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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
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2
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 3
EMV-Modell
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 4
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
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3
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 5
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 6
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
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4
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 7
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 8
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
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21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 9
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 10
Messungen nach CISPR-Standards
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6
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 11
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 12
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
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21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 13
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 14
Störaussendungsmessungen nach CISPR-Standards
(Х)
Х
ХХ15
Electrical lighting and similar equipment
Х(Х)Störleistung
ХХ(Х)ХХStörstrahlung(elektr./elektromagn. Komponente)
ХХStörstrahlung (magn. Komponente)
ХХХХХStörspannung2522141311Produktstandard
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
-
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21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 15
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 16
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
-
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21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 17
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 18
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 19
V DM
I DM
V CM
I CMI CM
(L) (N) (L) (N)
(PE)
common mode
differential mode
StörspannungsmessungGleichtakt- / Gegentaktstörsignale (1)
Gegentakt Gleichtakt
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 20
(PE)
(L2)
(GND)
(L1)(L2)(L1)
VintVint
V- typeLISN
T- typeLISN
StörspannungsmessungGleichtakt- / Gegentaktstörsignale (2)
V-Netznachbildungen unterscheiden nicht zwischenGleichtakt- und
Gegentaktstörsignalen
V-NNBT-type
AN
T-NNB
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21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 21
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 22
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 23
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 24
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 25
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 26
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 27
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 28
Freiraumimpedanz der elektromagnetischen Welle:Z0 = E0 / H0
CLZimpedanceline L ′′
= Ω≈Ωπ=
εµ
= 3771200
00
mFm
HZ
Störstrahlungsmessung mit MessantennenFernfeldausbreitung
L‘ ⇒ µ0 C‘⇒ ε0
-
15
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 29
Störstrahlungsmessung mit
MessantennenNahfeld-/Fernfeldimpedanz
Z
rg
λ
22 Drg⋅
≈πλ⋅
≈2g
rElementarstrahler Reale Antenne D= max. Durchmesserder
Antennenkonstruktion
Hochohmiges Nahfeld (elektrische Feldkomponenete/kapazitive
Kopplung)
Niederohmiges Nahfeld (magnetische Feldkomponenete, induktive
Kopplung
Dipol-struktur
Rahmen-struktur
Z
Z
Z
Z
Fernfeld
Grenzradius
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 30
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 31
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)
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 32
Drehtisch 0 … 360°
Messobjekt
Störstrahlungsmessung mit MessantennenStörgrössenmaximierung
("worst case")
Mast 1 … 4 mPolarisation 90°
-
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21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 33
Störstrahlungsmessung mit MessantennenMagnetische Feldkomponente
(CISPR 15)
Messung dermagnetischen Feldkomponente mit der
Dreifach-Rahmenantenne (Störgrößenmaximierung)
ferriteabsorbers
coaxswitch
EMI test receiverDUT
Ferrit-absorber
Koax-schalter
Messempfänger
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 34
Bewertungsdetektoren nach CISPR
-
18
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 35
Weiterverarbeitung des ZF-Ausgangssignals
ZF-FilterDetektor
(Bewertung)Hüllkurvendemodulator/-gleichrichter
t
tmess tmess
t
tmess
Video-signal
t
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 36
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 37
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)
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 38
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 39
� 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)
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 40
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 41
CISPR-AV Detektor (4)
Band A/B:
Tmeter = 160 ms
Band C/D/E:Tmeter = 100 ms
fp = 1 Hz = const.
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 42
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 43
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.
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 44
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 45
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 46
� 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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 47
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 48
Messempfänger vs Spektrumanalysator
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25
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 49
Messempfänger vs SpektrumanalysatorBlockschaltbild
Detektorenpeak average quasipeak
Detektorenpeak + "video filter"
log
log3dB Filter
6dB Filter
Scanner
Sweeper
VorselektionVorverstärker
(Vorverstärker)
Messempfänger
Spektrum-analysator
G
log
1
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 50
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 51
f
P
m-spek-1
Außerbandsignaleohne Vorselektion
Spektrumanalysator (breitbandig)
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 52
f
P
m-spek-1
1
Mischerpegel
Außerbandsignalemit Vorselektion
Messempfänger (frequenzselektiv)
-
27
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 53
Wirkung der VorselektionBreitbandsignal mit Tiefpaß
mitVorselektion
ohneVorselektion
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 54
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 55
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 56
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 57
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)
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 58
p
f
ZF-Selektion bei Messempfänger und Analysator
Spektrum-analysator
Messempfänger
t
UZF
t
UZF
Bessel-FilterGauss-Filter Chebychev-Filter
-
30
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 59
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 60
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 61
Anwendung von Zeitbereichsverfahrenin der
Störemissionsmesstechnik
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 62
� 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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 63
� 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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 64
Verfahren zur Messzeitreduzierung
Signalerfassung im Frequenzbereich mit Pk/Avg-Bewertung
(Vormessung)
Datenreduktion (Frequenzliste)
Maximierungmessung und Nachmessung gem. Frequenzliste
-
33
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 65
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 66
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 67
� 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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 68
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 69
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
� � � � �
�
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 70
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
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 71
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
SchrittweiteMesszeitRBWBereich
9977 sTD AUTO CW
33221 sTD AUTO PULSE
1116 min 24 sStepped Scan
FaktorGesamtmesszeitScan-Modus
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 72
Vergleich der Messzeiten für die Vormessung (2)Scan mit
schrittweiser Frequenzabstimmung vs Time-Domain-Scan
50 Hz20 ms200 Hz9 kHz – 150 kHz
SchrittweiteMesszeitRBWBereich
1077129 msTD AUTO CW
1069130 msTD AUTO PULSE
1139 sStepped Scan
FaktorGesamtmesszeitScan-Modus
-
37
21.05.2008 | Grundlagen der Störemissions-Messtechnik | 73