Über die Schirmeffektivität elektrisch großer Resonatoren hoher Güte

Abstract

Häufig befindet sich empfindliche Elektronik innerhalb quaderförmiger metallischer Schirme, wie z.B. Computer- und Elektronikgehäuse. Neben einem mechanischen Schutz sollen diese Schirme die EMV-Eigenschaften der darin befindlichen Elektronik verbessern. Da die Elektronik Teil eines Gesamtsystems darstellt, ist die Schirmeffektivität (SE) immer durch Aperturen, also Öffnungen im Schirm, sowie durch Kabeldurchführungen begrenzt. Wenn der Schirm in Bezug auf das Frequenzspektrum einer externen Störquelle elektrisch groß, das heißt größer als die anregende Wellenlänge ist, können Resonanzen angeregt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass der Schirm eine hohe Güte hat, das heißt, dass die Verlustmechanismen elektromagnetischer Energie gering sind. Der Schirm stellt dann einen Resonator dar. Die Anregung von Resonanzen ist insbesondere bei pulsförmigen, breitbandigen Störsignalen wahrscheinlich. An den Resonanzfrequenzen bricht der Wert für die SE zusammen, was durch das Entstehen stehender Wellen innerhalb des Schirms begründet werden kann. Es kann sogar zu einer Feldstärkeüberhöhung innerhalb des Schirms kommen. Daher wird in der EMV der Schirmung durch quaderförmige, metallische Gehäuse oder Räume besondere Aufmerksamkeit geschenkt.

In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Bestimmung der SE vorgestellt und verglichen. Außerdem wird eine neue Methode eingeführt, die die SE über eine örtliche Mittelung des Feldes an vielen Punkten innerhalb des Schirms berechnet. Des Weiteren wird die Verbesserung der EMV-Eigenschaften eines Schirms durch Absorber untersucht. Diese sollen durch die Absorption elektromagnetischer Energie das Entstehen von Resonanzen unterdrücken. Für die Untersuchung werden verschieden Arten von Absorbern betrachtet, deren elektromagnetische Eigenschaften mithilfe eines Koaxialleitungsexperiments ermittelt werden. Die Eigenschaften unterschiedlicher Absorbertypen werden verglichen.

Da typische Störsignale Pulse mit kurzen Anstiegszeiten und damit breiten Frequenzspektren sind, ist eine Berücksichtigung der spektralen Amplitudendichte des Störsignals notwendig. Daher wird die SE für unterschiedliche Störsignale mithilfe des Konzepts der transienten SE ausgewertet. Dabei kommen unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der transienten SE zum Einsatz.

Zum Schluss wird die Auswirkung unterschiedlicher Aperturgrößen auf die Güte messtechnisch untersucht. Dabei wird eine Methode entwickelt, die die Güte aus dem Schwingungsverhalten des resonanten Schirms bestimmt. Auch wird die Auswirkung der Aperturgröße auf die SE unter Verwendung des Konzepts der transienten SE untersucht. Hierbei zeigt sich, dass eine „worst-case“ Aperturgröße existiert, bei der die Einkopplung maximal ist.