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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV Bild 3: Messung der

EMV Bild 3: Messung der abgestrahlten Leistung ohne Gehäuse Die aktive H-Feld-Sonde Einlötbare HF-RELAIS NEU • Frequenzbereich DC–8 GHz • Impedanz 50 / 75 Ω • Packing SMD / PCB • Teilweise auch für hot-switching Wir liefern Lösungen ... www.telemeter.info Eines der Erfolgsrezepte in der EMV ist es, die Störströme zu beachten. Der gängige Einsatz von Oszilloskopen verleitet zu einem reinen „Spannungsdenken“. Erfolgreiche EMV-Ingenieure denken aber vor allem „in 1/8_Inserat_4c_Layout 1 06.02.17 12:36 Strömen“. Um Störströme berührungsfrei und ohne Auftrennen von Leitungen aufspüren zu können, sind aktive H-Feld-Sonden ein optimales Hilfsmittel. Mit diesen Nahfeldsonden lässt sich die magnetische Feldstärke messen, die im Nahfeld direkt mit den Leitungsströmen verknüpft ist. H-Feld-Sonden sind relativ unempfindlich gegen Störungen von außen (Drittstörer) und zeigen ein starkes Ansteigen des gemessenen Pegels bei der unmittelbaren Annäherung an die Störquelle. Sie erlauben damit sehr gezielt, Störströme innerhalb einer Schaltung zu lokalisieren. In Verbindung mit einem Spektrumanalysator können damit auch frequenzselektiv Störsignalanteile aufgespürt werden, wie beispielsweise die Verteilung der Harmonischen eines Clock-Signals auf einer Leiterplatte. Bewegt man eine H-Feld- Sonde entlang eines Gehäuses oder einer Abschirmung, sind „undichte“ Stellen, wie beispielsweise Schlitze, leicht erkennbar. Es zeigen sich dabei die charakteristischen Merkmale einer Schlitzantenne mit einem Signalpegel-Maximum an den Enden eines Schlitzes (größte Stromdichte). Wie schon erwähnt, sind alle Arten von metallischen Kabeln – dies gilt sogar für Glasfaserkabel mit metallischer Zugsentlastung – mehr oder weniger schlechte Antennen für die Störabstrahlung und auch für die Störeinkopplung. Hält man die H-Feld-Sonde an ein Kabel und analysiert die Signale mit einem Spektrumanalysator, so wird man mit einigem Erstaunen feststellen, dass selbst auf Netzleitungen oder „langsamen“ Datenleitungen, wie beispielsweise Telefonleitungen, verblüffend hohe hochfrequente Pegel festzustellen sind. Mit der H-Feld-Sonde und der logarithmischen Amplitudendarstellung eines Spektrumanalysators (Bild 1) ist einfach festzustellen, ob alle Leitungen etwa gleich stark „verseucht“ sind, oder ob gewisse Leitungen mehr oder weniger Störungen auskoppeln. Damit können gezielt Maßnahmen eingeleitet werden, sodass die EMV im Labor ohne die Verwendung eines geschirmten Raums rasch und einfach verbessert werden kann. Der Hochimpedanz- Tastkopf Mit einem Hochimpedanz- Tastkopf kann gezielt an einem Punkt, beispielsweise an einem IC-Pin, oder an einzelnen Leitungen in einer Schaltung breitbandig gemessen werden, ohne den Messpunkt mit der üblichen Eingangsimpedanz eines Spektrumanalysators von 50 Ohm zu belasten. Die Eingangsimpedanz des Hochimpedanz-Tastkopfes ist praktisch konstant kapazitiv und ohmsch, hier jedoch ab etwa 1 MHz mit der Frequenz beachtlich fallend. Der Hochimpedanz-Tastkopf kann auch an ein Oszilloskop mit 50-Ohm- Eingang angeschlossen werden. Werden beispielsweise die Signal-, Versorgungs- und Masseleitungen auf einem Flachbandkabel zwischen zwei Leiterplatten oder die Leitungen einer meist kritischen „Backplane- Verdrahtung“ gemessen, so ist mithilfe der logarithmischen Darstellung eines Spektrumanalysators rasch festzustellen, welche Leitungen den größten Anteil zur Störabstrahlung beitragen. Es gilt wiederum die Devise, die stärksten Signale als erstes zu unterdrücken. EMV-Maßnahmen (wie beispielsweise Filterungen für einzelne Leitungen) lassen sich damit sehr gezielt an den „höchstbelasteten“ Pins bzw. Leitungsabgängen vornehmen. Das Resultat einer getroffenen Maßnahme ist sehr schnell und einfach zu beurteilen. Dämpfung durch Gehäuse Die praxisorientierte Messung der Dämpfung von Abschirmgehäusen ist eine weitere EMV- Messaufgabe. Dahinter steht die Frage: Was erreicht man damit, einen ganzen Aufbau in ein Abschirmgehäuse zu stecken? Dies ist die Frage eines jeden Geräts, das bei der Abnahme zur CE-Zertifizierung durchgefallen ist. Leider ist diese Frage nicht pauschal zu beantworten, denn nicht jedes metallische Gehäuse gewährleistet die notwendige Schirmung. Kaum ein Entwickler wird aber bis zur nächsten Abnahmemessung warten wollen. Was, wenn es wieder nicht stimmt? Es ist erforderlich, mit einem einfachen Messverfahren den relativen Erfolg beurteilen zu können. Hierzu bietet sich der Einsatz hochempfindlicher E-Feld-Sonden an. Sie sind auch als sehr breitbandige Messantenne verwendbar, wodurch sie zur Klärung der obigen Fragen gut dienen können. Vor der Verwendung der Sonde muss geklärt werden, ob sie ausreichend empfindlich ist. Grundsätzlich sind passive Sonden meist unbrauchbar, da zu unempfindlich. Die für den Praktiker einfachste Lösung zur Klärung dieser Frage ist die Aufnahme eines Breitbandspektrums bis 1 GHz in seinem Labor. Bild 2 zeigt eine solche Aufnahme, die mittels aktiver E-Sonde entstand. Im Bereich bis 50 MHz zeigen sich relativ hohe Pegel von AM- Rundfunksendern. Im Bereich um 100 MHz sind Signale von UKW-Rundfunksendern aus der Umgebung erkennbar. Die stärkste Linie bei 474 MHz stammt von einem Fernsehsender, der exponiert in rund 15 km Entfernung steht. Es folgen bis 800 MHz mehrere Linien von Fernsehsendern aus der Umgebung. Den Abschluss bildet der Bereich knapp über 900 MHz, der zu den örtlichen D-Netz- 36 hf-praxis 4/2017

