In den vergangenen Jahren haben sich im Bereich der Unterhaltungs- und Datenverarbeitungselektronik zunehmend drahtlose Datenübertragungsstandards durchgesetzt. Insbesondere der Bluetooth- sowie der WLAN-Standard haben in unterschiedlichsten Aufgabenbereichen einen hohen Verbreitungsgrad erreicht. Sie ersetzen dabei nicht nur umständliche und teure Kabel, sondern bilden auch eine neue Generation von Schnittstellen zwischen bisher nicht zu vernetzenden Geräten. Aufgrund der großen im Schiffbau verwendeten Kabellängen sowie der hohen Kabeldichten im Bereich der Schiffselektronik erscheint es sinnvoll, auch in diesem Anwendungsbereich drahtlose Datenübertragungseinrichtungen einzusetzen. Eine deutliche Reduktion der Verkabelungskosten, wie auch eine im Vergleich zur klassischen Verkabelung deutlich erhöhte Flexibilität bei der Installation sowie der Um- und Nachrüstung wären die Vorteile. Wesentlich für einen Einsatz drahtloser Technologien im Schiffbau ist dabei die Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und der Zuverlässigkeit der eingesetzten Funkübertragungsmodule im Umfeld 'Schiff'. Wegen der hohen Anzahl der vorliegenden Funkdienste, der elektromagnetischen Besonderheiten der überwiegend metallischen Grundstruktur und der hohen Anzahl an Mess- und Anzeigeeinrichtungen sowie an steuerungs- und regelungstechnischen Komponenten stellen Schiffe einen besonderen Anwendungsbereich dar. In der vorliegenden Arbeit werden kommerziell erhältliche Bluetooth- und WLAN-Funkübertragungsmodule auf ihre Eignung zum Kabelersatz im Schiffbau insbesondere auf Schiffsbrücken untersucht. Hierzu werden umfangreiche Untersuchungen der elektromagnetischen Verträglichkeit der Module präsentiert. So wurden detaillierte Messungen der Emission elektromagnetischer Strahlung von Funkübertragern, der Überlagerung der entstehenden Frequenzspektren mit denen anderer Quellen sowie Messungen und Simulationen der Einkopplung der Strahlung in leitfähige Strukturen durchgeführt. Gleichzeitig fand eine ausführliche Charakterisierung des elektromagnetischen Umfelds auf Schiffen statt. Zu diesem Zweck wurde an Bord von Kreuzfahrt-, Fähr-, Fracht- und Marineschiffen die vorhandene Hintergrundstrahlung gemessen und analysiert. Von besonderem Interesse ist die Störfestigkeit von Funkübertragungssystemen unter dem Einfluss von Radaranlagen. Hierzu fanden Untersuchungen an Bord von Schiffen sowie an stationären Radarsystemen statt. Unter Berücksichtigung der Messergebnisse sowie der besonderen Anforderungen, wurden weiterführende Untersuchungen zur Störfestigkeit sowie zu den Datenübertragungseigenschaften an kommerziell erhältlichen Funkübertragern durchgeführt. Schließlich wurden für Demonstrationszwecke sowie zum Langzeittest unterschiedliche drahtlose Anzeigen sowie Testsysteme entwickelt. Diese wurden an Bord von Fähr- und Kreuzfahrtschiffen installiert und während mehrwöchiger Werftprobe-und Fährfahrten getestet Die Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des Anwendungsbereichs 'Schiff' (Schiffsbrücke) sowie der unterschiedlichen Anwendungsszenarien diskutiert. Weiterhin werden Anforderungen für eine serienmäßige Implementierung im Schiffbau dargelegt. Die gewonnenen Forschungs- und Entwicklungsergebnisse lassen sich entsprechend auch auf andere Verkehrssysteme übertragen.
During the past years, different standards for wireless data transmission have established themselves within consumer electronics. Particularly Bluetooth and WLAN have achieved a high degree of utilization. Not only these standards replace obstructive cabling but also they build up a new generation of interfaces between different, up to now unconnectable devices. Due to the high cable lengths within ships and the high cable densities within the ships elec-tronics, it seems reasonable to replace data cables by wireless transmission devices. A cost reduction as well as an increased flexibility during the installation process and the retrofit compared to conventional cabling would be the advantage. Essential for the use of wireless data transmission technologies is the observance of the electromagnetic compatibility (EMC) of the modules used. Due to the high number of present radio services, the mainly metallic structures as well as the high number of gauges, displays and controls, ships form a unique environment. This work examines commercial Bluetooth and WLAN modules in regard to their qualification as a cable replacement on ships, particularly on ship bridges. For this, detailed measurements of the electromagnetic compatibility of the modules are presented. For example, measurements of the emission of modules, of the field superposition as well as measurements and simulations of the coupling of the radiation into conductive structures have been performed. Simultaneously a detailed characterization of the electromagnetic environment on ships took place. To this, measurements of the electromagnetic spectra have been performed on board of ferry-, marine-, cargo- and cruise ships. Further measurements on radar stations have been made in harbors, during cruise and close to stationary units. Considering the results, additional measurements on the immunity as well as on the data transmission characteristics of the modules have been performed. Finally wireless displays and test systems have been developed for demonstration and testing purposes and were installed on board of ferry- and cruise ships. During different functional tests and long term installations the reliability and particularly the EMC of the wireless connections have been tested. The obtained results are discussed, taking into account the application area 'ship'. Furthermore demands considering an implementation in the shipbuilding are stated. The results of the research and the developments made can be transferred on other transport systems.
Entwicklung und Untersuchung von 2,4-GHz-ISM-Funksystemen für Schiffsbrücken unter besonderer Berücksichtigung der EMV
2007
160 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2007
|Elektromagnetische Vertraeglichkeit von Funksystemen fuer Automobile
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