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3-2019

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Titelstory Parameter

Titelstory Parameter Superheterodyn-Empfänger, konventionelle 32-Bit-EMV-Software Messzeit ca. (traditionell) Messzeit ca. (TD-Scan) Vormessung horizontal 0°, 90°, 180°, 270° 4 x 5 min 4 x 1 min Vormessung vertikal 0°, 90°, 180°, 270° 4 x 5 min 4 x 1 min Peak-Suche 10 Peaks + Auswählen 5 min 5 min Nachmessung 10 Peaks, Finale Suche der Positionen 10 x 10 min 10 x 10 min total - 145 min 111 min Tabelle 3: Typische Messzeiten für Superhetempfänger mit Automatisierung Semi Anechoic Chamber (SAC) Parameter TDEMI Ultra EMI64k (64-Bit-Software) Messzeit ca. (Receiver Mode) Messzeit ca. (Echtzeitmodus) Messung horizontal 2° Auflösung 9 min 2 x 1 min Messung vertikal 2° Auflösung 9 min 2 x 1 min Frequenzbänder 10 Bänder + Auswählen 5 min 5 min Nachmessung 10 Bänder, finale Suche der Positionen 10 x 1 min 10 x 1 min total - 33 min 19 min Tabelle 4: Typische Messzeiten für TDEMI Ultra und EMI64k-Automatisierung, Receiver-Modus vs. Echtzeitmodus Semi Anechoic Chamber (SAC) tisch von 360° auf 0° rotiert. Auch hier wird der Quasipeak ausgelesen und die Messwerte werden den Winkelpositionen zugeordnet. Diese beiden Messungen erfolgen für vertikale und horizontale Polarisation, sodass sich insgesamt vier Drehungen des Tischs ergeben. Für stationäre Emission kann er ohne Probleme 30 s lang gedreht werden (Winkelauflösung ca. 2,4°). Die Testzeit beträgt ca. 2 min. Prüflinge mit instationärem Verhalten können langsamer gedreht werden. Tabelle 1 bringt beispielhaft die typischen Messzeiten für Vor- und Nachmessung unter Verwendung der konventionellen Technologie und des TD- Scan für einen typischen Messablauf mit Vormessungs-/Nachmessungs-Methodik. Tabelle 2 nennt die typischen Messzeiten für die Emissionsmessung mittels TDEMI Ultra und EMI64k sowohl für den Receiver- als auch den Echtzeit-Modus. Die relativ zeitaufwendige Emissionsmessung wird mittels TD Scan immerhin um 30% reduziert. Allerdings bekommt man die vollen Vorteile des FFTbasierenden Verfahrens erst, wenn man mit Messgeräten mit sehr hoher Echtzeitbandbreite arbeitet. Im Receiver-Modus kann die Messzeit immerhin um den Faktor 5 reduziert werden, im Echtzeitmodus sogar um den Faktor 23. Zudem erhält man die Emission an allen Frequenzpunkten. Dies erhöht zudem die Prüfqualität erheblich. Emissionsmessungen in der SAC Die Messmethodik in der Semi Anechoic Chamber (SAC) kann dazu dienen, um zunächst auf einer oder mehreren Höhen die Abstrahlung des Prüflings zu charakterisieren. Basierend darauf können kritische Abstrahlsegmente und kritische Frequenzbereiche festgestellt werden. Im Unterschied zum konventionellen Verfahren, welches nur mit 90°-Schritten arbeitet und einen Peak-Detektor verwendet, hat man bei der Verwendung der 685-MHz-Echtzeitbandbreite eine Auflösung von 2,4° oder besser sowie Quasipeak-Werte über das gesamte Spektrum. Da Störungen in der Regel weder frequenzstabil noch auf einzelne Punkte reduziert sind, erfolgt die Maximierung über den Höhen-Scan nicht nur an einzelnen Frequenzpunkten, sondern über ganze Frequenzbänder. Driftende Störer oder Breitbandstörer, bei denen das Maximum nicht auf einen Frequenzpunkt reduziert werden kann, werden damit zuverlässig gemessen und dargestellt. Tabelle 3 bringt die typischen Messzeiten für Vor- und Nachmessung unter Verwendung der konventionellen Technologie und des TD-Scan, Tabelle 4 die typischen Messzeiten für die Emissionsmessung mittels TDEMI Ultra und EMI64k. Auch für diesen Fall ermöglicht der TD-Scan, die Messzeit um 30% zur reduzieren. Mittels TDEMI Ultra im Receiver Mode wird die Messzeit dagegen um Faktor 4.4 reduziert, verwendet man zusätzlich den Echtzeitmodus sogar um den Faktor 7,6. Gleichzeitig werden, im Gegensatz zum konventionellen Ansatz, driftende Störer korrekt erfasst und die Auflösung bzgl. Winkel und Höhe deutlich verbessert. Bild 4 ist ein Screen shot der EMI64k inklusive Darstellung der Richtdiagramme in 2D und 3D. Zusammenfassung Messgeräte mit hoher CISPRkonformer Echtzeitbandbreite beschleunigen Messungen und reduzieren die Messunsicherheit signifikant. Mit der Automatisierungssoftware EMI64k können die Prüfverfahren gemäß CISPR 16-2-3 für das FFT-basierende Messgerät gestaltet werden. Im Gegensatz zur alten pre- und final-Scan-Strategie werden damit die Prüfqualität deutlich erhöht und die Testzeiten erheblich reduziert. Zum zweiten werden alle Abstrahlcharakteristika des Prüflings gespeichert. Somit sind für Hersteller und Testlabore nachhaltige EMV-Maßnahmen möglich. Die Nachhaltigkeit ergibt sich beispielsweise daraus, dass eine Datenbank entsteht, in der Abstrahlung, EMV-Maßnahmen und Gehäusekonstruktionen dokumentiert werden. Zukünftige Produkte können dann von vornherein so gestaltet werden, dass eine Überschreitung von Grenzwerten unwahrscheinlich wird. Der Einsatz ist natürlich nicht nur auf den CISPR-Anwendungsfall beschränkt, sondern selbstverständlich auch für Messungen nach FCC- und ANSI-Standards oder auch MIL- 461- und DO-160-Standards möglich. Es ist anzumerken, dass MIL461 schon vor vielen Jahren die Auswertung auf einzelnen Frequenzen aus der Norm genommen hat und stattdessen komplette Spektren in der Dokumentation verlangt. Offenbar hatte man schon damals erkannt, wie wenig aus- 28 hf-praxis 3/2019

Titelstory sagekräftig eine Emissionsmessung sein kann, die mittels preund final Scan auf lediglich zehn Frequenzpunkte reduziert wurde. Literatur [1] S. Braun, A. Frech: 645 MHz Echtzeitbandbreite für Full- Compliance-Messungen mit dem TDEMI X, hf-praxis 3/2016, S. 44-47, www.beam-verlag.de/ app/download/24071892/HF- Praxis+3-2016+III.pdf [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] MIL 461 G, Requirement for the control of electromagnetic interference characterization of sub systems and quipement, Department of Defence, 2015 [4] ANSI 63.2 American National Standard for Electromagnetic Noise and Field Strength Instrumentation, 10 Hz to 40 GHz Specifications [5] ANSI/ISO/IEC 17025 General Requirements for the competence of testing and calibration laboratories [6] J. Medler: Use of FFTbased measuring receivers for EMI compliance measurements against CISPR 32, 2017 Asia- Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility (APEMC), June 20-23, 2017, Seoul, Korea [7] S. Braun, 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 [8] ETSI EN 300 328 V2.1.1, Wideband transmission systems; Data transmission equipment operating in the 2,4 GHz ISM band and using wide band modulation techniques; Harmonised Bild 4: Screenshot der EMI64k inklusive Darstellung der Richtdiagramme in 2D und 3D Standard covering the essential requirements of article 3.2 of Directive 2014/53/EU, European Telecommunications Standards Institute 2016 [9] S. Braun, A. Frech: Höchste Prüfqualität von EMV-Messungen durch normgerechte Messung an allen Frequenzen, SMT emv-esd Nov. 2016, S. 44-48 [10] VDE Digitalisierung störfrei: VDE-Institut eröffnet neue Prüfhalle für Funkentstörung und EMV, 14.9.2018, www.vde.com/ de/presse/vde-eroeffnet-neueemv-vollabsorber-halle ◄ Fachbücher für die Praxis Smith-Diagramm Einführung und Praxisleitfaden Joachim Müller, 21 x 28 cm, 117 Seiten, zahlreiche, teilweise farbige Abbildungen, beam-Verlag 2009, ISBN 978-3-88976-155-2, Art.-Nr.: 118082, 29,80 € Das Smith-Diagramm ist bis heute das wichtigste Instrument zur bildlichen Darstellung der Anpassung und zum Verständnis der Vorgänge in HF-Systemen. In der einschlägigen Fachliteratur findet man zwar viele Stellen zum Smith-Diagramm, sie erfordern aber meist erhebliche mathematische Kenntnisse: Eine grundlegende Einführung sucht man vergeblich. Diese Lücke schließt dieses Buch als praxisnahe Einführung in den Aufbau und die Handhabung des Diagramms. Mathematikkenntnisse die zu einer elektrotechnischen Ausbildung gehören, reichen dabei aus. Aus dem Inhalt: Der Weg zum Smith-Diagramm - Komplexe Zahlen - Reflexion bei Einzelimpulsen und kontinuierlichen Sinussignalen - Reflexionsfaktor - Rückflussdämpfung, VSWR, Kreisdiagramme; Reflexionsdiagramm - Schmidt-Buschbeck-Diagramm - CarterDiagramm - Praxis mit dem Smith-Diagramm; Kompensation von Blindanteilen, Ortslinie über Frequenz - Leitung als Transformator, elektrisch kurze bzw. lange Leitung, S-Parameter und Smith-Diagramm - Leitwert-Smith- Diagramm - Darstellung von Leitwerten im Smith- Diagramm, Parallelschaltung von Bauelementen - Grundelemente unter der Lupe - Ortslinien von Induktivitäten und Kapazitäten, das Bauelement Leitung – Stubs - Anpassung mit dem L-Glied - Hilfsmittel für die Arbeit mit dem Smith-Diagramm - Software - Messtechnik Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de hf-praxis 3/2019 29

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