Circuit models of shielded single and multiconductor cables for EMC analyses

Abstract

In dieser Arbeit werden neuartige Schaltungsmodelle für Koaxialkabel mit Geflechtschirm über einer Masseebene vorgestellt. Die Modelle sind aus der Leitungstheorie abgeleitet und eignen sich zur Integration in SPICE-Simulationsprogramme. Es werden zwei Arten von Modellen vorgestellt. Zuerst wird ein konzentriertes Schaltungsmodell (lumpedcircuit model) erklärt, bei dem das Kabel in kleine Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt durch ein Ersatzschaltbild ersetzt wird. Dann wird aus den analytischen Lösungen der Leitungstheorie ein Makromodell entwickelt, welches das gesamte Kabel ohne Diskretisierung darstellt. Diese Arbeit demonstriert die Effizienz des Makromodells in Bezug auf Rechenzeit und Genauigkeit im Vergleich zum konzentrierten Schaltungsmodell. Die entwickelten Schaltungsmodelle können die eingekoppelte Spannung an den Abschlüssen des Kabels berechnen, wenn eine einfallende ebene Welle in das Kabel eingekoppelt wird. Diese Modelle können auch die Kopplungen aufgrund von Störungen durch konzentrierte Quellen berechnen. Die entwickelten Modelle eignen sich daher für die Schaltungs-EMVAnalyse von Systemen, die geschirmte Kabel enthalten und anfällig für Feldeinkopplungen oder Störungen mit anderen Systemen sind. Die bidirektionale Kopplung zwischen der Innen- und Außenseite des Kabelschirms wird berücksichtigt, was die Analyse der Störfestigkeit und der Emission ermöglicht. Die mathematischen Funktionen zur Berechnung der Kopplung zwischen dem inneren und dem äußeren System des Kabels werden in Ersatzschaltungen umgewandelt, die den Einsatz der Modelle im Frequenzbereich oder zusammen mit nichtlinearen Elementen im Zeitbereich ermöglichen. Die entwickelten Modelle für ein einadriges geschirmtes Kabel werden im Rahmen dieser Arbeit für geschirmte mehradrige Kabel erweitert. Die Schaltungsmodelle werden durch Messungen und Feldsimulationen validiert, wobei die Ergebnisse eine sehr gute Übereinstimmung zeigen.