EMV-Abschirmung:
Eine Schlüsselkomponente für technische Designüberlegungen
Da Drohnen und UAVs zunehmend eine zentrale Rolle in kommerziellen, industriellen und militärischen Anwendungen einnehmen, wird das elektromagnetische Umfeld, in dem sie betrieben werden, immer komplexer. Elektromagnetische Störungen (EMI) können missionskritische Systeme beeinträchtigen, die Leistungsfähigkeit reduzieren und Sicherheitsrisiken verursachen. Dieses Whitepaper beleuchtet die technische, operative und strategische Bedeutung der EMV-Abschirmung in UAVs und zeigt auf, wie TE Connectivity Performance Materials fortschrittliche, integrierte Lösungen bereitstellt, um diesen Herausforderungen wirksam zu begegnen. Intern erzeugen Komponenten wie elektronische Drehzahlregler (ESCs), bürstenlose Motoren, Schaltnetzregler und HF-Module elektromagnetische Störungen.
EMV-Designaspekte von Drohnen-Subsystemen
EMI in UAV-Systemen kann sowohl aus internen als auch aus externen Quellen stammen. Intern erzeugen Komponenten wie elektronische Drehzahlregler (ESCs), bürstenlose Motoren, Schaltnetzregler und HF-Module elektromagnetische Störungen. Extern tragen Bodenradarsysteme, Satellitenverbindungen, in der Nähe befindliche Drohnen und 5G-Funkmasten zur EMI-Umgebung bei. Zu den gegenüber EMI anfälligen Subsystemen zählen GNSS-/GPS-Empfänger, Flugsteuerungseinheiten (FCUs), Telemetrie- und Videoverbindungen sowie Sensorarrays wie LiDAR-, Infrarot- und Multispektralsensoren. Die Folgen von EMI reichen von Kontrollverlusten und Navigationsfehlern über Datenkorruption bis hin zu verringerter Missionszuverlässigkeit und Sicherheitsrisiken.
Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) integrieren zahlreiche elektronische Subsysteme – darunter Flugsteuerung, Navigation, Kommunikation, Energieverteilung und Nutzlastsysteme –, die in hohem Maße anfällig für elektromagnetische Störungen (EMI) sind. Eine wirksame EMV-Abschirmung ist entscheidend, um die Signalintegrität, die Betriebssicherheit und die Einhaltung regulatorischer Anforderungen sicherzustellen.
Flugsteuerungssystem (Flight Control System, FCS)
Das Flugsteuerungssystem (Flight Control System, FCS) ist eines der kritischsten UAV-Subsysteme, da es empfindliche Mikrocontroller und Trägheitsmesseinheiten (IMUs) enthält, die besonders anfällig für elektromagnetische Störungen (EMI) durch Motoren und HF-Systeme sind. Zur Minderung dieser Risiken werden häufig leitfähige Elastomere eingesetzt, da sie eine außergewöhnlich hohe Abschirmwirkung von bis zu 120 dB (basierend auf internen Tests unter kontrollierten Bedingungen) bieten und gleichzeitig einen wirksamen Schutz gegen Staub und Feuchtigkeit gewährleisten. Zusätzlich werden an den Schnittstellen Steckverbinderdichtungen eingesetzt, um EMI-Leckagen über Steckverbinder zu verhindern. Gemeinsam gewährleisten diese Lösungen die Signalintegrität für eine stabile Flugleistung und bieten einen langfristigen Schutz vor Umwelteinflüssen.
GPS & Navigationsmodule
Die GPS- und Navigationsmodule sind besonders anfällig, da GPS-Signale von Natur aus schwach sind und leicht durch die Bordelektronik gestört werden können. Zur Reduzierung von Störungen bietet leitfähiges Klebeband eine leichte und flexible Lösung zum Umwickeln von GPS-Modulen und Kabeln, während leitfähige O-Ringe eine EMI-Abschirmung sowie eine Umweltabdichtung für Antennenhalterungen gewährleisten. Diese Lösungen verbessern den GPS-Fix und die Genauigkeit, ohne das Systemgewicht wesentlich zu erhöhen.
Kommunikationssysteme (Telemetrie, HF-Verbindungen)
Kommunikationssysteme, einschließlich Telemetrie- und HF-Verbindungen, stehen vor der Herausforderung, sowohl Störungen auszusenden als auch zu empfangen, was die Datenübertragung beeinträchtigen kann. Steckerdichtungen werden eingesetzt, um HF-Steckverbinder abzuschirmen und Leckagen zu verhindern, während leitfähige Elastomere HF-Module innerhalb von Gehäusen isolieren. Diese Kombination reduziert Übersprechen und gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation über große Entfernungen.
Stromverteilungssystem (PDB, ESCs, Batterien)
Das Stromverteilungssystem, das ESCs, Batterien und die Verkabelung umfasst, erzeugt aufgrund hoher Schaltströme starke EMI. Leitfähiges Klebeband ist eine wirksame Lösung zum Umwickeln von ESCs und Stromkabeln zur Unterdrückung von Emissionen, während leitfähige Elastomere Leistungsmodule innerhalb von Gehäusen abschirmen. Diese Maßnahmen reduzieren abgestrahlte und leitungsgebundene Emissionen und verbessern die Einhaltung geltender EMI-Normen.
Nutzlastsysteme (Kameras, Sensoren, LiDAR)
Dieses Subsystem umfasst Zubehör oder Nutzlasten, die für die Einsatzbereiche kommerzieller Drohnen relevant sind, wie beispielsweise Photogrammetrie, Kinematografie, Feldkartierung, digitale Höhenmodelle sowie Überwachungs- und Beobachtungsanwendungen. Bei Nutzlastsystemen wie Kameras, Sensoren und LiDAR kann EMI die Datenintegrität beeinträchtigen und die Leistungsfähigkeit reduzieren. Um dies zu verhindern, werden leitfähige O-Ringe und Elastomere zur Abdichtung von Gehäusen eingesetzt, während leitfähiges Klebeband eine schnelle Abschirmung für Kabel und Steckverbinder bietet. Diese Lösungen erhalten die Bildqualität und die Sensorgenauigkeit und schützen gleichzeitig vor Umwelteinflüssen.
Motoren & Aktuatoren
Motoren und Aktuatoren sind wesentliche EMI-Quellen, die sich auf benachbarte Elektronikkomponenten auswirken können. Leitfähiges Klebeband wird auf Motorleitungen und -gehäuse aufgebracht, um Emissionen zu unterdrücken, während Steckverbinderdichtungen die Motorsteckverbinder abschirmen. Diese leichten Lösungen minimieren die EMI-Einkopplung in Steuerkreise, ohne die mechanische Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.
