In Zusammenarbeit mit der Biologie der Universität Bonn wird eine Expositionsanlage zur Durchführung von Experimenten mit Pflanzen entwickelt. Hierbei handelt es sich um eine in-situ Modenverwirbelungskammer, die innerhalb von Pflanzenanzuchtkammern installiert werden kann. Sie besteht aus lichtdurchlässigem, flexiblem und elektrisch leitfähigen Gewebe. Die Einstellung der Expositionsfeldstärke geschieht vollautomatisch mithilfe einer aktiven Regelung. Untersucht wird damit, inwieweit gestrahlte elektromagnetische Felder im Frequenzbereich typischer Mobilfunksysteme die Entwicklung von Pflanzen beeinflusst.
Modenverwirbelungskammern stellen eine Umgebung für besonders robuste Messungen der Störfestigkeit gegenüber gestrahlten elektromagnetischen Feldern dar. Erforscht wird, inwieweit der Zeitaufwand für solche Messungen durch schnelle, kontinuierliche Veränderung der elektromagnetischen Randbedingungen (fast-stirring), wirkungsvoll reduziert werden kann. Dies schließt innovative Stirring-Konzepte, wie die Verwendung flexibler, leitfähiger Gewebestrukturen ein. In diesem Zusammenhang werden außerdem neue, effiziente Bewertungsmethoden für die Qualität des Prüffeldes entwickelt.
Im Rahmen des Flybots-Projektes wird ein Prüfstand für Drohnen bzw. deren Antriebseinheiten unter Kombination von aerodynamischen und EMV-Aspekten aufgebaut: Damit können Drohnen unter Lastbedingungen gleichzeitig hinsichtlich elektromagnetischer Störeffekte der Drohne auf Elektroniksysteme sowie Sicherheit der fliegenden Drohne selbst gegenüber gezielten Störangriffen untersucht werden. Zentrales Element des Prüfstands stellt ein Windkanal-Testfeld dar, das vollständig in eine Modenverwirbelungskammer integriert ist. Kooperationspartner ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit dem Institut für Flugführung und dem Institut für Flugsystemtechnik. Die Förderung durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung beträgt 1,7 Millionen Euro über einen Zeitraum von circa zwei Jahren.
Elektromagnetische Verträglichkeitsanalyse von Windenergieanlagen und Navigationssystemen der Luftfahrt - Entwicklung von Verfahrensweisen mit skalierten Messungen und Hypothesentests mit 1:1 Validierungsflügen
Das Drehfunkfeuer dient Flugzeugen als elektronischer Kompass zur Navigation. Damit das ausgesendete Signal des Drehfunkfeuers (engl. VOR für VHF Omnidirectional Radio Range) nicht durch Reflexionen an größeren Objekten verfälscht wird, gibt es um das Drehfunkfeuer selbst sogenannte Anlagenschutzbereiche. Die Größe dieser Anlagenschutzbereiche hat zurzeit wesentlichen Einfluss auf den Ausbau der Windenergie im Rahmen der Energiewende, da geplante neue Windenergieanlagen innerhalb dieser Schutzzonen in der Regel keine Baugenehmigung erhalten. Mehr Infos: Projekt-Flyer
Funktionsweise des Drehfeuers in vereinfachter Darstellung:
Unterschiedliche Farben kennzeichnen den frequenzmodulierten Anteil des Navigationssignals.
Anlagenschutzbereiche sind definiert, um Missweisungen des Drehfunkfeuers durch Reflektion an Windrädern zu vermeiden.
Wie groß der Einfluss von sich drehenden Windenergieanlagen auf Störungen des Drehfunkfeuers tatsächlich ist, ist bis heute allerdings nicht bekannt. Für Simulationswerkzeuge ist die Umgebung eines Windparks viel zu komplex, so dass allenfalls grobe Näherungslösungen in Betracht gezogen werden.
Desweiteren sind Untersuchungen mittels klassischer Flugvermessung viel zu aufwändig, um alle Einflussgrößen berücksichtigen zu können. Zudem können geplante Bauvorhaben mit solchen Messungen vorab nicht beurteilt werden.
