Simulation und Messung der Einkopplung von elektromagnetischen Feldern in komplexe elektronische Systeme

Abstract:
Die ungestörte Funktionalität von elektronischen Systemen ist sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich von sehr großer Bedeutung. Während Systemausfälle in technischen Anlagen durch lange Wartungszeiten und dem damit verbundenen Produktionsstillstand immense Kosten zur Folge haben, können Ausfälle von militärischen Systemen zu hohen Sicherheitsrisiken führen, die im schlimmsten Fall menschliches Leben gefährden können. Um die Funktionalität von komplexen elektronischen Anlagen speziell bei störenden elektromagnetischen Feldern gewährleisten zu können, müssen zuverlässige Schutzschaltungen bzw. Schutzkonzepte entwickelt werden. Insbesondere der Schutz gegen extrem kurze und somit sehr breitbandige Störpulse stellt dabei eine besondere Herausforderung dar, da sehr oft die Ansprechzeit von typischen Schutzelementen in der Größenordnung der Pulsbreiten der breitbandigen Störungen liegt und somit die Schutzwirkung der Schutzelemente unterlaufen werden kann. Für die Entwicklung von wirksamen und zuverlässigen Schutzschaltungen für komplexe elektronische Systeme gegen eingekoppelte elektromagnetische Störungen wird in dieser Arbeit die Einkopplung eines äußeren Störfeldes in ein komplexes elektronisches System bis hin zu der resultierenden Störspannung auf einer Platine im Innern des Systems untersucht. Da die direkte Messung von Störsignalen innerhalb von komplexen Systemen meist sehr schwierig ist, werden die Schirmung des Systems und die Einkopplung auf der Platine getrennt betrachtet. Als System wird das Modell eines Marschflugkörpers mit generischer Elektronik (GENEC) gewählt. Zur Untersuchung des Schirmverhaltens werden Simulationen mit dem Programmpaket CONCEPT durchgeführt. Außerdem werden Möglichkeiten der messtechnischen Erfassung des Störfeldes im Innern mit Hilfe verschiedener Feldsensoren vorgestellt und realisiert, sowie mit den Simulationsergebnissen verglichen und bewertet. Für die Messung der Störsignale auf der Platine werden ebenfalls verschiedene messtechnische Möglichkeiten diskutiert und ein selbstentwickelter Sensor zur direkten Messung einer Störspannung auf PCB-Ebene vorgestellt. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse zusammengefasst und bewertet.