Grundlagen der Störemissons- Messtechnik · 1 Grundlagen der Störemissons-Messtechnik Karl-Heinz Weidner Rohde & Schwarz GmbH & Co.KG 21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik

1

Grundlagen der Störemissons-Messtechnik

Karl-Heinz WeidnerRohde & Schwarz GmbH & Co.KG

21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 2

Inhalt

EMV-Modell Messungen nach CISPR-Standards Bewertungsdetektoren nach CISPR Messempfänger vs Spektrumanalysator Anwendung von Zeitbereichsverfahren in der

Störemissionsmesstechnik

2


EMV-Modell


Übertragungswege von EMV-Signalen

U, IGalvanischeKopplung"geleitet" SenkeQuelle

InduktiveKopplung"gestrahlt"(Nahfeld)

H

H

Senke

Quelle

Elektromagnetische Feldkopplung"gestrahlt"(Fernfeld)

SenkeQuelle

KapazitiveKopplung"gestrahlt"(Nahfeld)

E

E Quelle

Senke

3


Anordnungen zum Messen der EMV

Störquelle

Generator fürdie Störgröße

Ankopplung(NNB, Stromzange,

Meßantenne)

Störsenke"Opfer"

Funktions-kontrolle

NetznachbildungStromzange,Meßantenne

Messempfänger,Spektrum-analysator

EMI

Geräte zur Messung derStörfestigkeit

EMSKopplung

Geräte zur Messung derStöraussendung


Frequenzabhängigkeit der StöremissionenWerte für Messungen nach zivilen Standards

10001001010.10.01f / MHz

geleitete EMI(differential mode)

geleitete EMI(common mode)

NahfeldkopplungFernfeldkopplung

Störfeldstärke(elektr. Feldkomp.)

StörspannungStörfeldstärke (magn. Feldkomp.)

300.15

4


Klassifizierung von EMI-MessungenEMI-Messempfängerkonform nach CISPR 16-1-1

Bereich 3Normen-konforme

Messungen

EMI-Messempfängernicht voll konform nach CISPR 16-1-1Highend-Spektrumanalysatoren

Bereich 2

Precompliance-MessungenPrecompliance Messempfänger &Mittelklasse-Spektrumanalysatoren

Compliance MessgeräteEMI-Messungen mit genauemGrenzwertvergleich

EMI-Messungen mitBezug auf Grenzwerte

Bereich 1

EntwicklungsbegleitendeDiagnosemessungen

Einfache Diagnoseohne Bezug aufGrenzwerte

Standard-Spektrumanalysatoren,Voltmeter, Oszilloskope

- mit Vorselektionsfilter

- ohne Vorselektionsfilter


Messverfahren

Transducer

Übersicht EMI-Messungen

Störquelle

EMIMess-

empfänger

Conducted EMI

Netznach-bildung

Stör-spannung

NNB

lineareBreitband-antenne

magn.Rahmen-antenne

militärisch(zivil) zivil zivil

(militärisch)

militärisch& zivil

EMI-Messungen (zivile Standards)CISPR Band A: 9 kHz - 150 kHz

StörspannungStörfeldstärke (magn. Komponente)

CISPR Band B: 150 kHz - 30 MHzStörspannungStörfeldstärke (magn. Komponente)

CISPR Band C: 30 MHz - 300 MHzStörleistungStörfeldstärke (elektr. Komponente)

CISPR Band D: 300 MHz - 1000 MHzStörfeldstärke (elektr. Komponente)

CISPR Band E: 1 GHz - 6 GHzStörfeldstärke (elektr. Komponente)

EMI-Messungen (milit. Standards)30 Hz – 40 MHz

Störspannung30 Hz – 18 (40) GHz

Störstrahlung

Stör-strom

Strom-zange

Stör-leistung

Absorber-zange

elektr.Stab-

antennemilitärisch

& zivil

militärisch

NahfeldFernfeld

5


Modell für EMI-Messungen nach milit. Standards

Hülle des Fahrzeugs/Schiffes/Flugzeugs Rahmen/Spant (5 cm)

Störstrahlung(30 Hz – max. 40 GHz)

Störspannung(ca. 30 Hz - 40 MHz)

Quelle Senke

1 m

Messung in geschirmten Räumen Störstrahlung: Messabstand 1 m Keine echte Unterscheidung zwischen Nah- und Fernfeld Erweiterter Frequenzbereich gegenüber zivilen Standards


Messungen nach CISPR-Standards

6


Umorganisation von CISPR 16 im Jahr 2003OLD CISPR 16 publications NEW CISPR 16 publications

CISPR 16-1-1 Measuring apparatus

CISPR 16-1-2 Ancillary equipment – conducted disturbances

CISPR 16-1-3 Ancillary equipment – disturbance power

CISPR 16-1-4 Ancillary equipment – radiated disturbances

CISPR 16-1

Radio disturbance and immunity measuring apparatus

CISPR 16-1-5 Antenna calibration test sites for 30 to 1000 MHz

CISPR 16-2-1 Conducted disturbance measurements

CISPR 16-2-2 Measurement of disturbance power

CISPR 16-2-3 Radiated disturbance measurements CISPR 16-2

Methods of measurement of disturbances and immunity

CISPR 16-2-4 Immunity measurements

CISPR 16-3 CISPR technical reports

CISPR 16-4-1 Uncertainties in standardised EMC tests

CISPR 16-4-2 Measurement instrumentation uncertainty CISPR 16-3 Reports and recommendations of CISPR

CISPR 16-4-3

Statistical considerations in the determination of EMC compliance of mass-produced products

CISPR 16-4 Uncertainty in EMC measurements

CISPR 16-4-4 Statistics of complaints and a model for the calculation of limits


CISPR 16-1 Übersicht

Spezifikation von "Radio disturbance and immunitymeasuring apparatus and methods"

Teil 1"Radio disturbance and immunity measuring apparatus"

1-1 Messempfänger 1-2 Störspannungsmessung 1-3 Störleistungsmessung (MDS) 1-4 Störstrahlungsmessung 1-5 Kalibrierung von Messantennen

7


CISPR-Untergruppen (sub committees)

CISPR besteht aus sechs Untergruppen die folgende Schwerpunkte haben: CISPR/A - Messgeräte und Messmethoden, statistische Modelle CISPR/B - Störungen in industriellen, wissenschaftlichen oder medizinischen

Geräten, Energieversorgungsnetzen, Hochspannungsgeräten und Beförderungsmittel

CISPR/D - Störungen in motorbetriebenen Fahrzeugen CISPR/F - Störungen in Haushaltsgeräten, Werkzeuge und

Beleuchtungsanlagen CISPR/H - Grenzwerte zum Schutz von Radiosendern CISPR/I - Elektromagnetische Kompatibilität von IT-Ausrüstung,Multimedia-

Geräten und Rundfunk-Empfängern


Störaussendungsmessungen nach CISPR-Standards

(Х)

Х

ХХ15

Electrical lighting and similar equipment

Х(Х)Störleistung

ХХ(Х)ХХStörstrahlung(elektr./elektromagn. Komponente)

ХХStörstrahlung (magn. Komponente)

ХХХХХStörspannung

2522141311Produktstandard

For protection of receivers used on board of vehicles, boats, and on devices

Information technology equipment (ITE)

Household appliance, electric tools and similar apparatus

Sound and television broadcast receivers and associated equipment

Industrial, scientific and medical (ISM) radio-frequency equipment

8


Störspannungsmessung mit V-NetznachbildungMessanordnung

> 200

>20

0

> 80

80

30 to 40

40

woodentable

DUTtest receiver

groundplane

LISN

Bezugsmasse

MessobjektEMI-Messempfänger

V-NNB

Holztisch

> 200 cm

> 80 cm

80 cm30 - 40 cm

>200

cm

niederohmigeVerbindung


Störspannungsmessung mit V-NetznachbildungMerkmale

Messung der geleiteten EMI als Spannung bezogen auf Schutzerde (PE)unter Verwendung einer standardisierten Lastimpedanz

Frequenzbereich: (9 kHz)150 kHz bis 30 MHz (CISPR-Band A + B)

Messgeräte: Messempfänger, V-NNB, Bezugsmasse, (Handnachbildung)

Wichtig für Messempfänger: Impulsgeschützter Eingang

Wichtig für Bediener: Elektrische Sicherheit

Messung auf allen Phasen zur Worst-Case-Störgrößenbestimmung(& Handnachbildung für CISPR 14)

