Störunempfindlichkeit von Ethernet in der Luftfahrt

Abstract

In der Luftfahrzeugtechnik wurden früher viele einzelne Signalleitungen als Punkt-zuPunkt Verbindung verwendet. In der Regel hatten diese Signale eine gemeinsame Referenzmasse. Um die EMV zu verbessern, wurde eine Routentrennung eingeführt: Einzelne Leitungen werden nach Empfindlichkeit und Störpotential zusammengefasst und getrennt verlegt. Routentrennung ist auch außerhalb der Luftfahrt z. B. im Schiffbau eine bewährte EMV Maßnahme zusätzlich zur Gerätequalifikation. Das heißt die separate Führung einzelner Signalleitungen führt nicht systematisch zu einer Lockerung der Spezifikation angeschlossener Geräte. In modernen Luftfahrzeugen befindet sich eine steigende Anzahl elektronischer Systeme. Diese sind in zunehmend untereinander vernetzt. Mit erhöhter Anzahl und Komplexität der Flugzeugsysteme sind einzelne Signalleitungen nicht mehr Stand der Technik denn der Installationsraum ist begrenzt, und Gewichtsanforderungen sprechen dagegen. Aus diesem Grund werden Datenbusse und Netzwerke verlegt. Aus EMV Sicht hat der Übergang zu modernen Bussystemen den großen Vorteil einer erheblich gesteigerten Störfestigkeit der Signalübertragung. Die gesamte Anzahl der Leitungen in einem modernen Luftfahrzeug ist dennoch sehr hoch. Dementsprechend erfordert eine Routentrennung eine sehr aufwändige Leitungsarchitektur. Angesichts einer möglichst störfesten Auslegung moderner Bussysteme stellt sich die Frage, inwieweit Routentrennung als zur Absicherung der Störfestigkeit von Datenübertragungsleitungen überhaupt noch notwendig ist. Um zu belegen, dass für ein bestimmtes Übertragungsverfahren keine besondere Routenführung zur Sicherstellung der EMV erforderlich ist, muss gezeigt werden, dass die übertragenen Signale unter dem Einfluss der Flugzeugumgebung und benachbarter Störsignale hinreichend stabil sind und nicht signifikant beeinträchtigt werden. Die Grundlage dafür ist die tatsächliche elektromagnetische Flugzeugumgebung (EM environment). Diese Umgebung ist in der Form standardisierter EMV-Prüfungen und maximaler Störgrößen bekannt. Per Definition arbeitet qualifiziertes Gerät in dieser Umgebung störungsfrei. Wenn Daten in dieser Umgebung ebenfalls störungsfrei übertragen werden, ist eine Routentrennung für dieses Übertragungsverfahren überflüssig. Eine allgemeine Regel zur Routenführung eines gegebenen Standards erfordert die Betrachtung der eingekoppelten Störgrößen im Verhältnis zur Signalgröße. In diesem Paper wird exemplarisch Fast Ethernet nach dem IEEE 802.3 Standard auf Störfestigkeit gegen Leitungskopplung geprüft und zwar niederfrequentes Nebensprechen und HIRF (high intensity radiated fields). Es zeigt sich, dass die Gerätequalifikation ausreicht, um die Störfestigkeit der Ethernet Verbindung unabhängig von der Route nachzuweisen. In gleicher Weise können alle Bussysteme analysiert werden, um die Kabelverlegung massiv zu vereinfachen. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf die EMV. Es ist zu beachten, dass es außerhalb der EMV andere Zwänge für die Routentrennung geben kann, z.B. Redundanz.