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Verbesserung der Korrelation zwischen dem BCI- und dem Antennenpr fverfahren f r Kfz-Komponenten durch Anpassung von Verst rkerleistung und position der BCI-Zange Seyyed Ali Hassanpour Razavi, Technische Universit t Dortmund Sergey Miropolsky, Technische Universit t Dortmund Prof. Stephan Frei, Technische Universit t Dortmund 1 Einleitung Die St rfestigkeit von Kfz-Systemen kann anhand von verschiedenen Verfahren nach ISO 11452 analysiert werden. F r eine Freigabepr fung wird h ufig eine Antennenpr fung in einer elektromagnetisch abgeschirmten Messumgebung ohne Reflexionen gefordert (ALSE) [1].

Verbesserung der Korrelation zwischen dem BCI- und dem Antennenprüfverfahren für Kfz-Komponenten durch Anpassung von Verstärkerleistung und Position der BCI-Zange

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1 Verbesserung der Korrelation zwischen dem BCI- und dem Antennenpr fverfahren f r Kfz-Komponenten durch Anpassung von Verst rkerleistung und position der BCI-Zange Seyyed Ali Hassanpour Razavi, Technische Universit t Dortmund Sergey Miropolsky, Technische Universit t Dortmund Prof. Stephan Frei, Technische Universit t Dortmund 1 Einleitung Die St rfestigkeit von Kfz-Systemen kann anhand von verschiedenen Verfahren nach ISO 11452 analysiert werden. F r eine Freigabepr fung wird h ufig eine Antennenpr fung in einer elektromagnetisch abgeschirmten Messumgebung ohne Reflexionen gefordert (ALSE) [1].

2 Die hohen Kosten f r die Anschaffung und der Platzbedarf eines Absorberraums sind bei diesem Pr fverfahren problematisch. Alternativ ist die Stromeinspeisung (BCI) [2] ein gerne verwendetes Kfz-Pr fverfahren, bei dem die St rung mittels eines HF-Transformators induktiv in den Kabelbaum eingekoppelt wird. Die Stromzange fungiert als Prim rwicklung und die zu testende Leitung als Sekund rwicklung. Der Hauptvorteil des BCI-Verfahrens gegen ber der Feldeinkopplung in der Absorberkabine ist der geringere Aufwand. Damit k nnen Systementwickler die Auswirkungen von St rungen auf ein System und die relative St rfestigkeit von verschiedenen Designs einfacher w hrend der Entwicklung untersuchen und bewerten [3].

3 Die Vergleichbarkeit zwischen den zwischen dem Antennenpr fverfahren und dem BCI-Verfahren wird in verschiedenen Ver ffentlichungen diskutiert [4] [5]. Leider ist die Korrelation bei Anwendung nach Norm oft gering. Dieser Beitrag zeigt eine M glichkeit, die Korrelation erheblich zu verbessern. Dies geschieht durch eine frequenzabh ngige Anpassung der position der BCI-Zange und der eingespeisten Leistung. In theoretischen Analysen werden Verfahren f r die Positionierung der BCI-Zange und zur Bestimmung der einzukoppelnden Leistung erarbeitet.

4 Ziel ist es immer, Str me in den Leitungsabschl ssen mit den gleichen Amplituden wie mit einer Pr fantenne in der Absorberkabine zu erzeugen. Abbildung 1: BCI und Antennenpr fung 2 Modellierung In den folgenden Abschnitten werden Modelle vorgestellt, die f r die simulationsbasierten Untersuchungen notwendig sind. Modelle f r die Feldeinkopplung in Einfachleitungen werden f r die ersten Grundsatzuntersuchungen ben tigt. Hierbei geht es nicht darum, einen reellen Aufbau mit hoher Genauigkeit zu untersuchen, sondern es sollen prinzipielle Zusammenh nge dargestellt werden.

5 Modellierung der Feldeinkopplung Die Wirkung einfallender elektromagnetischer Felder auf Leitungen kann f r bestimmte Strukturen analytisch berechnet werden [6]. In Abbildung 2 (links) ist eine einfache Struktur dargestellt, die hier als repr sentativ f r einen Kfz-Elektroniksystemaufbau nach ISO angesehen wird. Die Struktur besteht aus einer nicht isolierten Einzelleitung ber einer unendlich ausgedehnten Massefl che mit einer L nge von m und einer H he von 5 cm ber die Fl che. Der Leitungsdurchmesser betr gt mm. Die Modellierung der Feldeinkopplung basiert auf der Leitungstheorie.

