2008 MESSE SPEZIAL · 2015-10-29 · EMV - 2008 3 EMV-MESSE 2008

Eine Sonderausgabe der Fachmagazine elektronik industrie und AUTOMOBIL ELEKTRONIK

www.automobil-elektronik.dewww.elektronik-industrie.de 2008

EMV 2008 DÜSSELDORF

AUTOMOBILELEKTRONIK

MESSESPEZIAL

EMV_Titel_neu6.qxd 28.01.2008 10:44 Uhr Seite 1

APPLIKATIONEN IM INTERNET

2 EMV - 2008

˙

TECHNIKSZENE

Applikation: EMV-Test

Warum die Hälfte aller Produkte beim ersten Mal den EMV-Test nicht besteht

Ein hoher Prozentsatz von Elektronikprodukten erfüllt beim erstenTest nicht die EMV-Zielanforderungen. In diesem Artikel befasstsich Roland Gubisch von Intertek auf 14 Seiten in Deutsch miteinigen Ursachen für die Durchfallraten beim EMV-Test und damit,was Entwickler und Hersteller tun können, um die Erfolgsrate zu

verbessern und da-durch schnellerenMarktzugang zu er-halten.

infoDIRECT www.elektronik-industrie.de 400EMV0108

˘ Intertek

˘

˙

TECHNIKSZENE

Applikation: Filtersteckverbinder

Was zu beachten ist!

Jörg Kühle, Leiter Entwicklung bei Conec, gibt auf vier Seiten inDeutsch einen aktuellen Überblick über Technik, Trends und Ein-satzbedingungen von Steckverbindern mit integrierter Filtertech-nologie.


˘ Conec

˘

˙

TECHNIKSZENE

Applikation: SMD-Pi-Filter

Wie man die gleiche Filterwirkung wie mit bedrahteten Pi-Fil-tern erzielt

Obwohl SMD-Pi-Filter Vorteile bieten wie die einfache Montage, dergeringere Platzbedarf und die geringeren Kosten, erreichen sie ty-pischer Weise nicht die guten Werte für die Einfügungsdämpfungwie die bedrahte-ten Typen. Dassman diesen Nach-teil durch einfacheÄnderungen desLeiterplattenlay-outs überwindenkann, zeigt Syferauf zwei Seiten inEnglisch.


˘ Syfer

˘

˙

TECHNIKSZENE

Applikation: EMV

Vieles Nützliches und Problemlösungen zu Abschirmung und mehr

Eine kompakte Ein-führung und Hilfestellungzu dem oft komplexenThema EMV bietet Infra-tron kostenlos zum Do-wnload an. Grundsätzli-che Informationen zumThema HF-Abschirmung,Tabellen zu dB-Umrech-nung, IP-Klassen und galvanischer Verträglichkeit, eine Übersicht übermögliche Problemlösungen, sowie 17 handfeste Tipps aus der täg-lichen Praxis des Infratron-Beratungs-Teams sind auf 16 Seiten inDeutsch zusammen gefasst. Sie bieten dem Entwickler und Kon-strukteur Rat und Hilfestellung bei den meisten in der Praxis auf-tretenden Problemen.


˘ Infratron

˘

Dieser Online-Service der elektronik in-dustrie zeigt den Weg zu interessantenApplikationsschriften, die vor allem von

Halbleiterherstellern angeboten werden.Wir drucken hier eine Zusammenfassung,die komplette Applikationsschrift können

Sie direkt über die jeweilige infoDIRECT-Adresse abrufen von www.elektronik-industrie.de

Beachten Sie auch unseren Application-Guide: www.elektronik-industrie.de/ag/

Webappl 28.01.2008 11:08 Uhr Seite 2

EMV - 2008 3

EMV-MESSE 2008 < EDITORIAL

Die neue EMV-Richtlinie und ihre Umsetzung in nationales Rechtwar das Thema der letzten EMV 2007 in Stuttgart. Die Gründe füreine Überarbeitung der EMV-Richtlinie von 1989 waren eine wei-tere Deregulierung des Marktes, die Einführung einheitlicher Kon-formitätsbewertungsverfahren, die Festlegung eindeutiger Be-griffsbestimmungen und die Umsetzung der marktüblichenVorgehensweise.

Was brachte nun die neue Richtlinie 2004/108/EG, die alle die-se Punkte beinhaltet und die zum 20. Juli 2007 in nationalesRecht umgesetzt wurde? So gut wie nichts ist neu!

Eigentlich wird durch die Richtlinie nur die gängige Praxisfestgeschrieben. Da sind sich die Bundesnetzagentur, die Bera-tungsfirmen und die Testhäuser einig!

Der Bedarf an einer unterschiedlichen Regelung für Geräte undortsfeste Anlagen wird nun erfüllt. Geräte können an jedem Ortder EU in Verkehr gebracht werden und in Betrieb genommen wer-den, wenn sie der Richtlinie entsprechen. Deshalb ist es Aufgabedes Herstellers, eine Konformitätsbewertung seines Produktesvorzunehmen. Und hier verbirgt sich das möglicherweise doch Neue.Die Bewertung kann einmal beim Hersteller unter vollständigerAnwendung der harmonisierten Normen erfolgen. Oder sie kannauch unter nicht vollständiger Anwendung der Normen erfolgenund der Hersteller muss in eigener Verantwortung feststellen,dass sein Gerät trotz Nichteinhaltung der Norm den Schutzan-forderungen entspricht. Hierzu muss er eine detaillierte und um-fangreiche technische Dokumentation erstellen. Diese fällt natür-lich sehr individuell aus, und die Bundesnetzagentur steht vordem Dilemma, mit wesentlich höherem Aufwand die schwarzenSchafe zu ermitteln, die es immer schon gab.

Genug Gesprächsstoff für die EMV 2008 in Düsseldorf. WennZeit dafür bleibt – kann man doch 28 Sessions mit 92 Fachvorträgen,zahlreiche Plenarveranstaltungen, 12 Tutorials und acht Works-hops in Englisch besuchen.

Die Gewinner des Best Paper Awards der EMV 2008 stehen fest(siehe Aktuelles in dieser Ausgabe) und dürfen sich neben der Prä-sentation ihres Beitrages auf dem EMV 2008 Kongress und der Ver-öffentlichung im Tagungsband über ein Preisgeld sowie einen Eh-renpreis freuen. Die Laudatio, gehalten vom KomiteevorsitzendenProf. Dr.-Ing. Karl-Heinz Gonschorek, Technische Universität Dres-den, und die Preisverleihung finden im Rahmen der Eröffnungs-veranstaltung des EMV 2008 Kongresses am 19. Februar 2008 von13.00 – 15.00 Uhr statt. Hierzu lade ich Sie herzlich ein, ebensozu einer Podiumsdiskussion zum Thema „EMV im Automobil“ amMittwoch 20.2.08 um 10 Uhr in der CCD-Stadthalle auf der Messe.

Besuchen Sie uns außerdem auf der EMV 2008, CCD StadthalleStand 320.

Siegfried W. BestChefredakteur elektronik industrie

Richtlinie2004/108/EG

seit 20. Juli 2007umgesetzt

Dipl.-Ing. Siegfried W. BestChefredakteur

Gewinner des Best Paper Awards

stehen fest

Schreiben Sie uns Ihre Meinung: [email protected]

Auf nach Düsseldorf!

EMV-Know-how kompakt

˘

SPEZIAL: EMV-MESSE

INHALTAKTUELL/NEUE PRODUKTE3 Editorial: EMV-Know-how kompakt

4, 5, 9, 16 Neue Produkte

5 Gewinnspiel: Labortag im EMV Testhaus

FACHARTIKEL2 Applikationen im Internet:

EMV-TestFiltersteckverbinderSMD-Pi-FilterEMV

6 TITELSTORY: HF-Signale optimal schaltenModulare Schalt- und Steuerplattformfür EMV- und HF-Testsysteme

10 EMV-Prüfungen und Aufspüren von StörernMit neuer Technologie und Strategie

14 Surge-Prüfungen an Daten- und Steuer-leistungenFlexible Koppel- und Entkoppelnetze

17 High-Power-KombinationsverstärkerBreitbandig, linear und zuverlässig

18 Auch die EMV muss stimmenSolarinverter

20 EMV-Pre-Compliance-MessungenEntwicklungsbegleitende EMV-Messtechnik

24 Die FCC Zulassung in den USABeispiel Mobile Phones

26 Effektive Schirmungs- und MassungskonzepteEMI-Absorberfolie, Erdungsschellen undMassebänder

SERVICE3 Firmenverzeichnis

5 Impressum

C CONEC GmbH, Lippstadt 2. USCPI Communications & Power Industries International Inc., Ismaning 16

D Digi-Key, USA-Thief River Falls 2. USE EMCC DR. Rasek, Ebermannstadt 4

EMCCons DR. RASEK, Ebermannstadt 7Emco Elektronik GmbH, Planegg 7, 10EMV Testhaus GmbH, Straubing 5

F Frankonia EMV, Forchheim 9H Haefely, CH-Basel 14

HAMEG GmbH, Mainhausen 20I Infratron , München 2. US, 11, 16

Intertek Testing Services GMBH, Hamburg 2. USK Kriwan, Forchtenberg 19M Mesago Messe Frankfurt GmbH, Stuttgart 4

MTS Systemtechnik, Mertingen 9Otti Technik-Kolleg, Regensburg 5

P Phoenix Testlab GmbH, Blomberg 4, 24R REO INDUCTIVE, Solingen 16

Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, München 6ROM-ELEKTRONIK GmbH, Deisenhausen 13

S Schurter GmbH, Luzern 9SPITZENBERGER+SPIES GmbH&Co.KG, Viechtach 13, 18Syfer Technology Limited, GB-Norwich 2. US

T Tactron Elektronik GmbH, Martinsried 17Tektronix GmbH, Köln 9TTI Inc., GB-Hampshire 16VDE-Verlag GmbH, Berlin 5

W Würth Elektronik, Waldenburg 11, 26

FirmenverzeichnisRedaktion / Anzeige

Editorial_Inhalt 28.01.2008 11:09 Uhr Seite 3

AKTUELL > MÄRKTE - TECHNOLOGIEN

4 EMV - 2008


˘ Direktlink zu EMCC Dr. Rasek

˘

EMCC Dr. Rasek hat die Anforde-

rungen des AEMCLAPs (Automo-

tive ElectroMagnetic Compatibi-

lity Laboratory Accreditation/

Recognition Program) erfüllt, das

Audit durch das

US-Institut A2LA

für eine zusätzliche

AEMCLAP-Akkredi-

tierung absolviert

und ist nun das ers-

te von A2LA nach

AEMCLAP-akkredi-

tierte EMV-Prüfla-

bor in Deutschland

und ganz Europa.

Damit kann die Fir-

ma seinen Kunden

AEMCLAP-gemäße

EMV-Prüfberichte

vorlegen – einer für alle, zusätz-

lich zu den bisherigen hersteller-

spezifischen Forderungen von

Alfa Romeo, BMW etc. bis Volvo

und VW.

Erstes in Europa

Nach AEMCLAP akkreditiertes Labor


˘ Direktlink zu EMV Testhaus

˘

Seit 1992 prüft EMV Testhaus in

Straubing als eines der ersten pri-

vaten Prüflabore im europäischen

Raum die elektromagnetische Ver-

träglichkeit von Elektrogeräten

aller Art. Besonders in den letzten

Jahren hat sich aber das Angebot

der Firma wesentlich erweitert.

EMV Testhaus zertifiziert Produkte

für jedes Land weltweit und si-

chert so die Einreise in jede eu-

ropäische Nation (CE), in die

USA (FCC) und nach

Kanada, gen Osten

beispielsweise nach

China (CCC) oder Ja-

pan (VCCI) und – für

viele Kunden sehr

wichtig – auch nach

Russland (GOST).

Auch ist es möglich Prüfsiegel wie

den Blauen Engel und das GS-Zei-

chen zu erhalten.

Edgar Riesinger von der EMV-

Testhaus GmbH stellt in seinem

Artikel das zum Beispiel um

Thermografieuntersuchung und

Umweltsimulationsprüfungen er-

weiterte Dienstleistungsspektrum

des Unternehmens vor. Der Arti-

kel kann über unseren infoDIRECT-

Service abgerufen werden.

Mehr als „nur“ EMV

Erweitertes Dienstleistungsspektrum

Die Gewinner des Best Paper

Awards der EMV 2008, Fach-

messe und Kongress für Elek-

tromagnetische Verträglichkeit

(19. – 21. Februar 2008, Düssel-

dorf), stehen fest. Drei Kon-

gressbeiträge werden ausge-

zeichnet. Die Juroren des

Kongress-Sekretariates trafen

ihre Wahl aus rund 100 qualita-

tiv hochwertigen Beiträgen. Aus-

schlaggebend waren die Krite-

rien Neuigkeitsgehalt, Aktualität

und Beitrag zum Fortschritt des

EMV-Wissens.

Die gleichrangigen EMV Best

Paper Awards gehen an folgen-

de Beiträge:

Neue Formulierung vonPEEC-Methode mit dyadi-

schen Greenschen Funktio-nen für die Simulation vonVerbindungsstrukturen in geschichteten Medien˘ Dr.-Ing. Sergey Kochetov,

Otto-von-Guericke-Universi-

tät Magdeburg

˘ Prof. Marco Leone, Otto-von-

Guericke-Universität Mag-

deburg

˘ Prof. Günther Wollenberg,

Otto-von-Guericke-Universi-

tät Magdeburg

Eine erweiterte Hybridme-thode aus Momentenmetho-de, Multipoltechnik und Beu-gungstheorie˘ Dipl.-Ing. Stefan Balling, In-

noventis GmbH

˘ Dr.-Ing. Dirk Plettemeier,

Technische Universität

Dresden

˘ Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Gon-

schorek, Technische Univer-

sität Dresden

Netzwerkmodell für dieStrahlungsanalyse vonhorizontalen Leiterplatten-Submodellen˘ Prof. Marco Leone, Otto-von-

Guericke-Universität Mag-

deburg

˘ Martin Valek, PM Siemens

VDO Automotive

Die Gewinner dürfen sich ne-

ben der Präsentation ihres

Beitrages auf

dem EMV 2008

Kongress und

der Veröffent-

lichung im Ta-

g u n g s b a n d

über ein Preis-

geld sowie einen Ehrenpreis

freuen. Die Laudatio, gehalten

vom Komiteevorsitzenden Prof.

Dr.-Ing. Karl-Heinz Gonschorek,

Technische Universität Dresden,

und die Preisverleihung finden

im Rahmen der Eröffnungsver-

anstaltung des EMV 2008 Kon-

gresses am 19. Februar 2008 von

13.00 – 15.00 Uhr statt.

Gewinner des Best Paper Awards der EMV 2008 stehen fest

Preisverleihung im Rahmen der Eröffnungsveranstaltung


˘ Direktlink zu den Kurzfassungen der EMV 2008 Best Papers

˘

aktuell 28.01.2008 11:10 Uhr Seite 4

MÄRKTE - TECHNOLOGIEN < AKTUELL

EMV - 2008 5

Alles, was Sie über die EMV-ge-

rechte Entwicklung von Geräten

wissen sollten vermittelt dieses

Fachforum des OTTI in Regens-

burg.

