Untersuchung der elektromagnetischen Verkopplung von Mikrowellenschaltungen mit Gehäuseresonanzen

Dipl.-Ing. Bolz, Thomas

Dateibereich 21844

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DISS_BOLZ.PDF06.04.2009 10:35:113,15 MB
Die Einbettung von Mikrowellenschaltungen in ein Metallgehäuse ist ein übliches Verfahren, verschiedene Schaltkreiselemente elektrisch voneinander zu isolieren und die Abstrahlung elektromagnetischer Energie, sowie die Störung der Schaltung durch externe elektromagnetische Felder zu vermeiden. Liegt die zur Betriebsfrequenz der Mikrowellenschaltung zugehörige Wellenlänge in der Größenordnung der Gehäuseabmessungen, können Gehäuseresonanzen angeregt werden. Diese führen zu einer parasitären elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen den Komponenten der Mikrowellenschaltung und resultieren in einer unerwünschten Beeinträchtigung der Schaltungsfunktion. Schaltungssimulatoren, die ein wichtiges Werkzeug bei der Entwicklung einer Mikrowellenschaltung darstellen, besitzen zur Berücksichtigung derartiger Koppelmechanismen keine Modelle. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Extrahierung elektrischer Ersatzschaltbilder zur Erfassung der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Gehäuseresonanzen und der in das Metallgehäuse eingebrachten Mikrowellenschaltung in einem Schaltungssimulator. Für einfache Gehäuseformen werden auf der Grundlage von feldtheoretischen Ansätzen verschiedene Methoden zur Bestimmung der Koppelmatrizen und deren zugehörigen elektrischen Ersatzschaltbildern vorgestellt. Die ermittelte Topologie dieser Netzwerke lässt sich auch für komplexe Gehäuseformen verwenden. Es wird gezeigt, dass die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Gehäusemoden und der elektrischen Flächenstromdichte auf der Mikrostreifenstruktur durch eine Impedanzmatrix bzw. ein Impedanzkoppelnetzwerk beschrieben werden kann. Unter Verwendung des Dualitätsprinzips wird die elektromagnetische Verkopplung zwischen den Resonanzmoden des Metallgehäuses und einer fiktiven magnetischen Stromdichte, die entlang der Peripherie der Mikrostreifenstruktur modelliert werden kann, durch eine Admittanzmatrix bzw. ein Admittanzkoppelnetzwerk beschrieben. Die Untersuchung komplexer Gehäuseformen erfordert den Einsatz dreidimensionaler Vollwellensimulatoren. Zeitbereichsverfahren, wie die FDTD- oder TLM-Methode, sind für diese Aufgabe besonders geeignet, da mit ihnen in einer einzigen Simulation ein großer Frequenzbereich analysiert werden kann. Mit Hilfe der Systemtheorie wird ein Signalmodell erstellt, das die Bestimmung der Koppelmatrizen aus den zeitabhängigen Feldkomponenten der Vollwellensimulation erlaubt, wobei die Resonatorstruktur mit einem Gaußimpuls angeregt wird. Zur Vermeidung langer Simulationszeiten und zur automatischen Extrahierung der Gehäuseresonanzen, aus denen die Koppelmatrizen bzw. Koppelnetzwerke ermittelt werden, wird die Prony-Methode unter Verwendung der Singulärwertzerlegung eingesetzt. Hierbei wird unter Ausnutzung der Reziprozität und der Symmetrie der Koppelmatrizen eine Methode aufgezeigt, mit der die Parameter der Koppelmatrizen aus einer einzigen Vollwellensimulation ermittelt werden können. In mehreren Beispielen wird die Gültigkeit der vorgestellten Verfahren mit Vollwellensimulationen validiert.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Elektrotechnik und Informationstechnik » Hochfrequenztechnik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
Gehäuseresonanzen, Gehäusemoden, elektromagnetische Verkopplung, TLM
Beitragende:
Prof. Dr.-Ing. Beyer, Adalbert [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr.-Ing Solbach, Klaus [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
16.01.2009
Dokument erstellt am:
07.04.2009
Promotionsantrag am:
29.07.2008
Dateien geändert am:
07.04.2009
Medientyp:
Text