Geometrische Unsicherheitsbetrachtung von rundkoaxialen TEM-Zellen

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Pham, Hoang Duc; Garbe, Heyno: Geometrische Unsicherheitsbetrachtung von rundkoaxialen TEM-Zellen. In: emv : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit, Köln, 2020, S. 283-290

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Ein wesentliches Arbeitsgebiet in der EMV ist neben der Ermittlung der Störaussendung von elektrischen und elektronischen Geräten auch die Bestimmung der Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern. Um die Reproduzierbarkeit der EMV-Untersuchungen gewährleisten zu können, sollten die Felder in einem bestimmten Feldtyp vorliegen. Als Feldtyp wird dabei der transversal elektromagnetische Mode (TEM-Mode) gewählt. In der Vergangenheit bestand die Herausforderung darin, den TEM-Mode auf einem Freifeld zu erzeugen. Um Feldtests auch in einer Laborumgebung unter Fernfeldbedingungen gewährleisten zu können, wurde das Feld einer Zweileiteranordnung näher untersucht. In der Arbeit von Schelkunoff [5] wurde gezeigt, dass das Feld bei Leitungsanordnungen mit zweifach berandetem Querschnitt sich zunächst immer im TEM-Mode ausbreitet. Erst bei höheren Frequenzen treten Hohlleitermoden (TM- und TE-Mode) auf. TEM-Zellen haben sich seit Jahren als Mittel zur Darstellung von TEM-Feldern in der EMV-Messtechnik bewährt. Die TEM-Zelle bietet die Möglichkeit, in einer abgeschlossenen Messumgebung die Störfestigkeit oder Störaussendung von elektrischen und elektronischen Mess- oder Prüfkörpern unter Fernfeldbedingungen zu erfassen. Die Frage nach der Messunsicherheit von TEM-Wellenleitern stellt sich in der neueren Zeit wieder, seit mit der Erstellung der Norm zum Thema „Kalibration von Feldsensoren“ (IEC 61000-4-26 – Field Probe Calibration) begonnen wurde. Bei der Nutzung eines Kalibriernormals müssen gemäß GUM [1] auch die Unsicherheiten des Normals angegeben werden. In diesem Beitrag wird der Unsicherheitsbeitrag der Geometrie des TEM-Wellenleiters untersucht. Als mathematischer Ansatz werden die verallgemeinerten Leitungsgleichungen (engl. generalized telegraphist equations, GTEs) verwendet [6]. Die GTEs eignen sich besonders gut für die Untersuchung an TEM-Wellenleitern, da nicht nur das gesamte Feld, sondern auch das Kopplungsverhalten des TEM-Mode zu den höheren Moden beschrieben wird. In vielen Anwendungen ist die tatsächliche Geometrie der Anordnung nicht ideal bzw. nicht genau bekannt. Daher soll die Randkontur des TEM-Wellenleiters gestört werden und der Einfluss auf die Feldverteilung bestimmt werden. Damit der TEM-Wellenleiter für die Kalibrierung von Feldsonden verwendet werden kann, muss zusätzlich das Resonanzverhalten untersucht werden. Die Anregung von höheren Hohlleitermoden führt zu Resonanzeffekten in der TEM-Zelle. An den Resonanzfrequenzen kommt es zu starken Feldstärkeüberhöhungen, welche die TEM-Zelle als Kalibriernormal unbrauchbar machen. Die erste Resonanzfrequenz grenzt somit den nutzbaren Frequenzbereich der TEM-Zelle ein.
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Issue Date: 2020
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