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4-2013

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HF-Praxis 4/2013

Messtechnik Bild 2:

Messtechnik Bild 2: Typischer Messaufbau mit externer Signalquelle. Ein verbesserter Ansatz zur Messung der Felddämpfung Weil die Signalquelle vom Empfänger getrennt ist (anders als bei einem Signalanalysator mit eingebauter Signalquelle) kann man die Signalquelle direkt neben die Sendeantenne stellen. Das sorgt für kurze HF-Kabelwege, reduziert die Kabeldämpfung und verbessert so das Signal- Rauschverhältnis der Messung. Diese geringe Kabeldämpfung hat man natürlich auch, wenn man die Kabel direkt miteinander verbindet, denn es sind ja die gleichen kurzen Kabel. Hat man die Direktverbindung durchgemessen und die Messwerte zwecks Normalisierung in die Korrekturtabelle eingegeben, kann man die beiden Kabel mit den Antennen verbinden, die 10 m voneinander entfernt angeordnet sind. Bild 2 zeigt den typischen Messaufbau mit Quelle und EMV-Empfänger. Das Strahlungszentrum der Sendeantenne liegt 1 Meter über dem Boden. Die Empfangsantenne wird während der Messung von 1 Meter über dem Boden auf 4 Meter angehoben. Signalquelle und Messempfänger werden über den Frequenzbereich hinweg durchgestimmt, für den die Antennen gebaut und kalibriert sind. Eine korrekte Kalibrierung der Antennen ist wesentlich, das heißt, die kalibrierten Antennenfaktoren nach Herstellerangabe müssen sehr nah an der tatsächlichen Beziehung zwischen dem Feld in Antennenebene und der Ausgangsspannung der Antenne bei der entsprechenden Frequenz liegen. Bei fehlerhafter Kalibrierung können die kompensierten Messwerte zu weit von der theoretischen Felddämpfung abweichen. Maximal zulässig ist eine Abweichung von ±4 dB. Technische Voraussetzungen Beim Einsatz einer externen Signalquelle braucht man einige Verbindungen zwischen Messempfänger und Signalquelle. Zunächst müssen die Frequenzreferenzen beider Geräte miteinander verbunden werden, damit die Frequenznachführung funktioniert. Die Datenverbindung zwischen Signalquelle und Empfänger kann man über USB, GBIP oder LAN realisieren. Im vorliegenden Fall wird LAN eingesetzt, hierüber laufen Informationen über Anfangs-/ Endfrequenzen und Pegel. Weitere Verbindungen sind denkbar, etwa zur Übertragung eines Triggersignals zur Synchronisierung des Frequenzwechsels. Bild 3: Die gelbe Kurve zeigt das Grundrauschen, die blaue Kurve das korrigierte Grundrauschen Die nächste Überlegung betrifft die bei der Messung verwendete Auflösungsbandbreite. Es ist wichtig, dass es im Datensatz keine Frequenzlücke gibt. Ist die Auflösungsbandbreite kleiner als die jeweiligen Frequenzschritte, kann man Dropouts oder Signalspitzen verpassen. Im vorliegenden Fall wird mit 1601 Frequenzschritten gearbeitet. 12 hf-praxis 4/2013

Messtechnik Korrektur der Antennenfaktoren Moderne Signalanalysatoren oder EMV-Messempfänger können den Frequenzgang von Breitbandantennen kompensieren. Die Antennenhersteller stellen hierzu Kalibrierdaten für die Antennen bereit, die man dann in eine Korrekturtabelle einträgt. Für Felddämpfungsmessungen braucht man zwei Antennen, also addiert man am sinnvollsten die Korrekturfaktoren beider Antennen und trägt jeweils die Summe in die Korrekturtabelle ein. Damit hat man dann gleich beide Antennen korrigiert. Typische Korrekturfaktoren für Breitbandantennen liegen zwischen 7 und 25 dB. Bei zwei Antennen kommt man also auf Faktoren zwischen 14 und 50 dB. Um die Anforderungen für eine Felddämpfungsmessung einzuhalten, müssen die Korrekturfaktoren für die verwendeten Antennen so genau wie möglich angegeben werden. Bild 3 zeigt den Gesamtkorrekturfaktor für beide Antennen (blaue Linie). Das korrigierte Grundrauschen besteht aus dem eigentlichen Grundrauschen plus der Korrekturfaktoren der beiden Antennen. Man stellt den Signalanalysator auf “Spitzenwert halten” und fährt die Empfangsantenne in horizontaler Polarisation langsam von 1 auf 4 Meter über dem Boden hoch. Auf diese Weise erhält man eine korrigierte Messkurve, welche die Felddämpfung über den interessierenden Frequenzbereich hinweg zeigt. Wahl der richtigen Bandbreite Bezüglich der Zahl der Messpunkte, der Empfindlichkeit und dem Dynamikbereich muss man einen Kompromiss schließen. Mit der richtigen Bandbreite fängt man zumindest einige Probleme ab, die durch diesen Kompromiss entstehen. Um keine Dropouts und Signalspitzen zu verpassen, sollte die Bandbreite mindestens 700 kHz betragen. Mit externer Signalquelle hat man maximal 1601 Messpunkte. Bild 4: Zulässige Abweichungen der normalisierten Felddämpfung. Der kleinste Frequenzschritt beträgt 605 kHz, also hat man eine Bandbreite pro Messpunkt. Die Videobandbreite sollte mindestens gleich der Auflösungsbandbreite sein. Normalisierung einer Durchgangsmessung Das Kabel zur Sendeantenne wird mittels eines hochwertigen Steckadapters (mit sehr niedriger Dämpfung) direkt mit dem Kabel zur Empfangsantenne verbunden. Dann misst man mit der externen Signalquelle und dem Empfänger den Frequenzgang der beiden Kabel. Die Amplitudenwerte über der Frequenz sind eine Extraktion aus den Korrekturwerten der Antennen bei einer Feldmessung. Grenzwerte der normalisierten Felddämpfung Bild 4 zeigt die Grenzen der zulässigen Abweichung von der theoretischen normalisierten Felddämpfung, die (wie oben geschrieben) ±4 dB beträgt. Die beiden dargestellten Kurven stellen die obere und die untere Grenze des zulässigen Bereichs dar, bei der Messung der normalisierten Felddämpfung sollen möglichst alle Messwerte zwischen den beiden Kurven liegen. Messungen vor Ort Nachdem nun die Antennen positioniert sind und der Frequenzbereich korrekt für die verwendeten Breitbandantennen eingestellt ist, kann die eigentliche Messung beginnen. Die Antennen werden horizontal montiert. Die Empfängerantenne wird langsam von 1 Meter auf 4 Meter über dem Boden hochgefahren. Der gewählte Frequenzbereich wird sehr viel schneller abgefahren als die Antenne bewegt wird, somit hat man mindestens 20 Durchläufe, bis die Antenne ganz oben ist. Der Empfänger ist auf “Spitzenwert halten” eingestellt, so dass nur jeweils der höchste gemessene Wert auf dem Bildschirm dargestellt wird. Diese Maximalwerte entsprechen dem jeweils höchsten Empfangspegel, und der wiederum besteht aus einer Kombination des direkt in der Sichtlinie empfangenen Signals und reflektierter Signale. Die Messung der theoretischen normalisierten Felddämpfung berücksichtigt Reflexionen vom Boden, Reflexionen von den Dämpfungselementen an Wänden oder der Decke sind nicht einkalkuliert. Außerhalb von Gebäuden hat man diese anderen Reflexionen normalerweise nicht, es sei denn, es befände sich eine reflektierende Fläche im Funkfeld. Umgang mit den Messwerten Die Messkurve in Bild 5 zeigt den Verlauf des maximalen Signalpegels. Weil diese Messung in einem reflexionsarmen Raum stattgefunden hat, finden sich keine Fremdsignale, welche die Messkurve überlagern. Es muss nochmals betont werden, dass die Daten nach den beiden verwendeten Messantennen korrigiert werden müssen, und zwar so genau wie irgend möglich. Ein oder zwei dB Fehler bei den Korrekturfaktoren schlagen in voller Höhe auf die Messwerte durch. Die Messdaten werden als csv- Datei gespeichert und dann wie in Bild 5 dargestellt. Die csv- Datei ermöglicht eine gezielte hf-praxis 4/2013 13

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel