Transiente Analyse von nichtlinear beladenen metallischen Gehäusen in Zeit- und Frequenzbereich

Abstract

Der Einbau von elektronischen Systemen innerhalb von Metallgehäusen ist bezüglich der EMV mit Vor- und Nachteilen behaftet. Ein offensichtlicher Vorteil sind die Schirmwirkungen von Metallgehäusen, welche umschlossene elektronische Systeme vor externen elektromagnetischen Störfeldern schützen können. Andererseits können Metallgehäuse aber auch als Resonatoren wirken, so dass umschlossene elektronische Systeme möglichen Resonanzeffekten ausgesetzt sind. Das Testen der Störfestigkeit von Systemen im Resonanzbereich hat daher innerhalb der EMV schon immer eine überragende Rolle gespielt. Dabei ist es zunächst natürlich, entsprechende Tests im Frequenzbereich durchzuführen und Transferfunktionen im Frequenzbereich zu bestimmen, um dominante Resonanzeffekte identifizieren zu können. Für lineare Systeme kann auf Basis der Fourieranalyse durch Störfestigkeitstests im Zeitbereich die gleiche Information erhalten werden, zumindest prinzipiell. Praktische Erwägungen, wie etwa die Notwendigkeit hoher Leistungsdichten bei bestimmten Frequenzen oder das Abbilden realer Störbeeinflussungen, mögen dann den Ausschlag für entweder Frequenzoder Zeitbereichsmessverfahren geben. Die Durchführung und Interpretation von Störfestigkeitstests im Resonanzbereich verkompliziert sich beträchtlich, wenn nichtlineare elektromagnetische Effekte auftreten und in die Analyse miteinbezogen werden müssen. Anregungen, die einem eingeschwungenen Zustand entsprechen und im Frequenzbereich durch eine oder gegebenenfalls auch mehrere singuläre Frequenzen gekennzeichnet sind, generieren dann beispielsweise weitere Frequenzanteile, die sich als Konversionsprodukte klassifizieren lassen. Wird der eingeschwungene Zustand auf beliebige zeitliche Anregungen mit transienten Anteilen erweitert, treten weitere Phänomene auf, die durch nichtlineare Dynamiken zu beschreiben sind und über standardisierte Modellierungen der EMV hinausgehen. Dahingehend liegt der Schwerpunkt dieses Beitrags in der transienten Analyse von nichtlinear beladenen metallischen Gehäusen, die als Resonatoren wirken. Mit Hilfe von Zeitund Frequenzbereichsverfahren werden Phänomene erfasst und analysiert, die durch die Einkopplung transienter elektromagnetischer Felder hervorgerufen werden. Analytische Betrachtungen zu erwartenden Effekten können aus [1] entnommen werden. Für den Fall des eingeschwungenen Zustands sind weitere Untersuchungen auf sowohl analytischer als auch messtechnischer Basis durchgeführt worden, siehe hierzu beispielsweise [2, 3] und die darin zitierte Literatur. Für den transienten Fall sind ähnlich umfassende analytische und messtechnische Beschreibungen wünschenswert. Der Fokus dieses Beitrages liegt auf der Bereitstellung geeigneter messtechnischer Umgebungen. Zu Beginn wird im nächsten Abschnitt zunächst ein generisches metallisches Gehäuse mit einer speziellen nichtlinearen Beladung vorgestellt. Es werden Messergebnisse an dieser Konfiguration gezeigt, bei denen im eingeschwungenen Zustand in deutlicher Weise nichtlineare Phänomene als Systemantwort zu einer Zweiton-Anregung nachgewiesen werden können. Die Konfiguration wird anschließend im transienten Fall betrachtet, wobei zur Anregung ein genäherter doppelt-exponentieller Puls verwendet wird. Nichtlineare Effekte werden für diesen Fall sowohl im Zeitals auch im Frequenzbereich identifiziert.