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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
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
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
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
5
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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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
7
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)
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
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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
9
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)
Vint
Vint
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⋅
≈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
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°
17
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
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
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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
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