Zusammenfassung Ergebnisse numerischer Analysen Peter Mosshammer

Diplomarbeit / Mosshammer

Zusammenfassung der Ergebnisse numerischer Analysen

Einen messtechnisch erfassbaren Einfluss des Messzubehörs schwach permittiver Materialien sehr geringer Leitfähigkeit auf die Messunsicherheit bei Freifeld-Feldstärkemessungen konnte vorausgesagt und mit Hilfe numerischer Analysen an verschiedenen Modellen im Frequenzbereich von 500 MHz bis 1 GHz problemlos nachgewiesen werden. Hauptuntersuchungsgegenstand waren zwei dielektrische Platten unterschiedlicher Permittivitäten als Verkörperung des bei Freifeld-Feldstärkemessungen verwendeten Tisches. Eine alle Details und Abhängigkeiten berücksichtigende Analyse war im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich und wurde daher auf die meiner Ansicht nach wesentlichsten Faktoren beschränkt.

Die umfangreichen Simulationsergebnisse lassen sich in folgende Kernaussagen verallgemeinernd zusammenfassen.

Hinsichtlich des Einflusses der Platte in Abhängigkeit ihrer Permittivität ist festzuhalten, dass dieser nachweisbar mit wachsender Permittivität zunimmt. Ab Permittivitäten >4 macht sich ein zum Teil sprunghafter Anstieg des Einflusses bemerkbar.

Ein prinzipiell ähnliches Abhängigkeitsverhalten ist bezüglich der Größe der Platte zu beobachten, jedoch nicht immer in dieser Eindeutigkeit ersichtlich.

Eine Reduzierung des Abstandes der Strahlungsquelle zur Platte wirkt sich immer am gravierendsten auf die Zunahme entstehender Feldstärkedifferenzen aus. Aus den Ergebnissen ist abzuleiten, dass die Einflüsse bei Abständen kleiner 20 cm und relativen Permittivitäten größer 2 als nicht hinnehmbar zu werten sind. In Messaufbauten sollten daher Vorkehrungen gegen einen zu geringen Abstand getroffen werden.

Es konnte gezeigt werden, dass der Einfluss der dielektrischen Platte zur Verschiebung des Interferenzmusters am Empfangsort führt, weshalb bei Unterlassung eines Höhenscans Feldstärkeabweichungen von >20 dB möglich werden. Dies ist sinngemäß auch auf Messungen unter Freiraumbedingungen übertragbar, wäre aber hinsichtlich der Größe der auftretenden Differenzen weiter zu untersuchen.

Anschaulich konnte dargelegt werden, dass die Art der Strahlungsquelle den Einfluss, den die Platte auf die entstehenden Feldstärkeabweichungen ausübt, mitbestimmt. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass die Beeinflussung nicht grundsätzlich eine Reduzierung der Feldstärke bewirkt, sondern auch zu deren beachtlichen Erhöhung führen kann.

Für Abstände von 7,5 cm zur Platte, mit einer realistisch gegen 4 tendierenden relativen Permittivität, können folgende Abschätzungen der zu erwartenden Unsicherheiten gemacht werden:

Für geometrisch kleine Prüflinge ohne angeschlossene Leitungen lassen sich die Unsicherheiten mit etwa 0 dB bei 200 MHz fallend auf -6 dB bei 1 GHz beziffern.

Für Prüflinge mit angeschlossener Leitung kann im Bereich von 200 MHz bis 1 GHz eine mit der Frequenz steigende Unsicherheit von etwa ±1 dB bis ±6 dB bei zunehmender Streuung abgeschätzt werden.

Zur Illustration der vorangegangenen Einschätzung dienen Abbildung 45 und Abbildung 46, die die Einflüsse der beiden Platten einer relativen Permittivität 4 beim Abstand von 7,5 cm für alle Modelle zusammengefasst darstellen.

Abbildung 45: Einfluss der kleinen Platte mit relativer Permittivität 4 bei verschiedenen Strahlungsquellen in 90 cm Höhe

Abbildung 46: Einfluss der großen runden Platte mit relativer Permittivität 4 bei verschiedenen Strahlungsquellen in 90 cm Höhe

Im Frequenzbereich von 30 MHz bis 200 MHz hat die dielektrische Platte einen merkbar kleineren Einfluss auf Feldstärkeänderungen und wird mit maximal +1 dB veranschlagt.

Grundsätzlich ist festzustellen, je weniger die Objekte des Messzubehörs in das direkte Funkfeld zwischen Strahlungsquelle und Empfänger eindringen, desto geringer ist ihr Einfluss auf etwaige Messunsicherheiten. Dies ließe sich in entsprechenden Anweisungen zu Messaufbauten korrigierend berücksichtigen.

Resümierend kann gesagt werden, als geeignete Mittel zur Abschätzung des zu erwartenden Einflusses bei Freifeld-Feldstärkemessungen können die Bestimmung der relativen Permittivität der Messzubehörobjekte bei angenommener zu vernachlässigender Leitfähigkeit sowie damit zusammenhängend die Bestimmung ihrer Reflexionseigenschaften unter Berücksichtigung deren Größe und Lage angewendet werden.

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