Berechnungsverfahren und auf Abtastung basierende Messverfahren zur Bestimmung elektrischer HF-Störfelder und der damit verbundenen Störeinkopplungen in Leitersysteme

Abstract

Ein wichtiger Aspekt der EMV ist die Einstrahlung hochfrequenter elektromagnetischer Felder in Leitersysteme. Zur Quantisierung derartiger Verkopplungen entwickelt die vorliegende Arbeit sowohl messtechnische als auch numerische Verfahren.

Für die Berechnung der Störeinkopplung in Herzschrittmacher-Systeme wird ein hybrides Berechnungsverfahren, zusammengesetzt aus der Mehrfach-Multipol-Methode und der Methode der Momente, weiterentwickelt und es wird seine Anwendbarkeit verbessert.

Neben dem Berechnungsverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neues Feldsensor-Verfahren zur Betrags- und Phasenmessung hochfrequenter elektrischer Felder entwickelt. Dieses Verfahren macht sich das subharmonische Abtasten zunutze, indem ein schneller Abtaster in eine elektrisch kurze Dipolantenne untergebracht wird. Die Triggerung des Abtasters erfolgt über einen optischen Leiter, welcher Verzerrungen des zu messenden Feldes vermeidet. Es wird eine sehr hohe Messgeschwindigkeit erreicht, so dass auch Feldverteilungen innerhalb kurzer Zeit gemessen werden können. Neben dem Feldsensor wird ein hierzu abgewandeltes Sensorsystem zur Messung von Störspannungen entwickelt, welches z.B. die Messung von Einkoppelspannungen an Herzschrittmacherelektroden erlaubt.

Die Arbeit schließt zum einen mit der Untersuchung der Störeinkopplung in Herzschrittmachersysteme und zum anderen mit experimentellen Arbeiten zur Feldverteilung im Kraftfahrzeug bei Mobilfunkbetrieb ab.

A major topic in the field of EMC is the interference of electromagnetic waves and electric wire systems. In order to quantize the occurring coupling effects this thesis covers measurement systems as well as numeric computation methods.

For the calculation of disturbing voltages inside of cardiac pacemaker systems a hybrid field calculation program, consisting of the multiple multipole method and the method of moments, is optimized and its applicability is enhanced.

In a large experiment a novel field probe is developed for measurements of both magnitude and phase of electromagnetic fields at radio frequencies. This measurement system is based on the principle of subharmonic sampling by integrating a sampling circuit inside a short electric dipole. The probe is connected with its data acquisition unit via an optical fiber which prevents disturbance of the electric field to be measured. Consequently, the fiber line is also used for triggering the sampler inside the probe. The sampling approach enables a very high measurement rate which makes the system well suited for recording field distributions. In addition to the field probe a voltage probe based on the same principle is presented. The voltage sensor is placed inside a cardiac pacemaker housing so that measurements of interference voltages on pacemaker electrodes can be performed.

In addition, coupling mechanisms between cardiac pacemaker electrodes and cellular phones are investigated. An experimental work on field distributions inside an automobile in the presence of different types of operating mobile phones concludes the work.