In dem Projekt min-VOR-Win (miniaturisiertes VOR und Windräder) werden daher solche Reflexionsszenarien in verkleinertem Maßstab 1:144 durchgeführt. In einer entsprechenden Messumgebung können Verträglichkeitsuntersuchungen viel flexibler und unter Berücksichtigung aller relevanten Parameter (Drehzahl, Synchronizität, Windradgeometrie, Geländetopologie) erfolgen.
Im Rahmen des Projektes wird eine Verfahrensweise für zukünftige Verträglichkeitsfragestellungen erarbeitet.
Ebenfalls sollen grundsätzliche Aussagen über das Störpotenzial von Windenergieanlagen auf Drehfunkfeuer erfolgen, die in Genehmigungsverfahren Anwendung finden können.
Das Institut für Flugführung der TU Braunschweig wird mit Flugvermessungen in der 1:1 Umgebung die Ergebnisse der skalierten Messumgebung validieren.
In komplexen Systemen ist die Bestimmung von Übertragungsfunktionen analytisch kaum noch möglich. Um sie dennoch bestimmen zu können sind praktische Messungen notwendig. Hierdurch kann das Übertragungsverhalten von im Innern abgestrahlten Signalen, die z.B. über die VHF- Antennen des Flugzeugs wieder einkoppeln, ausreichend exakt bestimmt werden. Für diese Messungen sind jedoch neue Verfahren der Leistungsbestimmung notwendig, um letztlich auch quantitative Aussagen treffen zu können.
Die Einkopplung von Störströmen mit Hilfe von Stromeinkoppelzangen (BCI-Zangen, engl. bulk current injection probes) und deren Messung mit Strommesszangen gehört bei Störfestigkeitstests in EMV-Prüfzentren zum Alltag. Ein bisher nicht gelöstes Problem bei der Verwendung von Stromzangen ist die Kalibrierung für die jeweilige Messumgebung. Momentan werden Stromzangen ausschließlich in einer 50 Ohm-Umgebung kalibriert. Für ein Kabel oder einen Kabelbaum in der realen Messumgebung (CUT, engl. cable under test) ist die Wellenimpedanz der Leitung dagegen häufig unbekannt und weicht deutlich von 50 Ohm ab. Das führt zu großen systematischen Messfehlern. Bei Messungen mit einem Vektor-Netzwerk-Analysator können systematische Fehler des Aufbaus durch Systemfehlerkorrektur eliminiert werden. Wir arbeiten an einer Methode, die diese Systemfehlerkorrektur zum Kalibrieren der Stromzangen benutzt und damit zukünftig eine genauere quantitative Bestimmung von Leistungen und Strömen auf beliebigen Leitungen ermöglicht.
Im Rahmen des Projektes wird eine Verfahrensweise für zukünftige Verträglichkeitsfragestellungen erarbeitet.
Ebenfalls sollen grundsätzliche Aussagen über das Störpotenzial von Windenergieanlagen auf Drehfunkfeuer erfolgen, die in Genehmigungsverfahren Anwendung finden können.
Das Institut für Flugführung der TU Braunschweig wird mit Flugvermessungen in der 1:1 Umgebung die Ergebnisse der skalierten Messumgebung validieren.
In Zusammenarbeit mit Airbus und Lufthansa Technik führen wir Störfestigkeitstests in Flugzeugen durch. Dazu werden über einen breiten Frequenzbereich im Flugzeug auftretende Signale (Störsignale) simuliert und die Flugzeugsysteme auf mögliche Beeinflussung hin untersucht. Die auftretenden Signale können sehr vielfältig sein. Sie gehen z.B. von Mobiltelefonen oder WLAN-Systemen aus. Eine möglichst exakte Nachahmung dieser Signale, inklusive der entsprechenden Modulation stellt dabei eine besondere Herausforderung dar.
Die zuverlässige Beschreibung des elektromagnetischen Transferpfades zwischen verschiedenen Positionen innerhalb und außerhalb eines Flugzeugs ist ein sehr nützliches Hilfsmittel zur Analyse von EMV-Fragestellungen bei der Zulassung von Flugzeugkomponenten. Erschwert wird die Bestimmung des einzelnen Transferpfades im Flugzeug durch die Größe des Gesamtsystems und die komplexen elektromagnetischen Randbedingungen. Es ist dementsprechend wichtig, aussagekräftige Messungen durchzuführen und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.
Die Messung hochfrequenter Störungen erfolgt herkömmlich mithilfe von Messsystemen im Frequenzbereich. Diese Messgeräte fahren in kleinen Schritten das zu untersuchende Spektrum ab und erfassen bei jedem Schritt nur einen kleinen Teil des von außen anliegenden Spektrums. Diese Art der Messung kann zu Problemen führen, wenn in der zu messenden Umgebung schnell veränderliche, zeitlich nicht konstante oder sehr breitbandige Vorgänge stattfinden. Hierin liegt der große Vorteil von Messystemen im Zeitbereich. Bei diesem Messverfahren wird mit einer Messung ein deutlich größeres Spektrum innerhalb eines betrachteten Zeitintervalls aufgenommen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit durch Variation der betrachteten Zeiträume das gemessene Spektrum genauer auf sein Zeitverhalten hin zu untersuchen.
Allerdings können Reflexionen an großen Passagierflugzeugen (A380 und B747) im Rollverkehr zu sicherheitsrelevanten Landekursverfälschungen des ILS führen. Zur Vermeidung solcher Reflexionen gibt es daher an jedem Flughafen ILS-Schutzzonen, in denen sich während eines Landeanfluges kein Rollverkehr befinden darf.
Solche Schutzzonen wirken sich allerdings auch einschränkend auf den Durchsatz bzw. die Kapazität eines Flughafens aus.
Bisher gibt es keine Ansätze, solche Schutzzonen, für die bisher nur pauschale Layouts existieren, hinsichtlich Sicherheit und Wirtschaftlichkeit individuell für einen Flughafen zu optimieren, da einerseits numerische Simulationen für solche Fragestellungen nicht hinreichend verifiziert sind und andererseits messtechnische Untersuchungen in einer realen Flughafenumgebung viel zu aufwändig, kostenintensiv und unflexibel sind, um sämtliche Konfigurationen berücksichtigen zu können.
Am Institut für Elektromagnetische Verträglichkeit der TU Braunschweig wurde daher ein Messverfahren mit verkleinerten maßstabsgetreuen Flugzeugmodellen (1:144) und einem entsprechend skalierten ILS entwickelt, welches erforderliche Untersuchungen in einer verkleinerten Flughafenumgebung (60m x 40m) mit nahezu uneingeschränkter Verfügbarkeit und Flexibilität ermöglicht, wodurch eine individuelle Optimierung eines Rollwegelayouts zugunsten erhöhter Sicherheit und Wirtschaftlichkeit überhaupt erst ermöglicht wird.
Dieses skalierte Messverfahren soll zudem auf Fragestellungen erweitert werden, wie Navigationssignale des Drehfunkfeuers durch sich drehende Windräder beeinträchtigt werden können.
Innerhalb des EU-Projekts Sirena validierten wir numerische Simulationstools für Wellenausbreitung an Flughäfen. Hierzu führten wir Feldstärke-Messungen am Flughafen Toulouse/Blagnac im Frequenzbereich verschiedener Navigationssysteme (Primärradar, Instrumentenlandesystem, Mikrowellenlandesystem, GPS) durch und untersuchten komplexe Reflexionseigenschaften von Flughafengebäuden.
Untersucht wurde wie GSM-Signale von Flugzeugen abgestrahlt werden und ob es dabei zu Interferenzen mit Basisstationen kommen kann. Nach vorbereitenden Messungen am Boden führten wir Messkampagnen in mehreren Flugphasen durch, was sehr hohe Anforderungen an die Messdynamik und an die Messgeschwindigkeit stellt.
Zur Vorhersage der Funkausbreitung innerhalb einer Flugzeugkabine ist eine elektromagnetische Charakterisierung der Kabineninterieurs erforderlich.
Mit verschiedenen Messmethoden bestimmten wir die Dielektrizitätszahlen verschiedener Kabinenwerkstoffe wie Wandmaterialien und ganzen Sitzreihen und entwickelten Modelle für die Implementation in Berechungssoftware.
Innerhalb des vierten Luftfahrtforschungsprogramms führten wir Messungen innerhalb mehrerer Flugzeugkabinen durch, um die Wahrscheinlichkeit von sicherheitsrelevanten Feldstärkeüberhöhungen durch Resonanzen zu bestimmen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt sind Kopplungsmechanismen von Passagierendgeräten in eingangsempfindliche Antennen unterschiedlicher Flugzeugsysteme.
Im Rahmen von Störfestigkeitsprüfungen, insbesondere in Flugzeugen, ist es notwendig, Störsignale verschiedenster Frequenzen und Codierungen nachzuahmen. Um dennoch einen flüssigen Prüfungsablauf zu gewährleisten, entwickeln wir an spezielle Messsituationen angepasste breitbandige Antennen verschiedener Bauformen. Im Frequenzbereich von etwa 450 MHz bis zu einigen GHz haben sich hierzu z.B. konisch geformte Monopole bewährt.
Mit unserer Messtechnik charakterisieren wir in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nachrichtentechnik UWB-Systeme in komplexen Umgebungen wie Gebäuden, Autos und Flugzeugen.
Die Störfestigkeitsprüfung komplexer Systeme ist in herkömmlichen Absorberkammern schwierig und teilweise gar nicht mehr möglich. In den allermeisten Fällen kann dann nur noch mittels Störstrominjektion die EMV der gesamten Anordnung nachgewiesen werden. Nachteile der Einkoppelzangen für Störströme sind der eingeschränkte Frequenzbereich und die zu großen Abmessungen, welche insbesondere bei der Prüfung kompletter Systeme (z.B. im KFZ, schlecht zugängliche Kabelbäume) problematisch sind. Untersucht werden sowohl die Vergrößerung von Frequenz- als auch Einsatzbereich mit Hilfe eines geänderten BCI-Zangen-Layouts. Ferner werden Grundlagenuntersuchungen zu einer neuen direkten Strominjektion durchgeführt, die die o.a. Probleme im HF-Bereich > 10 MHz potentiell vermeidet.
Neben populären Anwendungen, wie "Internet aus der Steckdose", werden Energieleitungen schon seit Jahrzehnten zur Übertragung von Nutzsignalen verwendet (z.B. TRT, Tonfrequenz Rundsteuertechnik im Mittelspannungsnetz). Die erreichbaren Übertragungsraten sind jedoch oft sehr gering. Neuere Entwicklungen mit wesentlich höheren Übertragungsraten (bis zu einigen Mbit/s und mehr) kämpfen unter anderem mit dem Problem der nicht angepassten Übertragungswege, sowie schlecht segmentierbarer Subnetze. Wünschenswert sind in diesem Bereich geeignete Entkoppelglieder oder Anpassfilter, die eine Optimierung der in der Regel vorhandenen Energienetze in Bezug auf die Signalübertragung erlauben.
Da im Gegensatz zu Absorberhallen auf absorbierendes Material an den Wänden verzichtet wird, können aufgrund der entstehenden Resonanzen mit relativ geringen Verstärkerleistungen hohe Feldstärken mit entsprechender Kostenreduktion bei Störfestigkeitsprüfungen erzielt werden. Desweiteren gibt es keine Vorzugsorientierung der Felder, somit braucht der Prüfling während der Prüfung nicht gedreht zu werden (Zeitersparnis).
Standardisierte Messungen sollen die Qualität von Messplätzen, d.h. Freifeldern und echoarmen EMV-Hallen, ermitteln. Implizit wird angenommen, dass der so ermittelte Fehler auf alle realen Prüfbedingungen zutrifft. Vorläufige Untersuchungen zeigen aber, dass in der Praxis wesentlich größere, durch den Messplatz bedingte Fehler, auftreten können. Ein Forschungsschwerpunkt ist daher der Ausbau und die Vermessung des institutseigenen Referenz-Freifeldmessplatzes.
Feldstärkemessungen im HF-Bereich sind bisher mit großen Unsicherheiten behaftet, und die Rückführbarkeit auf Primärnormale des SI-Systems ist nicht direkt gewährleistet. Das Kompensations-Messprinzip wird auf sein Potential als ein neues Referenzverfahren geprüft.
