Vergleich der Einkopplung deterministischer und statistischer elektromagnetischer Felder in Leitungen

Einfache Modelle für deterministische und intrinsisch statistische elektromagnetische Felder sowie ein einfaches Modell einer elektrischen Doppelleitung werden kombiniert, um analytisch geschlossene Lösungen für den Maximalwert des Betragsquadrats des durch diese Felder eingekoppelten Stromes zu bestimmen. Diese Lösungen sind unter den Annahmen der klassischen Leitungstheorie für eine gleichförmige und verlustlose Leitung mit beliebigen Abschlusswiderständen gültig. Die erhaltenen Ergebnisse werden auf die eingekoppelte Spannung sowie auf die Geometrie einer Einfachleitung über einer perfekt leitfähigen Ebene verallgemeinert und zum Teil durch experimentelle Daten verifiziert. Die Lösungen werden genutzt, um die Richtwirkung der Einkopplung externer Felder in eine elektrische Leitung zu bestimmen. Wird die Leitung als Modell für einen einfachen Prüfling benutzt, so können gestrahlte Störfestigkeitstests in verschiedenen Messumgebungen wie Absorberhallen, Wellenleitern und Modenverwirbelungskammern auf theoretischer Basis statistisch miteinander verglichen werden.Simple models of deterministic and intrinsic statistic electromagnetic fields as well as a plain model of a double wire transmission line are combined to analytically derive closedform expressions for the maximum value of the squared magnitude of the current that is coupled into the line by such fields. The results are valid under the assumptions of transmission line theory for a uniform and lossless line with general load resistances. The derived solutions are generalized for the coupled voltage as well as for the case of a single wire transmission line over a perfect conducting ground plane. Main results are compared with experimental data. The solutions are used to determine the directivity of the coupling of external fields in transmissionlines.Ifthelineisassumedtobeasimpledeviceundertest,theresultscanbe usedtocompareradiatedimmunitytestsindifferenttestenvironmentslikesemi-anechoic chambers, wave guides or reverberation chambers on a theoretical basis by statistical means

Anwendung der Leitungssupertheorie auf verdrillte Leitungen

Am Beispiel einer verdrillten Doppelleitung wurde die grundlegende Vorgehensweise der Leitungssupertheorie dargestellt. Die erhaltenen Leitungsparameter sind ortsabhängig und ändern sich entlang der Leitung entsprechend der Verdrillung. Die Lösung der Leitungsgleichungen erfolgt mit Hilfe des Matrixexponentials unter Einbeziehung von bestimmten Randbedingungen. Um das gesamte Konzept der Leitungssupertheorie umzusetzen, muss die retardierte Greensche Funktion benutzt werden, die zu komplexwertigen Leitungsparametern führt, welche die Abstrahlungsverluste der Leitung charakterisieren. Bei sehr hohen Frequenzen hängen die Leitungsparameter dann nicht mehr nur von den Abmessungen der Leitung, sondern auch vom Strom ab und müssen damit iterativ bestimmt werden

Numerische Simulation der Einkopplung transienter elektromagnetischer Felder in nichtlinear-abgeschlossene Leitungsnetzwerke mit einem SPICE-Netzwerksimulator

Die Einkopplung externer elektromagnetischer Felder in Versorgungs-, Verbindungs- und Kommunikationskabel bestimmt maßgeblich die gestrahlte Störfestigkeit der daran angeschlossenen Systeme und Baugruppen. Kabelbäume können dabei als Leitungsnetzwerke modelliert werden [1], [2], auf denen durch Feldeinkopplung angeregte Strom- und Spannungswellen entlang der Einzelleitungen propagieren und an Knotenpunkten sowie Abschlüssen transmittiert bzw. reflektiert werden. Häufig sind Leitungsenden mit nichtlinearen Halbleiterbauelementen abgeschlossen, z. B. als Überspannungsschutz. Deren Berücksichtigung erfordert eine Simulation im Zeitbereich [3]. Dabei können die als verlustarm angenommenen Leitungen als Kette von L-C- Gliedern modelliert werden. Das einfallende Feld einer ebenen Welle wird entsprechend der Agrawal-Formulierung als verteilte Spannungsquellen entlang der Leitung und als konzentrierte Spannungsquellen an den Leitungsenden wirksam. In diesem Beitrag wird ein numerisches Simulationsverfahren für die transiente Feldeinkopplung pulsförmiger ebener Wellen in Leitungsnetzwerke mit nichtlinearen Abschlüssen vorgestellt, das auf einem üblichen SPICE-kompatiblen Netzwerksimulator [4] basiert. Gegenüber ähnlichen vorhandenen Verfahren [5] sind somit viele weitere Halbleiterbauelementmodelle nutzbar. Weiterhin soll durch diesen Ansatz die Effizienz und numerische Stabilität des Simulationsverfahrens erhöht werden

Experimentelle Untersuchung der Einkopplung statistischer elektromagnetischer Felder in Leitungsnetzwerke

Kommunikationsleitungen und Stromversorgungskabel sind ein wichtiges Einfallstor für gestrahlte elektromagnetische Störungen in angeschlossene Geräte. Oftmals wirkt nicht nur eine einzelne Leitung als Antenne, sondern mehrere Leitungen bilden zusammen ein entsprechendes Leitungsnetzwerk. Zur Berechnung der Einkopplung eines einfallenden Feldes auf ein Leitungsnetzwerk kann die klassische Leitungstheorie genutzt werden. Das Feld wird dabei durch eine ebene Welle mit einer bestimmten Einfallsrichtung und Polarisation angenähert. Durch die Überlagerung vieler ebener Wellen mit beliebigen Einfallsrichtungen und Polarisationen lassen sich auch sogenannte statistische Felder nachbilden, wie sie z. B. in Modenverwirbelungskammern vorkommen. In diesem Beitrag soll ein vorhandenes numerisches Simulationsverfahren für Leitungsnetzwerke [2, 4] auf Basis der BLT-Gleichungen messtechnisch validiert werden

Messung der Einkopplung statistischer elektromagnetischer Felder in eine verdrillte Doppelleitung mit angepasstem Leitungsabschluss

In vielen Bereichen der Kommunikationstechnik werden verdrillte Leitungen eingesetzt, da diese gegenüber externen elektromagnetischen Feldern eine höhere Störfestigkeit ermöglichen. Aus Kostenund Gewichtsgründen werden solche Leitungen häufig ungeschirmt ausgeführt. Ist vom einfallenden Feld nicht die exakte Einfallsrichtung und Polarisation, sondern nur eine gewisse Verteilung und räumliche Korrelation der Feldgrößen bekannt, so spricht man auch von statistischen Feldern. Solche Felder haben gerade in resonanten Umgebungen eine hohe Praxisrelevanz. Sie können für experimentelle Untersuchungen in Modenverwirbelungskammern erzeugt werden. Im Beitrag wird die Messung der Einkopplung statistischer Felder in eine verdrillte Doppelleitung im Freiraum beschrieben. Ein entsprechendes Simulationsmodell [5] ist bereits vorhanden und kann damit experimentell validiert werden. Ähnliche Messungen wurden bereits bei einer Anregung durch einzelne ebene Wellen mit veränderlicher Einfallsrichtung [1] durchgeführt. Auch für die Anregung durch statistische Felder existieren bereits Messergebnisse [4], allerdings mit einer leerlaufenden bzw. kurzgeschlossenen Leitung. In diesem Beitrag wird eine Leitung mit angepasstem Leitungsabschluss untersucht. Am angepassten Leitungsende treten nahezu keine Reflexionen und damit auch keine Mehrfachreflexionen auf. Deshalb gibt es nur sehr geringe Leitungsresonanzen und der Einfluss der Schlaglänge der Verdrillung lässt sich aus der Frequenzabhängigkeit der eingekoppelten Spannung einfacher ermitteln

LEGO-Praktikum. Entwickeln, programmieren, optimieren: Berichte der Studierenden zum Projektseminar Elektrotechnik/Informationstechnik

Seit 2018 existiert die Open-Access-Schriftenreihe "LEGO-Praktikum. Entwickeln, programmieren, optimieren", in der studentische Beiträge veröffentlicht werden, die im Rahmen des Projektseminars Elektrotechnik/Informationstechnik (bzw. dem sogenannten "LEGO-Praktikum") an der gleichnamigen Fakultät entstanden sind. Am Ende dieses Seminars verfügen die Studierenden über Kenntnisse zur Programmierung mit MATLAB und können verschiedene Sensoren und Motoren ansteuern und regeln. Sie lernen das projektorientierte Arbeiten im Team, das mündliche Präsentieren ihrer eigenen Arbeit vor einer Gruppe und die schriftliche Dokumentation ihrer Ergebnisse in Form von kurzen Berichten, die in dieser Schriftenreihe veröffentlicht sind. Durch die praxisnahen Übungen mit LEGO-Bausätzen, die Vorträge und die schriftliche Ausarbeitung sind die Studierenden in der Lage, ihre Arbeiten wissenschaftlich kritisch zu hinterfragen und strukturiert zu dokumentieren

Einfluss verschiedener Datenformate auf frequenzabhängige mit Impedanzanalysatoren gemessene Impedanzen

Impedanzanalysatoren erlauben die einfache Messung von frequenzabhängigen Impedanzen an beliebigen Bauelementen über einen weiten Frequenzbereich [4] und sind somit ein wichtiges und nützlichesWerkzeug für die Erstellung von EMV-Modellen. Aus den gemessenen komplexen Impedanzen lassen sich Bauelement- und Ersatzschaltbildparameter wie Widerstand, Leitwert, Induktivität und Kapazität ableiten und berechnen. Im Gegensatz zu LCR-Metern arbeiten Impedanzanalysator nicht nur bei einzelnen Frequenzen oder wenigen Frequenzstützstellen, sondern lassen eine Messung über ein größeres und feiner gestuftes Frequenzspektrum zu. Kommerziell verfügbare Impedanzanalysatoren nutzen dabei eines der folgenden Messprinzipien: 1. direkte Strom-Spannungs-Messung (einige μHz bis einige 10MHz, etwa 10 μW bis 100 TW, Genauigkeit etwa 0,05%) [1, 2] 2. auto-balancierte Brücke, ABB (einige 10 Hz bis etwa 100MHz, etwa 10mW bis 100MW, Genauigkeit etwa 0,05%) [4] 3. hochfrequente Strom-Spannungs-Messung, Radio Frequency Current-Voltage, RF-IV (etwa 1MHz bis einige GHz, etwa 100mW bis 100 kW, Genauigkeit etwa 1%) [4] Der folgende Beitrag konzentriert sich auf Messungen mit einem Impedanzanalysator mit autobalancierter Brücke

LEGO-Praktikum. Entwickeln, programmieren, optimieren: Berichte der Studierenden zum Projektseminar Elektrotechnik/Informationstechnik

Seit 2018 existiert die Open-Access-Schriftenreihe "LEGO-Praktikum. Entwickeln, programmieren, optimieren", in der studentische Beiträge veröffentlicht werden, die im Rahmen des Projektseminars Elektrotechnik/Informationstechnik (bzw. dem sogenannten "LEGO-Praktikum") an der gleichnamigen Fakultät entstanden sind. Am Ende dieses Seminars verfügen die Studierenden über Kenntnisse zur Programmierung mit MATLAB und können verschiedene Sensoren und Motoren ansteuern und regeln. Sie lernen das projektorientierte Arbeiten im Team, das mündliche Präsentieren ihrer eigenen Arbeit vor einer Gruppe und die schriftliche Dokumentation ihrer Ergebnisse in Form von kurzen Berichten, die in dieser Schriftenreihe veröffentlicht sind. Durch die praxisnahen Übungen mit LEGO-Bausätzen, die Vorträge und die schriftliche Ausarbeitung sind die Studierenden in der Lage, ihre Arbeiten wissenschaftlich kritisch zu hinterfragen und strukturiert zu dokumentieren

LEGO-Praktikum. Entwickeln, programmieren, optimieren: Berichte der Studierenden zum Projektseminar Elektrotechnik/Informationstechnik

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