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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV Bild 6:. Harmonische

EMV Bild 6:. Harmonische eines Mikrowellenherdes bei 14,7 GHz tionsblöcke in Kombination mit Superhetarchitektur. Normgerechte Messung mittels Echtzeitspektrogramm Das TDEMI X mit 645 MHz Echtzeitbandbreite stellt dem Anwender, wie zuvor gerade beschrieben, eine sehr hohe Dynamik bereit. Diese Dynamik ist unter anderem von signifikantem Vorteil, wenn z. B. leitungsgeführte Messungen bis 110 MHz bzw. 200 MHz durchgeführt werden müssen. Gerade im Automotive-Bereich existieren starke gepulste Störer, welche besonders hohe Anforderungen an die Dynamik eines Messempfängers stellen. In Bild 3 ist die Messung eines Pulses mit niedriger Pulswiderholrate dargestellt. Der breitbandige Impuls erfordert ein Messgerät mit einem Aussteuerungsbereich, der weit über 100 dB Dynamik liegt. Der Puls, welcher hier mit einer Maximalanzeige von 60 dBµV gewichtet angezeigt wird, hat mehrere Volt Spitze und würde ein System aus Mischer und Vorverstärker mit einem 1 dB-Kompressionspunkt ca. 26 dBm erfordern. Hier kommt der Vorteil der Basisbandtechnologie und der hohen Dynamik des TDEMI X voll zum Tragen. Der Rechteckimpuls, welcher im Frequenzbereich ein SI-Spektrum ergibt, wird verzerrungsfrei wiedergegeben. Es sind keinerlei Verzerrungen der einzelnen Spitzen nach unten zu erkennen. Die beiden Kurven verlaufen absolut parallel. Bei einer weiteren Messung von Impulsen mit niedriger Pulswiederholrate zeigt sich, dass auch bei der Messung mit dem Spitzenwertdetektor keinerlei Verzerrungen vorliegen und die Nullstellen des Si-Spektrum exakt im Rauschen enden. Auch besteht genügend Dynamik zwischen Quasi-Peak (grüne Kurve) und Peak (rote Kurve). Vorselektion, Dynamik und Echtzeitfähigkeit Messungen von Sendesystemen, z. B. WLAN-Routern im ISM- Band oder auch Mikrowellenherde, verlangen eine sehr hohe Dynamik von Messempfängern. Spektrumanalysatoren sind deshalb nur eingeschränkt einsetzbar. Die CISPR 16-1-1 Norm erklärt hierzu, dass der Anwender oberhalb 1 GHz zusätzlich auf Übersteuerung und Spiegelfrequenzen zu achten hat. In der Praxis werden deshalb auch oft externe Filter zur Emissionsmessung von Harmonischen des ISM-Bandes bei 2,4 GHz benutzt. Das TDEMI X verfügt über eine Vorselektion, welche derart arbeitet, dass Oberwellen und Nebenempfangsstellen effizient unterdrückt werden. Gleichzeitig verfügt das TDEMI X über ein sehr niedriges Grundrauschen, so dass bei den üblichen Prüfverfahren, z. B. der Messung von Mikrowellenherden, keine externen Verstärker mehr notwendig ist. Die Vorselektion ist bei allen Betriebsarten aktiv, so dass in jedem Betriebsmodus eine wirksame Unterdrückung parasitärer Effekte des Mischers stattfinden und in jeder Betriebsart direkt auf Anhieb voll normkonform gemessen werden kann. So können z. B. harmonische Signale des ISM-Bands bei 2,4 GHz hinsichtlich der 2. Harmonischen mit ca. 70 - 90 dB Unterschied gegenüber dem Träger gemessen werden. Oberhalb 6 GHz wird dann typischerweise mehr als 100 dB erreicht. Werden Bereiche gescannt, die zur Übersteuerung führen, werden aus der Messung ausgeblendet und dokumentiert. Ein derartiger Betriebsmodus ist äußerst hilfreich bei der Messung von sog. Spurious Emissions. Emissionsmessung eines Mikrowellenherds Das TDEMI X verfügt über die Möglichkeit große Bänder sehr schnell und gleichzeitig hoch präzise zu messen. Ferner besitzt es eine Vorselektion, welche sehr wirkungsvoll arbeitet. In jedem Band werden bis zu 64000 parallele Messempfänger auf einem FPGA berechnet und zur Anzeige gebracht. Durch die hohe Dynamik ist das Gerät auch für gepulste Signale optimal einsetzbar. Das TDEMI X kann auch derartige Signale mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung darstellen. In Bild 5 kann man die Emission eines Mikrowellenherds erkennen. Das Signal zeigt eine Periodizität von 20 ms. Es ergibt sich damit eine Pulswiederholrate von 50 Hz welche der Frequenz der Stromversorgung (230 V, 50 Hz) entspricht. Die Gesamtmesszeit betrug 100 ms, die Auflösung 1 ms. Bild 6 zeigt die Emissionsmessung der 6. Harmonischen einer Mikrowellenfrequenz. Die Messung erfolgte hier mit dem Spitzenwertdetektor und einer ZF- Bandbreite von 1 MHz. In Bild 7 ist der Bandbereich 6 GHz – 17 GHz dargestellt. Mit der Option UFSPA-UG kann ein Bereich von mehreren GHz sehr schnell gemessen und sämtliche Ergebnisse gespeichert werden. Die Darstellung als Spektrogramm erlaubt zudem eine Analyse über das zeitliche Verhalten. In der Abbildung ist gut zu erkennen, dass - hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs des 12 hf-praxis 2/2017

EMV Bild 7: Messung Frequenzbereich 6 GHz – 17 GHz Pegels der Oberwellen - eine starke Störung zum Zeitpunkt 12 s bei 9,8 GHz und bei 14,8 GHz existiert. Aufgrund der Vorselektion und einer parallelen Struktur von Vorverstärkern, erreicht das System eine hervorragende Dynamik und außerdem einen exzellenten Rauschboden. Wirtschaftliche Aspekte Die ganz entscheidende Aufgabe einer Emissionsmessung besteht darin, festzustellen, ob ein Prüfling an allen Frequenzpunkten bei Anwendung der normativen Detektoren, d. h. beispielsweise Quasi-Peak und CISPR-Average die vorgegebenen Grenzwerte einhält. Basierend auf diesen Ergebnissen ist es selbstverständlich auch möglich, eine Ausgabe von Worst-Case-Frequenzen zu erstellen, um der international unterschiedlichen Dokumentationspflicht nachzukommen. Ein Prescan bzw. eine Vormessung wird dabei nicht benötigt, da es der Echtzeitmodus des TDEMI X mit 645 MHz Echtzeitbandbreite ermöglicht, gleichzeitig an allen Frequenzpunkten mit mehreren Detektoren parallel voll normgerecht zu messen. Damit entfallen auch alle Unsicherheiten, welche sich aus dem Prescan ergeben. Der Einsatz eines Full Compliance Messempfängers mit 645 MHz Echzeitbandbreite von 300 ps POI bietet den einmaligen Vorteil, dass das Ergebnis nicht nur zur Analyse sondern auch zur Konformitätsaussage genutzt werden kann. Bei der Zertifizierung wird der Prüfablauf vereinfacht und die Messqualität deutlich erhöht. Das System erschließt auch neue Prüfverfahren, z. B. im Bereich der E-Mobility [5]. Aus Kostengründen und Effizienz sind auch im Entwicklungsbereich für EMV-Analysen Messgeräte vorzuziehen, welche wenigstens für Peak und Average die Norm CISPR 16-1-1 mit der Erleichterung von 2010 einhalten. Die Produkte TDEMI M und TDEMI M+ bieten eine Echtzeitanalysebandbreite von 162,5 MHz und können Quasipeak-Messungen bis 1 GHz in ca. 64 s durchführen. Klassische Messung und moderne Analysewerkzeuge sind in einem Messgerät integriert. Derartige Messgeräte sind gegenüber Echtzeit- Spektrumanalysatoren deutlich günstiger und können darüber hinaus sogar zu einem Full Compliance Messgerät aufgerüstet werden. Für Hersteller ergeben sich somit deutlich wirtschaftliche Vorteile, da sich die Produkte in kürzester Zeit vollständig prüfen lassen und man zielgerichtete Entstörmaßnahmen treffen kann. Für Prüflabore vereinfacht sich die Durchführung der Messungen erheblich, was zu einer Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Umfeld führt. ◄ [1] S. Braun und A. Frech 645 MHz Echtzeitbandbreite für Full- Compliance-Messungen mit dem TDEMI X In hf-praxis 3/2016, Fachzeitschrift für HF- und Mikrowellentechnik, Mrz. 2016, Seite 44-47. Link zum Artikel http://www.beam-verlag. de/app/download/24071892/HF-Praxis+3- 2016+III.pdf Literatur [2] CISPR16-1-1 Ed 3.1, Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods Part 1-1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – Measuring apparatus. International Electrotechnical Commission, 2010. [3] S. Braun, M. Aidam, P. Russer Development of a multiresolution time domain EMI measurement system that fulfills CISPR 16-1-1 International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 8-12 Aug. 2005, Chicago. Braun, M. Aidam and P. Russer [4] S. Braun und A. Frech Anforderungen der CISPR 16-1-1 an Messempfänger, Spektrumanalysatoren und FFT-basierende Messinstrumente In EMC Europe Guide 2013, Interference Technology - The International Journal of Electromagnetic Compatibility, Dec., 2012, pages 66-73 [5] S. Braun und A. Frech Anwendung der EMV Zeitbereichsmesstechnik für Schienenfahrzeuge und E-Mobility emv 2016 – Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit, Düsseldorf, Germany, Feb 23-25, 2016. Ausgezeichnet mit dem BEST PAPER AWARD 2016. hf-praxis 2/2017 13

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