Themen sind:

˘ Grundlagen und Aktuelles

zu Gesetzen und Normen:

EMV-Richtlinie, EMV-Gesetz,

Normung

˘ EMV-gerechte Auslegung

von Schaltungen

˘ EMV-Bauelemente, Gehäu-

seschirmung und Transien-

tenschutz

˘ EMV-Maßnahmen an Gerä-

ten mit praktischen Vorfüh-

rungen

˘ Vorgehensweise bei der Ent-

störung von Geräten

˘ Spezielle Aspekte bei EMV-

Messungen

˘ Praxisorientierte Informa-

tionen

Die fachliche Leitung hat Dipl.-

Ing. Wolfgang Sammet, Leiter

Development & Application,

EPCOS AG, Heidenheim.

Das Forum findet am 07./08.

April 2008 in Regensburg statt.

OTTI-Fachforum

EMV-gerechte Entwicklung von Geräten


˘ Direktlink zur Anmeldung

˘

Hersteller und Importeure elektri-

scher Betriebsmittel, Planer und

Errichter von Geräten und Ein-

richtungen, Elektrotechniker so-

wie Studierende und Auszubilden-

de erhalten mit diesem bewährten

Standardwerk nützliche Hilfe bei

der Einhaltung von Bestimmun-

gen zur Elektromagnetischen Ver-

träglichkeit sowie zum praktischen

Verständnis über die Zusammen-

hänge auf diesem Gebiet.

Eine Übersicht plus detaillierte Er-

läuterungen über die Normenrei-

he VDE 0875 und dessen histori-

sche Entwicklung werden ebenso

vermittelt wie die rechtlichen Vor-

schriften und gesetzlichen Anfor-

derungen.

Die Autoren überzeugen in den

gut verständlichen Darstellungen

durch ihre Erfahrungen auf dem

Gebiet der EMV und ihren Kennt-

nissen aus der

Arbeit an na-

tionalen, re-

gionalen und internationalen Nor-

men zur Störaussendung und

Störfestigkeit.

Aus dem Inhalt:

˘ Elektromagnetische Verträg-

lichkeit von Elektrohaushaltge-

räten, Elektrowerkzeugen,

˘ Beleuchtungseinrichtungen, in-

dustriellen, wissenschaftlichen

und medizinischen elektrischen

Einrichtungen, professionellen

Audio-, Video- und audiovisu-

ellen Einrichtungen, Werk-

zeugmaschinen und ähnlichen

Elektrogeräten.

˘ Erläuterungen zur Normenrei-

he VDE 0875 und zu weiteren re-

levanten Normen (z. B. EMV-

Grundnormen zur Mess- und

Prüftechnik).

Buchbesprechung

EMV nach VDE 0875 VDE-Schriftenreihe Band 16

elektronik industrie-LESER GEWINNEN IMMER

Egal ob Sie nun Prüfungen zur elektro-magnetischen Verträglichkeit (EMV), Pro-duktsicherheit, Klima, Geräuschemissi-on oder zu den Funkeigenschaften anIhrem Produkt vornehmen möchten. DasEMV Testhaus in Straubing verfügt überden entsprechenden Messplatz.Jede Prüfung, die EMV TESTHAUS an ei-nem Produkt vornimmt, unterliegt stren-gen Qualitätskriterien. Das nötige Prüf-equipment erfüllt die dafür notwendigenVoraussetzungen. Das Unternehmen ist

national und international akkreditiert, esbietet den Lesern der elektronik industriedie Möglichkeit, einen Labortag im Wert

von etwa1 500 € zugewinnen undPrüfungen im Rah-men der oben genanntenMöglichkeiten durchzuführen.Um den Labortag zu gewinnen einfach biszum 31.März 2008 ein E-Mail mit demBetreff: Gewinnspiel an [email protected]

Viel Glück wünscht die Redaktion!

Teilnahme am Gewinnspiel unter www.elektronik-industrie.de infoDIRECT404EMV0108

Einsendeschluss31.03.2008

Gewinnen Sie einen Labortag im EMV TESTHAUS im Wert von ca. 1 500 EURO

EMV Testhaus˘

Kampet, U., Kloska, St., Kohling, A., Reimer, J. (Hrsg.), Sitzmann, R.5., akt. und erw. Auflage 2007, 475 S., DIN A5, kartoniert, 34,- EUR

ISBN 978-3-8007-2887-9

˘

IMPRESSUMDie EMV ist eine Beilage der Februarausgabe 2008 im Auftrag der elektronik industrie,

www.elektronik-industrie.de – 39. Jahrgang Hüthig-Fachverlage ISSN 0174-5522

V.i.S.d.P. Dipl.-Ing. Siegfried W. Best, Chefredakteur elektronik industrieIhre Kontakte: Redaktion: Telefon 06221/489-240, Fax:-482

Anzeigen: Telefon: 06221/489-363, Fax:-482

aktuell 28.01.2008 11:10 Uhr Seite 5

SPEZIAL: EMV-MESSE > TITELSTORY

Waren es früher z. B. der Fernseher unddie elektrische Kaffeemühle, die sich nichtgegenseitig beeinflussen sollten, so ha-ben die Anforderungen an die elektro-magnetische Verträglichkeit rasant zuge-nommen. Ob im Haushalt oder in derIndustrie – es gibt immer mehr elektroni-sche Geräte, die andere beeinflussen bzw.selbst beeinflusst werden können. Neue Anwendungen wie Fernsehen fürdas Handy (DVB-H) und schnelle drahtlo-se Datenübertragung (WLAN, WiMAX)werden schrittweise eingeführt. DieseFunktechnologien finden immer breite-ren Einzug in Medizintechnik, Automobil-industrie, Militär und andere Bereiche. Da-mit sie dort – auch parallel – reibungslosfunktionieren, gibt es eine Vielzahl vonEMV-Standards, die einerseits die Störfes-tigkeit (EMS), andererseits die maximaleStöraussendung (EMI) entsprechend derAnwendung festlegen. Mit EMV-Testsys-temen können Anwender diese Tests ge-mäß ihren Anforderungen durchführen.

HF-Schaltmatrizen für EMV-Testsysteme Die Anforderungen, die an ein solches EMV-Testsystem gerichtet werden, variieren da-bei von Anwender zu Anwender. So stellensich Testhäuser oft wesentlich breiter aufals Komponentenhersteller. Schließlichwollen sie normenkonforme Messungenfür ein möglichst breites Spektrum von Ge-räten anbieten. Hersteller dagegen be-

grenzen den Aufwand entsprechend ihrerProduktpalette. Sie begnügen sich häufigmit vorzertifizierenden Messungen, umdie Qualität der Produkte während der Ent-wicklung schneller beurteilen zu können. Das von vornherein universelle EMV-Test-system gibt es folglich nicht. Vielmehrmüssen Testsysteme optimal an den Ver-wendungszweck anpassbar sein. Eine zen-trale Rolle haben hier die HF-Schaltplatt-formen, die die Pfadumschaltung zwischenden verschiedenen Signalgeneratoren, Ver-stärkern, Antennen und Leistungsmessernübernehmen. Anhand des nachfolgendenBeispiels eines komplexen EMV-Testsys-tems mit der R&S OSP werden die Anfor-derungen an eine solche HF-Schaltmatrixnäher beschrieben.

Signalpfadumschaltung eines EMV-Systems für eine AbsorberhalleJe nach Prüfling gibt es unter-schiedliche Normen bezüglichStörfestigkeit und Stör-

aussendung. Testsysteme, die EMV-Mes-sungen an unterschiedlichen Geräten durch-führen sollen, sind daher entsprechend dererforderlichen Bandbreite mit verschiede-nen Antennen und Verstärkern zu konfi-gurieren (Bild 1). Zudem können höhereVerstärkerleistungen und weitere Mes-sungen, wie z.B. der leitungsgebundenenStörbeeinflussung bzw. Störaussendung,notwendig werden, um die entsprechendenStandards zu erfüllen. Bei EMI-Messungen kommt es im We-sentlichen auf die Auswahl der richtigenEmpfangsantenne entsprechend der zumessenden Frequenzen an. Die Pfadum-schaltung zwischen Antennen bzw. Netz-nachbildung (LISN = Line impedance sta-bilizing network) und Messempfängererfolgt, indem entweder mehrere koaxia-le Umschaltrelais (Modul OSP-B101) oderein Trommelrelais (Modul OSP-B102) ver-

Modulare Schalt- und Steuerplattform für EMV- und HF-Testsysteme

HF-Signale optimal schaltenVon der einfachen HF-Schaltfunktion bis hin zur HF-Verschaltung komplexer EMV-Testsysteme: Modulare Schalt-matrizen, wie die R&S OSP, ermöglichen eine schnelle und unkomplizierte Realisierung der erforderlichen HF-Schalt-und Steueraufgaben.

AUTOR

Dipl.-Ing. Gert Heue istProduktmanager für Sys-teme und Projekte beider Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG in München undbetreut u. a. die HF-Testkammernfür den Produktionstest und istseit kurzem für die HF-Schalt- und Steuerplattform R&S OSP.

˘

Bild 1: Konfiguration eines EMV-Testsystems mit Absorberhalle

Bild 2: BasisgerätR&S OSP120

6 EMV - 2008

522 28.01.2008 11:12 Uhr Seite 6

HF- und W-MESSTECHNIK

Fon: (089) 8 95 56 50 [email protected]: (089) 8 95 90 376 www.emco-elektronik.de

EMV-MESSTECHNIK

HF-KOMPONENTENDämpfungsgliederHohlleiter-FilterLeistungsteilerKoax-AdapterKalibrier-KitsDC-Blocks

W-FilterBias TeesHF-Kabel

Highend-Frequenzzähler (Timer)Phasenrauschmessplätze

AntennenmesssystemeSchmalbandverstärker

RauschgeneratorenPulsgeneratoren

SchaltfelderAntennen

FeldstärkemessgeräteLeistungsverstärkerBreitbandverstärkerESD, Surge, BurstSAR-Mess-GeräteMessempfängerEMV-SystemeGTEM-ZellenStromzangenAntennen

_EMV_7_51657.indd 1 18.01.2008 14:15:43 U

TITELSTORY < SPEZIAL: EMV-MESSE

schaltet werden. Das Beispielbild zeigteine Konfiguration der über LAN an-steuerbaren Schaltplattform R&SOSP120 (Bild 2) mit dem SchaltmodulOSP-B101 unter Nutzung von drei ver-schalteten, koaxialen Umschaltrelais. Der Messaufbau für die Störfestigkeit(EMS) enthält mehrere Leistungsver-stärker, Antennen und Messwandler,beispielsweise Einkoppelstromzangen(BCI=Bulk Current Injection clamp). Ent-sprechend aufwändig sind die erfor-derlichen Pfadumschaltungen. Betroffensind das Multiplexen der Signale zu denentsprechenden Verstärkern, das Mul-tiplexen der jeweiligen Vorwärts- undRückwärtsleistung der Verstärker-Mo-nitorausgänge sowie die Ansteuerungder Leistungsrelais.Die Verstärker sind dabei oft in einemseparaten Raum untergebracht. So kanndie Abwärme abgeführt und die Ge-räuschentwicklung gedämmt werden.Dieser Raum ist häufig geschirmt, umStöraussendungen der Verstärker mit ho-her Ausgangsleistung zu vermeiden. Indiesem Fall bietet es sich an, die Pfad-umschaltung der Eingangssignale derVerstärker in einer abgesetzten, überLichtwellenleiter gekoppelten Schalt-matrix im Verstärkerraum durchzuführen.Dafür kommen entweder koaxiale Um-schaltrelais oder Trommelrelais in Frage.Dem gegenüber werden die abgesetz-ten Leistungsrelais mit einem speziellenTreibermodul (OSP-B104) angesteuert. Weiteres Optimierungspotenzial liegtin der Zusammenführung der Monitor-und BCI-Signale zu einem Leistungs-messkopf. Da die Umschaltung der Mo-nitorsignale je Messung erfolgen muss,kommen dafür schnelle Halbleiter-schalter zum Einsatz, die eine weit hö-here Zahl von Schaltzyklen aufweisen(OSP-B107). Die Automatisierung solcher Messauf-gaben unter Verwendung einer HF-Schaltplattform R&S OSP und entspre-

chender EMV-Software, wie die R&SEMC32, garantieren einen kosteneffi-zienten, fehlerfreien und optimiertenMessablauf. Darüber hinaus können dieerforderlichen Messprotokolle automa-tisch generiert werden.

Allgemeine Anforderungen an Schalt-plattformen für EMV-AnwendungenWie das beschriebene Beispiel zeigt, gibtes eine Vielzahl von Anforderungen, dieunterschiedliche Testhäuser und Her-steller an Schaltplattformen stellen.Dazu gehören:˘ Eine modulare, kompakte und ein-

fach zu konfigurierende Plattform˘ Universelle und spezielle Module für

die Realisierung erforderlicher Schalt-und Steuerfunktionen für EMV-Test-systeme

˘ Kaskadierbarkeit von Geräten bzw.Absetzbarkeit von Schaltfunktionen

˘ Einfache Systemintegration überEthernetschnittstelle

˘ Außerdem sollten die Schaltplattfor-men sich einfach über eine intuitive Be-dienoberfläche steuern oder optionaldirekt am Gerät bedienen lassen.

Diese Anforderungen wurden bei derSchalt- und Steuerplattform R&S OSPumgesetzt.

Plattform R&S OSP: Kompakt, modular und flexibelDie R&S OSP120 ist in einem zwei Hö-heneinheiten flachen 19"-Gehäuse un-tergebracht. Sie besitzt eine leistungs-fähige CPU-Steuerung, die in Verbindungmit der Gerätesoftware eine komforta-ble und intuitive Bedienung über dieEthernetschnittstelle ermöglicht. Desweiteren unterstützt das Prozessormo-dul die Bereitstellung externer Schnitt-stellen, wie CAN-Bus und USB sowie dieinterner Busschnittstellen für die An-steuerung der Schalt- und Steuermo-dule. Eine direkt manuell bedienbare

Gerätevariante mit Displayund Bedienfeld ist in Vor-

bereitung.

Bild 3: Erweiterungs-gerät R&S OSP150

EMV - 2008 7

522 28.01.2008 11:12 Uhr Seite 7

SPEZIAL: EMV-MESSE > TITELSTORY

Für umfangreichere Schaltaufgaben odernachträgliche Erweiterungen ist das CAN-Bus-gesteuerte Erweiterungsgerät R&SOSP150 (Bild 3) die richtige Ergänzung.Die rückseitigen Schalt- und Steuermo-dule werden über flexible Modulbusse an-gesteuert. Durch dieses Ansteuerkonzeptist es möglich, die Modulgröße in Tiefeund Breite der gewünschten Funktiona-lität anzupassen. Dadurch lassen sichbesonders in komplexen EMV-Anwen-dungen die erforderlichen Funktionen rea-lisieren. Zudem besitzen alle Geräte derR&S OSP eine außerordentlich geringeStöraussendung, die wesentlich unter denvon den Normen angegebenen Grenz-werten liegt. Modulschächte, die sich auf der Rückseitedes Geräts befinden, ermöglichen eine an-wendungsspezifische Konfiguration derR&S OSP mit verschiedenen HF-Umschalt-relais-, Relaistreiber- und Ein-/Ausgabe-modulen (Bild 4). Dazu gehören HF-Schalt-module mit koaxialen Umschaltrelais (SPDT)oder koaxialen Trommelrelais (SP6T) für dieFrequenzbereiche von 0 ... 18 GHz und0 ... 40 GHz. Ein HF-Schaltmodul mit Halb-leiterrelais (Solid State Relays) ist beson-ders für sehr hohe Schaltzyklen und kurze

Schaltzeiten ausgelegt. Der Frequenzbe-reich reicht von 0 bis 6 GHz. Das universel-le digitale E/A-Modul mit 16 Eingängenund 16 Ausgängen (open drain) ermöglichtdie Abfrage externer Zustände sowie dieSteuerung weiterer externer Geräte undRelais. Für Leistungsrelais, die wegen ihrerBaugröße nicht in die R&S OSP integrierbarsind bzw. abgesetzt geschaltet werden sol-len, stehen Relaistreiber mit Rückmelde-eingängen zur Verfügung.Die Kaskadierbarkeit über CAN-Bus er-weitert den Funktionsumfang und er-möglicht das Absetzen von Geräten. DieCAN-Technologie ist generell emissions-arm und stellt sicher, dass nur während derSteuervorgänge Signale auf den Leitun-gen sind. Dadurch ist der Einsatz sogar imEMV-kritischen Bereich möglich. In Ver-bindung mit einem Umsetzer von CAN-Bus zu Lichtwellenleitern (LWL) kann derR&S OSP150 darüber hinaus für örtlichabgesetzte Schaltaufgaben in Schirm-kammern verwendet werden (Bild 5).

Einfache Systemintegration und SteuerungDas Basisgerät der R&S OSP120 besitzteine Ethernetschnittstelle. Über diese las-

sen sie sich einfach direkt an einen PC oderan ein Messgerät mit Ethernetschnittstelleanschließen sowie in EMV-Testsysteme in-tegrieren. Die Steuerung kann manuellüber ein mitgeliefertes Bedienprogramm,von der R&S EMC32 EMV-Software oder auseinem eigenen Anwenderprogramm he-raus erfolgen (Bild 6). Dafür steht eine VXI-11-kompatible Softwareschnittstelle undeine darauf basierende VISA-Bibliothekzur Verfügung.Die R&S OSP120 lässt sich über eine in-tuitive Bedienoberfläche steuern. Die Plug-and-Play-Funktionalität unterstützt denAnwender zusätzlich, da sie automatischdie aktuelle Konfiguration und die ange-schlossenen Erweiterungsgeräte erkennt.Jeder Schaltzustand der R&S OSP-Konfi-guration kann als Makro abgespeichertwerden. Die so definierten Makros kön-nen zur schnellen parallelen Umschaltungmehrerer Schaltpfade und -zustände ge-nutzt werden, wie sie bei EMV-Systementypisch sind.

FazitHF-Schaltplattformen, wie die R&S OSP,zeichnen sich durch ihr modulares Kon-zept, verschiedene Schalt- und Steuermo-dule sowie durch die Absetzbarkeit vonSchaltgeräten aus. Damit sind sie nichtnur dafür geeignet, kleinere HF-Verschal-tungen aufzubauen. Sie erfüllen vor al-lem die wesentlichen Anforderungen, dieAnwender – von Unternehmen bis hin zuTesthäusern – an Schaltmatrizen für kom-plexe EMV-Testsysteme stellen. ( jj)

8 EMV - 2008

infoDIRECT 522EMV0108

www.elektronik-industrie.de˘ Link zu Rohde&Schwarz

˘

Bild 4: Auszug des Modulspektrums Bild 5: Erweiterung mit R&S OSP150 sowie abgesetzte R&S OSP150

Bild 6: Bedienprogramm der R&S OSP sowie der Module R&S OSP-B102, -B104

522 28.01.2008 11:12 Uhr Seite 8

SPEZIAL: EMV-MESSE < PRODUKTE

EMV - 2008


˘ Direktlink zu Schurter

˘

Schurter hat sein Produktsorti-

ment im Bereich EMV um Filter

der Baureihen FMEB und FMEC

für Gleichstromanwendungen

ergänzt. Sie sind für Nenn-

ströme bis 30 A bei 80 VDC aus-

gelegt. Die FMEB Filterreihe ist

für eine maximale Betriebs-

spannung von + 80 VDC, die

Serie FMEC für zwei Polaritä-

ten mit maximal ± 80 VDC aus-

gelegt. Standardmäßig ist

die Primärseite mit Klemman-

schlüssen, die Sekundärseite

mit Steckanschlüssen ausge-

rüstet. Das Aluminiumgehäu-

se verfügt über Montagela-

schen, über die sich das Filter

festschrauben lässt. Die Filter

sind nach ENEC und UL/CSA zu-

gelassen.

Optimiert für Gleichstromversorgungen

EMV-Filter

Die Danaher-Tochterfirma Tek-

tronix hat ihre Echtzeit-Spek-

trum-Analysatoren jetzt auch

im Mittelklassebereich mit DPX-

Signalbildverarbeitung ausge-

stattet. Mittelklasse heißt hier

Frequenzbereich 3 GHz, 15 MHz

Erfassungsbandbreite, DPX-Dis-

play-Technik und Triggern im

Frequenzbereich zu Preisen ab

€ 27 800 + MwSt. Durch die

Spektrumverarbeitungsge-

schwindigkeit, die die Analy-

satoren anderer Anbieter um

mehr als das Hundertfache

übertrifft, erfassen die Analy-

satoren transiente Signale von

41 μs (RSA3300B) bzw. von nur

31 μs (RSA3408B) mit 100 %-

iger Wahrscheinlichkeit. Die Ge-

räte können sowohl im Zeit- wie

auch im Frequenzbereich auf

transiente Signale triggern. Die

Geräteserie RSA3300B ist wahl-

weise mit einem Frequenzbe-

reich von DC bis 3 GHz und von

DC bis 8 GHz erhältlich. Sie be-

sitzt eine Erfassungsbandbrei-

te von 15 MHz und einen stö-

rungsfreien Dynamikbereich

(SFDR) von 70 dB. Der leis-

tungsstärkere RSA3408B hat

einen Frequenzbereich von DC

bis 8 GHz, eine 36 MHz Erfas-

sungsbandbreite und 73 dB

SFDR. Die DPX-Signalbildverar-

beitungstechnologie stellt das

Live-Spektrum dar, indem es –

ähnlich wie das schon bekann-

te Topmodell RSA6114A – über

48 000 Spektrumsmessungen

pro Sekunde verarbeitet. Für

beide Geräteserien werden Soft-

wareoptionen für 3G, WiMAX,

WLAN, RFID, Signalquellen- und

Basismodulation sowie HF-Ana-

lysen angeboten.

DPX macht den Unterschied

Darstellung von Echtzeit-HF-Daten


˘ Direktlink zu Frankonia

˘

Frankonia hat ihr Kompakt-

prüfgerät CIT-10 weiterentwi-

ckelt und mit einem neuen Prüf-

generator ausgestattet. Es wird

somit allen Störfestigkeitsnor-

men gegen leistungsgeführte

Störgrößen, induziert durch

hochfrequente Felder, ein-

schließlich BCI-Prüfungen ge-

recht. Die hierfür erforderlichen

Funktionseinheiten, wie RF-Sig-

nalgenerator, RF-Leistungsver-

stärker, 3-Kanal-RF-Voltmeter

und Richtkoppler sind kompakt

in einem 19"-Gehäuse (3HE) ver-

eint.

IEC/EN 61000-4-6 Störfestigkeitsprüfungen

Kompaktprüfgerät


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522 28.01.2008 11:12 Uhr Seite 9

SPEZIAL: EMV-MESSE

In der Vergangenheit wurden EMV-Mess-methoden und -vorschriften entwickelt,die das Ziel verfolgten, Beeinflussungen vonFunkdiensten aller Art zu minimieren. Inden letzten Jahren haben sich die diesbe-züglichen Notwendigkeiten stark verändert,da sich Anzahl und Art der Funkdienstestark weiterentwickelt haben. Die EMV-Prüfmethoden haben sich nicht mit dergleichen Geschwindigkeit verändert, dieprinzipiellen Prüfverfahren und Messgerätesind ausgereift und etabliert. In vielen technischen Bereichen haben sichdaher bereits stark veränderte EMV-Haus-normen etabliert, die neuartige Anforde-rungen zur Verifikation von Prototypenund ‚pre-compliance’ Prüfungen enthal-ten. Dies ist zum Beispiel in der KFZ-In-dustrie der Fall in der das Verhalten vonPrüflingen in verschiedenen elektromag-

netischen ‚Szenarien’ für die Betriebssi-cherheit extrem wichtig sein kann. Auchaus Zeitgründen können die entwick-lungsbegleitenden EMV-Tests in vielen Fäl-len kein Abbild standardisierter Compli-ance-Prüfungen sein, denn häufig müssenauch die Einflüsse transienter Störer imZusammenhang mit CW-Signalen unter-sucht werden, die sich negativ auf das Be-triebsverhalten des Fahrzeuges auswirkenkönnten. In diesen Signalumgebungenkann mit traditionellen Spektrumanalys-toren oder Messempfängern die EMV garnicht – oder nur mit sehr langwierigenMessungen sichergestellt werden. In die-sen Situationen entstanden neue EMV-Messmethoden, mit dem Ziel bezüglichEinflüssen transienter Störer rascher zuaussagekräftigen und belastbaren Mess-ergebnissen zu gelangen.

ZeitbereichsmessverfahrenEs gibt inzwischen einige unterschiedli-che Ansätze zu TD-EMI: eine Methode istdie ‚Breitband-Signalerfassung’bis hinaufzu 2 GHz Bandbreite, bei der Oszilloskope

oder spezielle Datenerfassungsgeräte zumEinsatz kommen. Bandbreiten und Dyna-mikbereiche variieren, je nach Instru-mentierung, aber in praktisch allen Fällenwird eine A/D-Wandlung mit anschlie-ßender Fourier- oder Fast Fourier-Trans-formation der Messergebnisse in den Fre-quenzbereich (siehe: 1, 2) vorgenommen.Mittlerweile wurden auch einige Patentezu diesen Methoden eingereicht. In allenVeröffentlichungen und Patentschriftenist die erzielbare Zeitersparnis durch TD-EMImit FFT gegenüber konventionellen Mess-methoden an prominenter Stelle heraus-gestellt.Am Anfang der Entwicklung neuer Hard-ware bietet TD-EMI die größten Vorteile,ist es doch nötig, bereits an der ersten Pro-totypen rasch orientierende EMV-Prü-fungen durchzuführen, um das Boardde-sign und den Schaltungsentwurf zuverifizieren. Der Einsatz von TD-EMI-Ver-fahren kann hier die Entwicklungsarbeiterheblich beschleunigen und das beigleichzeitig gesteigerter Aussagekraftund Zuverlässigkeit der Messergebnisse.

10 EMV - 2008

Mit neuer Technologie und Strategie

EMV-Prüfungen und Aufspüren von Störern Im Wesentlichen können diese neuen Methoden mit dem Begriff TD-EMI (Time Domain – Electromagnetic Interference)zusammengefasst werden, da die analog im Zeitbereich erfassten Messwerte mit AD-Wandlern gewandelt und in denFrequenzbereich umgerechnet werden. Die Erfassung der physikalischen Größen als Funktion der Zeit ist der Schlüs-sel zur Verminderung der Messzeiten und zum Verständnis der Zusammenhänge zwischen Störer und Nutzsignalen.

AUTOR

Bernd Sieberling, Emco

˘

Bild 1: Elektromagnetische Vorgänge bei Power Line Communication.Die spektrale Dichte der Emissionen wird beeindruckend dargestellt.

(Bilder: Emcos)

Bild 2: PEAK und Average Pegel über klassischer Spektrum-(momentan)Darstellung im DPX-Modus bei mehr als 48 000 Spektrum-Erfassungenje Sekunde.

404 28.01.2008 11:13 Uhr Seite 10

Der Einsatz konventioneller Spektrumanalysatoren bringt beivertretbar kurzen Messzeiten hingegen kaum belastbareAussagen über Einflüsse transienter elektromagnetischer Vor-gänge.Emco und Tektronix bieten mit den RTSA’s (Real Time SpectrumAnalyser’s) zwei Serien (RSA3000 und RSA6000) ausgefeilter, pro-fessioneller Messgeräte für TD-EMI-Analysen, mit denen An-wender in kürzester Zeit zu aussagekräftigen Messergebnissengelangen. Vielseitige Grafik- und Analysetools begeistern durchAuswerte- und Darstellungsmöglichkeiten in allen Domänen bishinauf zu 14 GHz.

Die Vorteile der RTSAs Um die Aussagekraft in der Spektrumanalyse dramatisch zu stei-gern, nutzt Tektronix Technologien aus der Entwicklung von Os-zilloskopen, DPX (Digital Phosphor Technology) und erreicht völ-lig neue Darstellungsmöglichkeiten von elektromagnetischenVorgängen im Spektrum.DPX ermöglicht die unmittelbare Erfassung nichtperiodischer tran-sienter Vorgänge indem mehr als 48000 Momentaufnahmen ei-nes Spektrums (RSA6k) pro Sekunde zur Anzeige gebracht wer-den. Die Darstellung erfolgt praktisch in Echtzeit und quasi analogauf einem Farb-Display (Bild 1). Der Spitzenwert-Detektor mit‚hold’-Funktion bringt jedes Ereignis mit 100%-iger Sicherheitzur Anzeige, das mindestens einmal für 24 ms ansteht. Im DPX-Modus können maximal 110 MHz Bandbreite dargestellt werden.Bild 2 zeigt PEAK und Average Pegel über klassischer Spektrum-(momentan)Darstellung im DPX-Modus bei mehr als 48 000Spektrum-Erfassungen je Sekunde. Das PEAK zu Average Ver-hältnis gibt eine Aussage über die ‚Einschaltdauer’ der Signal-komponenten. Wenn kein Signal dargestellt ist, gibt es auch NIEein Signal, da alle Vorgänge erfasst werden.Dies ermöglicht unter anderem folgende Strategien zur EMV-Diagnose:

Unbekannte transiente Signale per Suchfunktion aufgespüren.Grenzwertkurven und Faktoren können berücksichtigt werden.Für den Fall des Überschreitens von Grenzwerten können Aktio-nen wie ‚speichern’, BEEP ausgeben, anhalten, etc. definiert wer-den (Bild 3). Diese Funktionen ergänzt eine weitere RSA-Beson-derheit, der

FMT (Frequency Mask Trigger)Im FMT kann innerhalb einer Bandbreite bis zu 110 MHz ein Spek-trum definiert werden, das nicht zur Triggerung führt. Ein Signal,das zum Triggern führt, muss die definierten Grenzen über-schreiten und mindestens so lange anstehen, wie die Erfas-sungszeit für das zugehörige Frequenzsegment ist (die Erfas-sungszeiten sind jedoch extrem kurz).Zu den Strategien zur EMV-Diagnose zählt des weiteren ein in-teressierendes, durchgängiges Spektrum in den Speicher zur spä-teren Betrachtung in den Speicher lesen (dies kann im Zeitbereicherfolgen) und die anschließende Analyse im Spektrogramm Mo-dus (zur Übersicht) oder unter Einsatz der Demodulatoren Am-plitude über der Zeit bzw. Frequenz über der Zeit.

EMV - 2008

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404 28.01.2008 11:13 Uhr Seite 11

SPEZIAL: EMV-MESSE

Der Frequency Mask Trigger hilft beimErfassen ‚interessanter’ Abläufe imSpektrum, da die Triggerung über eintransientes Signal erfolgen kann, selbstwenn bekannte, energiereiche CW-Signale gleichzeitig vorhanden sind. Der FMT beeinflusst die Darstellungs-möglichkeiten nicht. Die gleiche Hard-ware, die die schnelle Transformation vom Zeit- in den Frequenzbereich vor-nimmt, steuert auch den FMT: der Da-tenstrom vom A/D-Konverter in den Da-tenspeicher wird laufend mit dervorgegebenen FMT- Frequenzmaske ver-glichen.Zur Interpretation der Vorgänge im Spek-trum können die Pre- and Post-Trigger-Da-ten im Datenspeicher herangezogen wer-den, eine Vorkehrung die oft zum perfektenVerständnis der untersuchten Vorgängeerheblich beiträgt.

Das Spektrogramm (Bild 4) zeigt denSignalverlauf in besonders komfortab-ler Darstellung. Weitere mögliche Analysen im Zeitbe-reich – wie AM, FM oder Pulsmodulationüber der Zeit komplettieren die Charak-teristika des Signals.Neben der Analyse vorhandener tran-sienter und CW-Signale und den zeitli-chen Zusammenhängen, sind für profes-sionelle Dokumentationen Auswertungenin standardisierten oder spezifischen For-maten zu erstellen. Eine Weiterverarbei-tung der IQ-Daten, die in RSAs gespei-chert sind erfolgt per:

MAVisS, die TD-EMI Software für pre-com-pliance MessungenGrundsätzlich dient jede EMV-Softwaredem Zweck, Messungen zu automatisierenund die Ergebnisse in standardisiertem

Format zusammen mit Grenzwerten dar-zubieten. Die traditionelle pre-ComplianceSoftware˘ steuert die an der Messung beteilig-

ten Gerätschaften (Messempfänger,Spektrumanalysator, Drehtisch, Schal-ter)

˘ berücksichtigt Korrekturfaktoren für An-tenne, Kabel oder Netznachbildungen,etc.

˘ übernimmt die Messwerte von den De-tektoren oder vom Messgerät, rechnetdie Korrekturfaktoren ein, und stellt diekorrigierten Werte in eine Grafik mitvordefiniertem Format und Grenzwer-ten (Bild 5).

MAVisS, die pre-Compliance Software fürRSAs (Bild 6) bietet vergleichbare Funk-tionalität, nutzt jedoch andere Daten-For-mate. Die RSA-Software liest IQ-Daten (‚se-

12 EMV - 2008

Bild 5: Darstellung der Störpegel mit Standard-EMV-Software.

Bild 4: Mit FMT getriggerte Messung & Spektrogramm-Darstellung.

Bild 3: Spektrumdarstellung mit Grenzwertkurve und ‚Actions’-Menü.

Bild 6: Konzept & Darstellungder Störpegel mit RSA-Pre-compliance-Software.

404 28.01.2008 11:13 Uhr Seite 12

SPEZIAL: EMV-MESSE

amless capture’) aus dem Messgerät oderaus einer Datei um damit die nötigen Be-rechnungen und Korrekturen durchzu-führen.

ZusammenfassungInsgesamt können EMV-Analysen undpre-Compliance EMV-Messungen we-sentlich schneller und aussagekräftiger ge-staltet werden, als dies mit herkömmli-chem Messequipment möglich ist.Grundlage aller Aussagen sind die abge-speicherten IQ-Daten (Vektordaten), die

überall verfügbar gemacht werden kön-nen (ein kostenloses Lese-Programm istvon Tektronix erhältlich).Die IQ-Meßwerte können für weitere Be-rechnungen, z. B. auch in ‚Arbitrary Wa-veform Generators’ genutzt werden, umzusätzliche Informationen zu erhaltenoder was-wäre-wenn Szenarien zu simu-lieren – die embedded PCs der RSAs er-möglichen das Halten von enormen IQ-Da-tenmengen für nachgelagerte Analysenund Simulationen.

(sb)

Referenzen1) Fast Emission Measurement in Time

Domain", EMC Zürich, Papier Nr.70K7,2/2001

2) Comparison of Time Domain and Fre-quency Domain Electromagnetic Sus-ceptibility Testing", IEEE EMC, S. 64-67,Chicago, Aug. 1994


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Das HFA-3 von ROM empfängt und analy-

siert die im Alltag häufig auftretenden HF-

Funksignale mit Frequenzen zwischen 100

und 2 500 MHz, wie z. B. D-Netz, E-Netz,

WLAN, UMTS und DECT. Jeder Frequenzbe-

reich wird über eigens kalibrierte Filter ge-

messen, die über einen Taster angewählt

werden. Im Gerät ist für jedes Filter ein Ka-

librierfaktor programmiert, über den die

Messwerte berechnet und der Einfluss von

Filter und Antenne ausgeglichen werden. Im

zweizeiligen Display wird der auf 6 mV/m

bzw. auf 0,1 μW/m2 genau gemessene Wert

in μW/m2 oder in mV/m angezeigt. Zu-

sätzlich zur Digitalanzeige zeigt eine Bal-

kengrafik wie hoch die Strahlenbelastung

ist. Als weitere Besonderheit zeigt das HFA-

3 gleichzeitig gepulste und ungepulste Sig-

nale an und verfügt über Peak-Hold. Für

die Audioanalyse wird zusätzlich in ein

akustisches Signal über Lautsprecher oder

Kopfhörer ausgegeben. Das HFA-3 ist op-

tional mit einer seriellen Schnittstelle

und/oder einem analogen Spannungsaus-

gang ausgerüstet.

Identifiziert Strahlungsquellen

Frequenzbandanalysegerät misst gepulste und ungepulste Signale

404 28.01.2008 11:13 Uhr Seite 13

SPEZIAL: EMV-MESSE

In den beiden Basisnormen IEC/EN 61000-4-5 Ed. 2 und IEC/EN 61000-4-12 Ed. 2 wirddas ganze drum und dran einer Surge-Prü-fung beschrieben. Bei der Erarbeitung derjeweiligen Edition 2 wurden u.a. die Kop-pel- und Entkoppelnetze (CDNs oder Coup-ling and Decoupling Networks) der beidenNormen aneinander angeglichen.

Grundlagen der CDNsDie Grundstruktur eines CDNs ist in Bild 1zu sehen: Der Generator wird über einKoppelnetz an die zu prüfenden Leitun-gen angeschlossen. Damit wird der Kop-pelpfad (z. B. alle Leitungen gegen Erde)festgelegt und mit den Koppelementenwird der niederohmige Generator (ca.10 ... 80 Ω) von den Signalen auf der zuprüfenden Leitung zu entkoppelt. Die Ent-kopplung und die Schutzschaltung sorgendafür, dass die Surge-Impulse nur zumPrüfling gelangen und nicht auch nochdas Netz oder andere angeschlossene Ge-räte stören. Bevor nun die CDN im Detailbesprochen werden, zeigt Tabelle 1 nocheinige Informationen zu den Unterschie-den zwischen asymmetrischen und sym-metrischen Leitungen.

KoppelschaltungEin mögliches Koppelnetz zeigt Bild 2. Eswird für die Einkopplung von Surge-Im-pulsen in asymmetrische Leitungen ver-wendet. Für Daten- und Steuerleitungen

werden in den oben erwähnten Basisnor-men verschiedene mögliche Bauteile de-finiert, die als Koppelelement in Fragekommen. Da in den Produkt- und Pro-duktfamiliennormen kaum Angaben da-rüber zu finden sind, welches Koppelele-ment zu verwenden ist, muss sich derAnwender selbst mit den Eigenschaften derverschiedenen Bauteile zu beschäftigen.Dann kann er selbst entscheiden, ob ermit dem in der Basisnorm definierten Vor-zugsbauteil arbeitet oder ob ein anderesfür seine Anwendung besser geeignet ist.Tabelle 2 gibt eine Hilfestellung für dieAuswahl eines geeigneten Koppelelements.

Wenn das CDN in die Prüflingsleitungen ge-schaltet wurde und der Prüfling funktio-niert nun nicht mehr richtig, kann der Ver-such mit einem anderen Koppelelementwiederholt werden. Welches Bauteil alsKoppelelement verwendet wird muss imPrüfprotokoll vermerkt werden, da die ver-schiedenen Elemente unterschiedlichePrüfergebnisse zur Folge haben können.

EntkopplungAls Entkoppelelemente sind in den beidenBasisnormen Drosseln vorgesehen. Fürasymmetrisch betriebene Leitungen (z. B.Steuerleitungen für Schütze) werden Ein-

14 EMV - 2008

Flexible Koppel- und Entkoppelnetze

Surge-Prüfungen an Daten- und SteuerleitungenIm Rahmen der EMV-Prüfungen, die für die CE-Kennzeichnung verlangt werden, muss oft auch eine Surge-Prüfung durch-geführt werden. Es werden sowohl Speiseleitungen (z. B. Netzanschluss) sowie allfällige Daten- und Steuerleitungengeprüft. Gerade die Prüfung von ungeschirmten Daten- und Steuerleitungen ist ein sehr komplexes Gebiet. Dieser Artikelbringt da etwas Licht ins Dunkel.

asymmetrische Leitungen symmetrische Leitungen

Masseführung Masseverbindung keine Masseverbindung

Anzahl Leiter 1, 2, 3, 4, 5, ...... 2, 4, 6, ..... meist als verdrillte Adernpaare geführt

Rückleitung Eine Masseverbindung für alle Signale Jedes Signal hat einen eigenen Hin- und Rückleiter

Ansteuerung Da Masse als Rückleiter verwendet wird, Die beiden Leitungen eines Adernpaares werdensind alle Signale asymmetrisch bezogen symmetrisch bezogen auf Massepotential ange-auf Massepotential. steuert. Wenn der Hinleiter z. B. + 2,5 V hat, liegt

am Rückleiter – 2,5 V an.

Beispiele - RS-232C - RS-485- Schützensteuerleitungen - ISDN-Leitungen- 20 mA Stromschnittstelle - Ethernet (ohne Koaxial- und LWL-Verbindungen)

Tabelle 1: Charakteristika von asymmetrischen und symmetrischen Leitungen

Bild 1: Grundstruktur eines CDNs (Coupling and Decoupling Network).

AUTOR

Benjamin Studer ist inder EMC Entwicklung undEngineering bei Haefelyin der Schweiz tätig undMitglied in diversen IECNormungskomitees.

˘

520 28.01.2008 11:14 Uhr Seite 14

SPEZIAL: EMV-MESSE

zeldrosseln mit einer Induktivität von20 mH verlangt. In diesem Fall sind so-wohl Kopplungen einer Leitung zu Erdemöglich als auch eine Einkopplung derSurge-Impulse zwischen zwei Leitungen.Allerdings wird die Bandbreite für die Prüf-lingssignale durch diese Drosseln erheblicheingeschränkt (fmax einige 100 Hz bis we-nige kHz).Für symmetrisch betriebene Leitungen(z. B. ISDN-Leitungen) werden stromkom-pensierte Drosseln mit 20 mH pro Wicklungverlangt. Dadurch sind nur Kopplungeneines oder mehrerer Leitungspaare nachErde sinnvoll möglich. Auch hier schränkendie Drosseln die Bandbreite ein (fmax eini-ge 100 kHz bis wenige MHz), wenn auchnicht so drastisch wie die Einzeldrosseln fürdie asymmetrischen Leitungen.Die größte Bandbreite ist mit Widerstän-den von einigen 100 Ω möglich (fmax bis zu100 MHz); sie weisen allerdings eine er-hebliche Einfügungsdämpfung auf. Auchwird der Surge-Impuls deutlich abge-schwächt, so dass die Generatorspannungentsprechend höher gewählt werden muss.Eine Entkopplung mit Widerständen wirdin den beiden erwähnten Basisnormennicht verlangt; sie ist nur in der Basis-Emp-fehlung ITU K.44 zu finden.

Schutzelemente der EntkopplungsschaltungUm zu verhindern, dass Surge-Impulse an-geschlossene Hilfsgeräte stören, sindSchutzschaltungen vorgesehen. Wennnichts anderes verlangt wird, empfehlen wirfür den Schutz die gleichen Komponentenzu verwenden wie für die Einkopplung.Wenn z.B. als Koppelelemente Gasablei-ter verwendet werden, sollten die Schutz-elemente möglichst auch Gasableiter sein.Bild 3 zeigt eine mögliche Schutzschal-

tung. Dabei werden alle Leitungen gegenErde geschützt. Zusätzlich werden noch je 2 Leitungen eines Adernpaares gegen-einander geschützt. Eine solche Schutz-schaltung findet Anwendung bei symme-trisch betriebenen Datenleitungen.

Wenn kein passendes CDN verfügbar istVon Jahr zu Jahr steigen die Datenraten inKommunikationssystemen an. Dadurchwird die Verwendung eines CDN für Sur-ge-Prüfungen immer schwieriger, zum Teilsogar unmöglich. Was in diesem Fall zutun ist, hängt von der maßgeblichen Ba-sisnorm ab.

Die IEC/EN 61000-4-5 Ed.2 schreibt inKapitel 6.3.4 vor, dass in diesem Fall dieSurge-Impulse direkt auf die zu prüfendenLeitungen einzukoppeln sind. Die Koppel-methode soll abhängig von den Leitungenund den Betriebsbedingungen gewähltwerden. Dies sollte in der Produktspezifi-kation spezifiziert werden. Wir empfehlendie Verwendung von einem passenden Ein-koppelnetz; dieses schränkt bei gut ge-wähltem Koppelelement die Bandbreitenur unwesentlich ein. Zudem ist bei diesemTest der Prüflingsanschluss zwar aktiv; esfindet aber kein Datenaustausch statt. Wirempfehlen unseren Kunden in Anlehnungan Kapitel 7.5 folgenden Prüfablauf:

˘ Das Komplettsystem ohne CDN auf diekorrekte Funktion überprüfen.

˘ Hilfsgeräte abhängen; am zu prüfen-den Anschluss ist nur der Surge-Gene-rator mit Einkopplung angeschlossen.

˘ Durchführung der geforderten Prüfungmit aktivem Prüfling; der zu prüfendeAnschluss sollte wenn möglich auch ak-tiv sein.

˘ Nach der Surge-Prüfung das Gesamt-system wieder herstellen und überprü-fen, ob der Prüfling immer noch funk-tioniert.

Testergebnis: Der Prüfling hat den Testüberstanden/nicht überstanden.Ein Datenstrom wird entweder gestörtoder unterbrochen, wenn ein Surge-Im-puls anliegt. Signalspannungen auf Da-tenleitungen betragen einige Volt; ein Sur-ge-Impuls hat einige 1 000 V. Daher ist esinteressant zu wissen, wie das gesamteSystem (Prüfling inklusive angeschlosse-ne Hilfsgeräte) auf den Surge reagiert; tre-ten beispielsweise Softwareabstürze auf?Ein zusätzlicher Test, der aber so in den

EMV - 2008 15

Kondensatoren Schutzdioden Gasableiter

Vorteile Nur lineare Verzerrungen Kleine kapazitive Last für die zu prüfenden Leitungen Praktisch keine kapazitive Last für die zu prüfenden Leitungen

Nachteile Große kapazitive Last für die Nichtlineare Verzerrungen Nichtlineare Verzerrungen. Erzeugt einen Kurzschluss wenn zu prüfenden Leitungen gezündet. Es muss sichergestellt werden, dass der Gasableiter

nach den Surge-Impuls wieder in den hochohmigen Zustand wechselt.

Einfluss auf Wenn der passende Wert gewählt Die Dioden sind begrenzende Bauteile. Die Der Spannungsabfall über einem gezündeten Ableiter ist sehr die Impuls- wird (oft in den Normen gegeben) Generatorspannung muss um ihre Begrenzungs- klein (ca. 20 V). Vernachlässigbarer Einfluss auf die Amplitude.amplitude kein Einfluss auf die Impuls- spannung erhöht werden.

amplitude

Anwendungen Steuer- und Datenleitungen mit Steuer- und Datenleitungen mit Datenleitungen mit hohen Datenraten.tiefen Signalfrequenzen (Datenraten) mittleren Signalfrequenzen (Datenraten)

Tabelle 2: Eigenschaften der gängigsten Bauteile für Koppelelemente

Bild 2: Koppelnetz zur Einkopplung von Surge-Impulsen in asymmetrische Leitungen.

Bild 3: Diese Schutzschaltung soll verhindern,dass Surge-Impulse angeschlossene Hilfsgerä-te stören.

520 28.01.2008 11:14 Uhr Seite 15

SPEZIAL: EMV-MESSE

Normen nicht verlangt wird, kann in diesemPunkt Klarheit bringen:

˘ Surge-Impulse mit einem Koppelnetz indie Prüflingsleitung einkoppeln. Das Sys-tem ist dabei voll in Betrieb; es wird kei-ne Entkoppelschaltung verwendet. In die-sem Fall entfallen sowohl die Entkopplungals auch die Schutzschaltung in Bild 1.

Testergebnis: Das Gesamtsystem (nicht nurder Prüfling) hat den Test bestanden/ nichtbestanden.Die IEC/EN 61000-4-12 Ed. 2 beschreibt dieSituation in Kapitel 7.3. Darin wird erklärt,

dass die Verwendung von CDNs in Daten-leitungen die Kommunikation erheblichbeeinträchtigen können, speziell bei hohenDatenraten. Wenn das der Fall ist, sollte derSurge-Impuls direkt an den Gehäusen derbeiden verbundenen Geräte eingekoppeltwerden. Ein Gehäuse liegt dabei an Erde. DieGeneratorimpedanz für diesen Test beträgt12 Ω.

ZusammenfassungUm die Prüfgeräte an möglichst viele ver-schiedene Prüflinge anpassen zu könnenempfiehlt es sich, bei der Anschaffung aufeine möglichst hohe Flexibilität zu ach-

ten. In den vergangenen Jahren hat Hae-fely die gesamte Palette an Koppel- undEntkoppelnetzen für Steuer- und Daten-leitungen überarbeitet, um den aktuellenNormen zu entsprechen. Da die Koppel-und Entkoppelnetze einzeln erhältlich sindund die Koppel- und Schutzelemente wähl-bar sind, ist die größtmögliche Flexibili-tät gewährleistet. ( jj)

16 EMV - 2008


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26,5 GHz) und Ka-Band (26,5 bis

40,0 GHz) von CPI. Diese robus-

ten, kompakten und lediglich

23 kg wiegenden Verstärker

eignen sich sowohl für den In-

door- als auch Outdoor-Einsatz.

Durch die Möglichkeit, diese

Geräte direkt an der Antenne

anzubringen, werden Leitungs-

verluste minimiert und die

Ausgangsleitung optimal ge-

nutzt.

K- und Ka-Band

150-W-Verstärker


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Reo ist ein Systemanbieter auf

dem EMV-Sektor und liefert Ein-

gangs-, und Ausgangsfilter und

Netzdrosseln sowie das gesam-

te Programm an Durchfüh-

rungsfiltern mit hohem Qua-

litätsanspruch. Die Filter können

ausgeführt sein als Buchfilter,

Unterbaufilter, Mehrstufenfilter

oder für die DIN-Schienenmon-

tage. Außerdem fertigt die Fir-

ma nach Kundenwunsch und

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Werte garantieren.

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EMV-Komponenten


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Bourns sind im Standard Induk-

tivitätsbereich von 0,1 μH bis

10 μH erhältlich. Die Strombe-

lastbarkeit beträgt bis zu 50 A

und der DCR bis hinab zu 1 mΩ,

je nach Modell. Die Induktivitä-

ten sind für den Temperaturbe-

reich von – 55 °C bis + 155 °C aus-

gelegt.

– 55 bis + 155 °C

Leistungsinduktivitäten


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ches Programm an EMV-ge-

schirmten Fenstern mit zahl-

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Kunststoffen gefertigt und mit

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schen Filtern und speziellen

Oberflächenvergütungen ver-

sehen werden. Für die Abschir-

mung können Drahtgewebe

einlaminiert oder eingegossen

werden, auch leitende Be-

schichtungen sind möglich. Für

die Kontaktierung stehen eben-

falls verschiedene Varianten zur

Verfügung, wobei die eventu-

ell erforderlichen Dichtungs-

materialien nach Kunden-

wunsch spezifiziert und in den

Lieferumfang des Fensters in-

tegriert werden können.

Vielen Optionen

EMV-Sichtfenster

520 28.01.2008 11:14 Uhr Seite 16

SPEZIAL: EMV-MESSE

Das Ergebnis für die Anforderungen an einebreitbandige und lineare Verstärkerarchi-tektur ist die patentierte Spatium-Plattform,die im Wesentlichen aus einer neuartigenCombinerstruktur und MMIC-Verstärkernbesteht. Die Plattform ist weitgehend fre-quenzunabhängig und kompatibel zu einergroßen Anzahl aktueller MMICs. Damit können zahlreiche Varianten mitunterschiedlicher Leistung und / oder Band-breite durch das Verwenden der passen-den MMICs realisiert werden. Die Combi-nerstruktur bleibt für alle Variantenidentisch – ein beträchtlicher Kostenvorteil.

Aufbau des VerstärkersEin Spatium-Verstärker kann als überdi-mensionaler, koaxialer Wellenleiter mitaktiven Elementen betrachtet werden(Bild 1). Am Eingang der Struktur geht derInnenleiter konisch in eine Verdickungüber. Um diese Verdickung sind mehrereAntennenelemente konzentrisch ange-ordnet, welche die HF-Leistung aufteilenund in ein Mircostrip-Leitungssystem ein-speisen, das zu den einzelnen MMICs führt.Diese verstärken den jeweils zugeführtenSignalanteil. Die verstärkten Einzelsigna-le werden anschließend wieder über wei-

tere Antennenelemente in den ausgangs-seitigen Innenleiter eingespeist und da-mit zu einem Gesamtausgangssignalkombiniert.Die identische MMIC-Chips und die sym-metrische Combinerstruktur gewährleis-ten einen nahezu identischen Phasen- undAmplitudengang, die Grundlage einer ef-fektiven Leistungssummation. Die typi-schen Verluste des Combiners liegen bei ca.0,4 dB im Bereich von 2 bis 20 GHz, eindeutliches Zeichen für die Effizienz. Die geringen Verluste sorgen darüber hi-naus für eine geringere Stromaufnahmeund Wärmeentwicklung. Durch die Vielzahlder einzelnen MMIC-Verstärker ist der re-sultierende Effektivwert des Phasenrau-schens deutlich geringer als der Wert einesvergleichbaren TWT-Verstärkers.

Verstärker im VergleichDie Tabelle 1 zeigt qualitativ das Potenzi-al der Spatium-Technologie im Vergleich zuanderen Konzepten. Anwendungsgebieten, die bislang nurmit konventioneller TWT- oder SPPA-Tech-nologie bedient werden konnten, stehtnunmehr eine zukunftweisende Alter-native zur Verfügung, die Spatium-Fa-milie von CapWireless im Vertrieb beiTactron. (sb)

EMV - 2008 17

Breitbandig, linear und zuverlässig

High-Power-KombinationsverstärkerDie Spatium Verstärkerfamilie mit CAPLine-Technologie wurde mit dem Ziel entwickelt, eine Verstärkerarchitektur fürmittlere bis hohe Leistungen mit der Zuverlässigkeit von Halbleiterleistungsverstärkern zu erhalten. Breitbandigkeit,geringes thermischem Rauschen sowie lineares Verhalten mit geringen Intermodulationsverzerrungen waren weite-re wesentliche Zielvorgaben.


www.elektronik-industrie.de˘ Link zu Tactron

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Spatium konventionelle TWT-VerstärkerSSPA-Technologie

Combiner > 90 % unabhängig 75 % - 90 % 100 %Wirkungsgrad von der Anzahl der

Einzelelemente

Bandbreite Dekade Zwei Oktaven Zwei Oktaven

Einzelfehler no no yes

Rauschzahl 8 dB 8 dB 35 dB

Harmonische bei – 20 dBc – 20 dBc 0 bis – 6 dBcSättigung

Plattform- Austausch der MMIC’s neues Bauteil, neues neuer Entwurfeigenschaften Gehäuse, neueüber der Frequenz Combinerstruktur

Phasenrauschen niedrig niedrig hoch

Versorgungs- niedrig (< 32 V) niedrig (< 32 V) hoch (> 1 kV)spannung Lebensgefahr

Zuverlässigkeit > 100 000 Stunden > 100 000 Stunden < 10 000 Stunden

Verlustwärme räumliche Kühlung, ebene Kühlung, die mit- räumliche Kühlungminimales gegen- tigen Elemente werden seitiges Aufheizen stärker aufgeheizt

Ausgangsrausch- niedrig niedrig hochleistung

Festigkeit gegen Aus- hoch hoch niedriggangsfehlanpassung

Aufwärmzeit keine keine 3-5 Minuten

Tabelle 1: Vergleich wesentlicher Parameter von Spatium-, SSPA- und TWT-Verstärker.

Bild 1: Ein Spatium-Verstärker kann als überdimensionaler koaxialerWellenleiter mit aktiven Elementen betrachtet werden. (Bild: Tactron)

402 28.01.2008 11:15 Uhr Seite 17

SPEZIAL: EMV-MESSE

Neben der Nutzung der Windenergie nimmtder Einsatz von Photovoltaik stark zu. Aus derSicht der EMV stellen die in der Photovoltaiknotwendigen Wechselrichter, auch Solarin-verter genannt, eine kritische Komponentedar. Deshalb gibt es für die Messung derEMV dieser Komponenten, besonders wegender auftretenden hohen Leistungen, spe-zielle Messaufbauten, die im Folgenden nä-her betrachtet werden.

Solarinverter und EMV – ein ProblemEntwickler von Solarinvertern müssen ei-nen Kompromiss finden zwischen dem Wir-kungsgrad und der EMV, da Maßnahmenzur Erhöhung der EMV zulasten des Wir-kungsgrads gehen. Umgekehrt bewirkt einhoher Wirkungsgrad z. B. durch schnelleSchaltvorgänge steile Flanken mit den ent-sprechenden Störungen. Zusätzlich führenEinsparpotentiale bei Solarinvertern zu To-pologien, die ohne Transformator und mit ho-hen Spannungen arbeiten. Dies kann auchzu steilen Spannungsspitzen mit uner-wünschten EMV-Effekten führen.

Defizite in der NormengebungEMV-Messungen an Solarinvertern sinddurch die Normungsbehörden noch nichtausreichend spezifiziert. Auch ist eine ein-deutige Zuordnung nicht möglich. Man kannSolarinverter als Haushaltsgeräte, als ISM-Gerät oder als informationstechnisches Ge-rät auffassen. Entsprechend kämen die Nor-men EN55014, EN 55011 oder EN 55022zur Anwendung.Derzeit werden vom IEC Normen speziellfür Solaranlagen erarbeitet. Die laufendenNormungsprojekte des Komitees K 373 (Pho-

tovoltaische Solarenenergie-Systeme) sind:˘ Norm für Solarzellen,˘ Norm für Solarscheiben,˘ Norm zur Verifizierung von Simulations-

programmen,˘ Norm für Steckverbinder für PV-Systeme,˘ Norm für Photovoltaik im Bauwesen.

Hersteller von Solarinvertern geben heutean, dass ihre Geräte folgenden Normen ent-sprechen und kennzeichnen sie mit demCE-Zeichen:˘ Gerätesicherheit nach EN 60950-1:2003-

08 sowie EN 50178:1998-04,˘ Störaussendungen nach EN 61000-6-

3:2002-08 sowie EN 61000-6-4:2002-08,˘ Netzrückwirkungen nach EN 61000-3-

2:2001-12.

Prüfsystem für SolarinverterDie Firma Spitzenberger+Spies bietet mitdem neuen Komplettsystem bestehend ausNetzsimulation mit Rückspeiseeinheit undPV-Simulator ein passendes Prüfsystem fürSolarinverter (Bild 1). Das Bild zeigt denAufbau des Systems, das sich in zwei Berei-che einteilen lässt. Der PV-Simulator bildetaufgrund seiner schnellen Regelung dasVerhalten der Solarpanels nach. Durch dieMöglichkeit der freien Programmierung derCharakteristik lassen sich verschiedene So-larzellentypen simulieren. Es können sowohlgleichbleibende als auch sich ändernde Wet-

terbedingungen vorgegeben werden (Bild 2).Dadurch stehen für EMV-Messungen re-produzierbare Bedingungen zur Verfügung.Der Ausgang des Solarinverters ist an dieNetzsimulation mit dem Messsystem fürdie Emmisions- und Immunitätstests nachden EN-Standards angeschlossen. Die Rück-speiseeinheit sorgt für eine erhebliche Min-derung der Wärmeerzeugung und damiteignet sich das Prüfsystem für Tests von In-vertern von einigen kW bis zu > 100 kW.

Das EMV Basis SystemAls Netzsimulation dient der 4-Quadran-ten-Verstärker der Serie PAS mit seinen be-sonderen Merkmalen:˘ extrem geringe harmonische Verzerrun-

gen, auch unter sehr nichtlinearen Be-dingungen,

˘ schnelle Anstiegsrate von > 52 V/μs (An-stiegszeit < 5 μs bei 230 Veff) nach EN61000-4-11,

˘ hohe Bandbreite von DC bis 5 kHz (–3 dB), die optional auf bis zu 30 kHzerweitert werden kann,

˘ Kleinsignalbandbreite bis 50 kHz oder100 kHz,

˘ geringer Innenwiderstand von 2 mOhm.

Als Messsystem kommt das Analysator-Re-ferenz-System ARS für die Harmonischen-und Flickeranalyse entsprechend IEC 61000-3-2/-12 und IEC 61000-3-3/-11 zum Einsatz.

18 EMV - 2008

Solarinverter

Auch die EMV muss stimmenDie Energiegewinnung mittels Photovoltaik boomt, der Anteil in Deutschland liegt aber noch bei bescheidenen 3 %.Aber die Wachstumsraten sind beachtlich. Neben den Solarzellen sind die Solarinverter wichtiger Bestandteil einerPhotovoltaikanlage, übernehmen sie doch die Einspeisung ins Netz. Auch hier muss die EMV stimmen. Ein Prüfsystemfür Solarinverter sowie den Stand der Normung, zeigt unser Beitrag.

AUTOR

Siegfried W. Best, Redaktion elektronik industrie

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Bild 1: Aufbau des Prüfsys-tems für Solarinverter. We-sentliche Komponentensind die Netzsimulation mitMesssystem, der PV-Simu-lator und die Rückspeisee-inheit , die 75 % der Energiein das Testsystem zurück-führt statt diese Energie inWärme umzusetzen. (Bilder: Spitzenberger+Spies)

408_neu 28.01.2008 11:17 Uhr Seite 18

SPEZIAL: EMV-MESSE

Das digitale Flickermeter entspricht IEC61000-4-15 und der Echtzeit HarmonischenAnalysator ist IEC 61000-4-7 konform. DieFlickermessung erfolgt mit zwei Kanälenund verfügt über ein kalibriertes Leitungs-impedanznetzwerk. Speziell für Ströme> 16 A ist die einstellbare Netzinnenwider-standsnachbildung AIP verfügbar.

Die RückspeiseeinheitZur normengerechten Messung von Sola-rinvertern, aber auch von anderen Quellen,die Leistung in das Netz einspeisen – wieWindgeneratoren, Kraft-Wärmekopplung,usw. – muss die Netzsimulation auch hoheStröme aufnehmen können. Im Gegensatzzum Quellenbetrieb addiert sich beim Betriebals Senke zu den eigenen Verlusten die ein-gespeiste Leistung hinzu. Damit ist bereitsbei 30 % der Nennleistung die maximaleErwärmung erreicht. Um die Einspeiseleis-tung zu erhöhen, d. h. die Verluste im Ver-stärker zu verkleinern, wurden bisher Last-widerstände parallel zum Verstärkerausganggeschaltet, welche die eingespeiste Leis-tung in Wärme umsetzten.Die Rückspeiseeinheit dagegen bewirkt eineErhöhung der Senkenleistung mit Energie-rückgewinnung. Sie ersetzt die Lastwider-stände indem sie wie ein Widerstand wirkt,der immer gerade so groß ist, dass er die Ein-speiseleistung des Prüflings aufnehmenkann. Diese Anpassung an den optimalenWert erfolgt in weniger als 1 ms.Vorteile:

˘ wirksamer Widerstand hat immer denoptimalen Wert,

˘ ideal für schnell wechselnde Einspeise-leistungen,

˘ Leistung wird nicht in Wärme umgesetzt,˘ Leistung wird mit hohem Wirkungsgrad

ins Netz eingespeist.

Angeschlossen wird die Rückspeiseeinheit pa-rallel zum 4-Quadranten-Verstärker. Im Quellenbetrieb des Verstärkers ist dieRückspeiseeinheit inaktiv und der Verstärkerarbeitet unbeeinflusst. Sobald Strom ein-gespeist wird, übernimmt sie diesen un-mittelbar und führt ihn am 4-Quadranten-Verstärker vorbei ins Netz. Dabei wird dieseEnergie mit einem Wirkungsgrad von ca.75 % zurückgewonnen. Wichtig ist hier, dassdies in Echtzeit geschieht und jede beliebi-ge Stromform übernommen werden kann.Der Verstärker gibt nach wie vor die simulierteNetzspannung vor und wird nicht von der

Rückspeiseeinheit beeinflusst. Insgesamtvergrößert diese Anordnung dank reduzier-ter Verluste die Leistungsfähigkeit des Ver-stärkers im Senkenbetrieb um den Faktor 5.

SchlussbemerkungMit dem vorgestellten Prüfsystem kann dasEMV-Verhalten von Solarinvertern bei den un-terschiedlichsten Eingangsbedingungenund bei den verschiedensten Netzbedin-gungen ermittelt werden. Der PV-Simulatorbietet weitergehende Simulationsmög-lichkeiten, um auch andere Eigenschaftenvon Solarinvertern, wie die Effizienz desMPP-Trackings, zu testen. Darüber wird elek-tronik industrie in dem Sonderheft Photo-voltaik im Sommer berichten.

Entwicklern und Herstellern von Komponenten in den Bereichen Automotive, Bahn, Brandmelder,Mess-, Steuer-, Regelungstechnik, Medizintechnik, Schiff und Offshore bieten wir eine Vielzahlmodernster Messplätze für Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Umweltsimulation.

Als akkreditiertes Testhaus führen wir normative und entwicklungsbegleitende Messungen durch undunterstützen Sie bei Entstörung und Optimierung.

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Bild 2: Der PV-Simulator kann Kennlinien von Solarpanels bei beliebigen Wettersituationen nach-bilden. Bild links zeigt den Stromverlauf über die Spannung, Bild rechts den Leistungsverlauf mitden Maximalen Power Points (MPPs) und einem Nebenmaximum bei Teilabschattung.

MPP

MPP

MPP

Neben-maximum

408_neu 28.01.2008 11:17 Uhr Seite 19

SPEZIAL: EMV-MESSE

Moderne Elektronik stellt, bedingt durchimmer höhere Taktfrequenzen und stärke-re Integration, permanent steigende An-forderungen an die einzusetzende Mess-technik für die Störsicherheit von Geräten.Um elektromagnetische Verträglichkeit zugarantieren, muss ein sehr großes Fre-quenzspektrum von etwa 150 kHz bis 1 GHzbeherrscht werden. Dabei ist zu erwarten,dass bei kommenden Normanpassungendieser Frequenzbereich nach oben noch er-weitert wird (3 GHz?). Der damit verbun-dene Messaufwand und die Kosten sind er-heblich, lassen sich aber bei überlegtemEinsatz adäquater Messmittel und geeig-neter Methoden gut kontrollieren.

Oszilloskop oder …Trotz seiner Vielseitigkeit, für EMV-Störaus-sendungsmessungen ist ein Oszilloskop lei-der ungeeignet, denn es zeigt die Form ei-nes Signals, also den zeitlichen Verlauf derSpannung, auf der Zeitachse an und nicht dieeinzelnen Spektren (Frequenzanteile mit ih-rem jeweiligen Pegel) aus denen es sich zu-sammensetzt.Die bei Störaussendungsmessungen anzu-wendenden Normen verlangen Mittelwert-und Quasi-Spitzenwert-Messungen, die inForm einer frequenzselektiven Messung je-des einzelnen Spektrums vorzunehmen sind.Die zu verwendende Messbandbreite hängtvon der Messfrequenz ab.Der bei Störaussendungsmessungen zu er-fassende Frequenzbereich reicht von150 kHz bis 1 GHz. Dabei muss das Mess-

gerät über eine hohe Eingangsempfind-lichkeit, die Messungen von wenigen μV er-möglicht, verfügen. Die Anzeige eines grö-ßeren Frequenzmessbereichs und dielogarithmische Darstellung der Spektren miteinem Anzeigeumfang von ca. 80 dB lassenauf einen Blick erkennen, wo die Schwer-punkte liegen und welche Auswirkungeneine Maßnahme auf alle Spektren und ihrePegel hat.

Spektrumanalysator und …Es ist nach wie vor ernüchternd, wie seltenSpektrumanalysatoren im Entwicklungs-alltag anzutreffen sind. Oft werden Kos-tengründe vorgeschoben. Die entwick-lungsbegleitende Messtechnik verlangtjedoch keineswegs nach dem „Rolls-Royce"unter den Spektrumanalysatoren. Da Spek-trumanalysatoren nicht tagtäglich einge-setzt werden, ist es sogar besser, einfach zubedienende Geräte einzusetzen, welche vonjedem Entwickler ohne große Schwellen-angst und Einarbeitungszeit verwendet wer-den können. Wichtig ist es, rasch und mit we-nig Aufwand vergleichende Messungendurchführen zu können. Wie schnell einSpektrumanalysator amortisiert ist, zeigt

folgende Überlegung. Ein Messtag in einemspezialisierten EMV-Labor kostet zurzeitetwa 1 000 EUR oder mehr. Ein einfacherund kostengünstiger Spektrumanalysatorist bereits amortisiert, wenn es damit gelingt,insgesamt zwei bis drei Messtage im EMV-Labor einzusparen. Insgesamt muss es dasZiel einer effizienten EMV-Entwicklung sein,mit jedem neu entwickelten Gerät nur eineinziges Mal zur normengerechten Schluss-prüfung anzutreten.

Netznachbildung und SchnüffelsondenSie gehört neben dem Spektrumanalysatorzur Basisausstattung im Labor- und Zertifi-zierungs-Einsatz. Eine Netznachbildungdient zur Isolierung, Erkennung und Quan-tifizierung von leitungsgebundenen Stö-rungen. Im Zertifizierungslabor wird sie imAllgemeinen in Verbindung mit einem Mess-empfänger eingesetzt. Für den Bereich derPre-Compliance-Messtechnik ist jedoch derEinsatz zusammen mit einem Spektrum-analysator die erheblich praktikablere – weil„schnellere" – Lösung. Hameg Spektrum-analysatoren der Serie 5000 bieten inVerbindung mit der NetznachbildungHM6050-2 Ergebnisse, die mit den beim

20 EMV - 2008

Entwicklungsbegleitende EMV-Messtechnik

EMV-Pre-Compliance-Messungen Sie bringen im Europäischen Wirtschaftsraum (EU, Island, Liechtenstein und Norwegen) neue, elektrisch bzw. elektro-nisch gesteuerte oder geregelte Geräte in den Verkehr? Sie haben schon während der Entwicklung auf die beim End-produkt zu gewährleistende elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) geachtet? Oder haben Sie nach dem unange-nehmen Erwachen infolge der ersten EMV-Prüfung Ihre Schaltung in weiten Teilen überarbeiten „dürfen“, also quasivon vorn angefangen? Informieren Sie sich im nachstehenden Artikel, ob sie sich in Ihrem Entwicklungsfluss in Zukunftnoch „stören“ lassen wollen?!

AUTOR

Thomas Modenbach ist Sales Director bei der Hameg Instru-ments GmbH in Mainhausen

˘

523 28.01.2008 11:18 Uhr Seite 20

EMV-Dienstleister durchgeführten Mes-sungen vergleichbar sind (Bild 1).Was fängt man mit den kostenintensivenMessergebnissen eines Dienstleisters an,wenn sich herausstellt – da stört noch was?Um was geht es dabei eigentlich??

Feldgeführte StörsignaleUnter feldgeführten Störungen wird die Ab-strahlung von Störsignalen verstanden, imUnterschied zu sogenannten leitungsge-führten Störungen. Die EMV-Vorschriftenlegen den Frequenzbereich für die Erfas-sung der feldgeführten Störsignale auf30 MHz bis 1 GHz fest, wobei zu erwarten ist,dass Normerweiterungen zum Bereichhöherer Frequenzen hin noch erfolgenwerden.Normengerecht werden die feldgeführtenStörpegel mittels Antennen und Mess-empfängern in einem reflexionsfreien Um-feld, welches frei von Drittstörungen ist, ge-messen. Die normengerechten Messungenwerden daher meistens in sogenannten Ab-sorberhallen durchgeführt.Entwicklungsbegleitend sind derartige Mes-sungen jedoch ineffizient, weil zeitraubendund teuer. Gefragt sind schnelle Aussagenüber das Störpotenzial, innerhalb einer Schal-tung und insbesondere auf sämtlichen Lei-tungen, welche eine Leiterplatte oder einGerät verlassen. Obwohl in diesem Abschnittvon sogenannten feldgeführten Störungendie Rede ist, sind es auch bei diesen Stö-rungen die Leitungen, die wie Antennenwirken und eine Abstrahlung erst richtig er-möglichen.Im Entwicklungslabor konzentriert sich dieEMV-Arbeit vorwiegend auf die Beurteilungder durch solche Leitungen verschlepptenStörungen. Diese Messungen können – mitden entsprechenden Hilfsmitteln – im un-mittelbaren Nahfeld, teilweise sogar direktauf den Signal-, Versorgungs- und Masse-leitungen oder auf den Kabelschirmen er-folgen. Wer zum ersten Mal mit einem Spek-trumanalysator eine Schaltung untersucht,wird mit großem Erstaunen feststellen, dassselbst auf Signalleitungen für langsameoder statische Signale erhebliche, hochfre-quente Signalanteile, ausgehend von an-deren Schaltkreisen, „mit reiten“. Mit einemOszilloskop betrachtet, gehen diese Signal-anteile im Rauschen unter und sind meistüberhaupt nicht zu erkennen. Das elektro-

magnetische Störfeld benutzt dabei die me-tallische Struktur einer Leitung – unabhän-gig vom eigentlichen Nutzsignal auf dieserLeitung – als eine Art „Führungsschiene“,um sich daran entlang energieeffizient aus-breiten zu können.Im Entwicklungslabor können diese Stör-größen ohne erheblichen Aufwand mit ei-nem Spektrumanalysator und für die je-weilige Messung geeigneten Sondensichtbar gemacht werden. Es werden zudiesem Zweck unterschiedliche Messsondenbenötigt.Will man den Erfolg einzelner Entstörungs-maßnahmen nachprüfen, bieten sich so-genannte „Schnüffelsonden" an. Sie wer-den als E-Feld und H-Feld-Sonden angebotenund erleichtern dem Entwickler zusammenmit Hochimpedanzsonden und Sonden mitextrem niedriger Eingangskapazität die Aus-wahl der passenden EMV-Maßnahmen.

Aktive E-Feld-SondeDie aktive E-Feld-Sonde ist breitbandig, miteiner sehr hohen Empfindlichkeit. Mit ihrkann man die Gesamtabstrahlung einerBaugruppe oder eines Gerätes beurteilen. Inder Regel wird sie in einem Abstand von 0,5bis 1,5 m von dem zu untersuchenden Ob-jekt eingesetzt. Damit lässt sich sowohl dieWirkung von Abschirmmaßnahmen über-prüfen als auch Filtermaßnahmen beurtei-len, die Leitungen betreffen, welche dasGehäuse verlassen und somit die Gesamt-abstrahlung beeinflussen.Wegen der hohen Empfindlichkeit kann esvorkommen, dass mit der aktiven E-Feld-Sonde auch Drittstörungen, ausgehend vonanderen Geräten im Labor, gemessen wer-den. Die Messung erfolgt deshalb derart,dass zuerst bei ausgeschaltetem Prüflingdie Störungen aus der Umgebung erfasst undnach Einschalten des Prüflings die neu hin-zugekommenen Signale analysiert werden.

Die Messergebnisse mit einer aktiven E-Feld-Sonde sind wie alle Fernfeld-Antennen-messungen auch vom Prüfaufbau abhängig.Insbesondere spielt die Lage der Kabel einenicht zu unterschätzende Rolle. Sollen re-produzierbare Messungen durchgeführtwerden – nicht nur einmalige Vergleichs-messungen verschiedener Maßnahmen – sowird empfohlen, die Versuchsanordnunggenau festzulegen und z. B. auf einer festenUnterlage zu fixieren.Die aktive E-Feld-Sonde kann auch zur Un-tersuchung von Störungen aus der Umge-bung verwendet werden. Wird vermutet,dass eine unbekannte Störquelle in einemGerät eine Funktionsstörung verursacht, sokann mittels aktiver E-Feld-Sonde und Spek-trumanalysator die elektromagnetische Um-gebung erfasst werden. Dank der Analyse imFrequenzbereich lässt sich meist sehr schnelldie Störquelle ausfindig machen. Dies machtes möglich, erforderliche Nachbesserungenso gezielt auszuführen, dass man bei derAbnahmeprüfung eben keine Überra-schungen erlebt.

Aktive H-Feld-SondeEines der Erfolgsrezepte in der EMV ist es, dieStörströme zu beachten. Der gängige Einsatzvon Oszilloskopen verleitet zu einem rei-nen „Spannungsdenken“. Erfolgreiche EMV-Ingenieure denken aber vor allem in „Strö-men”. Um Störströme berührungsfrei undohne Auftrennen von Leitungen aufspürenzu können, sind aktive H-Feld-Sonden ein op-timales Hilfsmittel (Bild 2). Sie sind relativ un-empfindlich gegen Störungen von außen(Drittstörer), zeigen ein starkes Ansteigen desgemessenen Pegels bei der unmittelbarenAnnäherung an die Störquelle und ermög-lichen damit sehr gezielt, Störströme in-nerhalb einer Schaltung zu lokalisieren.Bewegt man eine H-Feld-Sonde entlang ei-nes Gehäuses oder einer Abschirmung, sind„undichte“ Stellen wie beispielsweise Schlit-ze leicht erkennbar.Durch die weiter fortschreitende Integrati-on auf Leiterplatten, stößt auch die Lokali-sierung von Störern mit einer H-Feld-Sondean Grenzen. Hilfe bietet hier die μH-Feld-Son-

EMV - 2008

Bild 1: Aktive H-Feld-Sonden wie z. B. dieser HZ530-Satzsind Nahfeldsonden, mit denen die magnetische Feld-stärke gemessen werden kann. Diese magnetischeFeldstärke ist im Nahfeld direkt mit den Leitungs-strömen verknüpft.

SPEZIAL: EMV-MESSE

523 28.01.2008 11:18 Uhr Seite 21

SPEZIAL: EMV-MESSE

de HZ554 (im Nahfeldsondensatz HZ550enthalten). Hiermit ist es möglich bis in denmm-Bereich exakt die jeweilige Störquellezu lokalisieren. Diese Sonde findet Einsatz beider Identifizierung von Störern direkt aufder Leiterplatte.Wie schon erwähnt, sind alle Arten von me-tallischen Kabeln die Antennen für die Stör-abstrahlung und auch für die Störeinkopp-lung. Hält man die H-Feld-Sonde an einKabel und analysiert die Signale mit einemSpektrumanalysator, so wird man mit eini-gem Erstaunen feststellen, dass selbst aufNetzleitungen oder „langsamen“ Datenlei-tungen wie beispielsweise Telefonleitun-gen, verblüffend hohe Pegel hochfrequen-ter Signalanteile (z. B. Harmonische derClock-Signale) festzustellen sind. Mit der H-Feld-Sonde und der logarithmischen Am-plitudendarstellung eines Spektrumanaly-sators ist einfach festzustellen, ob alleLeitungen etwa gleich stark „verseucht“sind, oder ob gewisse Leitungen mehr oderweniger Störungen auskoppeln. Damit kön-nen gezielt Maßnahmen eingeleitet wer-den, so dass die Wirksamkeit dieser Maß-nahmen im Labor, ohne die Verwendungeines geschirmten Raumes und ohne großenMessaufwand, rasch und einfach beurteiltwerden können.

Hochimpedanz-TastkopfMit einem Hochimpedanz-Tastkopf kanngezielt an einem Punkt, z. B. an einem IC-Pin,oder an einzelnen Leitung in einer Schal-tung breitbandig (über 1 GHz) gemessenwerden, ohne den Messpunkt mit derüblichen Eingangsimpedanz eines Spek-trumanalysators von 50 Ω zu belasten. DieEingangsimpedanz der Hochimpedanz-Tast-köpfe aus den Hameg-Sondensätzen istweitgehend kapazitiv und die Kapazität liegtunter 2 pF. Der Hochimpedanz-Tastkopf kannauch an ein Oszilloskop (mit 50-Ω-Eingang)angeschlossen werden. Er arbeitet in diesemFall als Tastkopf mit der oben beschriebenenBandbreite und Eingangskapazität.Besser noch ist der Einsatz eines Low-Capacitance-Tastkopfes mit noch geringerer

Eingangskapazität (kleiner 0,2 pF) und hö-herer Bandbreite bis zu 3 GHz (z. B. HZ555).Hiermit wird der zu untersuchende Schal-tungspunkt noch deutlich weniger belas-tet und ermöglicht so ein verfälschungssi-cheres Messen auch in sehr hochfrequentenSchaltungen. Der besondere Vorteil ist, dassin diesem Fall der Messpunkt so gut wienicht durch das Messgerät belastet wird. Eskann sonst leicht vorkommen, dass ein nie-derohmiger Tastkopf genau jene Schwin-gung dämpft bzw. eliminiert, die gemes-sen werden soll. Je höher die zu messendeFrequenz wird, desto mehr verschärft sichdieses Problem. Jedes pF spielt hier eineenorme Rolle. Mit der geringen Ein-gangskapazität der HZ555 kann diesesPhänomen bis zur Bandbreiten-Grenze ver-nachlässigt werden. Der Low-Capacitance-Tastkopf besitzt nur eine winzige Tastspit-ze und wird ohne Masseleitung betrieben.Der Rückstrom des Messsignals erfolgt „ka-pazitiv“ über die „Belastung" durch denMessenden. Es wird damit tatsächlich mög-lich, das EMV-Störpotenzial eines IC-Pinsoder einer einzelnen abgehenden Leitung zumessen. Durch die „kapazitive und hoch-ohmige“ Messmethode lassen sich auch so-genannte Gleichtaktstörungen an ihrer Quel-le aufspüren.

EMV-Probleme in der PraxisDem Elektronik-Entwickler sind mittlerweilezahlreiche Maßnahmen zur Verbesserung derEMV von z. B. Leiterplatten bekannt. Wieviel diese Maßnahmen jeweils im Einzelfallwert sind, erkennt man oft erst bei der Ab-strahlungsmessung. Diese Tatsache führtaber dazu, dass die Einzelmaßnahme seltengeprüft wird, weil der Aufwand an Zeit undKosten viel zu groß wäre. Prüft man jedocherst, nachdem eine ganze Reihe von Maß-nahmen durchgeführt wurde, dann kannman den Erfolg oder Misserfolg der Einzel-maßnahme nicht mehr zuordnen.Für eine gewisse Vorabprüfung bietet sichdie Verwendung oben beschriebenen Nah-feldmesssonden – oder „Schnüffelsonden"an. Die E-Feld-Sonde reagiert auf elektri-

sche Wechselfelder. DieH-Feld-Sonde ist emp-findlich für Änderun-gen des magnetischenFlusses. Bevor man

diese Sonden einsetzt,

sollte man sich darüber klar werden, welcheFelder bei modernen Leiterplatten die über-wiegende Rolle spielen. Bei hohen Span-nungen und geringen Strömen spielt daselektrische Feld die bedeutendere Rolle. Beikleinen Spannungen und hohen Strömenüberwiegt das magnetische Feld. Der erstevon beiden Fällen lag eindeutig bei der Röh-rentechnik vor.Moderne integrierte Schaltungen weisenkleine Spannungen und zum Teil recht hoheStröme auf. An dieser Stelle muss hervor-gehoben werden, dass es nicht so sehr aufdie Absolutwerte der Ströme, sondern aufdie Rate ihrer Änderung ankommt. Bei derAnregung einer elektromagnetischen Wel-le, wenn dies mit der magnetischen Kom-ponente geschieht, ist die Änderung desmagnetischen Feldes in der Zeiteinheit diebestimmende Größe. Genau diese Kompo-nente wird von einer H-Sonde ausgewer-tet. Die Amplitude des Sondensignals ist di-rekt proportional zur Änderung desmagnetischen Flusses und damit zur Än-derung des erregenden Stromes. Deshalbsind solche Sonden zur ersten und über-schlägigen Untersuchung der Wirksamkeitvon EMV-Maßnahmen besonders geeignet.Die Mehrheit dieser Sonden hat jedoch ei-nen erheblichen Nachteil: Sie haben einesehr geringe räumliche Auflösung. Deswe-gen lässt sich das Signal, welches man mitdieser Sonde aufnimmt, nicht mehr ein-deutig dem Urheber zuordnen. Man achtedeshalb beim Erwerb solcher Sonden be-sonders darauf, dass man zumindest aucheine Sonde mit hoher Auflösung für dasmagnetische Feld mit erwirbt. Dies ist be-sonders dann wichtig, wenn die Integrati-onsdichte der Leiterplatten so hoch ist, dassdie Identifikation einzelner Störer sich imMillimeterbereich abspielt.

Messungen an 4-Lagen-Multilayer,oder …... wie man aus den Sondensignalen inte-ressante Details entnehmen kann. Grund-sätzlich können die Signale im Zeitbereichoder im Frequenzbereich angezeigt wer-den. Für den Anwender ist die Darstellungim Zeitbereich oft anschaulicher als die imFrequenzbereich. Die folgenden Messun-gen wurden an einem 4-lagigen Multilayerim Format einer Europakarte vorgenom-men. Das Stromversorgungssystem dieser

22 EMV - 2008

Bild 2: Eine Netznachbildungwie z. B. die HM6050-2 vonHameg dient der Isolierung,Erkennung und Quantifizie-rung von leitungsgebunde-nen Störungen.

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SPEZIAL: EMV-MESSE

Karte ist flächig ausgelegt. Der Abstand zwi-schen Vcc- und GND-Fläche ist 100 μm. DasFlächensystem ist durch eine Kondensato-ren-Gruppe, die in der Mitte der Platine po-sitioniert ist, entkoppelt.In Bild 3 sieht man das Flächenstromsignalin Nähe des Vcc-Pins eines 74AC163. DieAmplitude bildet das Ausmaß der Ände-rung des magnetischen Feldes ab und istdamit proportional zur Stromänderung in derFläche an dieser Stelle. Der zeitliche Ablaufist recht schnell. Die Flankenzeit liegt imSubnanosekunden-Bereich. Dies hat seine Ur-sache darin, dass hochfrequente Strom-komponenten vor alIem in der unmittelba-ren Nähe des Vcc-Pins fließen, denn siekönnen nur aus der Ladung der Vcc-Flächeselbst entnommen werden. Über größere Zu-leitungen können die hochfrequenten Kom-ponenten nicht zugeführt werden, da derenImpedanz zu groß ist. Am Vcc-Pin selbst istkein Stützkondensator angebracht, weil die-ser ebenfalls hochfrequente Komponentendes Stromes nicht zu liefern vermag. Na-türlich ist das Vcc-GND-System in derFlächenmitte mit einer Kondensatoren-Gruppe zusätzlich gestützt. Diese Konden-satoren-Gruppe vermag jedoch nur die nied-

rigen Frequenzkomponenten zu liefern.Bild 4 zeigt die Flächenstromänderung inder Nähe dieser Kondensatoren-Gruppe.Man erkennt, dass dieses Signal wesentlichlangsamer ist als das in Bild 3. Die Flanken-zeit liegt bei 3 ns. Die Kondensatoren-Grup-pe kann den Strom nur langsam in die Flä-che einspeisen. Solche Details lassen sichnatürlich nur mit hoch auflösenden Son-den, wie einer μH-Feld-Sonde, erkennen.Das nächste Beispiel zeigt uns die Wirkungabsorptiver Entstörungsmaßnahmen. InBild 5 ist das Signal unmittelbar am Vcc-Pineines 74AC00 mit der μH-Feld-Sonde ent-nommen worden. Die integrierte Schaltungwird hier aus einem nicht gedämpften Vcc-GND-Flächensystem gespeist. Die Ände-rungen des magnetischen Feldes sind sehrerheblich. Im Gegensatz hierzu sieht man inBild 6 das gleiche Signal, jedoch wird dieSchaltung hier aus einem zweistufig ge-dämpften Stromversorgungssystem ge-speist. Dies bedeutet, dass der Vcc-Pin übereine Breitbanddrossel an die Vcc-Fläche an-geschlossen ist, und außerdem ist diese Flä-che aus Gründen der Dämpfung „karboni-siert“. Man erkennt, dass die Amplitude desSignals in Bild 6 wesentlich kleiner als die in

Bild 5 ist. Die Wirksamkeit der Maßnahmeist bereits bei Anwendung der Sonden deut-lich erkennbar, ohne dass ein größerer Auf-wand an Messtechnik erforderlich wäre.Als letztes Beispiel, der besprochenen um-fangreichen Möglichkeiten der EMV PreCompliance Messungen, soll der Abgriff ei-nes Sondensignals am Taktverteiler auf ei-ner Europakarte geschehen. Das Signal wirdunmittelbar am Ausgang des Takttreibersentnommen. In Bild 7 sieht man das μH-Sondensignal in einem Aufbau, in dem kei-ne Entstörungsmaßnahmen vorgenommenwurden. Es wird eine sehr große Amplitudevon fast 60 mV gemessen. Die hier gebote-ne Maßnahme zur Verbesserung der Situa-tion ist die Einfügung eines Serienwider-standes unmittelbar in den Ausgang desTakttreibers. Im vorliegenden Fall wurden82 Ω gewählt. Bild 8 zeigt das Ergebnis: DieSignalamplitude ist halbiert. Auch in die-sem Falle ist die Wirkung der Entstörungs-maßnahme unmittelbar erkennbar. (jj)

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www.elektronik-industrie.de˘ Link zu Hameg Instruments

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Bild 3: Flächenstrom in der Nähe des Vcc-Pins ei-nes 74AC166.

Bild 4: Flächenstromänderung in der Nähe ei-ner Kondensatorgruppe.

Bild 5: Signal unmittelbar am Vcc-Pin eines74AC00.

Bild 6: Vergleichssignal bei einem zweistufiggedämpften Stromversorgungssystem.

Bild 7: Das Mikro-H-Sondensignal bei einemAufbau ohne Entstörmaßnahmen.

Bild 8: Halbierung der Signalamplitude durch einenSerienwiderstand am Ausgang des Takttreibers.

523 28.01.2008 11:18 Uhr Seite 23

SPEZIAL: EMV-MESSE

Produkte dürfen nur dann in den USAauf den Markt gebracht werden, wenn sieden Anforderungen der Federal Com-munications Commission (FCC) genügen.In Europa wurden private Stellen als Te-lecommuniction Certification Body (TCB)anerkannt. Hiezu gehört auch die Phoe-nix Testlab GmbH, Blomberg. PhoenixTestlab ist für alle Scopes als TCB von derBundesnetzagentur anerkannt und kannsomit Zulassungen (FCC Grants) für allezulassungsrelevanten Produkte nach demVerfahren „Certification“ erteilen.Zusätzlich sind die Prüflabore von Phoe-nix Testlab im Rahmen des MRA und nachden Regeln der US-Behörde FCC aner-kannt. Dies ist die Grundvoraussetzung,womit der Hersteller das Verfahren „De-claration of Conformity“ nutzen kann.Dieses Verfahren ist zum Beispiel für vielePCs, PC Komponenten und angeschlos-sene Geräte anzuwenden.

Durchführung der MessungenGenerell fällt ein Handy unter das ScopeB1 „General Mobile Radio Services“. Jenach genutztem Frequenzband müssender Code of Federal Regulations (CFR) 47Part 22 (Public Mobile Service) und/oderPart 24 (Personal Communications Ser-vice) eingehalten werden (Bild 1). Die für die Zulassung relevanten Anforde-rungen sind detailliert in den Subparts22E und 24H beschrieben. Zudem gel-ten für die Zulassungsprozedur ebenfallsdie Anforderungen aus dem CFR 47 Part2. Für die Messungen der Spurious Ra-

diated Emissions muss zusätzlich dieANSI/TIA/EIA-603-C-2004, Aug. 17, 2004berücksichtigt werden. Weitere Do-kumente, die für eine Zulassung rele-vant sein könnten, sind in der FCCKnowledge Data Base (KDB) auf der E-Fi-ling Seite unter www.fcc.gov zu finden.Es sind alle verschiedenen Modi zu tes-ten (GPRS, GSM etc.). Für WCDMA 850(Band V) und WCDMA 1900 (Band II) sindebenfalls die Parts 22 und 24 heranzu-ziehen.Im OET Bulletin 65, Supplement C, „Ex-posure to Radio frequency Electromag-netic Fields“, sind die Anforderungen fürdie SAR-Messungen beschrieben. Die SAR-Messungen müssen auch mit den bei-gefügten Accessoires, wie z. B. Kopfhörer,durchgeführt werden.Bild 2 zeigt eine Übersicht der notwen-digen Messungen mit der jeweiligen Zu-ordnung zu den einzelnen Parts des CFRs.Ebenso sind im Bild 2 die kanadischenAnforderungen zu finden.

Sollte das Handy mit Bluetooth undWLAN ausgestattet sein, so sind zusätz-lich Messungen gemäß dem CFR 47 Part15.247 notwendig. Die Anforderungenfür Bluetooth und WLAN sind zwar imselben Part beschrieben, allerdings gel-ten unterschiedliche Anforderungen.Hierzu hat die FCC zusätzlich Messvor-schriften veröffentlicht und in derKnowledge Data Base (KDB) veröffent-licht. Für die Messungen für die Zulassungin Kanada ist die RSS 210 in Verbindungmit der RSS-Gen heranzuziehen.

Messungen für BluetoothFür Bluetooth sind maximal 79 Kanäle zu-lässig (Frequenzbereich 2 402 ... 2 480 MHz).Nachfolgende Messungen sind für Blue-tooth notwendig.

Section 15.207Sollte sich das Gerät bei Anschluss andas öffentliche Stromversorgungsnetzzum Beispiel beim Ladevorgang betreiben

24 EMV - 2008

Beispiel Mobile Phones

Die FCC Zulassung in den USAIn den USA und Kanada stehen eigenständige Systeme der Bewertung der EMV von Geräten zur Verfügung. Die Systeme sind nicht kompatibel. Die technischen Anforderungen basieren teilweise auf internationalen Normen. FürUSA und Kanada ist die Einhaltung der Anforderungen verpflichtend. Im Gegensatz dazu ist das europäische System liberal und basiert für viele Produkte auf Herstellererklärungen. Anhand eines Handys wird das Zulas-sungsverfahren beschrieben.

AUTOR

Dipl.-Ing. Bernd Selck istDirector of Notified BodyEMC der Phoenix TestlabGmbH in Blomberg.

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Bild 1: Frequenzbänder 47 CFR 22 und 47 CFR Part 24 (Quelle: FCC Knowledge Data Base)

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SPEZIAL: EMV-MESSE

lassen, ist diese Messung not-wendig. Hierzu gilt die ANSIC63.4 in der gültigen Ausgabe.

Section 15.247(a)Beschreibung, wie das Gerätdie Definition eines Frequenz-hoppers einhält.˘ Carrier Frequency Separati-

on. Die Hopping-Funktionist aktiviert.

˘ Number of Hopping Fre-quencies. Die Hopping-Funk-tion ist aktiviert.

˘ Time of Occupancy (DwellTime). Die Hopping-Funktion ist akti-viert.

˘ 20 dB Bandwidth. Die Übertragungs-rate muss auf die maximal möglicheeingestellt werden. Die Messung wirdüblicherweise auf dem niedrigsten,mittleren und höchsten Kanal durch-geführt.

˘ Pseudorandom Frequency Hopping Se-quence. Es muss eine Beschreibungerfolgen, wie die Hopping-Sequenz er-zeugt wird.

˘ Equal Hopping Frequency Use. Es musseine Beschreibung erfolgen, wie dieKanäle gleichmäßig genutzt werden.

˘ System Receiver Input Bandwidth. Esmuss eine Beschreibung erfolgen, wiedie Kanalbandbreite vom zugehörigenReceiver mit der Kanalbandbreite desTransmitters abgeglichen wird.

˘ System Receiver Hopping Capability.Es muss eine Beschreibung der Syn-chronisation erfolgen.

Section 15.247(b)˘ Peak Output Power. Die Messung wird

üblicherweise auf dem niedrigsten,mittleren und höchsten Kanal durch-geführt.

˘ De Facto EIRP Limit. Eine Beschreibungmuss für jede verwendete Antenne er-folgen.

˘ RF Exposure Compliance Requirements.Dieser Nachweis erfolgt üblicherwei-se mit der SAR-Messung.

Section 15.247(c)˘ Band-edge Compliance of RF Con-

ducted Emissions˘ Spurious RF Conducted Emissions.

˘ Spurious Radiated Emissions. Hierzugilt die ANSI C63.4 in der gültigen Aus-gabe.

Messungen für WLANFolgende Messungen sind für WLAN not-wendig:˘ Section 15.31(m) – Number of Opera-

ting Frequencies. Für WLAN sind dieKanäle 1 bis 11 zulässig (Frequenzbe-reich 2 412 ... 2 462 MHz).

˘ Section 15.207 – Power line conductedemissions. Sollte sich das Gerät beiAnschluss an das öffentliche Strom-versorgungsnetz zum Beispiel beimLadevorgang betreiben lassen, istdiese Messung notwendig. Hierzu gilt die ANSI C63.4 in der gültigenAusgabe.

˘ Section 15.247(a)(2) – Bandwidth. Es muss die 6 dB Bandbreite gemes-sen werden. Die Messung wirdüblicherweise auf dem niedrigsten,mittleren und höchsten Kanal durch-geführt.

˘ Section 15.247(b) – Power output. DieMessung wird üblicherweise auf demniedrigsten, mittleren und höchstenKanal durchgeführt.

˘ Section 15.247(b)(5) – RF safety. Die-ser Nachweis erfolgt üblicherweisemit der SAR Messung.

˘ Section 15.247(c) – Spurious emissi-ons. 1. RF antenna conducted test. 2. Radiated emission test

˘ Section 15.247(d) – Power spectraldensity (PSD). Es wird die gleiche Me-thode angewendet wie bei der Mes-sung Power output.

Wenn das Mobile Phone zumBeispiel mit einer USB-Schnitt-stelle ausgestattet ist, sind dieAnforderungen des CFR 47 Part15 B zusätzlich zu berücksich-tigen. Hierzu müssen folgendeMessungen durchgeführt wer-den:˘ Section 15.107 – Power line

conducted emissions,˘ Section 15.109 – Radiated

Spurious emissions.

Zulassung durch einen TCBNach Durchführung der notwendigenMessungen in einem Prüflaboratorium,das bei der FCC gelistet ist (Listed Lab),werden alle notwendigen Unterlagen ei-nem TCB weitergeleitet. Dieser TCB mussfür das Scope B1 anerkannt sein, sonstkann der ausgewählte TCB keine Zulas-sung durchführen. Folgende Unterlagenmüssen dem TCB zur Verfügung gestelltwerden:˘ Form 731 mit der FRN Nummer des

Grantees und des Grantee Codes˘ Cover Letter.˘ Label Informationen˘ External Photos˘ Internal Photos˘ Test Report˘ Test Setup Photos ˘ Operational Description˘ Schematics˘ Block Diagram˘ Parts List / Tune up Procedure˘ Users Manual˘ SAR Report, Calibration Data and Sys-

tem Validation˘ Request for Confidentiality

Die in diesem Abschnitt nur kurz aufge-führten Unterlagen, die dem TCB zur Ver-fügung gestellt werden müssen, findenSie ausführlich beschrieben in einem Do-kument, das Sie über unseren infoDI-RECT-Service abrufen können.

( jj)

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Bild 2: Übersicht Anforderungen USA/Kanada


www.elektronik-industrie.de˘ Link zu Phoenix Testlab

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521 28.01.2008 11:19 Uhr Seite 25

SPEZIAL: EMV-MESSE

Die ausgesendete Störstrahlung liegt trotzEinbau in ein Metallgehäuse oberhalb derGrenzwerte. Was ist passiert? Das Gehäuseselbst ist meistens kein Bestandteil der Elek-tronik-Entwicklung und wird von der Kon-struktionsabteilung entworfen. Hier füh-ren dann gewünschte Gehäuseöffnungen,für z. B. Kabelein-/auslässe, Lüftungsschlit-ze, Bedienknöpfe, Lautsprecher, Signalge-ber oder Displays dazu, dass die Schirm-wirkung gerade dort massiv nachlässt. Aufder anderen Seite ist, selbst wenn diese ge-wünschten Gehäuseöffnungen nicht vor-handen wären, bei sich berührenden Me-tallflächen keine vollständige Überdeckungund damit keine HF-Dichtigkeit erzielbar. „Warum?“ ist die berechtigte Frage. Betrachtetman mikroskopisch eine „plane“ Metallflä-che, so wird man diesen Idealzustand nichtvorfinden. Vielmehr ist das Material an sichuneben, mitVerwerfungen und bietet daherkeine kontinuierliche Verbindung dieser bei-der Flächen. Die Abschirmung ist somit durchSchlitze unterbrochen und die Massever-bindung wird insgesamt HF-technisch be-trachtet hochimpedant. Die so gebildetenSchlitze und „Augen“ sind für die kurzwelli-ge Strahlungen ein offenes Tor um ein- undauszukoppeln (Bild 1).

LösungsvorschlagDie Lösung dieses Problems liegt in der Über-brückung und Abdichtung dieser so immervorhandenen Unebenheiten. Dazu eignensich die Leitenden Textildichtungen WE-LTvon Würth Elektronik (Bild 2). Die WE-LT Lei-tende Textildichtungen sind mit verschie-

26 EMV - 2008

EMI-Absorberfolie, Erdungsschellen und Massebändern

Effektive Schirmungs- und MassungskonzepteTrotz aller umfangreich diskutierten und empfohlenen Designregeln zum EMV-gerechten Entwurf von Baugruppen, führt häufig das Zusammenspiel von unterschiedlichen Funktionsgruppen innerhalb eines Gerätes beim Testim EMV-Labor zur Ernüchterung.

AUTOR

Lorandt Fölkel ist Produkt-manager bei Würth ElektronikeiSos GmbH & Co. KG

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+ Aluminium (Al) ++ Chrom / Silber Edelstahl 13 % Chrom (passiv)

+ Eisen (Fe) ++ Chromatisierte Stahl 18 %, Messing (La)

+ Rhodium (Rh) ++ Edelstahl 13 % Chrom (aktiv)

++ Silber (Ag) ++ Edelstahl 18 % Chrom 8 % Nickel (passiv)

– Stahl galvanisiert – – Magnesiumlegierungen

++ Titan (Ti) ++ Monel, Nickel (Ni), Kupfer (Cu)

– Zink (Zn) + Platin (Pl), Gold (Au), Kohlenstoff (C)

++ Zinn (Sn) + Platin (Pl), Gold (Au), Kohlenstoff (C)

(– – nicht geeignet; – weniger geeignet; + geeignet; ++ sehr gut geeignet)

Tabelle 1: Eignung der Materialpaarungen für WE-LT

Bild 1: Reduzierte Abschirmwirkung von Gehäusen durch Schlitzstrahler.

Bild 2: Abdichtung der Schlitze und Augen mittels Leitenden Textildichtungen WE-LT.

Bild 3: Erhältliche Profile der Leitende Textildichtung WE-LT.

525 28.01.2008 11:19 Uhr Seite 26

SPEZIAL: EMV-MESSE

denen Profilvarianten erhältlich (Bild 3). DieAnforderungen an die Textildichtung sindvom Einsatz abhängig und immer sehr un-terschiedlich. Als Mindeststandard aus derPraxis heraus hat sich bewährt:˘ UL94-V0 zugelassene Materialkombina-

tionen (immer notwendig wenn das End-gerät für US-Markt bestimmt ist),

˘ Schutz gegen raue Umweltbedingungen(Staub/Feuchtigkeit),

˘ gute Oberflächenleitfähigkeit um eineniederimpedante Verbindung zu erhal-ten,

˘ doppelseitiges Klebeband als Montage-und Fixierungshilfe.

Wichtig für den Einsatz der Textildichtungenist eine gewisse Mindestkompression, umden Übergangswiderstand dauerhaft ge-ring zu halten. Langzeituntersuchungen mitverschiedenen Kompressionen haben ge-zeigt, dass die Montage-Kompression derDichtungen mit der Zeit Einfluss auf dieLeitfähigkeit hat (Bild 5). Eine beständigeKompression für die Kontaktflächen vonmindestens 50 % ist notwendig um hierüber lange Zeit den Übergangwiderstandklein und konstant zu halten.Der typische Oberflächenwiderstand derSerie WE-LT liegt weit unter 8 mΩ. Der er-zielbare Abschirmeffekt beträgt bei 100 MHzca. 80 dB und bei 1 GHz ca. 75 dB (nach MIL285 Standard). Positiver Nebeneffekt: DieDichtungen erfüllen gleichzeitig die Schutz-klasse von IP54 für Staub- und Wasserschutz.Bringt man verschiedene Materialien in Kon-takt, findet ein galvanischer Prozess statt, derzur Korrosion der Kontaktflächen führt. AlsResultat isoliert die so entstandene Oxid-schicht die beiden Oberflächen nun gegen-einander, anstatt für eine besonders guteelektrische Verbindung zu sorgen. Für denpraktischen Einsatz sollte die Tabelle 1 be-achtet werden, um die Eignung für das Ma-terial zu prüfen und somit eine lange Stand-

zeit zu gewährleisten. Die Würth Elektro-nik Leitende Textildichtungen erfüllen au-ßerdem die UL-94 V0 Klassifizierung.

Effektive Masseanbindung zur StörungsminimierungEin anderer Schirmungskonzeptfehler kannauftreten, wenn z. B. bei geschirmten Ka-beln das Massegeflecht zu einem „Zopf“verflochten an die Gehäusemasse ange-bunden wird, oder aber der Erdungsdraht ins-gesamt zu lang ausgelegt ist. Die dadurchentstandene hochimpedante Masseanbin-

dung verhindert ein gutes Ableiten der Stö-rungen auf Masse. Deswegen ist es sehr wichtig alle Kabelver-bindungen die eine Abschirmung besitzen,breitbandig und niederimpedant anzu-bringen. Das kann bei geschirmten Kabelnsehr einfach und großflächig mittels leit-fähiger Nylonclips (Bild 6) realisiert werden. Erdende Nylonclips sind für Kabeldurch-messer von 3 mm bis 15 mm geeignet. Siesind sehr elastisch, leicht und besitzen ab-gerundete Kanten. Die Kabel werden da-durch einerseits sehr gut fixiert und ander-seits die Isolation nicht verletzt.Die Masseanbindung von der Leiterplattezum Gehäuse sollte auch nicht außer Achtgelassen werden. Hierzu sind die Ab-standsbolzen aus Metall zwar geeignet,aber die Kontaktierung ist meist sehr pro-blematisch. Durch die Verwendung von Er-dungsbändern (Bild 7) wird diese Kontak-tierung deutlich verbessert.Befinden sich im Gerät mehrere Leiterplat-ten, die sehr eng über einander verbautsind, können Kopplungen zwischen den Lei-terplatten entstehen. Diese Kopplungen lie-gen im Hochfrequenzbereich und sind häu-fig nur durch Verwendung von geschirmtenGehäusen zu beseitigen. Eine einfache und meist günstigere Lösungist die Verwendung von EMV-Absorberfolien(Bild 8), die einfach zwischen die Leiter-platten geklebt werden.Die flexiblen EMV-Ferritplatten benötigen kei-ne Masseanbindungen oder Kontaktierun-gen. Sie arbeiten nach dem Absorberprinzipund nehmen die Magnetfeldenergie aufund wandeln diese in Wärme um (ΔK kaummessbar). ( jj)

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www.elektronik-industrie.de˘ Link zu Würth Elektronik eiSos

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Bild 4: Testaufbau Oberflächenwiderstand WE-LT vs. Kompression. Bild 5: Langzeitverlauf Oberflächenwiderstand vs. Kompression.

Bild 6: Leitfähige Nylon Clips

Bild 7: Erdungsbänder

Bild 8: Flexible EMV-Absorberfolien

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2008 MESSE SPEZIAL · 2015-10-29 · EMV - 2008 3 EMV-MESSE 2008