Op de uitkijk naar elektrische storingen (Onder de Radar #6)

Elektromagnetische straling kan een radar maken of breken. Het systeem dankt er zijn scherpe blik aan, maar zijn werking kan er ook ernstig door verstoord raken. Frank Leferink helpt de ongewenste effecten onder controle te houden, zowel bij Thales als bij de Universiteit Twente.

Nog niet zo lang geleden hadden auto’s maar één antenne, waarmee de inzittenden naar AM- en FM-radio konden luisteren. De huidige modellen hebben er meerdere, ergonomisch gecombineerd in een haaienvin op het dak. Hiermee zijn niet alleen de ‘ouderwetse’ AM/FM-frequenties te onvangen maar ook gsm-signalen, gps, digitale audio-uitzendingen en binnenkort ook car-to-car-communicatie. “Op schepen zien we een vergelijkbare ontwikkeling”, constateert Frank Leferink van Thales. “In de afgelopen 40 jaar zijn we van een ‘eenvoudige’ boordradio en navigatieradar gegaan naar een complex geheel van elektromagnetische systemen voor communicatie en surveillance.”

De toename van de complexiteit heeft grote gevolgen gehad voor de elektromagnetische compatibiliteit (EMC), het vermogen van elektrische apparatuur om op een acceptabele manier te functioneren in hun elektromagnetische omgeving door de onbedoelde opwekking, verspreiding en ontvangst van elektromagnetische energie zo veel mogelijk tegen te gaan. Leferink is een autoriteit op dit gebied en vervult een dubbelrol als EMC-directeur bij Thales en EMC-hoogleraar aan de Universiteit Twente (UT). “Na mijn bachelor ben ik in 1984 aan de slag gegaan bij het bedrijf, dat toen nog Hollandse Signaalapparaten heette. Met steun van mijn werkgever heb ik een paar jaar later een master aan de UT gedaan, gevolgd door een PhD. In 1998 intensiveerde Thales de samenwerking met de universiteit en werd ik gevraagd en aangesteld als deeltijdhoogleraar.”

“Ik houd me bezig met elektrische storingen”, parafraseert Leferink zijn vakgebied. “Als UT-hoogleraar onderzoek ik bijvoorbeeld de elektromagnetische effecten die telecom- en zendmasten, windturbines en dergelijke kunnen hebben op gevoelige apparatuur, zowel uitgestraald als geleid. Ik doe ook onderzoek naar slimme meters en andere elektronische apparaten die vreemd gedrag vertonen als gevolg van elektromagnetische interferentie. Bij Thales kijk ik naar de elektrische storingen die worden veroorzaakt en ondervonden door radars.”

Wereldwijd netwerk

Een belangrijk aandachtsgebied voor Thales is integrated topside design. Hierbij wordt onder meer gekeken naar de EMC-uitdagingen van de sensorsystemen die boven de waterlijn opereren. De beste plaats voor deze systemen is boven op de hoogste mast. Helaas kan er maar één profiteren van deze toppositie; de rest zal tot op zekere hoogte worden geblokkeerd door de mast. De sensoren interfereren ook met elkaar. Op de meeste marineschepen moet het ene systeem worden uitgeschakeld voordat het andere kan worden gebruikt, wat al tot een aantal ernstige incidenten heeft geleid. De geïntegreerde mast van Thales maakt een einde aan deze problemen en bespaart bovendien integratietijd en dus kosten.

De Integrated Mast (I-Mast) is een behuizing die plaats biedt aan alle belangrijke radars, sensoren en antennes van een schip. Deze “toonaangevende ontwikkeling”, zoals Leferink de mast noemt, is een van de grote projecten bij Thales die hebben geprofiteerd van zijn EMC-expertise. “Traditioneel moeten radars vechten om de beste plek op de mast, resulterend in een suboptimale plaatsing waarbij ze uiteindelijk gedeeltelijk in elkaars vaarwater komen. In de I-Mast hebben we de sensoren zo boven elkaar geplaatst dat ze allemaal een onbelemmerd blikveld hebben.”

Ruimtelijke plaatsing, of diversiteit, is een van de knoppen waaraan EMC-specialisten kunnen draaien om interferentieproblemen op te lossen. “Frequentiediversiteit is een andere. Je kunt voorkomen dat radars elkaar in de weg zitten door ze op verschillende frequenties te laten werken – net zoals je je radio op verschillende zenders kunt afstemmen”, legt Leferink uit. “Of je kunt gebruikmaken van tijddiversiteit: als ik praat, ben jij stil, en andersom. Op dezelfde manier kun je alleen luisteren als de radar uitzendt. Je kunt signalen ook anders coderen en alleen luisteren naar de radar met een bepaalde codering.”

Leferink kijkt niet alleen naar de bovenkant van een schip maar ook naar de binnenkant van de systemen aan boord, op componentniveau. “Power quality is daar een belangrijk aspect. Je wilt niet dat de inschakelstroom van het ene systeem een ander systeem platlegt. En wat gebeurt er met de elektronica als de bliksem inslaat? Mijn werk brengt me van nanovolts in signaalontvangst tot megawatts bij power quality en blikseminslag, en van gelijkstroom tot 40 GHz en hoger.”

“Bij Thales ben ik betrokken aan beide uiteindes van het V-model: zowel in de allereerste stadia van nieuwe ontwikkelingen als bij de oplevering van radars”, vervolgt Leferink. “Dit varieert van het doen van voorstudies naar concepten die over vijf jaar werkelijkheid kunnen worden tot het analyseren voor klanten welke van onze radars voor hen zouden werken op plaatsen waar ze specifieke interferentie ondervinden. Ook doe ik onderzoek naar nieuwe technologieën om onze grenzen te verleggen, samen met de Universiteit Twente en collega’s binnen de Thales-groep.”

Leferink staat ook aan het hoofd van Thales’ internationale EMC-competentienetwerk. “In totaal hebben we zo’n honderd specialisten. In Frankrijk, Duitsland, Italië, Engeland, bij Los Angeles en Sydney – ik ben over de hele wereld geweest.”

Uitgebreid testen

Er is veel te doen voor EMC-specialisten bij Thales. “Het begint met nadenken over fundamentele concepten, samen met potentiële klanten onderzoek doen, vaak in Nederland, en simulaties draaien”, illustreert Leferink. “Vervolgens kunnen we experimenten opzetten – we hebben een aantal uitstekende faciliteiten, waaronder een geaccrediteerd lab.”

In de ontwikkelfase bundelen de EMC-experts hun krachten met meerdere disciplines. “We maken samen demonstrators en gedetailleerde ontwerpen. Die worden vervolgens gebouwd, gevalideerd en getest, van de losse onderdelen tot de complete radar. Het EMC-team controleert of er niet te veel ongewenste emissie is, die interferentie met andere apparatuur kan veroorzaken, en of het systeem bestand is tegen spanningsdips en overbelasting en bijvoorbeeld blikseminslag.”

Het werk houdt niet op als de radar de fabriek verlaat. Leferink: “We gaan mee als hij op een schip wordt gehesen en voeren daar een uitgebreide reeks tests uit. We kijken of alles goed is geïnstalleerd, of de installatie samenwerkt met de andere systemen aan boord, of de niet-stralingszones goed zijn ingesteld. We mogen zelfs met de radar mee op reis om het EMC-gedrag op zee te controleren.”

“Als EMC-engineer bij Thales kun je je volledig storten op één project, van begin tot oplevering, of op een deel ervan – wat je maar wilt. We hebben hardcore testengineers die het heerlijk vinden in het lab en bij wijze van spreken het daglicht niet zien. Maar er zijn er ook die graag reizen en over de hele wereld tests uitvoeren.”

“We hebben een lange weg afgelegd in 35 jaar”, besluit Leferink. “Toen ik begon bij Thales, deden we tijdens de ontwikkeling nog niet veel aan EMC-problemen. We voerden een paar kwalificatietests uit, maar dat was het wel zo’n beetje. We hadden een paar mensen met gouden handjes die de problemen ter plekke gingen oplossen. Die tijd ligt ver achter ons. We zijn nu een integraal onderdeel van de ontwikkelketen.”

Meer weten over werken bij Thales? Op zoek naar een baan bij het leukste high-tech bedrijf van Nederland? Klik hier voor onze vacatures!