Simulation der elektromagnetischen Wellenausbreitung in komplexen Leitungsstrukturen unter Berücksichtigung von Schirmungseffekten

Abstract

Die steigende Komplexität und Funktionalität der Elektronik in vielen Bereichen des täglichen Lebens sowie immer kürzere Entwicklungszyklen erfordern eine frühzeitige Optimierung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), um Störungen zu vermeiden beziehungsweise zu verringern. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die EMV-Simulation im Automobil insbesondere die Wellenausbreitung auf Leitungen und die damit verbundene Einstrahlung, Abstrahlung beziehungsweise das Überkoppeln auf andere Leitungen, auch Übersprechen genannt. Das Kernstück der Dissertation behandelt die elektromagnetische Schirmung insbesondere real geschirmter Leitungen koaxialer Struktur und ihre Einbindung in die Theorie der Mehrleitersysteme. Mit Hilfe der Größen Transferimpedanz und Transferadmittanz lassen sich geschirmte Leitungen in Mehrleitersystemen beschreiben. Typische Leiteranordnungen wie eine Generatorleitung mit benachbarter geschirmter Leitung werden simuliert und mit Messungen validiert. Die bei hohen Frequenzen stärker werdende Abstrahlung kann mit Hilfe eines Strah-lungswiderstandes, der für eine Dämpfung der leitungsgebundenen Größen wie Strom und Spannung verantwortlich ist, beschrieben werden. Für eine spezielle Leiteranordnung wird ein frequenzabhängiger Strahlungswiderstand hergeleitet.

A car includes a variety of different electric and electronic devices such as electro motors, control modules and antennas, all of them have to be connected together by means of a complex cable harness system. In cable harness the most critical parts are shielded cables. They are realized as braided shields. If an optimization of such cables with respect to EMC constraints has to be done the specific characteristics of their shields and especially the terminations of them must be investigated. This Dissertation introduces the theoretical model for shielded cables by using the Multiconductor Transmission Line Theory and explains its application on a standard coaxial cable (e.g. RG58). The required parameters that are needed for a theoretical description of any couplings between the inner and the outer system of a coaxial cable are called transfer impedance (for inductive couplings) and transfer admittance (for capacitive couplings). It is possible to expand the commonly known Telegrapher’s Equations in order to be able taking into account non-ideal shields in EMC simulations. Several examples are given in order to demonstrate the good comparison between measurements and simulations. Furthermore a frequency dependent radiation resistance for a specific cable constellation is derived.