Absorber für Einrichtungen zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit elektrischer und elektronischer Systeme

Abstract

 Der beschriebene Absorber besteht aus einem mit einem flüssigen Arbeitsmedium gefüllten Hohlkörper, insbesondere einem Hohlwandkörper 1'. Die Wandung des Hohlwandkörpers ist für elektromagnetische Felder durchlässig, und das flüssige Arbeitsmedium ist so beschaffen, daß es den darin einfallenden elektromagnetischen Feldern die Energie entzieht.
Vorzugsweise wird der Hohlwand-Innenraum 4 des Hohlwandkörpers von dem Arbeitsmedium durchströmt. Dazu ist der Hohlwand-Innenraum über Anschlüsse 5 mit einem Umwälz-Kreislauf 6 verbunden. Der Kreislauf kann (bei 7 angedeutet) einen Wärmetauscher zur Abfuhr der vom Arbeitsmedium aufgenommenen Wärme und/oder Einrichtungen zum Wechsel des Arbeitsmediums bzw. zur Änderung seiner Zusammensetzung enthalten.
Das Arbeitsmedium kann eine Elektrolyt-Lösung und/oder eine Suspension von Ferritpartikeln und/oder eine Emulsion von Flüssigpolymeren sein.
Der beschriebene Absorber besitzt gegenüber herkömmlichen Absorbern wesentliche Vorteile.

Beschreibung

[0001] Die Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit, also beispielsweise der Störeinstrahlfestigkeit, Störabstrahlung oder Strahlungscharakteristik von elektrischen und elektronischen Systemen geschieht üblicherweise in als Faraday-Käfig abgeschirmten Hallen, die innen mit einer Vielzahl von Absorbern aus oder mit strahlungsabsorbierenden Materialien ausgekleidet sind und als Absorberhallen bezeichnet werden. Die Absorber haben dabei die Aufgabe, Reflexionen der in der Halle erzeugten elektromagnetischen Felder, die bei einer Störbeeinflussung der untersuchten Systeme sehr hohen Feldstärken erreichen können, an den Hallenwänden in die Halle zurück so weit wie möglich zu unterdrücken. Die an den Wänden reflektierten Wellen überlagern sich nämlich mit den ankommenden Wellen zu stehenden Wellen mit stark ausgeprägten Knoten und Bäuchen, wodurch die räumliche Feldverteilung sehr stark inhomogen wird und die Ergebnisse von Emissions- und Störfestigkeitsmessungen in nicht überschaubarer, frequenzabhängiger Weise von der Anordnung der Prüfobjekte und Antennen abhängig werden. Durch die Unterdrückung solcher Reflexionen entstehen in der Halle Bedingungen, die denen einer Freifeldmessung gleichen oder zumindest nahekommen.

[0002] Die von den Absorbern aufgenommene Energie wird letztlich in Wärme umgewandelt. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen und erfolgt vorwiegend durch Erzeugung von dielektrischen Verlusten, durch Erzeugung von Wirbelstromverlusten und/oder nach dem Prinzip der destruktiven Interferenz. In jedem Fall bildet dabei die Abführung der in den Absorbern erzeugten Wärme ein erhebliches Problem. Üblich ist es, die Absorberhallen zur Abkühlung der Absorber außer Betrieb zu nehmen, was aber unter Umständen zu sehr langen Standzeiten der sehr teuren Absorberhallen führen kann.

[0003] Ein seit langem in großem Umfang in der Absorbertechnik eingesetzter-Absorbertyp ist der Pyramidenabsorber aus offenzelligem, mit Graphit und Salzen durchsetzten Polyurethanschaum. Dieser Absorber kann innerhalb eines breiten Frequenzbereichs eingesetzt werden und hat den Vorteil eines geringen Gewichts. Allerdings ist die Wärmeabfuhr bei diesem Typ besonders problematisch, denn die absorbierte Energie kann aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Polyurethans nur sehr langsam an die Oberfläche gelangen und von dort abgeführt werden. Außerdem ist Polyurethanschaum brennbar. Zwar sollen die zugesetzten Salze die Entflammbarkeit verringern, aber es sind trotzdem in Absorberhallen mit schwer entflammbaren Polyurethan-Absorbern insbesondere bei hohen lokalen Feldstärken Schwelbrände mit umweltschädlichen Emissionen aufgetreten. Deshalb müssen teure, automatisch arbeitende Kohlendioxid-Löschanlagen in solchen Absorberhallen installiert werden. Weiterhin unterliegen die Materialeigenschaften einer fortschreitenden Veränderung, da das ständige Erwärmen und Abkühlen zu einer allmählichen Versprödung des Materials führt.

