Bestimmung der Impedanz von Koppelnetzwerken nach IEC

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Bestimmung der Impedanz von Koppelnetzwerken nach IEC"

Robert Huber
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Bestimmung der Impedanz von Koppelnetzwerken nach IEC Rolf Judaschke 303. PTB-Seminar Aktuelle Fortschritte von Kalibrierverfahren im Nieder- und Hochfrequenzbereich 17. Mai 2017

2 Übersicht Motivation Einleitung Messanforderungen nach IEC Bestimmung der Eingangsimpedanz von Koppelnetzwerken Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards Vergleich unterschiedlicher Verfahren Messunsicherheitsanalyse Zusammenfassung 2 / 25

induziertdurchhochfrequentefelder (VNA)-Messung der asymmetrischen Eingangsimpedanz nicht erläutert Messunsicherheit

3 Motivation VDI/VDE 2622 Kalibrieren elektrischer Messmittel Neufassung Blatt 15.3 Kopplungs- und Entkopplungsnetzwerke Basis: IEC :2013 Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrößen, induziertdurchhochfrequentefelder (VNA)-Messung der asymmetrischen Eingangsimpedanz nicht erläutert Messunsicherheit unklar Uwe Karsten - Messaufbauten - Durchführung der Messungen Rolf Judaschke - Simulationen - Auswertung der Messungen - Messunsicherheitsbetrachtung 3 / 25

4 Einleitung Definition Störfestigkeit: Prüfung der Störfestigkeit gegen: Die Störfestigkeit beschreibt den Grad der Fähigkeit eines Systems, ohne Fehlfunktion oder Funktionsausfall und unbeeinflusst von einer gezielt und definiert auf den Prüfling einwirkenden Störgröße weiter zu arbeiten. schnelle transiente elektrische Störgrößen(Burst) Spannungseinbrüche, Kurzzeitunterbrechungen Stoßspannungen(Surge) elektrostatische Entladungen(ESD) Hochfrequenzfelder(Freiraum) leitungsgekoppelte Hochfrequenzsignale... 4 / 25

5 Einleitung (2) Prüfung der Störfestigkeit gegen leitungsgeführte HF-Störgrößen HF-Generator T T2 Zusatz-/Hilfs- Einrichtung 1 Unterlage CDN 1 Prüfling Unterlage CDN 2 Zusatz-/Hilfs- Einrichtung 2 Unterlage Störfestigkeitsprüfung gemäß IEC / 25

6 Messanforderungen nach IEC Frequenzbereich 150 khz - 80 MHz Unterscheidung von Prüfschärfegraden(Prüfpegel) Anforderungenan den Prüfgenerator(VSWR, Harmonische, ) Anforderungenan Koppel-/Entkopplungsnetzwerke(CDN) Artenvon Koppel-/Entkopplungsnetzwerken: Art der Leitung Beispiele Art des CDN Stromversorgung(Wechsel-und Gleichstrom) und Erdverbindung Geschirmte Kabel Ungeschirmtesymmetrische Leitungen Ungeschirmteunsymmetrische Leitungen Wechselstromnetz, Gleichstromin industriellen Anlagen, Erdverbindung Koaxialkabel, Kabel für LANund USB-Verbindungen ISDN-Leistungen, Telefonleitungen sämtlicheleitungen, die nicht in die anderen Kategorien fallen CDN-Mx CDN-Sx CDN-Tx CDN-Afx oder CDN-Mx 6 / 25

7 Messanforderungen nach IEC (2) Funktionsanforderungen an Koppel-/Entkopplungsnetzwerke(CDN): Einkopplung des Störsignals in den Prüfling SicherstellungeinerfestenImpedanzvomPrüflingausgesehen, unabhängig von der asymmetrischen Impedanz der Hilfseinrichtungen Entkopplung der Zusatz-/Hilfseinrichtungen vom Prüfsignal, um eine Beeinflussung der Hilfseinrichtungen zu verhindern keine Beeinflussung der übertragenen Nutzsignale Beispiel: Zusatz-/Hilfseinrichtungsanschluss Störsignaleingang CDN Prüflingsanschluss 7 / 25

8 Messanforderungen nach IEC (3) Hauptparameter des Koppel-/Entkopplungsnetzwerks: -Betragder asymmetrischenimpedanz Z ce am Prüfungsanschluss Z ce 150 khz 24 MHz 24 MHz 80 MHz 150 Ω±20 Ω 150 Ω +60 Ω -45 Ω 80 MHz 230 MHz 150 Ω +60 Ω -60 Ω CDN Z ce 8 / 25

9 Messanforderungen nach IEC (4) Messungder asymmetrischenimpedanzz ce CDN - Höheh des Prüfungsanschlusses30 mm bis100 mm - Verbindungsplatte100 mm x 100 mm beih = 30 mm - koaxialer Konnektor horizontal angeordnet 9 / 25

