Effiziente Simulation der Einkopplung statistischer Felder in Leitungsstrukturen mit der Momentenmethode

Abstract

Die Berechnung der Einkopplung externer Felder in Kabel und Leitungen stellt einen wichtigen Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) dar. Die Störquelle befindet sich dabei häufig in einem größeren Abstand zur Leitung, so dass das externe Feld durch eine ebene Welle angenähert werden kann, deren Einfallsrichtung und Polarisation in vielen praktischen Anwendungsfällen aber unbekannt ist. Von Interesse ist dann die mittlere oder maximale Einkopplung über alle möglichen Einfallsrichtungen und Polarisationen in Abhängigkeit von der Frequenz und den Abmessungen der Leitungsstruktur. Auch in elektromagnetischen Modenverwirbelungskammern (MVKn) oder elektrisch großen und geometrisch komplexen Resonatoren kann das Feld durch eine Überlagerung von ebenen Wellen [4] angenähert werden. Solche Feldbedingungen werden als statistische Felder zusammengefasst. Auch dort ist für Anwendungen innerhalb der EMV häufig die mittlere oder maximale Einkopplung über ein Ensemble von elektromagnetischen Randbedingungen, z. B. verschiedener Rührerpositionen, von Interesse. In diesem Beitrag wird ein bekanntes und effizientes Simulationsverfahren für die Einkopplung statistischer Felder in Leitungsstrukturen [5] in die Momentenmethode implementiert. Dieses Verfahren wird in Abschnitt 2 beschrieben und gegenüber anderen Methoden abgegrenzt. Um die Anwendbarkeit des Simulationsverfahrens zu demonstrieren, werden zwei beispielhafte Leitungsstrukturen untersucht: eine verdrillte Doppelleitung im Freiraum und eine ungleichförmige Einfachleitung über einer leitfähigen Ebene. Beide Strukturen werden im Abschnitt 3 näher beschrieben. Zur Validierung des Simulationsverfahrens wurden Messungen in MVKn durchgeführt, deren Details in Abschnitt 4 angegeben sind. Ein Vergleich und eine Diskussion der Mess- und Simulationsergebnisse erfolgen in Abschnitt 5.