[0004] Weitere bekannte Absorbertypen sind die Ferritabsorber, die als flache Ferritkacheln ausgebildet sind. Diese Typen sind jedoch mechanisch empfindlich, müssen äußerst genau justiert werden, haben ein hohes Gewicht und erfordern damit hohe Investitionskosten. Sie besitzen den Vorteil einer höheren Belastbarkeit für hohe Prüffeldstärken, jedoch ist der wirksame Frequenzbereich schmaler als bei den Pyramidenabsorbern. Problematisch ist außerdem die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität und das allmähliche Verschwinden der Magnetisierung infolge von Ummagnetisierungsverlusten.

[0005] Es sind auch Pyramidenabsorber aus keramischem Material bekannt, die den großen Vorteil der Nichtentflammbarkeit besitzen, aber wegen ihres hohen Gewichtes nur in Spezialfällen eingesetzt werden können. Weiterhin sind Kombinationsabsorber bekannt, die aus Ferritkacheln mit aufgesetzten Pyramidenabsorbern bestehen.

[0006] Allen diesen Absorbern ist gemeinsam, daß sie durch ihr Material und ihre Form auf den zu absorbierenden Frequenzbereich abgestimmt werden müssen. Dadurch ist es nur mit großem Aufwand möglich, das Abschirmverhalten der Meßumgebung flexibel anzupassen.

[0007] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen umweltfreundlichen, dauerhaften Absorber zur Verfügung zu stellen, der elektromagnetische Energie innerhalb eines breiten Frequenzbereichs optimal absorbiert, schnell und einfach auf die für den Anwendungsfall erforderlichen Dämpfungseigenschaften eingestellt werden kann und eine gute Wärmeumsetzung ermöglicht, so daß die Brandgefahr beseitigt ist und die durch Abkühlungsphasen der Absorber bedingten Standzeiten der Halle minimiert oder ganz entbehrlich werden.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Absorber, der aus einem Hohlkörper besteht, der eine für das elektromagnetische Feld durchlässige Wandung besitzt und dessen Hohlraum ein flüssiges Arbeitsmedium enthält, welches dem elektromagnetischen Feld die Energie entzieht. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausbildung derart, daß der Hohlkörper als Hohlwandkörper ausgebildet ist, dessen Hohlwand-Innenraum von dem Arbeitsmedium durchströmt ist.

[0009] Als Arbeitsmedium kommen alle Flüssigkeiten in Betracht, die die einfallende Strahlungsenergie aufnehmen und in Wärme umwandeln können. Eine erste Gruppe solcher Flüssigkeiten sind (vorzugsweise wässrige) Elektrolytlösungen, beispielsweise Kochsalzlösungen, in denen das eindringende elektrische Feld einen Leitungsstrom induziert, der in Wärme umgesetzt wird. Eine zweite Gruppe umfaßt wässrige oder nicht-wässrige Suspensionen von Ferritpartikeln, die ggfs. durch Schutzkolloide in Suspension gehalten werden. Eine dritte Gruppe sind Emulsionen aus Wasser und Flüssigpolymeren (Ölen), die eine von reinem Wasser unterschiedliche Dielektrizitätskonstante besitzen. Natürlich können auch einzelne oder alle dieser Gruppen von Flüssigkeiten miteinander kombiniert werden, also beispielsweise Elektrolytlösungen mit suspendierten Ferritpartikeln eingesetzt werden oder Emulsionen aus einer Elektrolytlösung und Ölen oder aber Emulsionen aus einer Elektrolytlösung und Ölen oder aber Emulsionen aus einer Elektrolytlösung und Ölen mit zusätzlich darin suspendierten Ferritpartikeln. Durch Auswahl der verwendeten Substanzen, ihrer Konzentration und ihrer Kombination lassen sich die für die Strahlungsabsorption erforderlichen Eigenschaften des Arbeitsmediums hinsichtlich Leitfähigkeit, Permeabilität und Permittivität problemlos auf jeden Anwendungsfall abstimmen.