EMV Stationen gehört. Die Aufnahme zeigt, dass die verwendete Sonde breitbandig und empfindlich ist. Die Aufnahme des Hintergrundspektrums dient allerdings nicht nur der Prüfung der Sondenempfindlichkeit. Sie soll im Falle, dass man die folgenden Messungen nicht in einer Schirmkabine ausführen kann, als Referenz dienen. Auf diese Weise lassen sich die wichtigsten Spektrallinien erkennen, die nicht aus der zu untersuchenden Elektronik stammen. Zur Durchführung der Messung stellt man den Prüfling zunächst ohne Abschirmung in einer Entfernung von mindestens 0,5 m von der Sonde auf. Dann dreht man ihn, bis die Richtung des Abstrahlungsmaximums gefunden ist. In dieser Position wird die zweite Aufnahme erstellt (Bild 3). Es ist erkennbar, dass im Vergleich zum Hintergrundspektrum Störleistungen bis hin zu 1 GHz vorhanden sind. Das Maximum der Störstrahlung liegt im Bereich von 250 bis 350 MHz. Die stärkste Linie ist mit dem Marker gekennzeichnet, der relative Pegel liegt bei -42,8 dBm. Nun folgt die zweite Messung: Hierbei trägt der Prüfling sein Abschirmgehäuse. Er wird zuerst so gedreht, dass erneut das Maximum der Störstrahlung auftritt. Dieses kann in einer anderen Richtung liegen als bei offenem Gerät; Bild 4 zeigt das Resultat. Man erkennt, dass die Abstrahlung im gesamten Frequenzbereich geringer geworden ist. Aus den Pegeldifferenzen aus Bild 2 und 3 lässt sich die Schirmdämpfung für verschiedene Frequenzen ermitteln. Für die markierten Linien entnimmt man -55,9 dBm. Dies ergibt eine Dämpfung von 13,1 dB. Für 800 MHz werden nur 9 dB erreicht. Schirmdämpfungen in dieser Größenordnung scheinen kaum das Blech wert zu sein, aber leider ist ein solches Ergebnis nicht ungewöhnlich. Quelle: Fachartikel „Magie der Spektrumanalyse“, Teil 2, Hameg, leicht gekürzt EMV-Fenster lassen sich elektrisch von transparent auf opak schalten schaltbare Opazität erzeugt werden. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird das Fenster milchig weiß und verhindert das Hindurchschauen. Die Lichtdurchlässigkeit wird dabei im Gegensatz zu Jalousien nicht wesentlich beeinträchtigt. Mögliche Anwendungen liegen überall dort, wo ein Fenster auf Knopfdruck oder per Fernsteuerung intransparent werden soll, z.B. im medizinischen Bereich. Durch Kombination mit weiteren optischen Filtern (Farbfilter, Polarisationsfilter, Privacy Foil bzw. Light Control Film, etc.) ergeben sich vielfältige Möglichkeiten der optischen Gestaltung. Die HF-Abschirmung kann den Kundenanforderungen angepasst werden. Die Umschaltzeit beträgt

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