Entwicklung und Untersuchung von 2,4-GHz-ISM-Funksystemen für Schiffsbrücken unter besonderer Berücksichtigung der EMV (PDF)

In den vergangenen Jahren haben sich im Bereich der Unterhaltungs- und Datenverarbeitungselektronik zunehmend drahtlose Datenübertragungsstandards durchgesetzt. Insbesondere der Bluetooth- sowie der WLAN-Standard haben in unterschiedlichsten Aufgabenbereichen einen hohen Verbreitungsgrad erreicht. Sie ersetzen dabei nicht nur umständliche und teure Kabel, sondern bilden auch eine neue Generation von Schnittstellen zwischen bisher nicht zu vernetzenden Geräten.
Aufgrund der großen im Schiffbau verwendeten Kabellängen sowie der hohen Kabeldichten im Bereich der Schiffselektronik erscheint es sinnvoll, auch in diesem Anwendungsbereich drahtlose Datenübertragungseinrichtungen einzusetzen. Eine deutliche Reduktion der Verkabelungskosten, wie auch eine im Vergleich zur klassischen Verkabelung deutlich erhöhte Flexibilität bei der Installation sowie der Um- und Nachrüstung wären die Vorteile. Wesentlich für einen Einsatz drahtloser Technologien im Schiffbau ist dabei die Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und der Zuverlässigkeit der eingesetzten Funkübertragungsmodule im Umfeld „Schiff“. Wegen der hohen Anzahl der vorliegenden Funkdienste, der elektromagnetischen Besonderheiten der überwiegend metallischen Grundstruktur und der hohen Anzahl an Mess- und Anzeigeeinrichtungen sowie an steuerungs- und regelungstechnischen Komponenten stellen Schiffe einen besonderen Anwendungsbereich dar.
In der vorliegenden Arbeit werden kommerziell erhältliche Bluetooth- und WLAN-Funkübertragungsmodule auf ihre Eignung zum Kabelersatz im Schiffbau insbesondere auf Schiffsbrücken untersucht. Hierzu werden umfangreiche Untersuchungen der elektromagnetischen Verträglichkeit der Module präsentiert. So wurden detaillierte Messungen der Emission elektromagnetischer Strahlung von Funkübertragern, der Überlagerung der entstehenden Frequenzspektren mit denen anderer Quellen sowie Messungen und Simulationen der Einkopplung der Strahlung in leitfähige Strukturen durchgeführt. Gleichzeitig fand eine ausführliche Charakterisierung des elektromagnetischen Umfelds auf Schiffen statt. Zu diesem Zweck wurde an Bord von Kreuzfahrt-, Fähr-, Fracht- und Marineschiffen die vorhandene Hintergrundstrahlung gemessen und analysiert.
Von besonderem Interesse ist die Störfestigkeit von Funkübertragungssystemen unter dem Einfluss von Radaranlagen. Hierzu fanden Untersuchungen an Bord von Schiffen sowie an stationären Radarsystemen statt. Unter Berücksichtigung der Messergebnisse sowie der besonderen Anforderungen, wurden weiterführende Untersuchungen zur Störfestigkeit sowie zu den Datenübertragungseigenschaften an kommerziell erhältlichen Funkübertragern durchgeführt. Schließlich wurden für Demonstrationszwecke sowie zum Langzeittest unterschiedliche drahtlose Anzeigen sowie Testsysteme entwickelt. Diese wurden an Bord von Fähr- und Kreuzfahrtschiffen installiert und während mehrwöchiger Werftprobe-und Fährfahrten getestet
Die Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des Anwendungsbereichs „Schiff“ (Schiffsbrücke) sowie der unterschiedlichen Anwendungsszenarien diskutiert. Weiterhin werden Anforderungen für eine serienmäßige Implementierung im Schiffbau dargelegt.
Die gewonnenen Forschungs- und Entwicklungsergebnisse lassen sich entsprechend auch auf andere Verkehrssysteme übertragen