Effizientes Netzwerkmodell zur Breitbandsimulation der Feldeinkopplung auf inhomogenen Leitungen

Abstract

Das Hochfrequenzverhalten elektrischer Leitungen unter dem Einfluss eines äußeren elektromagnetischen Feldes ist ein wichtiger Teil der EMV-Analyse, da die Signalund Versorgungsintegrität elektrischer Systeme stark durch die induzierten Ströme und Spannungen beeinträchtigt werden können (Abb. 1). Zur quantitativen Beurteilung des Verhaltens wurden in den letzten Jahren zahlreiche Modelle für den Spezialfall der homogenen Leitung mit linearer und nichtlinearer Beschaltung entwickelt (z.B. [1], [2]). In der Praxis treten aber auch häufig inhomogene Leitungsstrukturen (z.B. eine durchhängende Freileitung) auf, wobei die Anzahl der Modelle hierfür deutlich geringer ist. Viele Ansätze beschränken sich auf den Frequenzbereich und ein transientes Systemverhalten wird dabei durch eine IFFT ermittelt ([3], [4]), was die Verwendung nichtlinearer Bauelemente ausschließt. In diesem Beitrag wird das modale Ersatzschaltbild einer inhomogenen Leitung aus [5] durch modale Quellen erweitert, welche den Einfluss des einkoppelnden elektromagnetischen Feldes berücksichtigen. Durch eine quasistatische Analyse kann die Konvergenz des Modells beschleunigt werden, sodass die begrenzte Anzahl der Parallelschwingkreise sicher abgeschätzt werden kann. Da die Netzwerkparameter im Allgemeinen nicht analytisch vorliegen, werden diese mit Hilfe der Methode der Finiten Differenzen numerisch bestimmt. Das resultierende inhärent stabile Netzwerkmodell wird anhand eines transienten Beispiels mit nichtlinearer Beschaltung durch ein kommerzielles Feldberechnungsprogramm, welches durch eine aufwendige 3D-Vollwellensimulation, den Vector Fitting Algorithmus und anschließender Reduktion der Modellordnung ebenfalls ein Ersatzschaltbild aufstellt [6], validiert.