Analysis of the stochastic electromagnetic field coupling to single and multiconductor transmission line structures

Abstract

This thesis analyzes transmission lines and their behavior in a reverberation chamber. For this purpose, a time efficient closed-form solution for the coupling of stochastic electromagnetic fields to single- and multiconductor transmission line structures is presented. The simulation model is based on the Baum-Liu-Tesche (BLT) equations, but this thesis goes beyond the study of a coupling to a single plane wave and studies the excitation by a stochastic field. The transmission lines are described analytically using transmission line theory and in addition per-unit-length (p. u. l.) parameters are defined. Based on Maxwell’s equations, a generalized transmission line theory is presented which, however, resembles classical transmission line theory in its structure. The classical transmission line theory is extended to include higher order modes. A high frequency (HF) model is derived for the p. u. l. parameters, in that way that the parameters become frequency dependent. The model of the frequency dependent p. u. l. parameters is deduced and validated by the method of moments and by measurements in the reverberation chamber. Different configurations of the transmission line structures are analyzed and the average magnitude of the coupled voltage at the terminals is calculated and discussed. Moreover, the influence of bending transmission lines and its influence on the field-to-wire coupling is investigated.

In dieser Dissertation werden Übertragungsleitungen und ihr Verhalten in einer Modenverwirbelungskammer analysiert. Zu diesem Zweck wird eine zeiteffiziente semianalytische Lösung zur Berechnung der Einkopplung stochastischer elektromagnetischer Felder in einund mehradrige Übertragungsleitungsstrukturen vorgestellt. Das Simulationsmodell basiert auf den Baum-Liu-Tesche (BLT) Gleichungen. Diese Arbeit geht über die Untersuchung der Einkopplung einer einzelnen ebenen Welle hinaus und untersucht die Anregung durch ein stochastisches Feld. Die Übertragungsleitungen werden dabei analytisch mit Hilfe der Leitungstheorie beschrieben und zusätzlich werden Leitungsbeläge definiert. Basierend auf den Maxwell-Gleichungen wird eine verallgemeinerte Leitungstheorie vorgestellt, die jedoch in ihrer Struktur der klassischen Leitungstheorie ähnelt. Für die Leitungsparameter wird ein Hochfrequenz (HF)-Modell abgeleitet, sodass die Parameter frequenzabhängig werden. Das semianalytische Modell wird mit der Momentenmethode und durch Messungen in der Modenverwirbelungskammer verglichen und validiert. Verschiedene Konfigurationen der Leitungsstrukturen werden analysiert und die eingekoppelten Spannung an den Enden der Leitungen berechnet, gemessen und diskutiert. Darüber hinaus wird der Einfluss von gebogenen und geknickten Übertragungsleitungen und der Einfluss des Knicks auf die Einkopplung untersucht.