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Durch die zunehmende Nutzung transienter ultrabreitbandiger Signale (UWB-Signale), beispielsweise bei der Datenübertragung für Kommunikations- und Ortungssysteme, ist es notwendig, die elektromagnetische Verträglichkeit von elektronischen Systemen gegenüber diesen Signalen zu testen. Dazu werden Messumgebungen verwendet, die reproduzierbare Messergebnisse mit homogenen Feldbedingungen ermöglichen. Hier scheinen GTEM-Zellen geeignet, da ihr Innenraum von der elektromagnetischen Umgebung entkoppelt ist, in ihnen reproduzierbare Fernfeldbedingungen erzeugt werden können und sie in der Frequenzbereichsmesstechnik eine etablierte Messeinrichtung sind. Die vorliegende Arbeit geht aus diesem Grund der Frage nach, ob und unter welchen Voraussetzungen GTEM-Zellen für die Erzeugung homogener elektromagnetischer Wellen mit transientem Zeitverlauf verwendet werden können. Dazu werden zunächst die theoretischen Grundlagen zur Wellenausbreitung in GTEM-Zellen zusammengestellt. Anschließend werden numerische Simulationsverfahren genutzt, um transiente elektromagnetische Feldverläufe innerhalb von GTEM-Zellen bei Anregung mit UWB-Spannungsimpulsen zu ermitteln. Die Verifikation der Simulationsergebnisse erfolgt durch den Vergleich mit Ergebnissen messtechnischer Untersuchungen. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Auswertung der Simulationsergebnisse. Für die Bewertung der Feldhomogenität werden dabei u.a. Kriterien aus der Norm IEC EN 61000-4-20 für TEM-Wellenleiter herangezogen. Anhand der Simulationsergebnisse werden orts- und zeitabhängige Rahmenbedingungen definiert, bei denen die transiente Wellenausbreitung in GTEM-Zellen mit reproduzierbaren Fernfeldbedingungen unter Berücksichtigung dieser Kriterien erfolgt. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die GTEM-Zelle als lineares, zeitinvariantes System beschrieben und durch Impulsantworten des elektromagnetischen Feldes innerhalb der Zelle charakterisiert werden kann. Damit wird ein lokaler und zeitabhängiger Bezug zwischen einem beliebigen Spannungsimpuls am Einspeiseport und dem daraus resultierenden elektromagnetischen Feldimpuls innerhalb der Zelle hergestellt. Die Arbeit schließt mit einer Anwendung dieser Ergebnisse im Rahmen eines Messverfahrens zur Charakterisierung von UWB-Antennen in einer GTEM-Zelle.
The increasing usage of transient ultra-wideband (UWB) signals, e.g. for wireless short-range communication, makes it necessary to test the electromagnetic compatibility (EMC) of electronic systems compared to these signals. Therefore measurement environments are needed, which provide repeatable measurement results within homogeneous free field conditions. GTEM cells are frequently used devices in the field of EMC to create repeatable free field conditions independent from the outer electromagnetic environment for both radiated immunity and emission measurements in frequency domain. Hence, in this work the applicability of GTEM cells for transient testing with UWB-signals is investigated. For this purpose, at first the theoretical basics regarding the wave propagation in GTEM cells are summarized. Afterwards, numerical 3-D-codes are used to calculate transient electromagnetic field distributions in the cell excited by an UWB-voltage pulse at the feeding port of the cell. The simulation results are verified by measurement results. The main focus of this work is on the analysis of the simulation results. Here, criteria of the standard IEC EN 61000-4-20, which relates to emission and immunity test methods using transverse electromagnetic (TEM) waveguides, are used to evaluate the field homogeneity. The analysis of the simulation results leads to the definition of local and time dependent requirements for repeatable transient wave propagation in GTEM cells with free field conditions considering these criteria. In addition, it is shown that the GTEM cell can be regarded as a linear time invariant system and characterized with impulse responses of each electromagnetic field components in the time domain within distinct observation points in the testing volume of the cell. The obtained simulation and measurement results are used to verify the characterization of the GTEM cell. The work is concluded with an application of this characterization and the obtained analysis results within a measurement method to characterize an ultra-wideband antenna using a GTEM cell as a measurement device.