Shielding properties of electric and electronic systems in the presence of periodic geometries and materials

• Applicant: Professor Dr. Frank Gronwald
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2014 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 252236641

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Durch die erfolgreiche Bearbeitung der vier Aufgabenkomplexe des Projektes konnten im Bereich der numerischen elektromagnetischen Feldberechnung die folgenden wissenschaftlichen Fortschritte erzielt werden: • Die Miteinbeziehung von geschichteten, anisotropen Schichten in numerische Analysen im Rahmen der Momentenmethode, beispielsweise für Problemstellungen der EMV bei Anwesenheit von Kohlefaserverbundstoffen, so wie diese im Bereich der Luftfahrt und der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Eine demonstrierte Anwendung ist die Berechnung des Schirmverhaltens von solchen Werkstoffen bei Beaufschlagung mit einem Blitzstrom, dessen zugehöriger Blitzkanal in der Analyse mitberücksichtigt werden kann. • Die effiziente numerische Modellierung von Aperturen mit Hilfe einer neuartigen Verwendung von Huygens-Flächen zur Berechnung elektromagnetischer Einkopplungen in Gehäusestrukturen. Diese Methode ist für Analysen zur EMV von Systemen von großer Bedeutung. • Die effiziente numerische Modellierung von periodisch angeordneten Drahtstrukturen, welche auch verbunden sein und Drahtgitter bilden dürfen. Auch diese Methode ist für Analysen zur EMV von Systemen von großer Bedeutung. Für den vergleichsweise einfachen Fall von nicht verbundenen Drahtstrukturen sind auch Anwendungen im Bereich der frequenzselektiven Oberflächen direkt möglich. Wenn für die beschriebenen Anwendungsgebiete auch prinzipiell alternative Berechnungsverfahren verwendet werden können, so sind die hier entwickelten Algorithmen als Kombination numerischer Diskretisierungen mit analytischen Methoden und Lösungen besonders effizient und vermitteln auch akademisch interessante Einsichten. Wie im Bericht aufgeführt, sind die Fortschritte des Projekts sowohl publiziert als auch im verfügbaren Softwarepaket CONCEPT-II implementiert worden. Im Projektverlauf traten keine besonderen “Überraschungen” auf. Lediglich im dritten Aufgabenkomplex wurde von der ursprünglich vorgesehenen Lösungsstrategie abgesehen, da sich diese als zu umständlich erwies. Alternativ wurde eine neuartige Verwendung von Huygens-Flächen realisiert, welche neben ihrer Effizienz auch eine gewisse physikalische Eleganz aufweist.

Publications

• “On the Limits of Numerical Modelling of Electromagnetic Field Coupling through Small Apertures”, in Proc. of PIERS 2015, Prague, Czech Republic, July 2015, pp. 2315–2319
  G. Mavraj and F. Gronwald
  
• “Numerical computation of lightning transfer functions for layered, anisotropically conducting shielding structures by the method of moments”, Advances in Radio Science, vol. 14, 2016, pp. 107–114
  F. Happ, H.-D. Brüns, G. Mavraj, and F. Gronwald
  (See online at https://doi.org/10.5194/ars-14-107-2016)
• “On the choice of Huygens’ surfaces in the vicinity of electrically small apertures”, in Proc. of EMC Europe 2016, Wroclaw, Poland, September 2016, pp. 66–71
  F. Happ, G. Mavraj, H.-D. Brüns, and F. Gronwald
  (See online at https://doi.org/10.1109/EMCEurope.2016.7739257)
• F. Happ, A. Schröder, G. Mavraj, H.-D. Brüns, and F. Gronwald: “Numerical shielding analysis of anisotropic multilayer materials by the method of moments”, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 59(1), February 2017, pp. 293–296
  F. Happ, A. Schröder, G. Mavraj, H.-D. Brüns, and F. Gronwald
  (See online at https://doi.org/10.1109/TEMC.2016.2597060)
• “Efficient Computation of Field Coupling through Aperture Arrays into Casings”, in Proc. of International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA) 2017, Verona, Italy, September 2017, pp. 1440-1443
  F. Happ, H.-D. Brüns, and F. Gronwald
  (See online at https://doi.org/10.1109/ICEAA.2017.8065551)
• “An efficient implementation of the periodic method of moments for shielding effectiveness calculations of thin-wire grids”, in 2018 2nd URSI Atlantic Radio Science Meeting (AT-RASC), 2018, pp. 1-4
  F. Happ, H.-D. Brüns, and F. Gronwald
  (See online at https://doi.org/10.23919/URSI-AT-RASC.2018.8471591)
• “Application of Huygens’ Principle for the Fast Calculation of Field Penetration Through Aperture Arrays”, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 60(6)
  F. Happ, H.-D. Brüns, and F. Gronwald
  (See online at https://doi.org/10.1109/TEMC.2018.2805188)