6 Es wird davon ausgegangen, dass die felderzeugende Einrichtung aus [1] eine ebene Welle erzeugt. Die Polarisation der Antenne kann als vertikal oder horizontal angenommen werden. -30. -40. -50. -60.. Amplitude (dBA). -70. -80. -90. -100 IL ZL = 50. IR ZR = 50. -110. IL ZL = 500. -120. IR ZR = 50. -130. 6 7 8. 10 10 10. Frequenz (Hz). Abbildung 2: Stromverl ufe f r verschiedene Abschlusswiderstandskombinationen (gr n und blau) verursacht durch eine einfallende ebene Welle (Vertikale Polarisation). Die Feldeinkopplung kann laut [1] mit einer Antenne in horizontaler und in vertikaler Polarisation durchgef hrt werden.

7 Es wird zun chst exemplarisch von einer vertikalen Polarisation eines homogenen elektrischen Feldes ausgegangen. F r eine Einfachleitung ber Masse mit den beliebigen Terminierungen und k nnen die eingekoppelten Str me dann durch die folgenden Gleichungen bestimmt werden [6] : 2hE . = [1 cosh( ) sinh( ) ( )]. (1). cosh( ) ( + ) + sinh( ) ( + ).. 2hE . = [ cosh( ) 1 + sinh( ) ( )]. (2). cosh( ) ( + ) + sinh( ) ( + ).. In Abbildung 2 sind die eingekoppelten Str me in den beiden Terminierungen der Leitung f r zwei verschiedene Impedanzkonfigurationen (blau: 500/50 und gr n: 50/50 ) exemplarisch dargestellt.

8 Die elektrische Feldst rke wird zu 10 V/m angenommen. BCI-Modellierung In vielen Ver ffentlichungen werden Methoden zur Modellierung von BCI- Stromzangen zur Einkopplung auf Ein- und Mehrfachleitungen vorgestellt. 1 2. Vereinfachung Genaue Modellierung 0 1 2. 1 2. 1. 1.. 1 . 1.. Abbildung 3: Vereinfachung - BCI-Modell In [7] wurde ein auf Messung basierendes BCI-Zangenmodell gezeigt (Abbildung 3 . rechts), mit dem die Einkopplung auf eine Einfachleitung simuliert werden kann. Damit kann die Einkopplung durch eine BCI-Zange bis 500 MHz hinreichend genau beschrieben werden.

9 Zange und Leitung k nnen im Wesentlichen als gekoppelte Induktivit ten verstanden werden. Solange die BCI-Zange in dem Frequenzbereich betrieben wird, bei der das induktive Verhalten dominant ist, gen gt f r Grundsatzuntersuchungen ein einfaches Modell aus einer gekoppelten Induktivit t. Die Wirkung der Koppelinduktivit t kann -40. als eine gesteuerte Spannungsquelle -50. beschrieben werden [8], damit kann das Amplitude (dBA). BCI-Modell durch eine einfache -60. Spannungsquelle ersetzt werden, um die Anzahl der Variablen f r -70. Untersuchungen m glichst gering zu -80 Modell 1: Gekoppelte Induktivit t halten.

10 Abbildung 3 (links) zeigt den Modell 2: Genaue Modellierung vereinfachten Modellansatz mit einer -90. 4 5 6 7 8. gekoppelten Induktivit t und einer 10 10 10 10 10. Frequenz (Hz). Spannungsquelle. Ein Vergleich zwischen Simulationen mit beiden Abbildung 4: Vergleich BCI-Modelle Modelle zeigt eine gute bereinstimmung bei den eingespeisten Str men (Abbildung 4). Somit ist das vereinfachte Modell f r Simulationen im betrachteten Frequenzbereich geeignet. 3 Frequenzabh ngige Anpassung durch Minimierungsverfahren Basierend auf der Netzwerktheorie werden zwei Minimierungsverfahren entwickelt, die durch Variation der BCI- position und der Einspeiseleistung die Abweichung zwischen den eingekoppelten Str men in den beiden Pr fverfahren minimieren.


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