TY - BOOK

T1 - Störfestigkeit komplexer Systeme in Freifeld-Simulatoren

AU - Burghardt, Felix

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die elektromagnetische Störfestigkeitsprüfung eines Prüflings erfordert eine Umgebung, welche nicht wechselwirkt und deren Feldverteilung bekannt ist. Ein Freifeld bietet dahingehend viele Vorteile, jedoch steht diesem die Witterungsabhängigkeit sowie der erforderliche Flächenbedarf gegenüber. Eine Lösung versprechen Messumgebungen, die sowohl in Laboren betrieben werden können als auch alle Anforderungen an ein Freifeld erfüllen. Diese Arbeit setzt sich zum Ziel, Ergebnisse von Störfestigkeitsuntersuchungen auf einem Freifeld mit denen in Freifeld-Simulatoren gegenüberzustellen und in Hinblick auf auftretende Wechselwirkungen mit dem Prüfling zu diskutieren. Soll eine Beurteilung der Wechselwirkung zwischen einer Messumgebung und Prüfling getroffen werden, so bedarf es dafür eines Systems, dessen Störfestigkeit durch andere Untersuchungen bereits bekannt ist. Aus diesem Grund wird zunächst eine Definition für ein komplexes System eingeführt, auf dessen Grundlage ein Prüfling entwickelt wird. Anschließend erfolgen Störfestigkeitsmessungen an Mikrocontrollern, welche in dieser Arbeit als niedrigste Ebene des komplexen Systems angesehen werden. Des Weiteren wird das Leitungsnetzwerk des Prüflings, welches die Mikrocontroller miteinander verbindet, untersucht. Dadurch ist es möglich, das Störverhalten des Gesamtsystems bei Anregung mit unterschiedlichsten Signalen zu berechnen. Als Anregungssignale werden schmal- und breitbandige Signale vorgestellt und ihre Eigenschaften beschrieben. Die Validierung des berechneten Störschwellenverlaufs bei monofrequenter Anregung erfolgt auf einem Freifeld. Die Untersuchungen zeigen, dass der berechnete Störschwellenverlauf von den gemessenen Werten abweicht. Dies ist auf die nichtlinearen Eingangsimpedanzen des Mikrocontrollers zurückzuführen und erschwert eine allgemeine Bestimmung des Störverhaltens. Eine Prädiktion des Störschwellenverlaufs auf Basis der Subsysteme ist nicht möglich, sodass Störfestigkeitsuntersuchungen auch immer am Gesamtsystem erfolgen müssen. Die Erkenntnisse aus dem Freifeld dienen als Referenz für die Messungen in verschiedenen Transversal-Elektromagnetischen (TEM)-Wellenleitern. Es wird gezeigt, dass die untersuchten komplexen Systeme einen Einfluss auf die Feldverteilung in den Messumgebungen haben. Die Veränderung des Feldes führt zu einer falschen Annahme der elektrischen Feldstärke an der Position des Prüflings. Das Störverhalten von komplexen Systemen wird aus diesem Grund falsch interpretiert und weicht von dem Verlauf der Referenzmessung ab. Da auf Grundlage der Messungen eine Beeinflussung durch die Messumgebung nachgewiesen werden kann, eignen sich TEM-Wellenleiter nur bedingt für die elektromagnetische Störfestigkeitsanalyse.

AB - Die elektromagnetische Störfestigkeitsprüfung eines Prüflings erfordert eine Umgebung, welche nicht wechselwirkt und deren Feldverteilung bekannt ist. Ein Freifeld bietet dahingehend viele Vorteile, jedoch steht diesem die Witterungsabhängigkeit sowie der erforderliche Flächenbedarf gegenüber. Eine Lösung versprechen Messumgebungen, die sowohl in Laboren betrieben werden können als auch alle Anforderungen an ein Freifeld erfüllen. Diese Arbeit setzt sich zum Ziel, Ergebnisse von Störfestigkeitsuntersuchungen auf einem Freifeld mit denen in Freifeld-Simulatoren gegenüberzustellen und in Hinblick auf auftretende Wechselwirkungen mit dem Prüfling zu diskutieren. Soll eine Beurteilung der Wechselwirkung zwischen einer Messumgebung und Prüfling getroffen werden, so bedarf es dafür eines Systems, dessen Störfestigkeit durch andere Untersuchungen bereits bekannt ist. Aus diesem Grund wird zunächst eine Definition für ein komplexes System eingeführt, auf dessen Grundlage ein Prüfling entwickelt wird. Anschließend erfolgen Störfestigkeitsmessungen an Mikrocontrollern, welche in dieser Arbeit als niedrigste Ebene des komplexen Systems angesehen werden. Des Weiteren wird das Leitungsnetzwerk des Prüflings, welches die Mikrocontroller miteinander verbindet, untersucht. Dadurch ist es möglich, das Störverhalten des Gesamtsystems bei Anregung mit unterschiedlichsten Signalen zu berechnen. Als Anregungssignale werden schmal- und breitbandige Signale vorgestellt und ihre Eigenschaften beschrieben. Die Validierung des berechneten Störschwellenverlaufs bei monofrequenter Anregung erfolgt auf einem Freifeld. Die Untersuchungen zeigen, dass der berechnete Störschwellenverlauf von den gemessenen Werten abweicht. Dies ist auf die nichtlinearen Eingangsimpedanzen des Mikrocontrollers zurückzuführen und erschwert eine allgemeine Bestimmung des Störverhaltens. Eine Prädiktion des Störschwellenverlaufs auf Basis der Subsysteme ist nicht möglich, sodass Störfestigkeitsuntersuchungen auch immer am Gesamtsystem erfolgen müssen. Die Erkenntnisse aus dem Freifeld dienen als Referenz für die Messungen in verschiedenen Transversal-Elektromagnetischen (TEM)-Wellenleitern. Es wird gezeigt, dass die untersuchten komplexen Systeme einen Einfluss auf die Feldverteilung in den Messumgebungen haben. Die Veränderung des Feldes führt zu einer falschen Annahme der elektrischen Feldstärke an der Position des Prüflings. Das Störverhalten von komplexen Systemen wird aus diesem Grund falsch interpretiert und weicht von dem Verlauf der Referenzmessung ab. Da auf Grundlage der Messungen eine Beeinflussung durch die Messumgebung nachgewiesen werden kann, eignen sich TEM-Wellenleiter nur bedingt für die elektromagnetische Störfestigkeitsanalyse.

U2 - 10.15488/13883

DO - 10.15488/13883

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -