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3-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV Messtechnik Für den

EMV Messtechnik Für den Einsatz zur Vormessung sowie für eine finale vollständig normkonforme Messung ist ein „FFT-based measuring Instrument“ erforderlich, welches keine Unterschiede zwischen klassischen Frequenzschrittverfahren im Superheterodyn- Modus und dem FFT-Modus zeigt. Das TDEMI ULTRA wurde so entwickelt, dass beide Pfade mathematisch mit gleichen Filterkoeffizienten arbeiten. Weitere Maßnahmen stellen sicher, dass keine Unterschiede beider Betriebsarten hinsichtlich Anzeigepegel existieren. Hierdurch wird sichergestellt, dass stets die Anforderung einer mathematischen Äquivalenz, welche gemäß CISPR 16-3 gefordert wird, eingehalten ist. Nur bei Messgeräten, welche eine exakte Identität der Ergebnisse zwischen FFT-basierenden Modus und Superheterodyn-Modus bereitstellen ist gewährleistet, dass der FFT-basierende Modus ebenfalls durch die Kalibrierung vollkommen abgedeckt ist. Das TDEMI ULTRA ist stets für beide Betriebsarten rückführbar nach ISO 17025 kalibriert. 2.3 Dynamik und Vergleich zu analogen Empfängern Bild 2: Mehrkanalmessempfänger: Frequenzumsetzer, Filterbank, Dezimation und Detektor 2. Das CISPRkonforme FFT-based measuring Instrument in Echtzeit In den letzten Jahren gab es technologische Entwicklungen bei denen zunächst die Echtzeitbandbreite von 162,5 MHz auf 345 MHz und schließlich auf 645 MHz erhöht wurde [1]. Neben den mittlerweile weit verbreiteten sehr schnellen vollständig normkonformen Emissionsmessungen mit hoher Echtzeitbandbreite, wurden teilweise immer noch Emissionsmessungen im klassischen Frequenzschrittverfahren durchgeführt. Diese Messungen sind nach wie vor äußerst zeitaufwendig. Das neue TDEMI ULTRA führt nun beide Welten zusammen und vereint die Vorteile beider technologischer Ansätze. Dabei wurde sehr hoher Wert darauf gelegt, dass auch das klassische Frequenzschrittverfahren im Vergleich zum Stand der Technik nun erstmals deutlich beschleunigt wird. Durch die Verwendung höchstperformanter Mikrowellenkomponenten unter Nutzung der neuesten Technologien wie Galliumnitrid, extrem schnellen PLL-Schaltkreisen sowie hochperformanten FPGAs mit interner Pipelinestruktur setzt das TDEMI ULTRA neue Maßstäbe hinsichtlich Dynamik, Messgeschwindigkeit und auch Rauschboden. 2.1 Messgeschwindigkeit und normkonforme Echtzeitmessung Durch die Kombination von Kurzzeit-FFT und digitalem Superheterodynmodus kann nun gleichzeitig, über ein ganzes Band von 685 MHz, an allen Frequenzpunkten die Messung mit Quasi-Peak und CISPR-Average Detektoren durchgeführt werden. Technisch wird dies durch eine hochgradige Parallelisierung erreicht. Die Kurzzeit- FFT ist hierbei einer der mathematischen Bausteine, welcher es ermöglicht, Berechnungen auf effiziente Weise durchzuführen und Symmetrieeigenschaften auszunutzen. Die gemäß CISPR 16-1-1 erforderlichen Detektoren müssen an allen Frequenzpunkten vollständig parallel realisiert werden, was zu sehr hohen Anforderungen an die Rechenleistung führt. Ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Kombination von Kurzzeit-FFT und Mehrkanalempfänger ist in Bild 2 dargestellt. Das TDEMI enthält eine Vielzahl solcher Funktionsblöcke. Auch ein Echtzeitspektrumanalysator ist im TDEMI ULTRA bereits standardmäßig integriert, welcher an bis zu 64.000 Frequenzpunkten gleichzeitig eine Messung gemäß der Zero-Span Messung eines herkömmlichen Spektrumanalysators an einem einzigen Frequenzpunkt durchführen kann. Der Echtzeitspektrumanalysator des TDEMI vereint damit auf einzigartige Weise die Vorteile der Zero- Span Funktion mit der Möglichkeit, diese an bis zu 64000 Frequenzen gleichzeitig durchführen zu können. 2.2 Messunsicherheit und Vergleich zum Superheterodyn-Modus Vor ca. 10 Jahren bestand der Vorteil der klassischen Empfängertechnologie noch darin, dass die Dynamik im Vergleich zu den ersten EMV-Zeitbereichsmesssystemen höher war. Allerdings wurden durch neue Bauelementetechnologien, wie z. B. leistungsfähigere ADCs und neuartigen Eingangsverstärkern, nochmals signifikante Verbesserungen erzielt. Somit verfügen heutige moderne Zeitbereichsmesssysteme, wie TDEMI X und TDEMI ULTRA, sogar über eine höhere Dynamik im Vergleich zu konventionellen Empfängern bzw. der Superheterodyn-Technologie. Dies wird durch die Verwendung hochauflösender ADCs sowie durch eine patentierte Numerik bei der Berechnung erreicht. Ein klassischer Empfänger erreicht typischerweise eine Dynamik für ein Sinussignal von 70-80 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. 2.4 Energieverbrauch und Gewicht Klassische High-Performance Messempfänger mit 30 MHz Echtzeitbandbreite haben typischer weise ein Gewicht von mehr als 20 kg und eine Leistungsaufnahme von ca. 300 Watt. 14 hf-praxis 3/2020

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