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EF 2018/2019

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Einkaufsführer HF-Technik 2018/2019

Messtechnik Bild 8:

Messtechnik Bild 8: Beispielhafter Verlauf eines Multitone-Tests Pegeleinstellungen Die Mehrton-Methode kann bei jedem Standard angewendet werden, der eine Substitutionsmethode für die Pegeleinstellung benutzt. Für gestrahlte Immunitätsprüfungen werden isotrope Feldsonden verwendet, um den Pegel einzustellen; diese Sonden sind nicht frequenzselektiv und können daher keine Mehrfachsignale in einzelne Töne zerlegen und messen. Daher kann die zur Pegelmessung benötigte Einstellzeit nicht durch Verwendung eines Mehrtonprozesses verkürzt werden. Die Pegeleinstellung muss daher traditionell mit einzelnen Tönen erfolgen. Um Mehrton-Signale benutzen zu können, muss eine sekundäre Prozedur zur Pegeleinstellung unter Verwendung eines frequenzselektiven Leistungsmessers, beispielsweise mit einem VNA durchgeführt werden. Diese Sekundärprozedur ermittelt aus der Leistung einer einzelnen Frequenz die Anzahl der Signale, die in einen Test kombiniert werden können, oh-ne den Verstärker zu sättigen und starke Verzerrungen zu erzeugen. Messungen der Linearität und der harmonischen Anteile des Signals werden auch als Teil des Einstellungsprozesses benötigt. Diese Messung sollte solange an allen Signalen innerhalb eines Testsets durchgeführt werden, bis die Gesamtheit des Sets - beim Hinzufügen eines weiteren Tones - entweder die Linearitäts- oder Harmonischen-Prüfung nicht mehr besteht. Das Ergebnis ist die maximale Anzahl von Signalen, die als Set zusammen benutzt werden können. Ablauf der Prüfung Sobald erst einmal bestimmt ist, wie viele Töne in welchen Gruppen benutzt werden können, lassen sich die weiteren Tests mit sehr hoher Geschwindigkeit durchführen. Während jeder Verweilzeit wird der Prüfling einem Set von Tönen ausgesetzt. Wenn keine Störung am Prüfling auftritt, wird der Test jeweils fortgesetzt, andernfalls besteht die Option, gleich mit einem einzelnen Ton nachzuprüfen ob die Störung auch vorliegt, wenn nur eine Testfrequenz verwendet wird, oder mit dem Mehrton-Test fortzufahren und zu registrieren, wo Störungen auftreten. Im zweiten Fall würden die fehlerhaften Frequenzbereiche, nach Beendigung des Tests, nochmals mit einem einzelnen Ton gescannt, um zu sehen, ob die Störung eindeutig nur bei der Mehrton-Prüfung oder auch bei einer Einzelfrequenz auftritt. Die grafische Darstellung in Bild 8 verdeutlicht dieses Prüfungskonzept visuell. Es ist zu beachten, dass der Test schnell von der tiefsten Frequenz bis zu einem Punkt abläuft, an dem eine Störung gefunden wird. An diesem Punkt wird die Mehrton-Prüfung ausgesetzt, und die Prüfung an diesem Punkt mit einem einzelnen Ton wiederholt. In diesem hypothetischen Szenario ist zu sehen, dass der Prüfling die Prüfung mit einem Ton bestand, und die Mehrton- Prüfung wieder aufgenommen werden konnte, wobei im restlichen Frequenzbereich keine Störungen mehr auftraten. Konformität mit EMV Standards Die Konformitätskriterien der EMV-Standards werden bei Multitone-Prüfung eingehalten, wenn während des Tests folgende Bedingungen erfüllt werden: • Jeder einzelner Ton hat die richtige Amplitude für die Erzeugung des benötigten Felds, • Frequenz jedes Tones entspricht der Anforderung, • der anteilige Frequenzschritt zwischen den einzelnen Tönen entspricht der Anforderung, • jeder Ton ist gemäß Standard moduliert, • Verweildauer für jede Frequenz / jeden Träger entspricht der Anforderung. Damit besteht tatsächlich die Möglichkeit zum Prüfen unter Einhaltung der Vorschriften bei gleichzeitiger erheblicher Verringerung der Prüfzeit. Zusammenfassung und Ausblick Der Multitone-Test ist eine Methode, die konzipiert wurde, um die Testzeit durch bessere Nutzung der erforderlichen Verweilzeit zu verringern. Bei diesem Verfahren wird für jede Prüfdauer bzw. Verweilzeit zusätzliche Prüffrequenzen hinzugefügt, sodass die Testzeit effektiv um einen Faktor verkürzt wird, der in etwa der Anzahl der verwendeten Frequenzen entspricht. Insgesamt ermöglicht dieses Verfahren gleichzeitig sowohl eine Produktverbesserung als auch kürzere Time-to-Market für neue Produkte. Ein anderer Nutzen und eine der zukünftigen Anwendungen dieser Technik wird die Imitation realer Bedingungen sein, die ihrem Wesen nach „mehrtönig“ sind. In realen Anwendungen sind Prüflinge mehr als jeweils einer Frequenz ausgesetzt. Die digitale Hardware (VSG, VSA), die zur Implementierung der Multitone- Methode verwendet wird, ist nur durch ihren nutzbaren Frequenzbereich und Signal-Bandbreite begrenzt. Die gleiche Hardware könnte auch eingesetzt werden, um komplexe Modulationsstrukturen zu erzeugen oder auch Rauschen für die Breitbandprüfung. Die Mehrton-Prüfmethode kann auch an andere Immunitäts-Test Standards adaptiert werden, was zu ähnlichen Zeiteinsparungen und verbesserter Effizienz führt. Literatur [1] Multi-Tone: Testing, Theory and Practice, AR RF/Microwave Instrumentation, Application Note #71 [2] Benefits of Multi-Tone lmmunity Testing, AR RF/ Microwave Instrumentation, White paper, George Barth, Sept 2014 [3] The ABC Arbitrary Waveform Generator, Agilent Technologies Inc, Application Note 5989-4138EN, 2006 [4] Understanding the Differences between RF Vector and CW Signal Generation, National Instrument, Application Note 4455-en, Oct 06, 2009 [5] Measurement of Harmonics using Spectrum Analyzer, Rohde & Schwarz, Application Note Feb 2012 - 1EF78-1E, Dr Florian Ramian [6] Two-tone and Multitone Personalities for the E8267C PSG Vector Signal Generator, Agilent Technologies, Application Note 5988- 7689EN, Feb 6, 2003 [7] Creating Custom Multi tone with Agilent U8903A Audio Analyzer, Agilent Technologies Inc, Application Note 5991- 2396EN, May 16, 2013 [8] High Power Amplifier in Multi-tone Environment, Mini- Circuits, Application Note AN-60-037, 4/14/15 24 HF-Einkaufsführer 2018/2019

Messtechnik Moderne Messempfänger für voll CISPRnormkonforme EMV-Messungen in Echtzeit Bild 1: Blockschaltbild eines EMV-Zeitbereichsmesssystem TDEMI X Arnd Frech, Stephan Braun, GAUSS INSTRUMENTS, München Einleitung Durch die immer weiter fortschreitende Digitalisierung unseres Alltags, Vernetzung unserer Umgebung sowie der Einsatz von immer mehr elektronischen Assistenzsystemen in allen Bereichen unseres täglichen Lebens, wird die Dichte der uns umgebenden elektronischen Systeme und Komponenten immer höher. Gleichzeitig werden immer mehr Teilsysteme oder Komponenten zusammen integriert und zu immer komplexeren Produkten oder Gesamtsystemen mit meist deutlich erhöhtem Funktionsumfang kombiniert. Entsprechend zeitaufwendig und komplex kann eine Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (kurz: EMV) bzw. die Einhaltung der in den CISPR-Produktstandards bzw. in den auf diesen basierenden Standards vorgegebenen Grenzwerte werden. So muss sichergestellt werden, dass der Worst Case der Emissionen des zu prüfenden Systems oder Komponente erfasst und auf Einhaltung geprüft wird. Dies kann bei komplexen Prüflingen mit vielen unterschiedlichen Betriebsarten, schnell oder gar ständig wechselnden Lasten oder auch intermittierendem Emissionsverhalten eine Herausforderung darstellen und den Aufwand für eine EMV-Prüfung mit klassischen altherkömmlichen Verfahren drastisch erhöhen bis nahezu unmöglich machen. Eine Alternative hierzu bieten moderne Messempfänger, welche digitale Signalverarbeitung in Echtzeit durchführen. Sie nutzen alle Vorteile heutiger EMV-Zeitbereichsmesssysteme und können damit eine Echtzeitbandbreite von bis zu 645 MHz realisieren. Setzt man hier sehr leistungsfähige, hochauflösende Gigasample-ADCs für deren Hardware ein, so kann man eine extrem hohe Dynamik erreichen. Nachdem bei solch modernen Messempfängern gleichzeitig eine sehr hohe Rechenleistung zur Verfügung steht, können mit diesen viele tausend Frequenzpunkte gleichzeitig erfasst und gemessen und die EMV-Messungen um mehrere Größenordnungen beschleunigt werden. Auch eine vollständige Charakterisierung des Prüflings in Echtzeit mit dem üblicherweise sehr zeitaufwendigen Quasi-Peak- Detektor ist erstmalig möglich, so dass eine vollständige Bewertung des Prüflings mit dem QP- Detektor vorliegt. Die generellen technischen Anforderungen an ein Messgerät zur Messung von Störemissionen sind in der Norm CISPR 16-1-1 vorgegeben. Seit der im Jahr 2010 offiziell erschienen Edition der CISPR 16-1-1, wird darin auch explizit das sogenannte „FFT-based measuring instrument“ definiert und beschrieben. Dabei handelt es sich um ein EMV-Zeitbereichsmesssystem, das im Gegensatz zum klassischen Messempfänger eine Vielzahl von Frequenzpunkten gleichzeitig auswertet und dabei alle Anforderungen der CISPR 16-1-1 Norm vollständig einhält. Auch wird in der CISPR 16-2-3 explizit auf den Vorteil eines Einsatzes solcher Messgeräte und eine entsprechend direkte Messung bzw. Maximierung hingewiesen. Am Beispiel des Messsystems TDEMI X sieht man, dass es heute möglich ist, eine sehr große Echtzeitbandbreite von über 645 MHz in Echtzeit an allen Frequenzpunkten mit Quasipeak zu messen. Die große Dynamik von sehr hochperformanten Analog/Digital Wandlern (kurz: ADC) sowie der Einsatz mehrerer solcher ADCs, kombiniert mit einer ausgeklügelten intelligenten Vorselektion erlauben es, eine Dynamik zu erreichen, welche die von analogen Empfängern mittlerweile sogar übertrifft. Mit dem Messempfänger TDEMI X können somit leitungsgeführte Messungen HF-Einkaufsführer 2018/2019 25

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