Rosenberger bedea. Rosenberger bedea. Triaxiale Zellen (CoMeT Winkelgehäuse) EMV von HV-Leitungen mit der Triaxialen Zelle

Transkript

1 Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, 1 Triaxiale Zellen (CoMeT Winkelgehäuse) Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com,

2 Autor: Bernhard Mund, Rundfunk&Fernsehtechniker, Radio Brand Marburg, Dipl.-Ing. Nachrichten- & Mikroprozessortechnik, FH Giessen, 1984 bedea Berkenhoff&Drebes GmbH, Asslar, Mitarbeiter seit 1985 bedea Hersteller von Kommunikationskabeln, (CATV-Kabel) Zuständigkeiten: Leiter Kabel-Entwicklung sowie HF- & EMV- Messungen Normung: Obmann des VDE/DKE UK 41.3, Koaxialkabel, Sekretär des CENELEC SC 46XA, Coaxial cables Sekretär des IEC SC 46A, Coaxial cables Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, 3 Übersicht Triaxialverfahren Prinzip, Rohr in Rohr mit Kavität, Triaxiale Zelle Kavitäten, höhere Moden bzw. Resonanzen, Kopplungsübertragungsfunktion undefinierter Frequenzbereich Anpassung Verschiedene Lastbedingungen, neue IEC , Kopplungswiderstand Diskussion Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 4

3 Kopplungswiderstand und Schirmdämpfung Triaxialverfahren, Kopplungswiderstand & Schirmdämpfung DC bis über 8 (1) GHz mit einem Messaufbau! Abschlusswiderstand Empfänger Rohr Generator Schirmhülse zu prüfender Schirm IEC /-4-4 Kopplungswiderstand/Schirmdämpfung, Triaxialverfahren DIN EN , Kommunikationskabel, Elektromagnetisches Verhalten Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 5 Prinzip der Triaxialen Zelle mit Rohr in Rohr Empfänger Prüfling Rohr Generator Messkopf mit Schirmhülse Gehäuse Rohr in Rohr Anschluss- Kabel IEC , Tube in tube -procedure (Connectors and assemblies) with Triaxial Cell is under consideration at IEC TC 46/WG 5 Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 6

4 Resonanzen bzw. höhere Moden der Kavität Resonanzfrequenzen: a = 13.6 cm, b = 13.6 cm, c = 9.9 cm f mnp c0 = M a + N b P + c Results from Prof. Münzner et al, University of Ulm Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 7 Messergebnisse Rohr und Triaxiale Zelle Results from Prof. Münzner et al, University of Ulm Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 8

5 Triaxiale Zellen (CoMeT Winkelgehäuse) Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, 9 Resonanzen bzw. höhere Moden der Kavität Resonanzfrequenzen: f mnp c0 = M a + N b P + c 750-er Zelle 1000-er Zelle a b c a b c m n p f/ghz m n p f/ghz , , , 1 0 1, , , , ,13 0 1,6 0 1, , , , ,13 1 1,40 1 1,16 0 1,70 0 1,41 1 1,71 1 1, , ,53 Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 10

6 Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, 11 Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, 1

7 Grenzwerte nach EN Schirmdämpfung Kopplungswiderstand f max-zt Nicht definierter Bereich f min-as Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 13 CATV Leistungsteiler mit Triaxialer Zelle Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 14

8 Messen mit Fehlanpassung (Thomas Schmid) Überarbeitung der IEC , Kopplungswiderstand, Triaxialverfahren Z Z T U, P Z Z G, Z 1 Z 1 U 1, P 1 Z 1 Sender zu prüfender Schirm Meßrohr Abschlußwiderstand Empfänger Kurzschluss Abschirmhülse Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 15 Ersatzbilder für Triaxialverfahren Z 1 (R 1 ) Z (R ) R G, Z L1 (Z Z 3 G ) (Z T L C ) Z L (Z R ) Z innen Z aussen Z T U 1, P 1 U, P R 1 = Abschlusswiderstand des inneren Kreises R = Abschlusswiderstand des inneren Kreises Z T = Kopplungswiderstand des Prüflings Z G = Generator-Widerstand Z R = Empfänger-Widerstand L C = Kopplungslänge Z T = R R L T + jωm T Z E IEC ,Ed: (vereinfacht, Z T << Z G Z, R ) gemessen Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 16