Messobjekte: Alle nichtmilitärischen Geräte

9


Störspannungsmessung mit V-NetznachbildungFunktionsprinzip V-NNB

230 V/50 Hz110 V/60 Hz

Impedanz-simulation/

stabilisierung

Netz-anschluß

Mess-objekt

MessempfängerHochpassFilter

RF

RF

AC/DC


0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 30 MHz

10

30

50

70

OHMs

50 uH

550 50 uH 50

Störspannungsmessung mit V-NetznachbildungImpedanz V-NNB50 Ω / 50 µH + 5Ω V-Netznachbildung 9 kHz – 30 MHz50 Ω / 50 µH V-Netznachbildung 150 kHz – 30 MHz

10


V DM

I DM

V CM

I CMI CM

(L) (N) (L) (N)

(PE)

common mode

differential mode

StörspannungsmessungGleichtakt- / Gegentaktstörsignale (1)

Gegentakt Gleichtakt


(PE)

(L2)

(GND)

(L1)(L2)(L1)

Vint

Vint

V- typeLISN

T- typeLISN

StörspannungsmessungGleichtakt- / Gegentaktstörsignale (2)

V-Netznachbildungen unterscheiden nicht zwischenGleichtakt- und Gegentaktstörsignalen

V-NNBT-type

AN

T-NNB

11


Störspannungsmessung mit V-NetznachbildungHandnachbildung (z.B. CISPR 14)

Bezugsmasse (reference ground plane)

V-NNB

Mess-empfänger

Verbindung mit metal. Gehäuseteilen

Folie um Motorposition

Folie um Griff Worst-case-Messung mit und ohne Handnachbildung


Störleistungsmessung mit AbsorberzangeMessanordnung

wooden table

DUTMDS

test receiver

300 MHz

30 MHz

80 MHz

5m + 2*60 cm

1 halfwave/30 MHz = 5 m

1 halfwave/80 MHz = 1.9 m

1 halfwave/300 MHz = 50 cm

Eine Halbwelle = 5 m

Eine Halbwelle = 1,9 m

Eine Halbwelle = 0,5 m

Mess-empfänger

MDS AbsorberzangeMessobjekt

Holztisch

30 MHz

80 MHz

300 MHz

5 m + 2 x 0,6 m

12


Störleistungsmessung mit AbsorberzangeMerkmale

Messung der gestrahlten EMI als geleitete Störgröße (Reduzierung des Aufwands)unter Verwendung einer MDS-Absorberzange einer standardisierten Lastimpedanz

Frequenzbereich: 30 MHz bis 300 MHz (CISPR-Band C)

Messgeräte: Messempfänger, Absorberzange (MDS) mit Kabel, Gleitbahn

Wichtig für Messempfänger:Besonderheit bei Transducerfaktor

Messung auf verschiedenen Messzangen-Positionen zurWorst-Case-Störgrößenbestimmung

Messobjekte: Haushaltsgeräte, Werkzeugeteilweise Radio/TV-Geräte


Störleistungsmessung mit AbsorberzangeFunktionsprinzip

Z Gen

EMIsource

PS

EUT

Zload= ?

Anpassung!Z Last = ZGen

ZL ZLastZL

ZL

ZL

Zin

VI

Z

Messobjekt

Störquelle

Ausgangs-leistung = max.

13


Störleistungsmessung mit AbsorberzangeAufbau der Absorberzange

MDS

Messobjekt+ Netzkabel

Strom-zange RF-Last (Z = 240 Ω)

Absorberzange

Ferrit-ringe

Netzkabel vomMessobjekt

Netz-anschluß

Messempfänger

P = i2 • Z


StörstrahlungsmessungFreifeldmessplatz (OATS)

d = 3 m > 3 m> 3 m

> 3 3 mDUT

loop antennaCISPR ellipse

turntableground plane

d = 1 0 m > 5 m> 5 m

DUT

log.-per. antenna

1 to 4 m

1 m> 3 10 m

turntable

CISPR ellipse

ground plane

im Fernfeld

im Nahfeld

Rahmenantenne

refl. Bodenplatte

Mess-objekt

CISPR-Ellipse

Drehtisch

Mess-objekt

Drehtischrefl. Bodenplatte

lin. Breitbandantenne

CISPR-Ellipse

14


Störstrahlungsmessung mit MessantennenMerkmale

Messobjekte: ISM, ITE, Automotiveteilweise Radio/TV-Geräte, nicht Haushaltsgeräte/Werkzeuge (Störleistung)

