parallelen Übertragungsleitung verbunden, die durch einzelne Leitungen oder sehr dünne Röhrchen 13 gebildet wird. Die Übertragungsleitung ist über einen Abschlusswiderstand 14 an einem einzigen Anschlusspunkt angeschlossen. Der Widerstand 14 kann entweder mit einer metallischen Wand gegenüber der Mündung des vertikalen Polarisationshorns wie gezeigt oder mit der Decke der teilreflexionsfreien Kammer wie in Fig. 2 verbunden werden. Der Abschlusswiderstand kann sich innerhalb oder außerhalb der teilreflexionsfreien Kammer befinden (siehe Fig. 1A und 1B). Der Vorteil eines Anschlusses am Abschlusswiderstand außerhalb der Kammer liegt in der Fähigkeit, die Höhe der Prüfleistung sofort zu ändern.
Fig. 1C zeigt Einzelheiten der Konstruktion, mit der die Einspeisung von der koaxialen Eingangsleitung auf die rechteckige Geometrie des Horns 10 abgestimmt wird. Der zentrale Pin eines herkömmlichen Koaxialsteckverbinders 51 ist mit einem leitenden Element 52 verbunden, das sich mittig in der Hornkonstruktion befindet. Das Element 52 hat einen quadratischen Querschnitt mit parallel zum Horn nach außen verlaufenden Wänden. Das Element 52 kann massiv oder hohl sein, obwohl ein hohles Profil bevorzugt wird, weil durch das geringere Gewicht die Herstellung vereinfacht wird. Das Element 52 endet an einer Ebene 53 (die eine leitende Ebene oder eine Apertur sein kann), von der zwei flache leitende Platten 54, 55 jeweils vom oberen und unteren Rand der Ebene 53 nach vorne verlaufen. Die Platten 54 und 55 schneiden sich und definieren eine Kante 56 am Anfang des Septums 12. Wie gezeigt, befindet sich das Septum 12 von der Mitte im Horn versetzt.
Diese Konstruktion ergibt einen gleichförmigen Impedanzübergang bei hohen Frequenzen ohne Reflexionen von einer kreisförmigen Koaxialgeometrie zu einer von der Mitte versetzten Parallelplattenübertragungsleitung.
Der Simulator arbeitet wie folgt: Die parallele Übertragungsleitung erzeugt ein gleichförmiges elektromagnetisches TEM-Mode-Feld im Testvolumen 26 bei Frequenzen, die von DC bis zu einer Frequenz reichen, in der die Höhe der Übertragungsleitung über dem Boden der Hälfte einer Wellenlänge entspricht. Oberhalb dieser Frequenz nimmt die durch die parallele Übertragungsleitung erzeugte Feldintensität aufgrund von Übermodierung und Dämpfung ab, und daher muss das elektrische Feld vom Hornstrahler erzeugt werden. Der Hornstrahler ist so aufgebaut, dass das Horn bei Frequenzen zu arbeiten und das Testvolumen 26 zu bestrahlen beginnt, bei denen die Höhe der Übertragungsleitung über dem Boden mehr als die Hälfte einer Wellenlänge beträgt. Die Frequenzobergrenze des Simulators wird durch die maximale Betriebsfrequenz des Hornstrahlers diktiert und richtet sich nach der Größe der Horn-TEM-Mode-Einspeisung und dem Öffnungswinkel des Horns.
Fig. 3 zeigt denselben Simulator, wobei die Komponenten in Bezug auf die horizontale Polarisation hervorgehoben sind. Auch hier basiert der Simulator auf einem Hybridkonzept, das aus zwei rechteckigen TEM-Mode-Hornstrahlern 30, 31 und zwei parallelen TEM-Mode-Übertragungsleitungen 32, 33 besteht. Die Antennen enthalten leitende Septen 34, 35, die sich außerhalb der geometrischen Mitten der Hörner befinden. Die Septen werden nach dem Verlassen der Hörner mit zwei parallelen Übertragungsleitungen 32, 33 verbunden, die von einzelnen Drähten oder sehr dünnen Röhrchen gebildet werden. Die anderen Seiten der Übertragungsleitungen werden über Abschlusswiderstände 27, 28 mit einzelnen Abschlusspunkten verbunden. Die Widerstände können entweder mit einer metallischen Wand gegenüber der Mündung der horizontalen Polarisationshörner oder mit den Seitenwänden der teilreflexionsfreien Kammer verbunden sein. Die Abschlusswiderstände können sich innerhalb oder außerhalb der teilreflexionsfreien Kammer befinden. Der Vorteil des Anschließens der Abschlusswiderstände außerhalb der Kammer liegt in der Fähigkeit, die Höhe der Prüfleistung sofort zu ändern.
Der Simulator arbeitet wie folgt: Die parallelen Übertragungsleitungen erzeugen ein gleichförmiges elektromagnetisches TEM-Mode-Feld im Testvolumen 26 bei Frequenzen, die von DC bis zu einer Frequenz reichen, bei der die Distanz zwischen den Übertragungsleitungen einer Wellenlänge entspricht. Oberhalb dieser Frequenz nimmt die durch die parallelen Übertragungsleitungen erzeugte Feldintensität aufgrund von Übermodierung und Dämpfung ab, und daher muss das elektrische Feld von den Hornstrahlern erzeugt werden. Die Hornstrahler sind so aufgebaut, dass jedes Horn bei Frequenzen zu arbeiten und das Testvolumen zu bestrahlen beginnt, bei denen die Distanz zwischen den Übertragungsleitungen einer Wellenlänge entspricht. Die Frequenzobergrenze des Simulators wird durch die maximale Betriebsfrequenz jeder Hornantenne diktiert und richtet sich nach der Größe jeder Horn-TEM-Mode-Einspeisung und dem Öffnungswinkel jedes Horns.
Fig. 4 zeigt einen modifizierten Simulator auf der Basis des in Fig. 10 des US-Patentes Nr. 5,440,316 gezeigten horizontalen Polarisationssimulators. Der Simulator von Fig. 4 wird durch Hinzufügen eines zweiten Satzes von zwei Antennen modifiziert, die um 90 Grad in Bezug auf den ersten Satz von zwei Antennen gedreht werden, um einen reflexionsfreien Dual- Polarisationssimulator wie in Fig. 4 gezeigt zu entwickeln. Die Kammer ist an allen Wänden, am Boden und an der Decke mit einer reflexionsfreien Auskleidung 21 versehen.
Der Simulator mit reflexionsfreier Kammer ermöglicht eine Simulation der typischen elektromagnetischen Umgebung, die bei Objekten auftritt, die sich sehr hoch über dem Boden befinden, wie beispielsweise bei einem im Flug befindlichen Luftfahrzeug. Der Simulator erlaubt schnelle Messungen der elektromagnetischen Suszeptibilität und der Strahlung in beiden Polarisationen. Die Notwendigkeit, die Messantenne zu drehen oder das Prüfobjekt in einer anderen Ausrichtung zu platzieren, wie sie bei existierenden Messtechniken besteht, entfällt. Der Dual-Polarisationssimulator kann in zwei möglichen Konfigurationen, wie in den Fig. 4 bis 8 sowie in den Fig. 9 bis 12 gezeigt, in eine reflexionsfreie Kammer eingebaut werden.
In der Konfiguration der Fig. 4 bis 8 befindet sich jedes Paar Hornstrahler (für beide Polarisationen) an derselben Wand der Kammer, so dass große Objekte getestet werden können, die durch die gegenüberliegende Wand eingebracht werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den Simulator mit hervorgehobenen Komponenten in Bezug auf die vertikale Polarisation. Es werden zwei rechteckige TEM-Mode-Hornstrahler 40, 41 und zwei parallele TEM-Mode-Übertragungsleitungen 42, 43 verwendet. Die Antennen enthalten leitende Septen 45, 46, die sich außerhalb der geometrischen Mitten der Hörner befinden. An den Hörnermündungen sind die Septen mit den parallelen Übertragungsleitungen verbunden, die von einzelnen Drähten oder sehr dünnen Röhrchen gebildet werden. Die andere Seite der Übertragungsleitungen ist über Abschlusswiderstände 14 mit einzelnen Abschlusspunkten verbunden. Die Widerstände können entweder mit einer metallischen Wand gegenüber der Mündung der vertikalen Polarisationshörner (siehe Fig. 4) oder mit Decke und Boden der reflexionsfreien Kammer (siehe Fig. 5) verbunden werden. Die Abschlusswiderstände 14 können sich innerhalb oder außerhalb der reflexionsfreien Kammer befinden, wie in Verbindung mit den Fig. 1A und 1B erörtert wurde. Der Vorteil des Anschließens der Abschlusswiderstände außerhalb der Kammer liegt in der Fähigkeit, die Höhe der verwendeten Testleistung sofort zu ändern.
Die Fig. 6 und 7 zeigen den Simulator mit hervorgehobenen Komponenten in Bezug auf die horizontale Polarisation. Es werden zwei rechteckige TEM-Mode-Hornstrahler 60, 61 und zwei parallele TEM-Mode-Übertragungsleitungen 62, 63 verwendet. Die Antennen enthalten leitende Septen 64, 65, die sich außerhalb der geometrischen Mitten der Hörner befinden. Die Septen werden nach dem Verlassen der Hörner mit den parallelen Übertragungsleitungen verbunden, die von einzelnen Drähten oder sehr dünnen Röhrchen gebildet werden. Die anderen Seiten der Übertragungsleitungen werden über Abschlusswiderstände 14 mit einem einzelnen Abschlusspunkt verbunden. Die Widerstände können entweder mit einer metallischen Wand gegenüber der Mündung der horizontalen Polarisationshörner oder mit den Seitenwänden der reflexionsfreien Kammer verbunden werden (siehe Fig. 7). Die Abschlusswiderstände können sich innerhalb oder außerhalb der reflexionsfreien Kammer befinden, wie in Verbindung mit Fig. 1 erörtert wurde. Der Vorteil des Anschließens der Abschlusswiderstände außerhalb der Kammer liegt in der Fähigkeit, die Höhe der Testleistung sofort zu ändern.
Der Simulator arbeitet wie folgt: Die parallelen Übertragungsleitungen 42, 43 und 62, 63 erzeugen gleichförmige elektromagnetische TEM-Mode-Felder im Testvolumen bei Frequenzen, die von DC bis zu einer Frequenz reichen, bei der die Distanz zwischen den Übertragungsleitungen einer Wellenlänge entspricht. Oberhalb dieser Frequenz nimmt die durch die parallelen Übertragungsleitungen erzeugte Feldintensität aufgrund von Übermodierung oder Dämpfung ab, und daher muss das elektromagnetische Feld von den Hornstrahlern erzeugt werden. Die Hornstrahler sind so aufgebaut, dass jedes Horn zu arbeiten und das Testvolumen bei Frequenzen zu bestrahlen beginnt, bei denen die Distanz zwischen den Übertragungsleitungen einer Wellenlänge entspricht. Die Frequenzobergrenze des Simulators wird durch die maximale Arbeitsfrequenz jeder Hornantenne diktiert und richtet sich nach der Größe jeder Horn-TEM-Mode-Einspeisung und dem Öffnungswinkel jedes Horns.
Fig. 8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 5, der eine pyramidenförmige metallische Konstruktion 80 illustriert, die sich an der die Hornstrahler beinhaltenden Wand befindet. Diese Konstruktion gewährleistet eine Feldgleichförmigkeit zwischen den beiden Hörnerpaaren, die die horizontalen und vertikalen Polarisationsfelder erzeugen.
Die Fig. 9 bis 12 illustrieren eine weitere Ausgestaltung des Simulators, bei der sich das Hornantennenpaar für die vertikale Polarisation und das Hornantennenpaar für die horizontale Polarisation an gegenüberliegenden Wänden der Kammer befinden. Eine solche Konfiguration ergibt eine größere elektromagnetische Feldgleichförmigkeit als die Ausgestaltung der Fig. 5 bis 8, sie beschränkt jedoch das Testvolumen 26 sowie den Einbauort einer eventuellen Zugangstür.
In den Fig. 9 und 10 sind die Komponenten in Bezug auf die vertikale Polarisation hervorgehoben dargestellt. Es werden zwei rechteckige TEM-Mode-Hornstrahler 90, 91 und zwei parallele TEM-Mode-Übertragungsleitungen 92, 93 verwendet. Die Antennen enthalten leitende Septen 94, 95, die sich außerhalb der geometrischen Mitten der Hörner befinden. An den Mündungen der Hörner sind die Septen mit den parallelen Übertragungsleitungen verbunden, die von einzelnen Drähten oder sehr dünnen Röhrchen gebildet werden. Die Übertragungsleitungen werden über Abschlusswiderstände 14 mit einzelnen Abschlusspunkten verbunden. Die Widerstände können mit einer metallischen Wand gegenüber der Mündung der vertikalen Polarisationshörner (siehe Fig. 9) oder mit Decke und Boden der reflexionsfreien Kammer (siehe Fig. 10) verbunden werden. Die Abschlusswiderstände können sich innerhalb oder außerhalb der reflexionsfreien Kammer befinden. Der Vorteil des Anschließens der Abschlusswiderstände außerhalb der Kammer liegt in der Fähigkeit, die Höhe der Testleistung sofort zu ändern.
In den Fig. 11 und 12 sind die Simulatorkomponenten in Bezug auf die horizontale Polarisation hervorgehoben. Es sind zwei rechteckige TEM-Mode-Hornstrahler 110, 111 und zwei parallele TEM-Mode-Übertragungsleitungen 112, 113 dargestellt. Die Antennen enthalten leitende Septen 114, 115, die sich außerhalb der geometrischen Mitten der Hörner befinden. Die Septen sind nach dem Verlassen der Hörner mit den parallelen Übertragungsleitungen verbunden, die von einzelnen Drähten oder sehr dünnen Röhrchen gebildet werden. Die anderen Seiten der Übertragungsleitungen sind über Abschlusswiderstände mit einem einzelnen Abschlusspunkt verbunden. Die Widerstände können entweder mit einer metallischen Wand gegenüber der Mündung der horizontalen Polarisationshörner oder mit den Seitenwänden der reflexionsfreien Kammer verbunden sein. Die Abschlusswiderstände können sich innerhalb oder außerhalb der reflexionsfreien Kammer befinden. Der Vorteil des Anschließens der Abschlusswiderstände außerhalb der Kammer liegt in der Fähigkeit, die Höhe der Testleistung sofort zu ändern.
Der Simulator arbeitet wie folgt: Die parallelen Übertragungsleitungen 92, 93 und 112, 113 erzeugen ein gleichförmiges elektromagnetisches TEM-Mode-Feld im Testvolumen 26 bei Frequenzen, die von DC bis zu einer Frequenz reichen, bei der die Distanz zwischen den Übertragungsleitungen einer Wellenlänge entspricht. Oberhalb dieser Frequenz nimmt die durch die parallelen Übertragungsleitungen erzeugte Feldintensität aufgrund von Übermodierung und Dämpfung ab, und daher muss das elektrische Feld von den Hornstrahlern erzeugt werden. Die Hornstrahler sind so aufgebaut, dass jedes Horn bei Frequenzen zu arbeiten und das Testvolumen zu bestrahlen beginnt, bei denen die Distanz zwischen den Übertragungsleitungen einer Wellenlänge entspricht. Die Frequenzobergrenze des Simulators wird durch die maximale Betriebsfrequenz jedes Hornstrahlers bestimmt und richtet sich nach der Größe jeder Horn-TEM-Mode-Einspeisung und dem Öffnungswinkel jedes Horns.
Die bisher in dieser Anmeldung beschriebenen Simulatoren arbeiteten mit Übertragungsleitungen, die von Leitern 13 gebildet wurden, die in der Zone des Testbereiches 26 planar sind. Um die Feldgleichförmigkeit im Testbereich bei niedrigen Frequenzen zu maximieren, kann die planare Konfiguration der einzelnen Drähte und dünnen Röhrchen so geändert werden, dass sich der größte gleichförmige Feldquerschnitt des Testbereiches ergibt. Eine typische Anordnung ist in Fig. 13 für die Übertragungsleitung dargestellt, die eine vertikale Polarisation erzeugt, und in Fig. 14 für die Übertragungsleitungen, die eine horizontale Polarisation erzeugen. Wie gezeigt, sind einige der Leiter 13A von der planaren Anordnung verschoben und ergeben das optimale gleichförmige Feld im Testbereich.