9 S-Parameter für T-Glied Ausführliche Herleitung von S 1 bzw. Z T aus T-Glied S 1 Z3 = Z T gilt für tiefe Frequenzen und für beliebige Lasten Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 17 Matching Conditions Outer Circuit 3 -Short 4 - Matched Unmatched Sender Empfänger Inner Circuit 1 - Matched Unmatched - Matched Short Unmatched-Short-Short Matched-Short-Short Unmatched-Matched-Short Matched-Matched-Short 1 = Generator- Prüfling, (ggf. mit Anpassglied) = Prüfling (senderfernes Ende) 3 = Aussenleiter Prüfling -Rohr (Kurzschluss) 4 = Vorwiderstand (optional) Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 18

10 ANSOFT ANSOFT Unmatch-Short-Short (mit Netzwerksimulator) Cable Impedance: 10 Ohm vs 75 Ohm L kabel = m, Z T = 1mOhm IEC Ed1, geht so nur, wenn R G = Z Kabel Port1 0 0 Port Z=10ohm P=Lkabel Zt Port1 0 0 Port 0 Z=75ohm P=Lkabel Zt Name X Y m m XY Plot 1 MisMatch_KS_KS Curve Inf o db(s(port1,port1)) db(s(port1,port)) db(s(port,port1)) db(s(port,port)) Name X Y m m XY Plot 1 MisMatch_KS_KS Curve Info db(s(port1,port1)) db(s(port1,port)) db(s(port,port1)) db(s(port,port)) S 1 S 1 Y Y1 m m m1 m F [MHz] F [MHz] Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 19 Matched-Short-Short (mit Netzwerksimulator) L kabel = m, Z T = 1mOhm Cable Impedance: 10 Ohm Matching Network, R s and R p Anpass-Netzwerk bzw. Impedanzwandler erforderlich Anpass- Netzwerk XY Plot 1 S Match_KS_KS1 ANSOFT Curve Inf o Port1 Rs Rp Z=10ohm P=Lkabel 0 0 Zt Port Y db(s(port1,port1)) db(s(port1,port)) db(s(port,port1)) db(s(port,port)) 0 0 S F [MHz] Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 0

11 Unmatch-Match-Short (mit Netzwerksimulator) L kabel = m, Z T = 1mOhm Cable Impedance: 10 Ohm R 1 = 10 Ohm lässt sich einfach mit handelsüblichem Widerstand realisieren! S Anpassung Name X Y m m XY Plot 1 MisMatch_Match_KS Curve Info db(s(port1,port1)) ANSOFT Port1 Z=10ohm P=Lkabel 10 0 Zt Port Y db(s(port1,port)) db(s(port,port1)) db(s(port,port)) S m1 m F [MHz] Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 1 Messergebnisse - Leerlauf & Anpassung Thomas Schmid Thomas Schmid Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com,

12 Zusammenfassung 1 Die Schirmwirkung von Kabeln und Steckern wird im unteren Frequenzbereich als Kopplungswiderstand Z T und im oberen Frequenzbereich als Schirmdämpfung a S angegeben. Das Triaxialverfahren kann zur Messung von größeren Komponenten um die Triaxiale Zelle erweitert werden. In Abhängigkeit der Abmessungen der Zelle ergeben sich Resonanzen (bei ca. 70 MHz in der 1000er Zelle und bei ca. 870 MHz in der 750er Zelle). Messungen bis zur Resonanzfrequenz sind indentisch zu den Messungen im Rohr, die Abweichungen der Messungen oberhalb der Resonanzfreq. liegen im Bereich von < 3 db. Mit der Kopplungsübertragungsfunktion kann der Kopplungswiderstand Z T und die Schirmdämpfung a S in einem Diagramm abgebildet werden. Die Triaxiale Zelle soll in die Neufassung der IEC übernommen werden. Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 3 Zusammenfassung IEC , Transfer Impedance, Triaxial method befindet sich bei IEC TC 46/WG 5 in Überarbeitung, (46/371/CD). 3 verschiedene Verfahren sind beschrieben: Matched-Matched-Short, Matched-Short-Short, Unmatched-Matched-Short. HV-Leitungen für Elektrofahrzeuge haben einen Wellenwiderstand von ca. 10 Ohm bis 1 Ohm. mindestens eine Seite des Prüflings muss angepasst sein, (fernes Ende). Unmatched-Matched-Short ist bei 10 Ohm Leitungen am einfachsten. Die Länge ausserhalb des Messaufbaus muss so kurz wie möglich sein. Die Änderungen der IEC sind bereits in die aktuelle Version der Software WinCoMeT integriert. Die Betrachtungen der 3 verschiedenen Verfahren gelten für Rohr und Triaxiale Zelle Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 4

13 Internationale Normen für Triaxialverfahren IEC TR Introduction to EMC measurements IEC Ed Surface transfer impedance - Triaxial method (46/371/CD) IEC IEC Shielded screening attenuation, test method for measuring of the screening attenuation "a s " up to and above 3 GHz Shielded screening attenuation, test method for measuring the Transfer impedance Z T and the screening attenuation a S of RF-Connectors up to and above 3 GHz; Tube in Tube method IEC IEC/PAS 6338 Ed1 IEC EN Coupling attenuation, triaxial method Shielded screening attenuation test method for measuring the Screening Effectiveness of Feedtroughs and Electromagnetic Gaskets Communication cables - Specifications for test methods Part 1-6: Electrical test methods -Electromagnetic performance (includes IEC and IEC ) Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 5 Literatur [1] Bernhard Mund, EMV von Steckverbindern und Verbindungskabeln, 4. Anwenderkongress Steckverbinder 010, Vogel Verlag, Würzburg, [] Bernhard Mund, Thomas Schmid: Messen der Schirmdämpfung von Steckverbindern, Kabeldurchführungen und EMV-Dichtungen, 3. Anwenderkongress Steckverbinder 009, Vogel Verlag, Würzburg [3] Bernhard Mund: Measuring the EMC on RF-connectors and connecting hardware, Tube in tube test procedure, IWCS (International wire & cable symposium) 004, Philadelphia [4] Thomas Hähner und Bernhard Mund: Measurement of the screening effectiveness of connectors & cable assemblies: International Wroclaw Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 00 [5] Thomas Hähner und Bernhard Mund: Background, content and future of the EMC measurement standard pren , Open / shielded test methods, International Wroclaw Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 000 [6] Otto Breitenbach, Thomas Hähner und Bernhard Mund: Kabelschirmung im Frequenzbereich von MHz bis GHz, erweiterte Anwendung eines einfachen Meßverfahrens, Frequenz 1-/1999 S [7] Lauri Halme, Rauno Kytönen, "Background and introduction to EM screening (shielding) behaviours and measurements of coaxial and symmetrical cables, cable assemblies and connectors", IEE Colloquium on screening effectiveness measurements, Savoy Place London, 6 May 1998 [8] F.M. Tesche et al: EMC Analysis Methods, Wiley, 1997 [9] Prof. Dr. Münzner et. al., Untersuchungen und Simulation an Triaxialer Zelle, Hochschule Ulm Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 6

14 Triaxiale Zellen, CoMeT 750/ CoMeT 1000 Messen der EMV von Steckverbindersystemen für HV-Anwendungen für Elektrofahrzeuge Generator Messrohr zu prüfender Stecker Empfänger Rohr in Rohr Anschlußkabel Messkopf mit Schirmhülse Gehäuse IEC , in Überarbeitung bei IEC TC 46/WG 5 Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 7 Danke fürs Zuhören bmund@bedea.com Bernhard Mund, bedea Berkenhoff & Drebes GmbH, Herbornerstrasse 100, D Asslar, bmund@bedea.com, 8