Messung der gestrahlten EMI als elektrische/magnetische Feldstärkemit linearen Messantennen auf Freifeldmessplätzen/in Absorberkammern

Frequenzbereich: 9 kHz bis 6 GHz (CISPR-Band A-E)

Messgeräte: Messempfänger, Messantennen, Drehtisch, Antennenmast

Wichtig für Messempfänger:Antennenfaktor

Wichtig für Messplatz: Messplatzvalidierung (NSA)

Messung mit verschiedenen Drehtisch-/Antennenhöhe-Positionen/Antennenpolarisationenzur Worst-Case-Störgrößenbestimmung


Freiraumimpedanz der elektromagnetischen Welle:Z0 = E0 / H0

CLZimpedanceline L ′′

= Ω≈Ωπ=

εµ

= 3771200

00

mFm

HZ

Störstrahlungsmessung mit MessantennenFernfeldausbreitung

L‘ ⇒ µ0 C‘⇒ ε0

15


Störstrahlungsmessung mit MessantennenNahfeld-/Fernfeldimpedanz

Z

rg

λ

22 Drg⋅

≈πλ⋅

≈2grElementarstrahler Reale Antenne D= max. Durchmesser

der Antennenkonstruktion

Hochohmiges Nahfeld (elektrische Feldkomponenete/kapazitive Kopplung)

Niederohmiges Nahfeld (magnetische Feldkomponenete, induktive Kopplung

Dipol-struktur

Rahmen-struktur

Z

Z

Z

Z

Fernfeld

Grenzradius


Antenna120E ( V / m ) 50 V ( V )1

a_transd

V1(V)• K(1/m) = E(V/m) E[dBuV/m] = V1 [dBuV] + k [dB (1/m)]

Störstrahlungsmessung mit MessantennenAntennenfaktor (Transducer)

Feldstärke = Messempfängerpegel + AntennenfaktorBeispiel:HK116 Bikonische Antenne

Resonanzverlauf

"aus""ein"

(Antennengewinn)

"ein""aus" (Antennenkorrekturfaktor)

Messantenne 377 Ω 50 Ω

16


Störstrahlungsmessung mit MessantennenFreifeldmessplatz (OATS)

10 m >5 m>5 m

DUT

u-feld-3

1..4 m

1 m> 3 10 m

l1 direkte Wellel2 reflektierte Welle

ϕ (l2 – l1) = n • 180° mit n = 1,3,5… gegenphasige Überlagerung = Feldstärkenauslöschung

ϕ (l2 – l1) = n • 180° mit n = 2,4,6… Überlagerung in Phase = Feldstärkenüberhöhung (≤ 6 dB)


Drehtisch 0 … 360°

Messobjekt

Störstrahlungsmessung mit MessantennenStörgrössenmaximierung ("worst case")

Mast 1 … 4 mPolarisation 90°

17


Störstrahlungsmessung mit MessantennenMagnetische Feldkomponente (CISPR 15)

Messung dermagnetischen Feldkomponente mit der Dreifach-Rahmenantenne (Störgrößenmaximierung)

ferriteabsorbers

coaxswitch

EMI test receiverDUT

Ferrit-absorber

Koax-schalter

Messempfänger


Bewertungsdetektoren nach CISPR

18


Weiterverarbeitung des ZF-Ausgangssignals

ZF-FilterDetektor

(Bewertung)Hüllkurvendemodulator/-gleichrichter

t

tmess tmess

t

tmess

Video-signal

t


Eigenschaften der "klassischen" EMI-Detektoren

UQP

U

t

UPUPK

Peak

Quasipeak

UAV

lin. Mittelwert

UAV

UQP

Kalibrierung erfolgt auf den Effektivwerteines unmodulierten Sinussignals= gleiche Anzeige für Schmalbandstörer (CW)

19


Bewertung von pulsförmigen StörsignalenBeispiel für CISPR-Band B

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

dB

10 2 3 510 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 100 1 2 3 4 5 Hz

PK

AV

QP

Pulse repetition frequency (PRF)

CISPR band B (150 kHz to 30 MHz)

RMS

Pulswiederholrate (PRF)

für CISPR-Band B (150 kHz - 30 MHz)


CISPR-AV Detektor (1)Average Detektor Zeitkonstantegem. CISPR 16-1-1 1st Edition (EN 55016-1-1:2004 ) auch für f > 1 GHz (Band E)

Für pulsmodulierte Signale mit einer Wiederholrate kleiner als die Instrumentenzeitkonstante Tmeter(z.B. fp < 6 Hz für Band A/B) ist das Messergebnis nicht der lineare Mittelwert sondernder Maximalwertam Ausgang des "Meter simulatingnetwork"

Envelopedetector

Metersimulatingnetwork

AD

Microprocessor

Maximum-Anzeige

20


Der CISPR-Average-Detektor liefert einen bewerteten Mittelwert Anzeige des Maximalwertes des linearen Mittelwertes während der Messzeit Dient zur Bewertung gepulster sinusförmiger Signale mit niedriger Wiederholrate Kalibrierung mit dem RMS-Wert eines unmodulierten sinusförmigen Signals Mittelwertbildung mittels Tiefpass 2. Ordnung (Simulation eines mechanischen

Anzeigeinstruments) Zeitkonstante des Tiefpasses und ZF-Bandbreite sind frequenzabhängig

(siehe obige Tabelle)

CISPR-AV Detektor (2)


CISPR-AV Detektor (3)Messzeiten: fp> 10 Hz: Tmeas > 10/fp, pulse width = 10 ms = const.

Band A/B:

Tmeter = 160 ms

Band C/D/E:Tmeter = 100 ms

21


CISPR-AV Detektor (4)

Band A/B:

Tmeter = 160 ms

Band C/D/E:Tmeter = 100 ms

fp = 1 Hz = const.


Anwendung des CISPR-AV Detektors (1)

Amendment A1:2002 zu CISPR 16-1:1999 (2nd Edition) AV - Grenzwerte sind üblicherweise für Funkstörspannungs- und -leistungsmessungen

definiert. Die Anforderungen an den Mittelwert-Detektor wurden geändert. Die neuen Anforderungen müssen bereits seit 2003 erfüllt werden, sofern der entsprechende Produktstandard auf eine undatierte Basisnorm referenziert(z.B. CISPR 13:2001)

Nach der CISPR-Umorganisation in Europa veröffentlicht alsEN 55016-1-1:2004 (CISPR 16-1-1:2003 1st Edition)d.o.w. * = 01. 09. 2007

*: d.o.w. = date of withdrawal,Zeitpunkt für den nationale Standards (Produkt- und Basisnorm), die mit den aktuellen europäischen Normen nicht (mehr) übereinstimmen, ungültig werden.

22


Anwendung des CISPR-AV Detektors (2)

Produktstandards die den CISPR-AV Detektor erfordern: CISPR 11:200x Anwendbar mit Veröffentlichung der 5. Ausgabe (in 2008 erwartet)

CISPR 12:200x Linearer AV und CISPR-AV seit 2007 anwendbar

CISPR 13:2001 Obligatorisch seit 2003

CISPR 14-1:2005 Obligatorisch seit 01. 09. 2007 *

CISPR 15:2005 Obligatorisch seit 01. 09. 2007 *

CISPR 22:2005 Obligatorisch seit 01. 09. 2007 *

CISPR 25:200x Anwendbar mit Veröffentlichung der 3. Ausgabe (in 2008 erwartet)

*: Basiert auf "date of withdrawal" für CISPR 16:1999 und seinen Anhängen;ab diesem Datum muß CISPR 16-1-1:2003 (in Europa als EN 55016-1-1:2004 veröffentlicht) angewendet werden.


RMS/AV-Detektor (1) Für die Schutzanforderung der digitalen Funkkommunikationssysteme (GSM,

DECT, TETRA, W-CDMA, DVB-T, etc.) hat sich der Quasipeak-Detek-tor als inadäquat erwiesen (Pk, QP: Überbewertung / Avg: Unterbewertung).

Eine geeignetere Bewertungscharakteristik ist erforderlich! Eine Kombination aus RMS-Detektor und nachfolgendem linearem Mittel-

wertdetektor mit Instrumentenzeitkonstante und Spitzenwertanzeige wurde als bester Kompromiß für diese Aufgabe gefunden.

RMSdetector

linearaveragedetector

Peak reading

Für niedrigePulswiederholraten

fp < 10 Hz

Abfall10 dB/Dekade

Abfall20 dB/Dekade +

Intrumentenzeitkonstante

23


RMS/AV-Detektor (2)

RMS/AV-Bewertung für die CISPR-Bänder A, B, C/D und E für kürzeste Pulsbreite gem. ZF-Bandbreite

RMS+Average weighting functions for Bands A, B, C/D and E

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

fp/Hz

WeightingFactor/dB RMS-AV Bands C/D

RMS-AV Band ERMS-AV Band ARMS-AV Band B

Peak


RMS-AV Detektor für CISPR-Bänder C/D mit einer Eckfrequenz von 100 Hz Asymptote bei 58,7 dB und PRF 1 Hz aufgrund der Instrumentenzeitkonstanten

RMS+Average weighting detector compared to existing detectors(example as proposed for Bands C and D)

10 dB/decadecorner frequency

20 dB/decade

RMS-AV

0

10

20

30

40

50

60

70

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

fp/Hz

WeightingFactor/dB Average

RMS-AVQuasi-PeakPeak

Linearer AverageQuasipeak

Peak

RMS/AV

RMS/AV-Detektor (3)

24


Anwendung des RMS/AV-DetektorsAmendment 2:2006 für CISPR 16-3 2.Ausgabe Technischer Report wurde veröffentlicht Hintergrundmaterial zum RMS/AV-Bewertungsdetektor für Messempfänger

Amendment 2:2007 für CISPR 16-1-1 2. Ausgabe Amendment 2 wurde im Juli 2007 veröffentlicht Der bestehende RMS-Detektor ist durch den neuen RMS/AV-Detektor ersetzt Frequenzbereich 9 kHz bis 18 GHz Spezifische Definitionen für Overload-Faktor und Impulsverhalten

CISPR/I/232/CD – Neues Amd. 3 für CISPR 13 4. Ausgabe CD ist bestätigt; nächster Schritt ist CDV (Committee Draft for Vote) Einführung des RMS/AV-Detektors als eine Alternative zum Quasipeak- und Mittelwert-Detektor

zur Messung geleiteter und gestrahlter Störemissionen


Messempfänger vs Spektrumanalysator

25


Messempfänger vs SpektrumanalysatorBlockschaltbild

Detektorenpeak average quasipeak

Detektorenpeak + "video filter"

log

log3dB Filter

6dB Filter

Scanner

Sweeper

VorselektionVorverstärker

(Vorverstärker)

Messempfänger

Spektrum-analysator

G

log

1


klassischer Messempfänger

Frequenzabstimmung bei Messempfänger und Spektrumanalysator

Scan

t

f

tmesstmess

tsettle

t

fSpektrumanalysator

Synchronisierter Sweep

1n

VCOPhasecomp.

fREF f aus

Phase locked loop (PLL)

moderner EMI-Messempfänger

26


f

P

m-spek-1

Außerbandsignaleohne Vorselektion

Spektrumanalysator (breitbandig)


f

P

m-spek-1

1

Mischerpegel

Außerbandsignalemit Vorselektion

Messempfänger (frequenzselektiv)

27


Wirkung der VorselektionBreitbandsignal mit Tiefpaß

mitVorselektion

ohneVorselektion


VRF/VZF = BWRF/BWZF

pRF/pZF = 20 log (BWRF/BWZF)

Pegelverringerung durch Bandbreitenreduktion

U

t

f3 = 3 f1

f5 = 5 f1

f1

f7 = 7 f1

f9 = 9 f1f11 = 11 f1

n = 1

11

fn

fn

∞

n = 1

VRF

f

BWRF

Selektivitätf

V ZF79,6 dBuV

BWZF

m-nbbb-1

28


60 dBuV

120 dBuV

≈ 0 dBuV

pIN

pind

pn

1 dB-Kompression

N

F

Pind max

20 log (BWRF/BWZF)

QP-Reserve ≤ 43.5 dB

verbleibender CISPR-Dynamikbereichfür Breitbandstörer

Dynamikverringerung durch Quasipeak-Charakteristik

0

-10

-20

-30

-40

dB

10 2 3 510 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 100 1 2 3 4 5 Hz

≈ 6 dBuVDynamikbereichfür Schmalbandstörer


Ausreichende CISPR-Anzeigedynamik fürNormenkonformität

Pin

(QP)Pind

20 lg ( B / B )HF ZF

Pdisp

43.5 dB

10 2 3 5 100 1 2 3 4 5 Hz

quasipeak

10 2 3 5 10 2 3 510 2 3 510 2 3 5

S/N 6 dB

29


Pin

(Q P)Pin d

20 lg ( B / B )R F IF

Pdisp

43 .5 dB

10 2 3 5 100 1 2 3 4 5 H z

quasipeak

10 2 3 5 10 2 3 510 2 3 510 2 3 5

S/N 6 dB

Fehlende CISPR-Anzeigedynamik zurNormenkonformität (Precompliance)


p

f

ZF-Selektion bei Messempfänger und Analysator

Spektrum-analysator

Messempfänger

t

UZF

t

UZF

Bessel-FilterGauss-Filter Chebychev-Filter

30


ZF-Filtereigenschaften

Bandbreitenverhältnis 3 dB (6 dB) : 60 dB Formfaktor ("shape factor") Spektrumanalysator 1 : 6 … 12

Messempfänger 1 : 2 … 5

Einschwing-optimiert(kurze Sweepzeit)

Normativ (EMI: CISPR16-1-1) oderan Signaltyp (Nutzsignal) angepaßt(Kanalfilter; Impulsbandbreite)

Moderne Analysatoren und Empfängerhaben digitale Auflösebandbreiten


Vergleich digitales vs analoges Filter

Vorteile digitaler Filter Keine Alterung der Bauteile;

optimale Langzeitstabilität Schnellere Sweeps möglich

mittels Ergebniskorrektur Exakte Filterkurven;

alle Formfaktoren Sehr gute Reproduzierbarkeit

der Messergebnisse

31


Anwendung von Zeitbereichsverfahrenin der Störemissionsmesstechnik


Die Art des Störsignals ist meist unbekannt

Die Einschwingzeit der Messbandbreite und das Zeitverhalten des Störsignals müssen berücksichtigt werden

Der vorgeschriebene Frequenzbereich muß lückenlos erfasst werden

Das Messergebnis muß den spezifischen Einfluß der Störquelle auf die menschliche Störsenke beschreiben (Quasipeak-Bewertung)

Mit konventionellen Verfahren ist die Messzeit oft sehr lang, insbesondere bei der Störstrahlungsmessung ab 30 MHz

Problemstellung bei der Störemissionsmessungnach kommerziellen Produktstandards

32


Annex B in CISPR 16-2-1 bis 16-2-3 enthält eine Tabelle mit genauen Angaben zu den Mindest-Sweepzeiten.

Aus dieser Tabelle können 'Minimum Scan-Zeiten' für die CISPR-Bänder abgeleitet werden:

Alle kommerziellen Produktstandards enthalten nach wie vor eine Quasipeak-Bewertung!

Frequency Band Peak detection Quasipeak detection A 9 to 150 kHz 100 ms/kHz:

14.10 s 20 s/kHz: 2 820 s = 47 min

B 0.15 to 30 MHz 100 ms/kHz: 2 985 s

200 s/MHz: 5 970 s = 1 h 39 min

C/D 30 to 1 000 MHz 1 ms/MHz: 0.97 s

20 s/MHz: 19 400 s = 5h 23 min

Minimale Messzeiten mit Peak- und Quasipeak-Detektor


Verfahren zur Messzeitreduzierung

Signalerfassung im Frequenzbereich mit Pk/Avg-Bewertung (Vormessung)

Datenreduktion (Frequenzliste)

Maximierungmessung und Nachmessung gem. Frequenzliste

33


Prinzip der Frequenzabstimmung in Schritten

Anforderung für hinreichenden Messgenauigkeit:Schrittweite ∆f ≤ 0.5 x ZF-Bandbreite Messempfänger

Schmale ZF-Bandbreiten erzeugen eine große Anzahl von Messschritten:30 - 1000 MHz; RBW 9 kHz; ∆f =4 kHz 242 000 Messpunkte


Scan (Messempfänger)

Die Messzeit pro Frequenzschritt muß mindestens so lang sein wie die Pulswiederholrate (PRF) des StörsignalsBeispiel CISPR 25:242 000 Messpunkte x 10 ms = 2 420 s = ca. 40 Min.

Sweep (Spectrum Analyzer)

So langsam das bei jeder Frequenz das Pulsereignis korrekt erfaßt wird, oderwiederholte Sweeps mit 'Max Hold' solange, bis sich das Störspektrum nicht mehr ändert.

Korrekte Einstellung der Messzeit für die Vormessung (Prescan)

34


Neues Verfahren für die Störemissionsmessung

Erfüllt alle Messzeitenanforderungen, auch für 1 Hz-Pulsstörer

Erheblicher Geschwindigkeitsgewinn gegenüber konventionellen Messverfahren

Prinzip:Erfassung von Frequenzbereichen >> ZF-Bandbreite während der Messzeit

Time-Domain EMI-Messsystem


Prinzip des Time Domain Scan

Frequenzbereich:Aufteilung des zu messendenFrequenzbereichs in aufeinanderfolgende Teilbereiche und Filterung

Zeitbereich:Zeitliche Abtastung des gefilterten Signals mit hoher Geschwindigkeit und Auflösung

F(s) f(t)

Fast Fourier Transformation:Transformation der abgetasteten Signale vom Zeit- in den Frequenzbereich (Teilspektrum)

Frequenzbereich:Erzeugung des Gesamtspektrums aus den transformierten Teilspektren

35


1) ZF-Filter mit schaltbarer Bandbreite (max. 10 MHz)

2) A/D-Wandler 81.6 MHz/14 bit für Teilspektren bis max. 7 MHz und hohe Dynamik

3) Resampler zur Datenreduktion soweit möglich (RBW, Span)

4) Universal Digital Module (UMOD) zur ZF-Analyse und Bargraph-Anzeige

5) 16 Msamples RAM für lückenlose Messungen bis zu 1 s Messzeit

6) CPU Intel 1 GHz Celeron M zur Fensterung und FFT-Berechnung

Blockschaltbild eines TD-Messsystems (R&S ESU)

ADC Resample UMOD

Receiverpreselection and mixer

wideband IF filter

RAM

20.4 MHz

mainprocessor


2) Das Vormessergebnis kann mit den bekannten Verfahren analysiert und die kritischen Frequenzen ermittelt werden

3) Die Nachmessung erfolgt – wie bisher – auf konventionelle Weise mit Quasipeak-(und Average-) Bewertung

4) Die Messung ist konform mit CISPR 16-1-1

Normenkonformität des Messverfahrens mit TD-Scan

1) Die Messzeit Tm muß für jeden Teilfrequenz-bereich länger sein als das Pulswiederhol-interval Tp um das Breitbandspektrum "BB" korrekt zu erfassen

36


Vergleich der Messzeiten für die Vormessung (1)Scan mit schrittweiser Frequenzabstimmung vs Time-Domain-Scan

30 kHz10 ms120 kHz30 MHz – 1 GHz

SchrittweiteMesszeitRBWBereich

477,5 sTD AUTO CW

2216 sTD AUTO PULSE

15 min 56 sStepped Scan

FaktorGesamtmesszeitScan-Modus

2,25 kHz10 ms9 kHz30 MHz – 1 GHz


9977 sTD AUTO CW

33221 sTD AUTO PULSE

1116 min 24 sStepped Scan



Vergleich der Messzeiten für die Vormessung (2)Scan mit schrittweiser Frequenzabstimmung vs Time-Domain-Scan

50 Hz20 ms200 Hz9 kHz – 150 kHz


1077129 msTD AUTO CW

1069130 msTD AUTO PULSE

1139 sStepped Scan


37


Documents

Grundlagen der Störemissons- Messtechnik · 1 Grundlagen der Störemissons-Messtechnik Karl-Heinz Weidner Rohde & Schwarz GmbH & Co.KG 21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik