Elektronische Systeme nehmen in der heutigen Zeit zentrale Rollen in verschiedenen Bereichen des öffentlichen und privaten Lebens ein. Zunehmend werden auch sicherheitskritische Funktionen mit Hilfe von digitalen Systemen implementiert. Bei Ausfall oder Störung dieser Systeme entstehen oft große ökonomische Schäden. Im Extremfall besteht die Gefahr von Personenschäden. Quellen elektromagnetischer Felder, die nicht der Standardisierung oder Normung unterliegen, bieten in diesem Zusammenhang ein bisher nicht oder nur schwer kalkulierbares Risiko. Zu diesen Störquellen zählen natürliche Phänomene wie die Fernfelder von Blitzen und elektrostatischer Entladung, aber auch künstliche Quellen wie elektromagnetische Effekte von Kernwaffendetonationen. In den letzten Jahrzehnten wurden neuartige künstliche Quellen zur bewussten Störung von Elektronik entworfen. Zu diesen sogenannten IEMI-Quellen (Intentional Electromagnetic Interference) gehören unter anderem sowohl transiente, breitbandige Impulsquellen (z.B. UWB, Ultra Wide Band Pulse) als auch verschiedene schmalbandige Störer (z.B. Hochleistungsmikrowellen (HPM, High Power Microwave). In der Vergangenheit wurden die Störeffekte der genannten Quellen auf elektronische Schaltungen vor allem empirisch in umfangreichen Studien erfasst und statistisch ausgewertet. Die gewonnenen Kennwerte gelten jedoch immer nur für eine einzige Kombination aus Störsignal und Zielsystem. Eine systematische Beschreibung ist aufgrund der Menge der möglichen Kombinationen nur sehr begrenzt möglich. In dieser Arbeit wird ein rein analytisch beziehungsweise numerisch arbeitendes Verfahren zur Abschätzung des Störvermögens Elektromagnetischer Felder (ASEF) vorgestellt. Dazu wird der Signalweg "Störquelle -> Koppelweg -> Senke" zunächst aufgetrennt. Für die jeweiligen Teilbereiche werden, unter Zuhilfenahme umfangreicher Parameterstudien an realen elektronischen Systemen, geeignete analytische und numerische Beschreibungen im Zeit- und Frequenzbereich entwickelt. Diese Beschreibungen werden dann in einer Methodik zusammengefasst, mit der eine systematische Abschätzung des Ausfallverhaltens für verschiedenste Kombinationen von Quelle und Senke möglich ist. Mit der vorgestellten ASEF-Methode können, bei Kenntnis einer analytischen Beschreibung der Störquelle, Ausfallschwellwerte für verschiedene elektronische Systeme mit einer für die Einfachheit der Methode sehr guten Genauigkeit abgeschätzt werden. Dazu genügt ein Minimum von gerade einmal vier einfachen Systemparametern. Das Verfahren arbeitet rein analytisch beziehungsweise numerisch. Referenzmessungen und empirische Messwerte werden in dieser Arbeit lediglich zur Verifikation des Verfahrens herangezogen.

    Nowadays, electronic systems have essential functions in several fields of public and private life. More and more safety relevant functions are implemented by the use of digital systems. In case of disturbance or breakdown of these systems, significant economic damage will occur. Even personal injuries are possible. In this context, electromagnetic field sources, which are not regulated by any standard, are today a non-calculable risk. Examples for non-standardized electromagnetic fields are the far fields of the natural phenomena lightning and electrostatic discharge as well as artificial fields like electromagnetic effects of nuclear weapons. Additionally, new artificial sources were developed in the last decades. These Intentional Electromagnetic Interference (IEMI) sources include transient broadband pulse generators (e.g. UWB, Ultra Wide Band Pulse) as well as several narrowband sources (e.g. HPM, High Power Microwave)). In the past, the perturbation effects of electromagnetic fields on electronic circuits were classified in empirical studies by the use of statistical analysis. The gained results are in each case only valid for one single combination of source and victim. Based on the huge number of possible combinations, a systematic statistical description of the effects is nearly impossible. In this thesis, a combined analytical and numerical method for the estimation of the disturbing potential of electromagnetic fields (in German: Abschätzung des Störvermögens Elektromagnetischer Felder (ASEF)) is presented. At first, the signal trace "Source -> Coupling Path -> Victim" is divided into its parts. Thereafter, appropriate analytical and numerical descriptions are developed for each part. These descriptions are gained by the use of detailed parameter studies with real electronic systems. Finally, the theories for the three parts of the signal trace are combined to a method for the systematic estimation of the perturbation behavior for arbitrary combinations of source and victim. Having an analytical description of the disturbing electromagnetic source, perturbation thresholds for different electronic systems can be easily estimated with the ASEF method. The accuracy is very good in relation to the simplicity of the approach. For the victim, a minimum set of only four well-established technical system parameters is needed. The estimation itself is carried out only analytical or numerical. Empirical measurement data or reference measurements are used in this thesis only for verification purposes.


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    Title :

    Abschätzung des Störvermögens elektromagnetischer Felder für digitale Schaltungen


    Contributors:
    Korte, Sven (author)

    Publication date :

    2012


    Size :

    161 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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