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3-2018

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Titelstory Bild 3:

Titelstory Bild 3: Messung der Harmonischen eines 2,4-GHz-Trägers Bild 4: Messung der Kombination Puls und Sinus derholrate von 100 Hz genau 12 dB beträgt. Des Weiteren beträgt der Anzeigeunterschied zwischen Quasi-Peak bei einer Pulswiederholrate von 100 Hz und Average bei einer Pulswiederholrate von 5 kHz ca. 16,12 dB. Aus diesen Verhältnissen ergeben sich dann jeweils die erforderlichen Pulsamplituden, um eine Anzeige von 60 dBµV zu erreichen. Ein Empfänger, welcher für Emissionsmessungen nach CISPR 16-1-1 eingesetzt werden kann, muss also in der Lage sein, für eine Anzeige von 60 dBµV, Pulse mit einer Amplitude von 407 Volt zu verarbeiten. Diese Anforderung kann nur durch eine sehr lineare Eingangsstufe mit ausreichend hoher Dynamik und durch einen Abschwächer mit hoher Pulsdynamik erreicht werden. EMV-Zeitbereichsmesssysteme mit einer Breitbandarchitektur, wie z. B. das TDEMI X, halten diese Anforderungen Bild 5: Messung eines 2,4 GHz Signals mittels eines klassischen Messempfängers ohne weiteres ein. Empfänger, welche auf Spektrumanalysator- Plattformen aufbauen, halten im Gegensatz hierzu in der Regel nur die Anforderungen für Peak und Quasi-Peak ein. Relative Pulsbewertung Der Peak-Detektor bewertet die Störemissionen unabhängig von der Pulswiederholrate. Daher ist für den Spitzenwertdetektor kein weiterer Nachweis der Einhaltung nötig. Für den Average Detektor ergibt sich über einen verringerten Anzeigebereich der Nachweis des Zusammenhangs, dass die Anzeige proportional zu Pulswiederholrate ist. Für den Quasi-Peak-Detektor ergibt sich ein relatives Anzeigeverhalten gemäß Tabelle 2, das anhand einer mittels TDEMI X durchgeführten Messung ermittelt wurde. Aus Tabelle 2 geht hervor, dass der Quasi-Peak-Detektor nochmals ca. 31 dB zusätzliche Dynamik für Pulse erfordert. Anforderungen für Funkmessungen Für die Durchführung von Funkmessungen hingegen ist es erforderlich, dass der Empfänger eine möglichst hohe Unterdrückung von Oberwellen und Nebenempfangsstellen bietet. Superheterodynempfänger mit einer schmalbandigen Vorselektion können zum Teil recht effektiv Oberwellen unterdrücken. Allerdings ist die Unterdrückung von parasitären Mischprodukten, welche durch den bei solchen Empfängern verwendeten Diodenmischer entstehen, wiederum begrenzt. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass das sog. 2x2 Mischprodukt durch eine Vorselektion nicht unterdrückt werden kann. Ein hochlineares Front-End kombiniert mit mehreren leistungsfähigen Analog-Digital-Wandlern sowie einer optionalen schnellen breitbandigen Vorselektion können diese Problematik hier deutlich besser lösen. In Bild 1 ist die Messung eines Sinussignals bei 120 MHz dargestellt. Die Messung wurde mit einem TDEMI X Messsystem durchgeführt. Aus der Messung in Bild 1 ergibt sich ein Oberwellenabstand von 78.8 dB. Die Unterdrückung von weiteren Nebenempfangsstellen beträgt ca. 90 dB. Gleichzeitig wird ein Rauschboden von unter -15 dBµV bis 1 GHz erreicht. Die Unterdrückung der Harmonischen im Beispiel von Bild 2 beträgt in diesem Fall 97,7 dB. Im unteren Bereich sieht 26 hf-praxis 3/2018

Titelstory Bild 6: Blockschaltbild eines EMV-Zeitbereichsmesssystem TDEMI X man deutlich das Rauschen des Signalgenerators. Ein weiteres typisches Beispiel ist die Messung der Oberwellen eines 2,4 GHz Trägers. Diese Messung ist in Bild 3 dargestellt. Bei der Messung kann man gut erkennen, dass man mit dem TDEMI X Messempfänger einen möglichen Oberwellengehalt eines WLAN-Signals bei 2,4 GHz mit über 90 dBc messen kann. Des Weiteren ist der Rauschboden derart niedrig, so dass man auf einen externen Vorverstärker verzichten kann. Auch der Einsatz eines externen Filters kann hierbei entfallen. Es ist lediglich erforderlich, eine gute Antenne sowie verlustarme Kabel im Test-Setup zu verwenden. Vergleich der Dynamik mit analogem Superheterodynempfänger Bei der Emissionsmessung von Nebenaussendungen (engl. spurious emissions measurements) ist es erforderlich, dass der verwendete Messempfänger eine sehr hohe Dynamik besitzt. Dabei ist von entscheidender Bedeutung, dass der Messempfänger eine möglichst hohe Unterdrückung von sog. Nebenempfangsstellen aufweist. Der Abstand zwischen Hauptträger und Nebenempfangsstellen wird in diesem Zusammenhang als nutzbarer Dynamikbereich bezeichnet. In Bild 5 ist eine solche Messung an einem klassischen Messempfänger dargestellt. Zur Prüfung des Messempfängers wurde ein Sinussignal bei 2,4 GHz eingespeist. Man kann hier deutlich erkennen, dass der Messempfänger Nebenempfangsstellen bei ca. 1,8 GHz zeigt und damit ein nutzbarer Dynamikbereich von lediglich ca. 50 dB zur Verfügung steht. Dieser Dynamikbereich ist für typische Funkmessungen sehr knapp und man wird daher zusätzlich ein Notch-Filter zur besseren Unterdrückung verwenden müssen. Fazit: Vorselektion Eine Vorselektion kann stets die Eigenschaften eines Messempfängers nochmals verbessern. Allerdings gibt es viele Parameter mehr, welche die Gesamtperformance eines Empfängers bestimmen. Hochwertige Giga- Sample ADCs, wie sie beim TDEMI X eingesetzt werden, bieten z. B. eine höhere Dynamik als dies mit einem Mischer und breitbandiger ZF technisch überhaupt möglich ist. Setzt man vor diese ADCs noch zusätzlich eine zuschaltbare Vorselektion, so kann man eine Performance erreichen, welche andere Lösungen hinsichtlich Dynamik und Geschwindigkeit übertrifft. Funktionsweise TDEMI X Das empfangene Signal wird im Basisband (Frequenzbereich DC - 1 GHz) mittels einer hochlinearen Analog-Digital- Vergleich der Betriebsarten Superheterodyn und FFTbased Measuring Instrument Zum Vergleich der beiden Betriebsarten „FFT-based Measuring Instrument“ und „Superheterodyn“ wurde ein Sinussignal mit einem Pulssignal kombiniert und die Messung in beiden Betriebsarten durchgeführt. Die Abweichungen beim Träger betragen 0,00 dB. Die Abweichungen der Anzeige des Breitbandpulses betragen 0,16 dB. Die maximale Abweichung von 0,16 dB bei Pulsen ist deutlich geringer als die Unsicherheit der Quelle. Beim Sinussignal existiert erwartungsgemäß keine Abweichung. Das Ergebnis der Untersuchung ist in Bild 4 dargestellt. Bild 7: Mehrkanalmessempfänger - Umsetzer, Filterbank, Dezimator und Detektor hf-praxis 3/2018 27

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