[0010] Ein besonderer Vorteil des flüssigen Arbeitsmediums besteht darin, daß die aufgenommene Energie sehr schnell dissipiert, wodurch anders als beim Feststoffabsorber auch bei hohen Feldstärken lokale überhitzungen vermieden werden. Wenn der Absorber als Hohlwandkörper mit durchströmendem Arbeitsmedium ausgebildet ist, kommt noch hinzu, daß das Arbeitsmedium nach außen geführt und außerhalb der Absorberhalle über einen Wärmetauscher geleitet werden kann, so daß es dauerhaft selbst bei extremer Strahlungsbelastung auf einer konstanten Temperatur bleibt und gewissermaßen als Kühlflüssigkeit wirkt. Die Hallennutzung kann dadurch um bis zu 300 % gesteigert werden, weil Standzeiten zur Abkühlung der Absorber weitgehend entfallen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Möglichkeit, daß die Parameter des Arbeitsmediums selbst während des Hallenbetriebs zur Anpassung an geänderte Meßbedingungen in der Halle wechseln oder in seiner Zusammensetzung verändern zu können. Der Absorber ist also, was bislang noch nicht möglich gewesen ist, parametrierbar.

[0011] Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1

im Querschnitt einen Hohlkörper, der mit einem flüssigen Arbeitsmedium gefüllt ist, und

Fig. 2

im Querschnitt einen Hohlwandkörper, der von dem Arbeitsmedium durchströmt und an einen äußeren Kreislauf angeschlossen ist.

[0012] Die Fig. 1 stellt die einfachste Ausführungsform der Erfindung dar. Ein Hohlkörper 1 ist mit flüssigem Arbeitsmedium gefüllt. Die Wandung 2 des Hohlkörpers besteht aus einem strahlungsbeständigen und strahlungsdurchlässigen Kunststoff, beispielsweise Polystyrol, so daß die eindringende Strahlungsenergie von dem innerhalb des Hohlraums 3 befindlichen Arbeitsmedium, beispielsweise einer Kochsalzösung aufgenommen werden kann. Der Hohlkörper ist in der Darstellung der Fig. 1 pyramidenförmig, kann aber auch eine andere Außenform besitzen und bildet einen der Absorberkörper, die an der Innenwand einer Absorberhalle angeordnet sind.

[0013] In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Hohlwandkörper 1' vorgesehen, der ebenfalls, wie dargestellt, wieder eine Pyramidenform haben kann, aber nicht haben muß und einen der an der Innenwand einer Absorberhalle angeordneten Absorberkörper bildet. Der Hohlwand-Innenraum 4 dieses Hohlkörpers wird in vorbestimmter Schichtdicke von dem Arbeitsmedium durchströmt und ist mit Anschlüssen 5 versehen, über die das Arbeitsmedium nach außen geführt und wieder zurückgeführt werden kann. Zweckmäßig ist dabei außerhalb der Absorberhalle ein (nur schematisch angedeuteter) Umwälz-Kreislauf 6 vorgesehen, der in dem Block 7 eine Umwälzpumpe und einen Wärmetauscher enthält und alle oder zumindest eine Gruppe der Hohlwandkörper innerhalb der Halle mit dem strömenden Arbeitsmedium versorgt. Dem Block 7 können noch Ventile und Anschlüsse zugeordnet sein, um einen Wechsel des Arbeitsmediums oder eine Änderung seiner Zusammensetzung zu ermöglichen und den/die Absorber zu parametrieren.

Ansprüche

1. Absorber für Einrichtungen zur Messung der elektromagnetischen Verträglichkeit elektrischer oder elektronischer Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper (1) vorgesehen ist, der eine für das elektromagnetische Feld durchlässige Wandung (2) besitzt und dessen Hohlraum (3) ein flüssiges Arbeitsmedium enthält, welches dem elektromagnetischen Feld die Energie entzieht.

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper als Hohlwandkörper (1') ausgebildet ist, dessen Hohlwand-Innenraum (4) von dem Arbeitsmedium durchströmt ist.

3. Absorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlwand-Innenraum (4) des Hohlwandkörpers (1') über Anschlüsse (5) mit einem Umwälz-Kreislauf (6) verbunden ist.

4. Absorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwälz-Kreislauf (6) einen Wärmetauscher zur Abfuhr der vom Arbeitsmedium aufgenommenen Wärme und/oder Einrichtungen zum Wechsel des Arbeitsmediums bzw. zur Änderung seiner Zusammensetzung enthält.

5. Absorber nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium eine Elektrolyt-Lösung ist.

6. Absorber nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium eine Suspension von Ferritpartikeln ist, die ggfs. durch Schutzkolloide in Suspension gehalten sind.

7. Absorber nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium eine wässrige Emulsion von Flüssigpolymeren ist.

8. Absorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium eine Elektrolyt-Lösung und/oder eine Suspension von Ferritpartikeln und/oder eine Emulsion von Flüssigpolymeren enthält.

Zeichnung