Numerische Simulation der Einkopplung transienter elektromagnetischer Felder in nichtlinear-abgeschlossene Leitungsnetzwerke mit einem SPICE-Netzwerksimulator

Abstract

Die Einkopplung externer elektromagnetischer Felder in Versorgungs-, Verbindungs- und Kommunikationskabel bestimmt maßgeblich die gestrahlte Störfestigkeit der daran angeschlossenen Systeme und Baugruppen. Kabelbäume können dabei als Leitungsnetzwerke modelliert werden [1], [2], auf denen durch Feldeinkopplung angeregte Strom- und Spannungswellen entlang der Einzelleitungen propagieren und an Knotenpunkten sowie Abschlüssen transmittiert bzw. reflektiert werden. Häufig sind Leitungsenden mit nichtlinearen Halbleiterbauelementen abgeschlossen, z. B. als Überspannungsschutz. Deren Berücksichtigung erfordert eine Simulation im Zeitbereich [3]. Dabei können die als verlustarm angenommenen Leitungen als Kette von L-C- Gliedern modelliert werden. Das einfallende Feld einer ebenen Welle wird entsprechend der Agrawal-Formulierung als verteilte Spannungsquellen entlang der Leitung und als konzentrierte Spannungsquellen an den Leitungsenden wirksam. In diesem Beitrag wird ein numerisches Simulationsverfahren für die transiente Feldeinkopplung pulsförmiger ebener Wellen in Leitungsnetzwerke mit nichtlinearen Abschlüssen vorgestellt, das auf einem üblichen SPICE-kompatiblen Netzwerksimulator [4] basiert. Gegenüber ähnlichen vorhandenen Verfahren [5] sind somit viele weitere Halbleiterbauelementmodelle nutzbar. Weiterhin soll durch diesen Ansatz die Effizienz und numerische Stabilität des Simulationsverfahrens erhöht werden.