3-2019

Titelstory Bild 3:

Titelstory Bild 3: Typischer Rauschboden mit Auflösebandbreiten von 120 kHz (violett) und 9 kHz RBW (türkis) TDEMI Ultra ist stets für beide Betriebsarten rückführbar nach ISO 17025 kalibriert. Dynamik und Vergleich zu analogen Empfängern Vor ca. zehn Jahren bestand der Vorteil der klassischen Empfängertechnologie darin, dass die Dynamik - im Vergleich zu den ersten Zeitbereichsmesssystemen - höher war. Inzwischen verfügen moderne Zeitbereichsmesssysteme wie TDEMI X und TDEMI Ultra - bedingt durch neue Bauelemente-Technologien wie leistungsfähigere ADCs und neuartige Eingangsverstärker - über eine höhere Dynamik, verglichen mit konventionellen Empfängern bzw. der Superhet-Technolgie. Dies wird durch hochauflösende ADCs und eine patentierte Numerik bei der Berechnung erreicht. Ein klassischer Empfänger erreicht üblicherweise eine Dynamik für ein Sinussignal von 70 bis 80 dB. Beim TDEMI Ultra wird eine typische Dynamik von 100 dB erreicht. Bei kleineren Auflösebandbreiten, wie z. B. 1 kHz (6 dB Bandbreite) für DO-160-Messungen, beträgt die Dynamik sogar bis zu 110 dB. Exzellenter Rauschboden Die weltweit schnellsten Messempfänger der TDEMI-Ultra- Serie können mit einem zusätzlichen integrierten, rauscharmen Vorverstärker für die Frequenzbereiche 30 MHz bis 6/18/26,5/40 GHz ausgestattet werden. Diese neuartigen Vorverstärker bieten gleichzeitig einen sehr niedrigen Rauschfaktor und einen sehr hohen Dynamikbereich sowie eine auf dem Messgerätemarkt einzigartige HF-Performance. Die Kombination aus einem patentierten Verfahren zur Überwachung der Linearitätsreserve des Vorverstärkers sowie einer Vorselektion ermöglicht Emissionsmessungen auch mit höchsten Anforderungen hinsichtlich Dynamik und Rauschboden schnell und zuverlässig durchzuführen. Da das TDEMI Ultra, ausgestattet mit der Option ULNA-UG, über einen hervorragenden Rauschboden ohne Eigenstörer verfügt (Bild 3), ist es das perfekte Werkzeug für EMV- Messungen gemäß CISPR 25 und OEM-Standards im Automotive-Bereich. Automatisierung der EMV- Emissionsmessung Bei gestrahlten Emissionsmessungen müssen, neben der Messung mit dem Messempfänger, Drehwinkel, Antennenhöhe und Polarisation untersucht werden. Ziel ist es, dabei das Maximum der Emission zu finden und sicherzustellen, dass es unterhalb des Grenzwertes liegt. Da konventionelle Empfänger sehr langsam scannen sind über die Jahre hinweg unterschiedliche Algorithmen entstanden, um die sich so schnell erheblich aufsummierenden Testzeiten zu reduzieren. Im Folgenden werden sowohl die konventionellen Verfahren erläutert und deren Nachteile erklärt als auch die Möglichkeiten der neuen Technologie, welche diese Nachteile beseitigen, vorgestellt und erläutert. Nachteile der konventionellen Verfahren für feldgebundene Emissionsmessungen Werden bei der Emissionsmessung klassische Messempfänger eingesetzt, ist eine Vormessung zulässig; anschließend sind an einzelnen Frequenzpunkten die Maxima zu suchen und final zu messen. Allerdings setzt dieses Verfahren voraus, dass der Störer bei der Vormessung in seiner Emission so stabil ist, dass das gemessene Spektrum repräsentativ ist. Eine weitere Annahme besteht darin, dass die Nachmessung mit dem Quasipeak-Detektor ebenfalls an den Maxima erfolgt bzw. die mit Peak gemessenen Maxima den Maxima der Quasipeak-Messung exakt entsprechen. Des Weiteren wird zur Reduktion der Messzeit oft nur eine Messung in 90°-Schritten unterhalb 1 GHz durchgeführt. Oft wird zur Reduktion der Messzeit außerdem ein FFT-basierender TD-Scan vorgenommen, welcher zwar die Messung für die Peak-Vormessung beschleunigt, die Grundproblematik der unterschiedlichen Maxima zwischen Peak- und Quasipeak-Messkurve – die geringe Winkelauflösung sowie eine zu geringe Beobachtungszeit für viele Prüflinge – jedoch nicht überwindet. Der Grundgedanke von CISPR ist, sicherzustellen, dass ein Prüfling in alle Richtungen an allen Frequenzpunkten mit dem finalen Detektor (z.B. Quasipeak) die Grenzwerte einhält. Dieser Sachverhalt wird vereinzelt dahingehend missverstanden, dass eine Vormessung, bei welcher nicht die korrekten Maxima erfasst wurden, und die Nachmessung somit an den falschen Frequenzpunkten stattfindet zur Konformität des Prüflings führen würde, obwohl der Quasipeak-Grenzwert an anderen Frequenzpunkten möglicherweise überschritten ist. Eine weitere Fehlinterpretation besteht darin, dass für die Peak- Vormessung ein Empfänger benutzt werden darf, welcher nicht die CISPR 16-1-1 einhalten muss. Dies kann dazu führen, dass breitbandige Signale nicht korrekt gemessen und daher unzulässigerweise nicht berücksichtigt werden. Bei genauerer Betrachtung der Norm CISPR 16-2-3 stellt man fest, dass auch bei der Vormessung ein CISPR-16-1-1-konformer Messempfänger eingesetzt werden muss und dass Vormessung und Nachmessung nur zulässig sind, wenn die maximale Emission mit dem finalen Detektor (z.B. Quasipeak) tatsächlich unter dem Grenzwert liegt. Feldgebundene Emissionsmessungen mit hoher Echtzeitbandbreite mittels EMI64k CISPR-konforme Messverfahren mit hoher Echtzeitbandbreite haben den Vorteil, dass kein Kompromiss aus Geschwindigkeit und Genauigkeit gefunden werden muss, sondern dass somit hochpräzise Messungen in Echtzeit möglich sind. Im Folgenden wird erläutert, wie diese Messungen in FAR, SAC automatisiert erfolgen können. Auch auf der Open Area Test Site bieten die Echtzeitverfahren neue Möglichkeiten und können die Messung vereinfachen. 26 hf-praxis 3/2019

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 5 min 10 x 5 min total - 95 min 61 min Tabelle 1: Typische Messzeiten für Superhetempfänger mit Automatisierung Fully Anechoic Room (FAR) Parameter TDEMI Ultra, EMI64k (64-Bit-Software) Messzeit ca. (Receiver Mode) Messzeit ca. (Echtzeitmodus) finale Messung horizontal 2° Auflösung 9 min 2 x 1 min finale Messung vertikal 2° Auflösung 9 min 2 x 1 min total - 18 min 4 min Tabelle 2: Typische Messzeiten für TDEMI Ultra und EMI64k-Automatisierung, Receiver-Modus vs. Echtzeitmodus Fully Anechoic Room (FAR) Emissionsmessungen in der FAR mittels EMI64k Die Emissionsmessung in einem Fully Anechoic Room (FAR) bietet den Vorteil, dass kein Höhenscan durchgeführt werden muss. Dadurch genügt es, die Emissionen des Prüflings vertikal und horizontal zu charakterisieren und anschließend mit den Grenzwertlinien zu vergleichen. Der Einsatz von EMV- Zeitbereichsmesssystemen mit einer Echtzeitbandbreite von größer als 600 MHz im Zusammenspiel mit einem FAR wird z. B. in [10] gezeigt. Die Emissionsmessung beispielsweise mit 685 MHz Echtzeitbandbreite erfolgt derart, dass zunächst im Bereich 30 bis 685 MHz gemessen wird. Der Drehtisch wird hierzu kontinuierlich von 0° bis 360° gedreht, gleichzeitig der Quasipeakwert auf allen Frequenzen gemessen und gespeichert. Diese Werte, welche über Zeitstempel verfügen, können lückenlos einem Winkel zugeordnet werden. Eine sinnvolle Auslesegeschwindigkeit des Quasipeak-Detektors liegt bei 200 ms, wobei darauf zu achten ist, dass dieser zunächst 1 s eingeschwungen ist. In einem weiteren Schritt wird die Emission im Bereich 685 MHz bis 1 GHz derart gemessen, dass der Dreh- Fachbücher für die Praxis Digitale Oszilloskope Der Weg zum professionellen Messen Joachim Müller Format 21 x 28 cm, Broschur, 388 Seiten, ISBN 978-3-88976-168-2 beam-Verlag 2017, 47,90 € Ein Blick in den Inhalt zeigt, in welcher Breite das Thema behandelt wird: • Verbindung zum Messobjekt über passive und aktive Messköpfe • Das Vertikalsystem – Frontend und Analog- Digital-Converter • Das Horizontalsystem – Sampling und Akquisition • Trigger-System • Frequenzanalyse-Funktion – FFT • Praxis-Demonstationen: Untersuchung von Taktsignalen, Demonstration Aliasing, Einfluss der Tastkopfimpedanz • Einstellungen der Dezimation, Rekonstruktion, Interpolation • Die „Sünden“ beim Masseanschluss • EMV-Messung an einem Schaltnetzteil • Messung der Kanalleistung Weitere Themen für die praktischen Anwendungs-Demos sind u.a.: Abgleich passiver Tastköpfe, Demonstration der Blindzeit, Demonstration FFT, Ratgeber Spektrumdarstellung, Dezimation, Interpolation, Samplerate, Ratgeber: Gekonnt triggern. Im Anhang des Werks findet sich eine umfassende Zusammenstellung der verwendeten Formeln und Diagramme. Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de