Kontaktlose Impedanzmessung an Dipolen bis 1 GHz

Abstract:
Antennenstrukturen lassen sich grundsätzlich durch eine Superposition von Dipolen beschreiben. Neben dezidiert auf Abstrahlung und Empfang optimierten Antennen bilden bereits einfache Energie- und Signalleitungen Antennenstrukturen, wenn deren geometrische Abmessungen unter Berücksichtigung vorhandener Dielektrika und magnetischer Materialien in die Größenordnung der Wellenlänge kommen. In der EMV sind insbesondere Resonanzzustände in Verkabelungen von Interesse, bei denen eine maximale Ein- und Auskopplung über Strahlungsfelder erfolgt (Antennenwirkung von Verkabelungen). Diese Zustände wären über präzise und rückwirkungsfreie Impedanzmessungen erfassbar. Wir stellen eine derartige Messmethode vor, die durch kontaktlose Messung tiefe Eingriffe in das System vermeidet und rückwirkungsbefreite Ergebnisse liefert. Wir präsentieren Ergebnisse einer Reihe von Messungen der charakteristischen Fußpunktimpedanz von Dipolen, die aus Messingstäben ohne konkrete physikalische Anschlusspole bestehen. Die Impedanz wird stattdessen kontaktlos über Impedanzzangen gemessen, die sich auch für Hochfrequenz (HF) durch Reflektometer oder vektorielle Netzwerk-Analysatoren (VNA) kalibrieren lassen. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens wird hier erstmalig bis 1GHz gezeigt. Zudem zeigen wir, dass sich Dipole selbst als Kalibrierstandards verwenden lassen, und zwar über einen Frequenzbereich, der einem Vielfachen der Bandbreite der λ/2-Resonanz entspricht. Anhand der sehr guten Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung wird darüber hinaus exemplarisch gezeigt, dass die Methode auch bei Strukturen mit massiver Abstrahlung funktioniert. Über die Messung der komplexen Impedanz ermöglicht die Methode neben Strom- und Spannungsmessung auch eine Bestimmung von Resonanzfrequenzen und zugehörigen Güten. Gerade für die Charakterisierung von Systemen mit komplexer Verkabelung und möglicher Einkopplung und Abstrahlung von Störungen bietet sich damit ein zuvor nicht realisierbarer messtechnischer Zugang.