Um die Feldgleichförmigkeit bei niedrigen Frequenzen noch weiter zu verbessern, kann die Übertragungsleitung 11 mit einem parallelen Segment 11A wie in Fig. 15 gezeigt gebildet werden, wodurch die Kapazität gegenüber dem Gehäuse und somit die Feldgleichförmigkeit bei niedrigen Frequenzen erhöht wird. Das Segment 11A besteht aus einer Matrix von metallischen Streifen 13H, die zum Segment 11 zusammengeschlossen und darüber platziert wurden. Abschlusswiderstände 11B können an den Enden der metallischen Streifen 13B hinzugefügt werden, um Resonanzen von Schleifen zu eliminieren, die durch das Hinzukommen des Addiersegmentes 11A gebildet wurden.
Die Fig. 16 und 17 zeigen eine weitere Ausgestaltung des Simulators, der eine kreisförmige Polarisation im Testbereich 26 erzeugen kann. Eine konische Hornbaugruppe besteht aus einem Primärabschnitt 140, der in einen Sekundärabschnitt 141 übergeht. Der Abschnitt 140 ist durch leitende Innenwände in vier symmetrische Viertelkreise unterteilt. In jedem Viertelkreis dient ein von der Außenwand beabstandeter und von den leitenden Innenwänden beabstandeter leitender konischer Sektor als Septum. Im gesamten Primärabschnitt sind die Viertelkreise elektrisch voneinander getrennt, und für jeden Viertelkreis ist eine separate Signaleinspeisung 143, in Fig. 18 ausführlicher gezeigt, vorgesehen.
Der Abschnitt 141 hat die Funktion, die durch die einzelnen Viertelkreise von Abschnitt 140 geschaffenen Feldkomponenten zu integrieren. Nach dem Eintreten in den Abschnitt 141 laufen die Septen jedes Viertelkreises in derselben Richtung und mit derselben Expansion fort. Die Trennwände trennen sich und werden zu relativ kürzeren Partitionen, die nach innen um den Umfang des Horns herum verlaufen. Die Septen werden wiederum mit Simulatoren verbunden, die von Leitern 42, 43 und 62, 63 gebildete Übertragungsleitungen verwenden, wie bereits in Verbindung mit den Fig. 4 und 6 beschrieben wurde. Der Simulator kann selektiv nur vertikale oder horizontale Polarisation oder beide gleichzeitig bereitstellen. Die Steuerung der Natur der erzeugten Polarisation erfolgt durch Ändern der relativen Phase und Amplituden der Eingänge.
Zum Gewährleisten eines Breitbandbetriebs des Simulators werden die Eingangssignale durch Koaxialleitungen zugeführt und mit dem in Fig. 18 gezeigten Horneinspeisungssystem zu der parallelen Leitungsgeometrie gestaltet. In Fig. 18 bedeutet 180 den Koaxialeingang, der mit dem Übergangselement 181/182/183 verbunden ist, das sich im Verlaufe seiner Länge von einer normalen zu einer konischen Geometrie ändert. Der runde mittlere Pin jedes Koaxialsteckverbinders wird mit dem länglichen Element 181/182/183 verbunden, das einen quadratischen Querschnitt an seinem Übergang mit dem Pin hat, und ändert seine Gestalt im Laufe seiner Länge durch Übergangsformen 182 (etwa ein Viertelkreis eines Kegels), um in das Septum einer konischen Sektorform gemäß 183 überzugehen. Die verschiedenen Querschnitte sind in Fig. 18 schwarz dargestellt.
Fig. 19 zeigt einen Simulator, dessen Form ähnlich wie in den Fig. 9 bis 12 ist, der jedoch ein Feldänderungselement 117 aufweist, das sich zwischen den Antennen 110 und 111 befindet. Das Element 117 hat die Aufgabe, die Gleichförmigkeit im Testbereich zu erhalten, indem ein Einknick der Feldintensität beseitigt wird, der sonst entlang der gemeinsamen Ebene der Antennen 110 und 111 auftreten würde. Dies wird durch die Induktion von Strömen in den das Element 117 bildenden Dipolen erzeilt, wodurch ein Bereich von Frequenzen abgedeckt wird.
Fig. 20 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Simulators, bei der eine halbkonische Signaleinspeisung ähnlich der vollkonischen Einspeisung der Fig. 16 und 17 verwendet wird. Ein halbkonisches Horn 160 hat einen Abschnitt 161, der durch eine vertikale Partition im Primärabschnitt in zwei Viertelkreise unterteilt ist. Der Signaleinspeisungsabschnitt 161 entspricht der oberen Hälfte der in Fig. 18 gezeigten Einspeisungskonstruktion und ist ausführlicher in Fig. 20A dargestellt. Hinter der Ebene 162 nimmt die Höhe der Partitionswand im Verlauf ihrer Länge bis auf null ab. Die Septen expandieren und behalten denselben Abstand von der inneren konischen Oberfläche des Horns bei.
Das Ende jedes Septums ist mit einer gekrümmten Matrix 162, 163 verbunden, die in einem teilzylindrischen Gehäuse 164 untergebracht ist. Der Boden des Gehäuses 164 ist leitend, und die innere, teilzylindrische Oberfläche ist reflexionsfrei. Durch Verstellen der relativen Phase der Signaleinspeisungen zum Horn 160 kann die Polarisationsrichtung des Feldes im Testbereich variiert werden.
Fig. 21 zeigt eine Modifikation des Simulators von Fig. 1 mit dem Zweck, die Feldgleichförmigkeit im Testbereich zu verbessern. Aufgrund der Interferenz, die zwischen diesen Feldern an den Rändern des Septums unmittelbar oberhalb und Unmittelbar unterhalb der Ebene des Septums auftritt, können Teile an den Rändern des Testbereiches Nullsignale enthalten. Um dies zu vermeiden, sind Elemente 200 aus absorbierendem Material an den inneren vertikalen Wänden des Horns vorgesehen, die allgemein auf die Ebene des Septums ausgerichtet sind, die aber oberhalb dieser Ebene etwas weiter verlaufen als unterhalb der Ebene.
Fig. 22 zeigt eine Modifikation des Simulators von Fig. 1, deren Zweck es ist, die Feldgleichförmigkeit im Testbereich bei Frequenzen über 1 GHz zu verbessern. Für Frequenzen über 1 GHz ist das Feld im Testbereich (26) aufgrund der durch die dielektrische Tragvorrichtung des Septums (12) verursachten Interferenz nicht gleichförmig und kann Nullsignale enthalten. Um diesen Zustand zu vermeiden, wird das Septum (12) gebogen (204 und 205), um diesem Steifigkeit zu verleihen, damit sich das Septum an seinem Anfang und seinem Ende selbst tragen kann (siehe Fig. 23). Durch das Biegen des Septums kommt es jedoch zu einer Verzerrung des Feldes im Testbereich (26). Eine solche Feldverzerrung beginnt an den Rändern des gebogenen Septums (204 und 205) und kann durch Zugabe von absorbierendem Material (209 und 210) eliminiert werden. Die Zugabe von absorbierendem Material (209 und 210) führt zu einer Begrenzung der maximalen Leistungshandhabungsfähigkeiten des Simulators. Um diese Begrenzung der maximalen Leistung zu vermeiden, ist eine weitere Modifikation des Simulators notwendig (siehe Fig. 24). In Fig. 24 werden die Absorber (209 und 210) entfernt, und die Steifigkeit des Septums (12) wird mit Hilfe einer weiteren oberen (206 und 207) und unteren (204 und 205) Biegung an den Rändern des Septums (12) gewährleistet (siehe Fig. 25).