10 Messanforderungen nach IEC (5) Beispiel für Messadapter(CDN-M5): CDN Fa. Teseq 10 / 25

11 Bestimmung der Eingangsimpedanz von Koppelnetzwerken Messung mit VNA: 50 Ω VNA N-Konnektor 50 Ω Messadapter CDN S 11,m S 11,CDN Z ce Charakterisierung des Messadapters erforderlich 11 / 25

12 Bestimmung der Eingangsimpedanz von Koppelnetzwerken (2) A) Modellierung durch homogene Leitungssektion 50 Ω VNA N-Konnektor 50 Ω Messadapter l CDN S 11,m Z 0, β S 11,CDN Z ce Abschätzung der elektrischen Leitungslänge l aus Geometrie Annahme Z 0 = 50 Ω Praxis: Anwendung der Autolength-Korrektur bei leerlaufendem Messadapter 12 / 25

13 Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards B) Modellierungdes MessadaptersmittelsEM-Simulation (CST Microwave Studio) Z Tor2 125 Ω 13 / 25

14 Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards (2) - modellierte S-Parameter (CST-Simulation) des Messadapters bezogen auf 50 Ω 5er-Adapter 3er-Adapter 14 / 25

15 Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards (3) C) VNA-Kalibrierung am Ausgang des Messadapters VNA N-Konnektor 50 Ω Messadapter [ S] SHORT OPEN S Std LOAD SOL-Kalibrierung Modellierung der Eintorstandards(CST Microwave Studio) 15 / 25

16 Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards (4) 1. ModellierungKurzschluss(SHORT) kleines Kurzschlussblech Kurzschlussplatte CST-Simulation (Z 0 =50 Ω) : Referenzebene Referenzebene 16 / 25

17 Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards (5) 2. ModellierungLeerlauf(OPEN) CST-Simulation (Z 0 =50 Ω) : Referenzebene 17 / 25

18 Modellierung des Messadapters und der Kalibrierstandards (6) 3. Modellierung150 Ω-Abschluss(LOAD) 150 Ω Abschlusswiderstand Fa. Teseq CST-Simulation: (Z 0 =150 Ω) 18 / 25

19 Vergleich unterschiedlicher Verfahren Messung3er-CDN: 19 / 25

20 Vergleich unterschiedlicher Verfahren (2) Messung5er-CDN: 20 / 25

21 Messunsicherheitsanalyse SOL-Kalibrierung am Ausgang des Messadapters Messung(b VNA 1 /a 1 ) N-Konnektor Messadapter SHORT 50 Ω [ S] OPEN LOAD CST-Modell SHORT OPEN LOAD a 1 1 CDN b 1 E 00 E 01 E 11 S ii Reproduzierbarkeit der Rohdatenmessung für Standards und CDN (Typ A) Unsicherheit der Kalibrierstandarddefinitionen (CST-Modellierung): Annahme: jeweils linearer Anstieg der Unsicherheiten mit der Frequenz Vernachlässigung von VNA-Einflüssen(Drift, Nichtlineartät, Kabelbewegung) Externe Kalibrierung und Fehlerpropagation durch VNA-Eintorfehlermodell (Matlab, METAS Uncertainty Library) 21 / 25

22 Messunsicherheitsanalyse (2) - Erweiterte Messunsicherheit bei Kalibrierung am Adapterausgang: 22 / 25

23 Messunsicherheitsanalyse (3) - Erweiterte Messunsicherheit bei Kalibrierung am Adapterausgang: 23 / 25

24 Messunsicherheitsanalyse (4) Modellierung der Messunsicherheit am Kalibrieradapterausgang: 24 / 25

25 Zusammenfassung - Untersuchung von Messverfahren zur Bestimmung der Eingangsimpedanz von Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerken(CDN) A) Modellierung durch homogene 50 Ω-Leitungssektion B) Modellierungdes MessadaptersmittelsEM-Simulation (CST Microwave Studio) C) VNA-Kalibrierung am Ausgang des Messadapters - gute Übereinstimmung der Messverfahren bis 500 MHz - einfache Leitungslängenkorrektur anwendbar bis 80 MHz - linearer Anstieg der Messunsicherheit mit dem Betrag der Eingangsimpedanz 25 / 25

Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin Bundesallee 100 38116 Braunschweig Dr.-Ing.

26 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin Bundesallee Braunschweig Dr.-Ing. Rolf Judaschke Working group 2.22 High Frequency Measuring Techniques Phone:

Ähnliche Dokumente

Der Einsatzbereich der verschiedenen Typen geht aus der nachfolgenden Tabelle hervor:

Der Einsatzbereich der verschiedenen Typen geht aus der nachfolgenden Tabelle hervor: Koppel- / Entkoppel- Netzwerke 150 khz 300 MHz IEC 61000-4 - 6 und CISPR 15 / CISPR 22 150 khz 230 MHz IEC 61000-4 - 6 10 khz 230 MHz IEC 61000-4 - 6 und IEC 61326-3 - 2 und NAMUR Koppel- / Entkoppel-