Skalierte (EMV) Messungen und Simulationen zur Funkübertragung in der Avionik

Im Bereich der Avionik finden durch den mobilen Anwendungsfall und die langen Lebenszyklen viele Altsysteme neben neuen Funkdiensten Anwendung. Neben der Elektrifizierung der Luftfahrt ist dies ein Grund für den steigenden Bedarf an Untersuchungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) in der Avionik. Die geringe Verfügbarkeit von Flugzeugen und die Komplexität von Messkampagnen im Flugbetrieb motiviert die Nachbildung von Funkkanälen der Luftfahrt in der vorliegenden Arbeit. Die zwei beispielhaft betrachteten Szenarien thematisieren die Kanalcharakterisierung im Flugzeugrumpf durch ein verkleinertes Modell und die analytische Nachbildung des Kanals außerhalb des Flugzeugs. Zur nachrichtentechnischen Kanalcharakterisierung der Flugzeugkabine findet ein vereinfachtes Aluminiummodell im Maßstab 1:10 befüllt mit Absorberstrukturen Anwendung. Dessen Verwendung rechtfertigt sich durch die Reduktion der Kanaleigenschaften auf die Abklingzeit des Hohlraumresonators. Zur Umsetzung der Messungen werden Antennen im Frequenzbereich von 20 GHz bis 67 GHz entwickelt und hergestellt. Eine Stichprobe an Feldwerten abhängig von der Variation der Quellenposition und Streuumgebung wird gemessen und basierend darauf ein statistisches Kanalmodell entwickelt. Ein Vergleich der Güte und Abklingzeit mit Literaturwerten verschiedener Flugzeugkabinen validiert das Modell. Der zweite Abschnitt thematisiert die Nachbildung vereinfachter dynamischer Ausbreitungskanäle mit Hilfe eines Software Defined Radio (SDR). Die Synthese der wesentlichen modulierenden Eigenschaften des Ausbreitungskanal wird am Beispiel des Instrumentenladesystems erläutert. Das vorgestellte Vorgehen ermöglicht die Simulation dynamischer Szenarien mit Hilfe stationärer Abtastwerte und die Charakterisierung kommerzieller Empfänger. Dadurch ist die Bestimmung des kumulierten Fehlers einer Störung unter Berücksichtigung der Dynamik des Funkkanals und der Empfangsparameter möglich. Zusammenfassend gibt die vorliegende Arbeit somit einen Überblick über Methoden zur Charakterisierung und Simulation der Ausbreitungsumgebungen in der Luftfahrt im Labor. Dies ermöglicht messtechnische Voruntersuchungen ohne die Verwendung Elektromagnetischer Vollwellensimulationen.