Claims

1. Elektromagnetfeld-Simulator, umfassend:

eine Kammer (20), die einen Testbereich (26) definiert;

einen ersten Hornstrahler (10), der an einer Wand (23) der Kammer (20) positioniert ist und Energie in diese leitet;

ein Paar eng beabstandeter Hornstrahler (30, 31), die an einer gegenüberliegenden Wand (24) der Kammer (20) positioniert sind;

wobei jedes Horn ein leitendes Septum (12; 34, 35) aufweist, das asymmetrisch in dem Horn positioniert ist und nach vorne in die Kammer verläuft;

wobei jedes leitende Septum (12; 34, 35) mit einer Leitermatrix (13; 32, 33) gekoppelt ist, die in Richtung auf die gegenüberliegende Wand der Kammer verläuft;

wobei jede Matrix (13; 32, 33) eine Seite des Testbereiches (26) definiert und das genannte erste Horn (10) ein elektromagnetisches Feld mit einer Polarisation im Testbereich und das Hörnerpaar (30, 31) ein elektromagnetisches Feld einer anderen Polarisation im Testbereich (26) herstellt.

2. Simulator nach Anspruch 1, bei dem die Kammer (20) einen leitenden Boden (22) und reflexionsfreie Decken- und Seitenwände hat.

3. Simulator nach Anspruch 1, bei dem die Leitermatrizen (13; 32, 33) neben der gegenüberliegenden Seitenwand (13; 24) enden.

4. Simulator nach Anspruch 1, bei dem die Leitermatrix (13) vom ersten Horn (10) an der Deckenwand endet und die Leitermatrizen (32, 33) von dem Hörnerpaar (30, 31) an gegenüberliegenden Seitenwänden enden.

5. Elektromagnetfeld-Simulator, umfassend:

eine Kammer (20), die einen Testbereich (26) definiert;

ein erstes Paar (40, 41) eng beabstandeter Hornstrahler, die an einer Wand der Kammer positioniert sind und Energie in diese leiten;

ein zweites Paar (60, 61) eng beabstandeter Hornstrahler, die dem ersten Paar ähnlich sind und an einer Wand der Kammer in einer anderen Ausrichtung als das erste Paar positioniert sind;

wobei jedes Horn (40, 41; 60, 61) ein leitendes Septum (45, 46; 64, 65) aufweist, das asymmetrisch in dem Horn positioniert ist und nach vorne in die Kammer verläuft;

wobei jedes leitende Septum (45, 46; 64, 65) mit einer Leitermatrix (42, 43; 62, 63) gekoppelt ist, die in Richtung auf die gegenüberliegende Wand der Kammer verläuft;

wobei jede Matrix (42, 43; 62, 63) eine Seite des Testbereiches (26) definiert und wobei ein Hörnerpaar ein elektromagnetisches Feld einer Polarisation in dem Testbereich und das andere Hörnerpaar ein elektromagnetisches Feld einer anderen Polarisation in dem Testbereich herstellt.

6. Simulator nach Anspruch 5, bei dem die Innenwände der Kammer (20) reflexionsfrei sind.

7. Simulator nach Anspruch 5, bei dem das erste und das zweite Hörnerpaar an derselben Wand positioniert sind.

8. Simulator nach Anspruch 5, bei dem das erste und das zweite Hörnerpaar an gegenüberliegenden Wänden positioniert sind.

9. Simulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, bei dem die Leitermatrizen (13; 32, 33) planar sind.

10. Simulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, bei dem die Leitermatrizen aus planaren Abschnitten bestehen, von denen einige Leiter (13A) aus der Ebene verschoben sind.

11. Simulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, bei dem die Leitermatrizen aus einer planaren Anordnung von Leitern (13) bestehen, die mit einer parallelen äußeren Anordnung von Leiterstreifen (13B) verbunden sind, so dass die Feldgleichförmigkeit bei tieferen Frequenzen erhöht wird.

12. Simulator nach Anspruch 11, der ferner Endwiderstände an einem Übergang der Leitungsstreifen (13B) und der Anordnung von Leitern (13) aufweist.

13. Simulator nach Anspruch 5, der ferner ein leitendes, feldmodifizierendes Element (117) aufweist, das zwischen den Hornstrahlern eines Paares positioniert ist und in die Kammer verläuft, wobei das feldmodifizierende Element aus einer Lochplatte besteht, die eine Anordnung von Dipolen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen definiert.