Analyse der Feldeigenschaften in offenen TEM-Wellenleitern mit Methoden einer erweiterten Leitungsth

Sollen TEM-Wellenleiter als Prüfeinrichtung genutzt werden, sind Kenntnisse über das Ausbreitungsverhalten des eingespeisten TEM-Modes unabdingbar. Auftretende Resonanzen der TEM-Moden oder höherer Moden können den TEM-Wellenleiter als Testeinrichtung unbrauchbar machen. Offene TEM-Wellenleiter sind diesbezüglich bisher wenig untersucht, haben aber gerade für transiente Anregungen große Bedeutung. Aufbauend auf den bekannten Feldeigenschaften in geschlossenen TEM-Wellenleitern werden in dieser Arbeit die Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes in offenen TEM-Wellenleitern untersucht. Als Referenzsystem dient eine, auf einen hohen Q-Wert modifizierte GTEM-Zelle, deren Resonanzerscheinungen nach der bekannten analytischen Beschreibung der höheren Feldmoden berechnet und mit Messungen und CEM-Simulation validiert werden. Durch Entfernen der Seitenwände der GTEM-Zelle entsteht ein sonst identischer offener TEM-Wellenleiter. Die Resonanzerscheinungen im elektromagnetischen Feld fallen drastisch geringer aus, es treten aber immer noch signifikante Abweichungen zum reinen TEM-Mode auf. Da die theoretische Beschreibung der höheren Feldmoden in der GTEM-Zelle zwar auf einer verallgemeinerten, aber immer noch klassischen Leitungstheorie beruht, kann diese nicht zur adäquaten Beschreibung offener Systeme verwendet werden. Die Transmission-Line Super Theory (TLST) stellt hingegen eine vollständige Umsetzung der Maxwellschen Gleichungen in die Form von Leitungsgleichungen dar und beinhaltet damit Abstrahleffekte. In dieser Arbeit wird eine numerische Umsetzung der TLST für drahtförmige TEM-Wellenleiter entwickelt, mit der die nun komplexen, orts- und frequenzabhängigen Elemente der Parametermatrix in einem iterativen Verfahren berechnet werden können. In weiteren Schritten wird der Strom auf den Leitungen, das elektromagnetische Feld und die abgestrahlte Leistung für mehrere Drahtmodelle berechnet und mit CEM-Simulationen bzw. Messungen verglichen. Durch Emissionsmessungen in einer Modenverwirbelungskammer (MVK) wird in dieser Arbeit erstmals die, durch die TLST-Methode berechnete, von einem ungleichförmigen Mehrleitersystem abgestrahlte Leistung messtechnisch überprüft. Für die Drahtmodelle kann gezeigt werden, dass die Resonanzen im elektromagnetischen Feld und in der abgestrahlten Leistung durch Erhöhung der Drahtdichte im Modell abnehmen. Weiterhin wird die Wirksamkeit angepasster Leitungsabschlüsse bei höheren Frequenzen untersucht. Für ungleichförmige Leitungen wird eine aus der TLST abgeleitete orts- und frequenzabhängige charakteristische Impedanz eingeführt. Es wird untersucht, mit welcher Abschlussimpedanz eine ungleichförmige Leitung angepasst abzuschließen ist, um Resonanzeffekte zu minimieren. Drahtgebundene TEM-Wellenleiter zeigen auch im angepassten Zustand charakteristische Feldeinbrüche, die hier mit der Existenz exponentiell abfallender höherer Feldmoden, den Leaky Modes, erklärt werden. Im letzten Teil der Arbeit wird die Auswirkung der elektromagnetischen Kopplung zwischen einzelnen Drähten und der elektromagnetischen Abstrahlung gezeigt und quantitativ ausgewertet.