Warum EMV nicht der „letzte Schritt“ sein kann – Designrisiken in der Verteidigungselektronik
In vielen Projekten wird die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) noch immer als abschließender Prüfschritt behandelt. In der Praxis führt dieser Ansatz jedoch zunehmend zu Verzögerungen, kostspieligen Redesigns und Fehlern, die nur schwer zu beheben sind – insbesondere bei komplexen Verteidigungssystemen. Wie Dominik Kowalczyk, Experte für Explosionsschutz bei Dacpol, gegenüber Evertiq erklärte, sollte die EMV-Analyse den gesamten Lebenszyklus eines Projekts abdecken – von der Konzeptphase bis zur Inbetriebnahme. Zudem zeigt er auf, an welchen Stellen Signalintegrität am häufigsten verloren geht und warum der traditionelle EMV-Ansatz mit der wachsenden Systemkomplexität nicht mehr Schritt hält.
In vielen Unternehmen wird EMV noch immer primär als Anforderung betrachtet, die erst am Ende eines Projekts erfüllt werden muss. Daraus ergibt sich die Frage, ab wann ein solcher Ansatz in Verteidigungssystemen ein reales Risiko darstellt.
„Obwohl Verteidigungssysteme innerhalb der Industrieelektronik eher eine Nische darstellen, unterliegen sie denselben physikalischen Effekten wie kommerzielle Elektronik. Das gilt auch für die elektromagnetische Verträglichkeit, die häufig erst am Ende eines Projekts berücksichtigt wird. Tatsächlich sollte EMV jedoch über alle Phasen der Produktentwicklung hinweg analysiert werden – vom Design über Prototyping und Qualitätstests bis hin zur Serienproduktion. Genau wie im zivilen Markt“, erklärt Kowalczyk.
Dies sei insbesondere bei elektronischen Verteidigungssystemen entscheidend, da diese in der Regel komplexer sind und höhere Anforderungen stellen. Umso wichtiger sei es, Rückschritte im Entwicklungsprozess aufgrund von EMV-Problemen zu vermeiden, da diese zu zusätzlichen Kosten und Verzögerungen führen. Zu den zentralen Risiken zählen Zeitdruck, der zu technischen Kompromissen führt (etwa bei der Auswahl von Materialien oder Komponenten), Budgetbeschränkungen sowie fehlendes Know-how, das die vollständige Umsetzung geplanter Funktionen verhindert.
„Das größte Risiko besteht darin, die EMV-Anforderungen aus Normen und Kundenvorgaben nicht zu erfüllen. Deshalb ist es wichtig, jede Phase eines Projekts aus Sicht der Verträglichkeit zu überwachen, um Fehler und Inkonsistenzen frühzeitig zu erkennen – und nicht erst am Ende. Wird die Prüfung auf die Schlussphase beschränkt, können sich Fehler akkumulieren und nur noch schwer beheben lassen. Im schlimmsten Fall muss das gesamte System oder die Leiterplatte neu entwickelt werden, was die Kosten erheblich steigert“, so Kowalczyk.
Bereits beim PCB- oder Systemdesign können zahlreiche oft unterschätzte Fehler zu einem Verlust der Signalintegrität führen.
„Erfahrungen zeigen, dass viele Probleme der Signalintegrität auf fehlerhaftes Leiterplattendesign zurückzuführen sind. In den meisten Fällen stellt ein korrekt ausgelegtes Layout sicher, dass digitale Signale ohne Verzerrungen durch den Übertragungsweg gelangen – was bei modernen Hochgeschwindigkeitssystemen mit steilen Signalflanken und kurzen Anstiegszeiten entscheidend ist“, erklärt er.
Eine einzelne häufigste Fehlerquelle lasse sich schwer benennen, da die Liste vielfältig ist: falsche Polung oder Footprints, zu dünne Leiterbahnen, die zu Überhitzung führen, ungünstige Layoutwinkel, Kurzschlüsse, Probleme mit Vias oder unzureichendes Wärmemanagement.
Als besonders häufig nennt Kowalczyk jedoch eine ungünstige Bauteilplatzierung, die zu Signalstörungen, mechanischen Konflikten und zusätzlichen Herausforderungen bei der Montage führen kann.
„Ein schlechtes Layout lässt sich meist durch enge Zusammenarbeit zwischen Designern und Fertigung vermeiden, indem die Platzierung von Bauteilen und technologische Anforderungen bereits frühzeitig berücksichtigt werden“, so sein Fazit.
Mit steigenden Frequenzen und zunehmender Systemkomplexität stellt sich zudem die Frage, ob der klassische EMV-Ansatz noch ausreicht.
„Technologischer Fortschritt verschiebt kontinuierlich die Grenzen bei Frequenzen und Taktgeschwindigkeiten. Dadurch gewinnt die Signalintegrität immer mehr an Bedeutung. Früher wurde sie im Rahmen der klassischen EMV eher als Randthema betrachtet, etwa in Bereichen wie Verteidigung, Medizintechnik oder Telekommunikation“, erklärt Kowalczyk.
Heute verschmelzen beide Bereiche zunehmend. EMV muss daher um Aspekte der Signalintegrität erweitert werden. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an das Wissen der Entwickler.
„Ingenieure im PCB-Design müssen zunehmend interdisziplinär arbeiten – nicht nur in der Elektronik, sondern auch in Bereichen wie Elektrotechnik, Mechanik, Messtechnik und Thermodynamik“, so Kowalczyk.
In Zukunft könnte reines Elektronikwissen allein nicht mehr ausreichen.
Die Auswirkungen dieser Entwicklung zeigen sich besonders deutlich in militärischen Systemen, in denen Probleme der Signalintegrität schnell die Funktion ganzer Plattformen beeinflussen.
Ein zentrales Konzept moderner Streitkräfte ist dabei die netzwerkzentrierte Kriegsführung (C4ISR), bei der Informationen aus verschiedenen Quellen zusammengeführt werden.
„Ein solches System verbindet Sensoren und Effektoren über eine zentrale Steuerungsebene und kann als Nervensystem moderner Streitkräfte beschrieben werden. Da alle Komponenten digital arbeiten, spielt Signalintegrität auf jeder Ebene eine Rolle“, erklärt Kowalczyk.
Fehlende Signalintegrität kann sich dabei in vielerlei Hinsicht äußern – von Datenfehlern und ineffizienter Kommunikation bis hin zu falscher Zielerkennung, verzögerten Reaktionen, Funktionsausfällen oder sogar Schäden an elektronischen Komponenten.
„Das Problem wird zusätzlich dadurch verstärkt, dass militärische Systeme nicht nur regulatorische Anforderungen erfüllen müssen, sondern auch gegenüber gezielten Störungen widerstandsfähig sein müssen“, so Kowalczyk abschließend.
Kowalczyk wird diese Themen am 7. Mai auf der Evertiq Expo Kraków weiter vertiefen. Seine Präsentation trägt den Titel „The impact of EMC disturbances and the importance of signal integrity in defence systems“. Die Registrierung ist weiterhin geöffnet.
